掘削泥水およびパッカー液用超音波ミキサー
掘削液（掘削泥水）は、油井、天然ガス井、試掘井（ワイルドキャット井）または水井の掘削を支援するために使用されます。超音波リアクターは、水性泥水（WBM、水性）、油性泥水（OBM、非水性）、合成泥水（SBM）の混合、分散、乳化、脱ガスに効果的な技術です。
掘削泥水の配合と一貫した品質は、今日の掘削作業における重要な要素である。泥水の組成と特性は、坑井の安定性、潤滑、冷却、掘削浸透速度に影響する。掘削泥水の小さな問題でさえ、掘削作業全体を停止させる可能性がある。掘削泥水が濃すぎたり重すぎたりすることによる過剰な圧力は、循環の著しい損失を引き起こす可能性がある。
WBMは一般に、淡水、海水、または（飽和またはギ酸）食塩水と天然の粘土やポリマーでできている。OBMおよびSBMは、連続相（外相）としてオイルベース（ディーゼル、鉱油）または合成ベース（オレフィン、パラフィン）を、分散相（内相）としてブラインを有するインバーテッドエマルジョンシステムである。エマルジョンは、坑内水流の添加に耐えられるほど安定でなければならない。水中油型泥水（インバートオイルエマルジョン泥水）よりも一般的でないのは、水中油型泥水（オイルエマルジョン泥水）である。超音波乳化はどちらのタイプのエマルジョンにも有効で、内相のブラインまたは水相の電気的安定性を良好にする。
Hielscher 社の超音波リアクターは、生産用の非常に効果的で強力なキャビテーショナル・シアー・ミキサーです。一般的に、超音波リアクターは高スループットのシングルパス処理や再循環バッチ処理にインラインで使用されます。
超音波ミキシングを使用すると
- 添加物の製造
- 高濃度マスターバッチの調製
- すぐに使用できる掘削油剤またはパッカー油剤を混合する。
- ガス掘削泥水
- より良い掘削泥水の開発と配合
MultiSonoReactor MSR-4は、掘削泥水の工業生産に適した工業用インラインホモジナイザーです。ソニケーションは掘削泥水の分散と脱気に使用されます。
掘削泥水添加剤の製造
液体ポリマースラリーのような化学薬品や添加剤の製造には、超音波せん断混合の高い処理能力と柔軟性が役立ちます。超音波混合は、粘度調整剤、濾液減粘剤、ポリマー添加剤などの添加剤の可能性を最大限に引き出します。超音波キャビテーションは掘削泥水の混合中に粉体を迅速かつ完全に水和させます。
液体/液体エマルションの混合には、Hielscher MultiPhaseCavitatorが強力なキャビテーショナル・シアーゾーンで2相のインライン混合を改善します。 MultiPhaseCavitatorの詳細については、こちらをクリックしてください！
超音波混合は、液体中の境界層や粒子での物質移動を改善します。これにより、塩水や飽和塩水（塩化カルシウム塩水、臭化カルシウム塩水、臭化亜鉛塩水、カリウム塩水、ギ酸セシウム塩水など）の調製に必要な時間が短縮されます。
粘土または添加物のマスターバッチ
最終的な掘削泥水に添加する前に、超音波せん断混合を使用して高濃度または高密度のマスターバッチ（炭酸カルシウム（チョーク）、脱凝集剤、スカベンジャーなど）を作ることができます。
掘削流体とパッカー液の製造
頁岩の安定性、粘度、冷却、潤滑などの掘削泥水の性能は、多くの要因に左右される。品質の均一性と一貫性が最も重要です。超音波せん断混合は、均一な粒度分布の製造に非常に効果的であるため、分散性と乳化安定性が向上します。これにより、保管中、輸送中、泥ピット内での相分離や沈殿を防ぐことができます。
今日、掘削泥水の仕様は頻繁に変化しています。Hielscher社の超音波リアクターは掘削泥水の配合変更に非常に適応性があります。従来のバッチミキシングから超音波インラインシングルパスミキシングに変更することで、同じ超音波装置で異なるタイプの掘削泥水を製造することができます。これにより、在庫や棚の保管時間を削減することができます。
従来のクレー（ベントナイトなど）や特殊処理された有機親和性クレーを流体中に分散させると、高粘度、チキソトロピー性、または剪断減粘性のゲルやスラリーが得られる。高い超音波せん断にさらされると、粘度は自由流動状態まで低下します。これにより、分散や取り扱いが容易になる。このような理由から、超音波処理はチキソトロピーや剪断減粘性スラリーの混合に非常に効果的である。超音波処理により、ベントナイト粒子／プレートレットの分散性が向上し、ゲル化特性が改善されます。 ベントナイトの超音波分散についての詳細はこちらをご覧ください！
ベントナイトの超音波分散（超音波ミキサーUIP2000hdTを使用）
レオロジー調整剤、増粘剤、安定剤（ガム、グリコール、カルボキシメチルセルロース、ポリアニオン性セルロース（PAC）、デンプンなど）は、最大限の効果を得るために良好な分散性を必要とする。 キサンタンガムやグアーガムなどの増粘剤の超音波分散については、こちらをご覧ください！
亜硫酸バリウム（バライト）のような加重剤は、保管中、輸送中、掘削中に泥水から分離してはならない。ストークス’ 小さい粒子は沈降速度が遅いか、まったく沈降しない。超音波分散は、分散が不安定になるような大きな凝集物を避けることができる。システムを分散させることで、固形分に対する耐性を高めることができ、20ポンド/ガロン（米国）または2.4g/cm3.
