Miscelatori a ultrasuoni per fanghi di perforazione e fluidi per packer
Il fluido di perforazione (fango di perforazione) viene utilizzato per agevolare la perforazione di pozzi petroliferi, pozzi di gas naturale, pozzi esplorativi (pozzi wildcat) o pozzi d’acqua. I reattori a ultrasuoni sono una tecnologia efficace per la miscelazione, la dispersione, l’emulsificazione e il degasaggio di fanghi a base acquosa (WBM, acquosi), fanghi a base oleosa (OBM, non acquosi) o fanghi a base sintetica (SBM).
La formulazione e la costanza della qualità del fango di perforazione sono fattori chiave nelle attuali operazioni di perforazione. La composizione e le caratteristiche del fango influiscono sulla stabilità del foro, sulla lubrificazione, sul raffreddamento e sulla velocità di avanzamento della perforazione. Anche piccoli problemi con il fluido di perforazione possono arrestare l’intera operazione di perforazione. Una pressione eccessiva dovuta a un fango di perforazione troppo denso o troppo pesante può causare una perdita significativa di circolazione.
I WBM sono generalmente costituiti da acqua dolce, acqua di mare o salamoia (satura o a base di formiati), nonché da argille naturali e polimeri. Gli OBM e gli SBM sono sistemi a emulsione inversa con una base oleosa (gasolio, olio minerale) o sintetica (olefine e paraffine) come fase continua (esterna) e una salamoia come fase dispersa (interna). L’emulsione deve essere sufficientemente stabile da resistere all’aggiunta di un flusso d’acqua proveniente dal fondo pozzo. Le emulsioni olio in acqua (fanghi a emulsione oleosa) sono meno comuni delle emulsioni acqua in olio (fanghi a emulsione oleosa inversa). L’emulsificazione 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 l’impiego nella produzione. Generalmente, i reattori a ultrasuoni vengono utilizzati in linea per il trattamento in un unico passaggio con elevata capacità di trattamento oppure per il trattamento di lotti con ricircolo.
È possibile utilizzare la miscelazione a ultrasuoni per
- Produrre additivi
- Preparare masterbatch ad alta concentrazione
- Miscelare fluidi di perforazione o fluidi per packer pronti all’uso
- Degasare i fanghi di perforazione
- Sviluppare e formulare fanghi di perforazione migliori
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 degasaggio dei fluidi di perforazione.
Produzione di additivi per fanghi di perforazione
La produzione di sostanze chimiche e additivi, come le sospensioni liquide di polimeri, beneficia dell’elevata capacità di trattamento e della flessibilità della miscelazione a taglio mediante ultrasuoni. La miscelazione a ultrasuoni sfrutta appieno il potenziale di additivi quali viscosizzanti, riduttori del filtrato o additivi polimerici. La cavitazione ultrasonica idrata le polveri rapidamente e completamente durante la miscelazione dei fanghi di perforazione.
Per la miscelazione di emulsioni liquido/liquido, il Hielscher MultiPhaseCavitator migliora la miscelazione in linea di due fasi nella zona di intenso taglio cavitazionale. Per ulteriori informazioni sul MultiPhaseCavitator, fare clic qui!
La miscelazione a ultrasuoni migliora il trasferimento di massa in corrispondenza degli strati limite o delle particelle nei liquidi. Ciò riduce il tempo necessario per preparare salamoie o salamoie sature, ad esempio salamoie di cloruro di calcio, di bromuro di calcio, di bromuro di zinco o di formiato di potassio e di cesio.
Masterbatch di argille o additivi
È possibile utilizzare la miscelazione a taglio mediante ultrasuoni per preparare masterbatch ad alta concentrazione o ad alta densità (ad esempio di carbonato di calcio (creta), deflocculanti o agenti sequestranti) prima di aggiungerli alla formulazione finale del fango di perforazione.
Produzione di fluidi di perforazione e fluidi per packer
Le prestazioni del fango di perforazione, quali la stabilità delle formazioni argillose, la viscosità, il raffreddamento o la lubrificazione, dipendono da molti fattori. L’uniformità e la costanza della qualità sono della massima importanza. La miscelazione a taglio mediante ultrasuoni è molto efficace per ottenere distribuzioni granulometriche uniformi e, di conseguenza, una migliore stabilità delle dispersioni e delle emulsioni. Ciò impedisce la separazione delle fasi o la sedimentazione durante lo stoccaggio, il trasporto o la permanenza nelle vasche dei fanghi.
Oggi le specifiche dei fanghi di perforazione cambiano frequentemente. I reattori a ultrasuoni Hielscher si adattano facilmente alle modifiche della formulazione dei fluidi di perforazione. Passando dalla tradizionale miscelazione in lotti alla miscelazione a ultrasuoni in linea in un unico passaggio, è possibile produrre diversi tipi di fanghi di perforazione con la stessa macchina a ultrasuoni. Ciò contribuisce a ridurre le scorte e il tempo di stoccaggio.
