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Miscelatori a ultrasuoni per fanghi di perforazione e fluidi packer

Il fluido di perforazione (fango di perforazione) viene utilizzato per favorire la perforazione di pozzi petroliferi, pozzi di gas naturale, pozzi esplorativi (wildcat) o pozzi d'acqua. I reattori a ultrasuoni sono una tecnologia efficace per la miscelazione, la dispersione, l'emulsionamento e il degassamento di fanghi a base d'acqua (WBM, acquosi), a base di olio (OBM, non acquosi) o a base sintetica (SBM).

Miscelazione a ultrasuoni per fanghi di perforazione e fluidi packerLa formulazione e la qualità costante del fango di perforazione è un fattore chiave nelle operazioni di perforazione odierne. La composizione e le caratteristiche del fango influenzano la stabilità del pozzo, la lubrificazione, il raffreddamento e la velocità di penetrazione della perforazione. Anche piccoli problemi con il fluido di perforazione possono bloccare l'intera operazione di perforazione. L'eccessiva pressione derivante da un fango di perforazione troppo denso o troppo pesante può causare una significativa perdita di circolazione.
Le WBM sono generalmente costituite da acqua dolce, acqua di mare o salamoia (satura o formata) e da argille e polimeri naturali. L'OBM e l'SBM sono sistemi in emulsione inversa che hanno una base petrolifera (diesel, olio minerale) o sintetica (olefine e paraffine) come fase continua (esterna) e la salamoia come fase dispersa (interna). L'emulsione deve essere sufficientemente stabile da sopportare l'aggiunta di acqua in foro. Meno comuni dell'acqua in olio (fanghi in emulsione di olio invertito) sono i fanghi di olio in acqua (fanghi in emulsione di olio). L'emulsionamento a ultrasuoni funziona per entrambi i tipi di emulsione e consente di ottenere una buona stabilità elettrica della fase interna di salamoia o acqua.
I reattori a ultrasuoni Hielscher sono miscelatori a taglio cavitazionale molto efficaci e intensi per la produzione. In genere, i reattori a ultrasuoni vengono utilizzati in linea per la lavorazione a passaggio singolo ad alta produttività o per la lavorazione in batch a ricircolo.
È possibile utilizzare la miscelazione a ultrasuoni per

  • Produzione di additivi
  • Preparare masterbatches ad alta concentrazione
  • Miscelare fluidi di perforazione o fluidi packer pronti all'uso
  • Fanghi di perforazione Degas
  • Sviluppare e formulare fanghi di perforazione migliori
Omogeneizzatore industriale a ultrasuoni per la produzione efficiente di fanghi di perforazione. La sonicazione viene utilizzata per la dispersione e il degassamento dei fanghi di perforazione.

Il MultiSonoReactor MSR-4 è un omogeneizzatore industriale in linea adatto alla produzione industriale di fanghi di perforazione. La sonicazione viene utilizzata per la dispersione e il degassamento dei fluidi di perforazione.

Produzione di additivi per fanghi di perforazione

La produzione di prodotti chimici e additivi, come gli impasti polimerici liquidi, beneficia dell'elevata capacità di lavorazione e della flessibilità della miscelazione a taglio ultrasonico. La miscelazione a ultrasuoni libera tutto il potenziale degli additivi, come i viscosizzanti, i riduttori del filtrato o gli additivi polimerici. La cavitazione a ultrasuoni idrata le polveri in modo rapido e completo durante la miscelazione del fango di perforazione.
Per la miscelazione di emulsioni liquido/liquido, il MultiPhaseCavitator di Hielscher migliora la miscelazione in linea di due fasi nella zona di taglio a cavitazione intensa. Per ulteriori informazioni sul MultiPhaseCavitator, fare clic qui!
La miscelazione a ultrasuoni migliora il trasferimento di massa a livello degli strati limite o delle particelle nei liquidi. Ciò riduce il tempo necessario per preparare salamoie o salamoie sature, ad esempio salamoia di cloruro di calcio, salamoia di bromuro di calcio, salamoia di bromuro di zinco o salamoia di formiato di potassio e cesio.

