Miscelatori ad ultrasuoni per fanghi di perforazione e fluidi di imballaggio
Il fluido di perforazione (fanghi di perforazione) è utilizzato per facilitare la perforazione di pozzi petroliferi, pozzi di gas naturale, pozzi esplorativi (pozzi per gatti selvatici) o pozzi d'acqua. I reattori ad ultrasuoni sono una tecnologia efficace per la miscelazione, la dispersione, l'emulsificazione e il degassamento di fanghi a base d'acqua (WBM, acquosi), fanghi a base di olio (OBM, non acquosi) o fanghi a base sintetica (SBM).
La formulazione e la qualità costante dei fanghi di perforazione è un fattore chiave nelle attuali operazioni di perforazione. La composizione e le caratteristiche del fango influenzano la stabilità del pozzo, la lubrificazione, il raffreddamento e la velocità di penetrazione. Anche piccoli problemi con il fluido di perforazione possono fermare l'intera operazione di perforazione. Una pressione eccessiva dovuta a 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, salamoia (satura o formiata), argille e polimeri naturali. Le OBM e le SBM sono sistemi ad emulsione inversa che hanno una base petrolifera (diesel, olio minerale) o a base sintetica (olefine e paraffine) come fase continua (esterna), e la salamoia come fase di dispersione (interna). L'emulsione deve essere sufficientemente stabile per resistere all'aggiunta di un flusso d'acqua nel foro di scarico. Meno comuni dell'acqua nell'olio (fanghi di emulsione di olio invertito) sono l'olio nell'acqua (fanghi di emulsione di olio). L'emulsione ad ultrasuoni funziona per entrambi i tipi di emulsione e raggiunge una buona stabilità elettrica della salamoia interna o della fase acquosa.
I reattori ad ultrasuoni Hielscher sono miscelatori a taglio cavitazionale molto efficaci e intensi per uso produttivo. Generalmente, i reattori ad ultrasuoni sono utilizzati in linea per la lavorazione a singolo passaggio ad alta produttività o per la lavorazione in batch a ricircolo.
È possibile utilizzare la miscelazione ad ultrasuoni per
- Fabbricazione di additivi
- Preparare masterbatches ad alta concentrazione
- Miscela di fluidi di perforazione o di confezionamento pronti all'uso
- Fanghi di perforazione Degas
- Sviluppare e formulare meglio i 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 i fanghi di polimeri liquidi, beneficia dell'elevata capacità di lavorazione e della flessibilità della miscelazione a ultrasuoni. La miscelazione ad ultrasuoni libera tutto il potenziale degli additivi, come viscosificatori, riduttori di filtrati 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, l'Hielscher MultiPhaseCavitator migliora la miscelazione in linea di due fasi nella zona di taglio cavitazionale intenso. Per maggiori informazioni sul MultiPhaseCavitator, clicca qui!
La miscelazione ad ultrasuoni migliora il trasferimento di massa a strati limite o particelle nei liquidi. In questo modo si riduce il tempo necessario per preparare salamoie o salamoie sature, ad esempio salamoia al cloruro di calcio, salamoia al bromuro di calcio, salamoia al bromuro di zinco o salamoia al formiato di potassio e cesio.
Masterbatches di argille o additivi
È possibile utilizzare la miscelazione a ultrasuoni per ottenere master-batch ad alta concentrazione o ad alta densità (ad es. di carbonato di calcio (gesso), deflocculenti o scavengers) prima di aggiungerli alla formulazione finale dei fanghi di perforazione.
Produzione di fluidi di perforazione e di fluidi da imballaggio
Le prestazioni dei fanghi di perforazione, come la stabilità dello scisto, la viscosità, il raffreddamento o la lubrificazione dipendono da molti fattori. Uniformità e coerenza nella qualità nella massima importanza. La miscelazione a taglio ad ultrasuoni è molto efficace nella produzione di distribuzioni granulometriche uniformi e quindi una migliore dispersione e stabilità dell'emulsione. Ciò impedisce la separazione di fase o la sedimentazione durante lo stoccaggio, il trasporto o durante le fosse di fango.
Oggi le specifiche dei fanghi di perforazione cambiano frequentemente. I reattori ad ultrasuoni Hielscher sono molto adattabili alle variazioni di formulazione dei liquidi di perforazione. Passando dalla tradizionale miscelazione a lotti alla miscelazione a ultrasuoni in linea a singolo passaggio, è possibile realizzare diversi tipi di fango di perforazione sulla stessa macchina a ultrasuoni. Questo aiuta a ridurre i tempi di inventario e di stoccaggio sugli scaffali.