掘削泥水の脱ガス
掘削泥水を調製する際、ベントナイト粘土粉末やその他の添加剤粉末は掘削泥水に大量の空気を混入させる。このガスは液体系に巻き込まれ、分離や乳化剤や安定剤の性能低下を引き起こす可能性があります。超音波処理中に圧縮（高圧サイクル）とレアファクション（低圧サイクル）を繰り返すことで、溶存ガスが移動し、小さなマイクロバブルが形成されます。その後、超音波がガスのマイクロバブルを強制的に合体させる。超音波の高キャビテーショナル・シアは、せん断減粘性およびチキソトロピー性の掘削油剤の粘度を低下させる。これにより、気泡がより速く上昇する。これは下流の分離器タンクまたは真空のガス抜き処理のよりよいガス分離のためにもたらす。脱ガスは泥水の重量を増加させ、粘度と分離の問題を減らします。より少ないガスの泡は乳化剤、安定装置、界面活性剤または分散代理店の使用を減らします。これにより、バレルあたりのコストが削減される。ガス含有量の減少は、好気性微生物の増殖も抑制することができる。
UIP1000hdによる超音波脱気前後の水性掘削泥水
アマニらによる研究と写真（2016年
掘削泥水の処方開発と適応
新しい規制では、環境への影響を最小限に抑えるため、泥に使用する特定の化学物質の量が制限されている。そのため、新しい規制の枠組みに合わせた配合が必要となります。超音波試験は、掘削泥水成分の性能を最大限に引き出し、より少量で低コストの材料を使用するのに役立ちます。Hielscherは、弊社のラボで掘削泥水の配合試験を提供しています。せん断の有無にかかわらず、さまざまな温度での動粘度測定を含みます。
産業用ヘビーデューティー設計
Hielscherの超音波リアクターは、より大きな粒子や研磨粒子、凝集体を扱うことができます。そのため、凝集したポンプ移送可能なスラリーや掘削泥水成分から始めることができます。粉体や粒子を流体に混合する場合、超音波プローブはローター・ステーター・ミキサーや高圧ホモジナイザーに比べて摩耗が非常に少なくなります。Hielscher社の超音波プローブはグレード5のチタン製で、WBMで淡水の代わりに海水を使用する場合などに耐腐食性が向上します。超音波リアクターには回転シールやベアリングがありません。Hielscher の超音波ミキサーはヘビーデューティーな使用に耐える工業用グレードです。 – 陸上および海上（リグ）。一般的に、超音波リアクターは設置面積を小さくするために垂直方向に設置されます。
石油・ガス産業における超音波ミキシングの用途は、掘削泥水だけにとどまらない。
- 廃液およびプロセス液の脱気
- 捕捉剤（H2S捕捉剤など）や、スケールや腐食防止剤などの保護化学物質との混合
- セメント固化時間の短縮による迅速なセメント注入
- 飽和食塩水またはギ酸食塩水の超音波調製
- 掘削泥水中の細菌活動を抑制する。
- 脱硫などの石油下流処理
- 油と沈殿物の試料調製
文献・参考文献
- 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.