Masterbatches di argille o additivi

È possibile utilizzare la miscelazione a taglio a ultrasuoni per produrre master-batch ad alta concentrazione o densità (ad esempio di carbonato di calcio (gesso), deflocculanti o scavenger) prima di aggiungerli alla formulazione finale del fango di perforazione.

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Produzione di fluidi di perforazione e fluidi packer

Le prestazioni dei fanghi di perforazione, come la stabilità dello scisto, la viscosità, il raffreddamento o la lubrificazione, dipendono da molti fattori. L'uniformità e la coerenza della qualità sono di estrema importanza. La miscelazione a taglio a ultrasuoni è molto efficace per ottenere distribuzioni granulometriche uniformi e quindi una migliore dispersione e stabilità dell'emulsione. In questo modo si evita la separazione di fase o la sedimentazione durante lo stoccaggio, il trasporto o la permanenza nei pozzi di fango.
Oggi le specifiche dei fanghi di perforazione cambiano frequentemente. I reattori a ultrasuoni Hielscher sono molto adattabili ai cambiamenti di formulazione dei liquidi di perforazione. Passando dalla tradizionale miscelazione in batch a quella in linea a singolo passaggio, è possibile produrre diversi tipi di fanghi di perforazione con la stessa macchina a ultrasuoni. Ciò contribuisce a ridurre le scorte e i tempi di stoccaggio a scaffale.
La dispersione di argille convenzionali (ad es. bentonite) e di argille organofile appositamente trattate in fluidi produce gel e slurry altamente viscosi, tixotropici o shear-thinning. Se esposti a un elevato taglio ultrasonico, la viscosità scende fino a raggiungere uno stato di flusso libero. Ciò facilita la dispersione e la manipolazione. Per questo motivo, la sonicazione è molto efficace per la miscelazione di impasti tixotropici e shear-thinning. La sonicazione determina una migliore dispersione delle particelle/piastrine di bentonite e un miglioramento delle caratteristiche di gelificazione. Per ulteriori informazioni sulla dispersione a ultrasuoni della bentonite, fare clic qui!

Curve dell'energia assorbita dagli ultrasuoni per la dispersione di bentonite (Clicca per ingrandire!)

Dispersione ad ultrasuoni della bentonite (eseguita con miscelatore ad ultrasuoni UIP2000hdT)

I modificatori reologici, gli addensanti e gli stabilizzatori (ad esempio gomme, glicole, carbossimetilcellulosa, cellulosa polianionica (PAC) o amido) richiedono una buona dispersione per ottenere la massima efficacia. Per ulteriori informazioni sulla dispersione a ultrasuoni di addensanti come la gomma xantana e la gomma di guar, fare clic qui!
Gli agenti ponderanti, come il solfito di bario (barite), non devono separarsi dal fango durante lo stoccaggio, il trasporto o la perforazione. In conformità con Stokes’ Per legge, le particelle più piccole sedimentano più lentamente o non sedimentano affatto. La dispersione a ultrasuoni evita gli agglomerati più grandi, che possono causare l'instabilità della dispersione. La dispersione di un sistema può aumentare la sua tolleranza ai solidi, rendendo possibile un peso fino a 20 lb/gallone (USA) o 2,4 g/cm3.

