시추 이수 및 패커 유체용 초음파 혼합기
시추 유체(시추 이수)는 유정, 천연가스정, 탐사정(미개발 지역의 탐사정) 또는 우물의 시추를 돕는 데 사용됩니다. 초음파 반응기는 수성 이수(WBM, 수계), 유성 이수(OBM, 비수계) 또는 합성 기유 이수(SBM)의 혼합, 분산, 유화 및 탈기를 위한 효과적인 기술입니다.
시추 이수의 배합과 일관된 품질은 오늘날 시추 작업의 핵심 요소입니다. 이수의 조성과 특성은 시추공의 안정성, 윤활, 냉각 및 시추 굴진 속도에 영향을 미칩니다. 시추 유체에 사소한 문제가 발생해도 전체 시추 작업이 중단될 수 있습니다. 시추 이수의 밀도나 비중이 지나치게 높아 발생하는 과도한 압력은 상당한 이수 손실을 유발할 수 있습니다.
WBM은 일반적으로 담수, 해수 또는 염수(포화 염수 또는 포름산염 염수)와 천연 점토 및 고분자로 구성됩니다. OBM과 SBM은 유성 기유(디젤, 광유) 또는 합성 기유(올레핀 및 파라핀)를 연속상(외부상)으로, 염수를 분산상(내부상)으로 하는 역유화 시스템입니다. 이 에멀션은 시추공 내부로 유입되는 물이 추가되어도 견딜 만큼 충분히 안정적이어야 합니다. 수중유형(유성 에멀션 이수)은 유중수형(역유화 이수)보다 덜 일반적입니다. 초음파 유화는 두 에멀션 유형 모두에 적용되며, 내부 염수상 또는 수상의 우수한 전기적 안정성을 확보합니다.
Hielscher 초음파 반응기는 생산용으로 매우 효과적이며 강력한 캐비테이션 전단 혼합기입니다. 일반적으로 초음파 반응기는 높은 처리량의 단일 통과 처리 또는 재순환 배치 처리를 위해 인라인으로 사용됩니다.
초음파 혼합은 다음 용도로 사용할 수 있습니다.
- 첨가제 제조
- 고농도 마스터배치 제조
- 바로 사용할 수 있는 시추 유체 또는 패커 유체 혼합
- 시추 이수 탈기
- 더 나은 시추 이수 개발 및 배합
MultiSonoReactor MSR-4는 시추 이수의 산업 생산에 적합한 산업용 인라인 균질기입니다. 초음파 처리는 시추 유체의 분산 및 탈기에 사용됩니다.
시추 이수 첨가제 제조
액상 고분자 슬러리와 같은 화학 물질 및 첨가제의 제조에는 초음파 전단 혼합의 높은 처리 용량과 유연성이 유용합니다. 초음파 혼합은 증점제, 여과액 감소제 또는 고분자 첨가제와 같은 첨가제의 잠재력을 최대한 발휘하게 합니다. 초음파 캐비테이션은 시추 이수를 혼합하는 동안 분말을 신속하고 완전하게 수화합니다.
액체/액체 에멀션 혼합에서 Hielscher MultiPhaseCavitator는 강력한 캐비테이션 전단 영역에서 두 상의 인라인 혼합을 개선합니다. MultiPhaseCavitator에 대한 자세한 내용은 여기를 클릭하세요!
초음파 혼합은 액체 내 경계층 또는 입자에서의 물질 전달을 개선합니다. 이에 따라 염화칼슘 염수, 브롬화칼슘 염수, 브롬화아연 염수 또는 포름산칼륨 및 포름산세슘 염수와 같은 염수나 포화 염수를 제조하는 데 필요한 시간이 단축됩니다.
점토 또는 첨가제 마스터배치
초음파 전단 혼합을 사용하면 최종 시추 이수 배합물에 첨가하기 전에 고농도 또는 고밀도 마스터배치(예: 탄산칼슘(백악), 해교제 또는 포집제의 마스터배치)를 제조할 수 있습니다.
시추 유체 및 패커 유체 생산
셰일 안정성, 점도, 냉각 또는 윤활과 같은 시추 이수의 성능은 여러 요인에 따라 달라집니다. 품질의 균일성과 일관성이 무엇보다 중요합니다. 초음파 전단 혼합은 균일한 입도 분포를 형성하여 분산 및 에멀션 안정성을 높이는 데 매우 효과적입니다. 이는 보관, 운송 중 또는 이수 피트 내에서의 상분리나 침강을 방지합니다.
오늘날 시추 이수의 규격은 자주 변경됩니다. Hielscher 초음파 반응기는 시추 유체의 배합 변경에 매우 유연하게 대응합니다. 기존의 배치 혼합에서 초음파 인라인 단일 통과 혼합으로 전환하면 동일한 초음파 장비에서 다양한 유형의 시추 이수를 제조할 수 있습니다. 이는 재고와 보관 기간을 줄이는 데 도움이 됩니다.