La dispersione di argille convenzionali (ad esempio bentonite) e di argille organofile appositamente trattate nei fluidi produce gel e sospensioni altamente viscosi, tissotropici o con viscosità decrescente all’aumentare del taglio. Quando sono esposti a un intenso taglio ultrasonico, la viscosità diminuisce fino a renderli liberamente scorrevoli. Ciò facilita la dispersione e la manipolazione. Per questo motivo, la sonicazione è molto efficace per la miscelazione di sospensioni tissotropiche e con viscosità decrescente all’aumentare del taglio. La sonicazione consente una migliore dispersione delle particelle / lamelle di bentonite e migliori caratteristiche di gelificazione. Per ulteriori informazioni sulla dispersione a ultrasuoni della bentonite, fare clic qui!
Dispersione a ultrasuoni della bentonite (eseguita con il miscelatore a ultrasuoni UIP2000hdT)
I modificatori reologici, gli addensanti e gli stabilizzanti (ad esempio gomme, glicole, carbossimetilcellulosa, cellulosa polianionica (PAC) o amido) richiedono una buona dispersione per garantire la massima efficacia. Per ulteriori informazioni sulla dispersione a ultrasuoni degli addensanti, come la gomma xantana e la gomma di guar, fare clic qui!
Gli agenti appesantenti, come il solfito di bario (barite), non devono separarsi dal fango durante lo stoccaggio, il trasporto o la perforazione. Secondo la legge di Stokes, le particelle più piccole sedimentano più lentamente o non sedimentano affatto. La dispersione a ultrasuoni evita la formazione di agglomerati più grandi, che possono causare instabilità della dispersione. La dispersione di un sistema può aumentarne la tolleranza ai solidi, consentendo di raggiungere una densità fino a 20 lb/gallon (US) o 2,4g/cm3.
Degasaggio del fango di perforazione
Durante la preparazione dei fanghi di perforazione, la polvere di argilla bentonitica e le altre polveri additive introducono molta aria nel fango di perforazione. Questo gas rimane intrappolato nei sistemi liquidi e può causare separazione e una riduzione delle prestazioni degli emulsionanti o degli stabilizzanti. Le compressioni ripetute (cicli ad alta pressione) e le rarefazioni (cicli a bassa pressione) durante la sonicazione consentono ai gas disciolti di migrare e formare piccole microbolle. Le onde ultrasoniche inducono quindi la coalescenza delle microbolle di gas. L’intenso taglio cavitazionale ultrasonico riduce la viscosità dei fluidi di perforazione tissotropici e con viscosità decrescente all’aumentare del taglio. Ciò consente alle bolle d’aria di risalire più rapidamente. Ne deriva una migliore separazione del gas nelle vasche di separazione a valle o durante il degasaggio sotto vuoto. Il degasaggio aumenta il peso del fango, riduce la viscosità e i problemi di separazione. Un minor numero di bolle di gas riduce l’impiego di emulsionanti, stabilizzanti, tensioattivi o agenti disperdenti. Ciò riduce il costo per barile. Una riduzione del contenuto di gas può anche limitare la crescita microbica aerobica.
Fango di perforazione a base acquosa prima e dopo il degasaggio a ultrasuoni con UIP1000hd
Studio e immagine di Amani et al. 2016
Sviluppo e adattamento delle formulazioni dei fanghi di perforazione
Le nuove normative limitano la quantità di determinate sostanze chimiche utilizzabili nei fanghi per ridurre al minimo l’impatto ambientale. Ciò richiede l’adattamento delle formulazioni al nuovo quadro normativo. La sonicazione può contribuire a massimizzare le prestazioni dei componenti dei fanghi di perforazione, consentendo di utilizzare quantità inferiori di materiali e materiali meno costosi. Hielscher offre prove sulle formulazioni dei fanghi di perforazione nel proprio laboratorio, comprese misurazioni della viscosità cinematica a varie temperature, con e senza taglio.
Progettazione robusta per l’impiego industriale
I reattori a ultrasuoni Hielscher possono trattare particelle o agglomerati di maggiori dimensioni e abrasivi. È quindi possibile partire da una sospensione pompabile contenente agglomerati o dai componenti del fango di perforazione. Durante la miscelazione di polveri e particelle nel fluido, le sonde a ultrasuoni presentano un’usura per abrasione molto inferiore rispetto ai miscelatori 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 nei WBM viene utilizzata acqua di mare al posto dell’acqua dolce. I reattori a ultrasuoni non hanno tenute rotanti né cuscinetti. I miscelatori a ultrasuoni Hielscher sono di livello industriale per impieghi gravosi – a terra e in mare (piattaforme di perforazione). Generalmente, i reattori a ultrasuoni sono orientati verticalmente per un ingombro ridotto.
L’impiego della miscelazione a ultrasuoni nell’industria petrolifera e del gas va ben oltre i fanghi di perforazione.
- Degasaggio degli effluenti e dei fluidi di processo
- Miscelazione con agenti sequestranti (ad esempio agenti sequestranti di H2S) o sostanze chimiche protettive, come gli inibitori delle incrostazioni e della corrosione
- Ridurre i tempi di presa del cemento per una cementazione più rapida
- Preparazione a ultrasuoni di salamoie sature o salamoie a base di formiati
- Ridurre l’attività batterica nei fanghi di perforazione
- Lavorazione del petrolio a valle, ad esempio desolforazione
- Preparazione di campioni di petrolio e sedimenti
Bibliografia / 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.