Degassificazione del fango di perforazione

Durante la preparazione dei fanghi di perforazione, la polvere di argilla bentonite e altri additivi in polvere introducono molta aria nel fango di perforazione. Questo gas viene intrappolato nei sistemi liquidi e può causare una separazione e una perdita di prestazioni degli emulsionanti o degli stabilizzatori. Le ripetute compressioni (cicli ad alta pressione) e rarefazioni (cicli a bassa pressione) durante l'ultrasuoni permettono ai gas disciolti di migrare e formare piccole microbolle. Le onde ultrasoniche costringono quindi le microbolle di gas a coalescere. L'elevato taglio cavitazionale degli ultrasuoni riduce la viscosità dei fluidi di perforazione shear thinning e tissotropici. In questo modo le bolle d'aria salgono più velocemente. Questo porta a una migliore separazione dei gas nei serbatoi di separazione a valle o al degassamento sotto vuoto. Il degassamento aumenta il peso del fango, riduce la viscosità e i problemi di separazione. Meno bolle di gas riducono l'uso di emulsionanti, stabilizzatori, tensioattivi o agenti disperdenti. Ciò riduce il costo per barile. Una riduzione del contenuto di gas può anche frenare la crescita microbica aerobica.

Questo video dimostra l'efficiente degassificazione di olio viscoso (40cP). Gli ultrasuoni rimuovono le piccole bolle di gas in sospensione dal liquido e riducono il livello di gas disciolto al di sotto del livello di equilibrio naturale.

Degassificazione in linea a ultrasuoni & Sgrassatura dell'olio (40cP)

Miniatura del video


Degassificazione a ultrasuoni del fango di perforazione eseguita con l'ultrasuonatore a sonda UIP1000hd

Fango di perforazione a base d'acqua prima e dopo il degasaggio a ultrasuoni con UIP1000hd
Studio e immagine di Amani et al. 2016

Sviluppo e adattamento della formulazione dei fanghi di perforazione

Le nuove normative limitano la quantità di alcune sostanze chimiche da utilizzare nei fanghi per ridurre al minimo l'impatto ambientale. Ciò richiede l'adattamento delle formulazioni al nuovo quadro normativo. L'ultrasonicazione può aiutarvi a massimizzare le prestazioni dei componenti dei fanghi di perforazione, in modo da poter utilizzare materiali meno costosi. Hielscher offre test di formulazione dei fanghi di perforazione nel proprio laboratorio. Comprese le misurazioni della viscosità cinematica a varie temperature con e senza taglio.

Design resistente per uso industriale

I reattori a ultrasuoni Hielscher possono gestire particelle o agglomerati più grandi e abrasivi. Pertanto, è possibile iniziare con un liquame pompabile agglomerato o con componenti del fango di perforazione. Quando si mescolano polveri e particelle nel fluido, le sonde a ultrasuoni mostrano un'usura da abrasione molto minore rispetto ai miscelatori a rotore-statore o agli omogeneizzatori ad alta pressione. Le sonde a ultrasuoni Hielscher sono realizzate in titanio di grado 5 per una maggiore resistenza alla corrosione, ad esempio quando nelle WBM si utilizza acqua di mare anziché acqua dolce. I reattori a ultrasuoni non hanno guarnizioni o cuscinetti rotanti. I miscelatori a ultrasuoni Hielscher sono di tipo industriale per un uso intensivo. – onshore e offshore (rig). In genere, i reattori a ultrasuoni sono orientati verticalmente per ottenere un ingombro ridotto.

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L'uso della miscelazione a ultrasuoni nell'industria petrolifera e del gas si estende ben oltre i fanghi di perforazione.


Letteratura / Riferimenti

  • Mahmood Amani, Salem Al-Juhani, Mohammed Al-Jubouri, Rommel Yrac, Abdullah Taha (2016): Application of Ultrasonic Wavesfor Degassing of Drilling Fluids and Crude OilsApplication of Ultrasonic Waves for Degassing of Drilling Fluids and Crude Oils. Advances in Petroleum Exploration and Development Vol. 11, No. 2; 2016.
  • Amani, Mahmood; Retnanto, Albertus; Aljuhani, Salem; Al-Jubouri, Mohammed; Shehada, Salem; Yrac, Rommel (2015): Investigating the Role of Ultrasonic Wave Technology as an Asphaltene Flocculation Inhibitor, an Experimental Study. Conference: International Petroleum Technology Conference 2015.


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