일반 점토(예: 벤토나이트)와 특수 처리된 친유성 점토를 유체에 분산하면 점도가 높거나 요변성 또는 전단박화 특성을 갖는 겔과 슬러리가 생성됩니다. 강한 초음파 전단에 노출되면 점도가 낮아져 자유롭게 흐르는 상태가 됩니다. 이는 분산과 취급을 용이하게 합니다. 이러한 이유로 초음파 처리는 요변성 및 전단박화 슬러리의 혼합에 매우 효과적입니다. 초음파 처리는 벤토나이트 입자 / 판상 입자의 분산을 개선하고 겔화 특성을 향상시킵니다. 벤토나이트의 초음파 분산에 대한 자세한 내용은 여기를 클릭하세요!
벤토나이트의 초음파 분산(초음파 혼합기 UIP2000hdT로 수행)
유변 조절제, 증점제 및 안정제(예: 검류, 글리콜, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리아니온성 셀룰로오스(PAC) 또는 전분)는 효과를 극대화하기 위해 잘 분산되어야 합니다. 잔탄검과 구아검 같은 증점제의 초음파 분산에 대한 자세한 내용은 여기를 클릭하세요!
아황산바륨(중정석)과 같은 증량제는 보관, 운송 또는 시추 중에 이수에서 분리되어서는 안 됩니다. 스토크스 법칙에 따르면 입자가 작을수록 더 천천히 침강하거나 전혀 침강하지 않습니다. 초음파 분산은 분산 불안정성을 유발할 수 있는 큰 응집체의 형성을 방지합니다. 시스템을 분산하면 고형물 수용력을 높여 다음 수준까지 증량할 수 있습니다: 최대 20 lb/갤런 (US) 또는 2.4g/cm3.
시추 이수의 탈기
시추 이수를 제조할 때 벤토나이트 점토 분말과 기타 첨가제 분말은 시추 이수에 많은 공기를 유입시킵니다. 이 기체는 액체 시스템 내부에 갇혀 분리와 유화제 또는 안정제의 성능 저하를 유발할 수 있습니다. 초음파 처리 중 반복되는 압축(고압 주기)과 희박화(저압 주기)는 용존 기체가 이동하여 작은 미세 기포를 형성하게 합니다. 이어서 초음파는 기체 미세 기포의 합체를 유도합니다. 초음파의 강한 캐비테이션 전단은 전단박화 및 요변성 시추 유체의 점도를 낮춥니다. 이에 따라 기포가 더 빠르게 상승합니다. 이는 후단 분리 탱크 또는 진공 탈기 공정에서 기체 분리를 개선합니다. 탈기는 이수 비중을 높이고 점도와 분리 문제를 줄입니다. 기포가 줄어들면 유화제, 안정제, 계면활성제 또는 분산제의 사용량이 감소합니다. 이는 배럴당 비용을 줄입니다. 기체 함량을 낮추면 호기성 미생물의 성장도 억제할 수 있습니다.
UIP1000hd를 사용한 초음파 탈기 전후의 수성 시추 이수
연구 및 사진: Amani 외, 2016
시추 이수 배합 개발 및 조정
새로운 규정은 환경에 미치는 영향을 최소화하기 위해 이수에 사용하는 특정 화학 물질의 양을 제한합니다. 따라서 새로운 규제 체계에 맞게 배합을 조정해야 합니다. 초음파 처리는 시추 이수 성분의 성능을 극대화하는 데 도움이 되므로, 더 적은 양의 재료와 비용이 더 낮은 재료를 사용할 수 있습니다. Hielscher는 당사 실험실에서 시추 이수 배합 시험을 제공합니다. 여기에는 전단을 가한 조건과 가하지 않은 조건에서 다양한 온도로 수행하는 동점도 측정이 포함됩니다.
산업용 고강도 설계
Hielscher 초음파 반응기는 크기가 더 크고 마모성이 있는 입자 또는 응집체를 처리할 수 있습니다. 따라서 응집된 상태의 펌핑 가능한 슬러리나 시추 이수 성분으로 작업을 시작할 수 있습니다. 분말과 입자를 유체에 혼합할 때 초음파 프로브는 로터–스테이터 혼합기나 고압 균질기보다 마모가 훨씬 적습니다. Hielscher 초음파 프로브는 내식성을 높이기 위해 5등급 티타늄으로 제작되며, 예를 들어 WBM에 담수 대신 해수를 사용할 때 유용합니다. 초음파 반응기에는 회전 씰이나 베어링이 없습니다. Hielscher 초음파 혼합기는 육상 및 해상(시추 설비)의 고강도 작업을 위한 산업용 등급 장비입니다. 일반적으로 초음파 반응기는 설치 면적을 줄이기 위해 수직으로 배치됩니다.
석유 및 가스 산업에서 초음파 혼합의 활용 범위는 시추 이수를 훨씬 넘어섭니다.
- 배출수 및 공정 유체의 탈기
- 포집제(예: H2S 포집제) 또는 스케일 및 부식 억제제와 같은 보호용 화학 물질을 사용한 혼합
- 더 빠른 시멘팅을 위한 시멘트 응결 시간 단축
- 포화 염수 또는 포름산염 염수의 초음파 제조
- 시추 이수 내 세균 활동 감소
- 탈황과 같은 후단 석유 처리
- 석유 및 퇴적물 시료 전처리
문헌 / 참고문헌
- 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.