La dispersione nei fluidi di argille convenzionali (ad es. bentonite) e di argille organofile appositamente trattate produce gel e fanghi altamente viscosi, tixotropici o diradanti. In caso di esposizione al taglio ad ultrasuoni, la viscosità scende a uno stato di libera circolazione. Questo facilita la dispersione e la manipolazione. Per questo motivo, la sonicazione è molto efficace per la miscelazione di impasti tixotropici e slurry di taglio. L'sonicazione consente una migliore dispersione delle particelle di bentonite / piastrine e migliori caratteristiche di gelificazione. Per maggiori informazioni sulla dispersione ultrasonica della bentonite, clicca qui!
Dispersione ultrasonica della bentonite (eseguita con miscelatore ad ultrasuoni UIP2000hdT)
Modificatori reologici, addensanti e stabilizzanti (ad es. gomme, glicole, carbossimetilcellulosa, cellulosa polianionica (PAC) o amido) richiedono una buona dispersione per la massima efficacia. Per maggiori informazioni sulla dispersione ultrasonica degli addensanti, come la gomma di xantano e la gomma di guar, clicca qui!
Gli agenti di ponderazione, come il solfito di bario (barite) non devono separarsi dal fango durante lo stoccaggio, il trasporto o la perforazione. Secondo la legge Stokes' Law, le particelle più piccole sedimentano più lentamente o per niente. La dispersione ad ultrasuoni evita agglomerati più grandi, che possono causare instabilità della dispersione. La dispersione di un sistema può aumentare la sua tolleranza per i solidi, rendendo possibile un peso fino a 20 libbre/gallone (USA) o 2,4 g/cm.3.
Degasaggio del fango di perforazione
Durante la preparazione dei fanghi di perforazione, la polvere di argilla bentonite e altre polveri additive introducono molta aria nel fango di perforazione. Questo gas è intrappolato all'interno di sistemi liquidi e può causare la separazione e una perdita di prestazioni dell'emulsionante o stabilizzatore. Compressioni ripetute (cicli ad alta pressione) e rarefazioni (cicli a bassa pressione) durante l'ultrasonicazione lasciano migrare i gas disciolti e formano piccole microbolle. Le onde ultrasoniche poi spingono le microbolle di gas nella coalescenza. La cesoia ad ultrasuoni ad alta cavità riduce la viscosità dei fluidi di diradamento e di perforazione tixotropici. In questo modo le bolle d'aria salgono più velocemente. Questo porta ad una migliore separazione del gas nei serbatoi di separazione a valle o al degasaggio sotto vuoto. Il degasaggio aumenta il peso del fango, riduce la viscosità e i problemi di separazione. Meno bolle di gas riducono l'uso di emulsionanti, stabilizzanti, tensioattivi o disperdenti. Questo riduce il costo per barile. Una riduzione del contenuto di gas può anche frenare la crescita microbica aerobica.
Fango di perforazione a base d'acqua prima e dopo il degasaggio a ultrasuoni con UIP1000hd
Studio e foto di Amani et al. 2016
Sviluppo e adattamento della formulazione dei fanghi di perforazione e adattamento
Le nuove normative limitano la quantità di alcune sostanze chimiche da utilizzare nei fanghi al fine di ridurre al minimo l'impatto ambientale. Ciò richiede l'adeguamento 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 sempre meno costosi. Hielscher offre test di formulazione dei fanghi di perforazione nel nostro laboratorio. Comprese le misure di viscosità cinematica a varie temperature con e senza taglio.
Design per impieghi gravosi per uso industriale
I reattori ad ultrasuoni Hielscher sono in grado di gestire particelle o agglomerati più grandi e abrasivi. Pertanto è possibile iniziare con un fango agglomerato pompabile o componenti di fango di perforazione. Quando si mescolano polveri e particelle nel fluido, le sonde a ultrasuoni mostrano un'usura da abrasione molto inferiore rispetto ai miscelatori rotore-statore o agli omogeneizzatori ad alta pressione. Le sonde ad ultrasuoni Hielscher sono realizzate in titanio di grado 5 per una maggiore resistenza alla corrosione, ad es. quando l'acqua di mare viene utilizzata nelle WBM invece che in acqua dolce. I reattori ad ultrasuoni non hanno guarnizioni o cuscinetti rotanti. I miscelatori ad ultrasuoni Hielscher sono di grado industriale per impieghi gravosi. – onshore e offshore (impianto di perforazione). Generalmente, i reattori ad ultrasuoni sono orientati verticalmente per un ingombro ridotto.
L'uso della miscelazione ad ultrasuoni nell'industria petrolifera e del gas va ben oltre i fanghi di perforazione.
- Degasaggio di effluenti e fluidi di processo
- Miscelazione con spazzini (ad es. spazzini H2S) o sostanze chimiche protettive, come gli inibitori di incrostazioni e di corrosione.
- Ridurre i tempi di presa del cemento per una cementazione più rapida
- Preparazione ad ultrasuoni di salamoia satura o salamoia formiata
- Ridurre l'attività batterica nei fanghi di perforazione
- Lavorazione dell'olio a valle, ad esempio desolforazione
- Preparazione del campione di olio e sedimenti
Letteratura / Referenze
- 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.