Ultrasone mengers voor boorspoelingen en packervloeistoffen
Boorvloeistof (boorspoeling) wordt gebruikt ter ondersteuning van het boren van olieputten, aardgasputten, exploratieputten (wildcatputten) of waterputten. Ultrasone reactoren zijn een effectieve technologie voor het mengen, dispergeren, emulgeren en ontgassen van boorspoelingen op waterbasis (WBM, waterig), op oliebasis (OBM, niet-waterig) of op synthetische basis (SBM).
De formulering en constante kwaliteit van boorspoeling vormen een sleutelfactor bij de huidige boorwerkzaamheden. De samenstelling en eigenschappen van de boorspoeling beïnvloeden de stabiliteit van het boorgat, de smering, de koeling en de penetratiesnelheid tijdens het boren. Zelfs kleine problemen met de boorvloeistof kunnen de gehele booroperatie stilleggen. Overmatige druk als gevolg van boorspoeling met een te hoge dichtheid of een te hoog gewicht kan een aanzienlijk circulatieverlies veroorzaken.
WBM’s bestaan doorgaans uit zoetwater, zeewater of pekel (verzadigd of op basis van formiaat), en natuurlijke kleien en polymeren. OBM en SBM zijn inverse emulsiesystemen met een oliebasis (diesel, minerale olie) of synthetische basis (olefinen en paraffinen) als continue (externe) fase, en pekel als gedispergeerde (interne) fase. De emulsie moet stabiel genoeg zijn om bestand te zijn tegen de instroom van water onder in het boorgat. Olie-in-wateremulsies (boorspoelingen met een olie-emulsie) komen minder vaak voor dan water-in-olie-emulsies (boorspoelingen met een inverse olie-emulsie). Ultrasone emulgering werkt voor beide emulsietypen en zorgt voor een goede elektrische stabiliteit van de interne pekel- of waterfase.
Ultrasone reactoren van Hielscher zijn zeer effectieve mengers voor productiegebruik die intense afschuiving door cavitatie opwekken. Doorgaans worden de ultrasone reactoren inline gebruikt voor verwerking met een hoge verwerkingscapaciteit in één doorgang of voor batchverwerking met recirculatie.
U kunt ultrasone menging gebruiken om
- additieven te produceren
- masterbatches met een hoge concentratie te bereiden
- gebruiksklare boorvloeistoffen of packervloeistoffen te mengen
- boorspoelingen te ontgassen
- betere boorspoelingen te ontwikkelen en te formuleren
De MultiSonoReactor MSR-4 is een industriële inline homogenisator die geschikt is voor de industriële productie van boorspoelingen. Sonicatie wordt gebruikt voor het dispergeren en ontgassen van boorvloeistoffen.
Productie van additieven voor boorspoelingen
De productie van chemicaliën en additieven, zoals vloeibare polymeerslurries, profiteert van de hoge verwerkingscapaciteit en flexibiliteit van ultrasone menging door afschuiving. Ultrasone menging benut het volledige potentieel van additieven, zoals viscositeitsverhogers, filtraatverliesreducerende middelen of polymeeradditieven. Ultrasone cavitatie hydrateert poeders snel en volledig tijdens het mengen van boorspoeling.
Bij het mengen van vloeistof-vloeistofemulsies verbetert de Hielscher MultiPhaseCavitator de inline menging van twee fasen in de zone met intense afschuiving door cavitatie. Klik hier voor meer informatie over de MultiPhaseCavitator!
Ultrasone menging verbetert de massaoverdracht bij grenslagen of deeltjes in vloeistoffen. Dit verkort de tijd die nodig is om pekel of verzadigde pekel te bereiden, bijvoorbeeld calciumchloridepekel, calciumbromidepekel, zinkbromidepekel of pekel op basis van kaliumformiaat en cesiumformiaat.
Masterbatches van kleien of additieven
U kunt ultrasone menging door afschuiving gebruiken om masterbatches met een hoge concentratie of hoge dichtheid te maken (bijvoorbeeld van calciumcarbonaat (krijt), deflocculanten of scavengers), voordat u deze aan de uiteindelijke boorspoelingsformulering toevoegt.
Productie van boorvloeistoffen en packervloeistoffen
De prestaties van boorspoeling, zoals schaliestabiliteit, viscositeit, koeling of smering, zijn afhankelijk van vele factoren. Uniformiteit en een constante kwaliteit zijn van het grootste belang. Ultrasone menging door afschuiving is zeer effectief bij het verkrijgen van uniforme deeltjesgrootteverdelingen en daardoor een betere dispersie- en emulsiestabiliteit. Dit voorkomt fasescheiding of bezinking tijdens opslag, transport of verblijf in de spoelingsbassins.
Tegenwoordig veranderen de specificaties voor boorspoeling vaak. Ultrasone reactoren van Hielscher zijn zeer goed aan te passen aan veranderingen in de formulering van boorvloeistoffen. Door over te stappen van traditioneel batchmengen op ultrasone inline menging in één doorgang, kunt u verschillende typen boorspoeling op dezelfde ultrasone machine maken. Dit helpt de voorraad en de opslagtijd te verminderen.
Het dispergeren van conventionele kleien (bijvoorbeeld bentoniet) en speciaal behandelde organofiele kleien in vloeistoffen levert zeer viskeuze, thixotrope of afschuifverdunnende gels en slurries op. Bij blootstelling aan sterke ultrasone afschuiving daalt de viscositeit tot een vrij stromende toestand. Dit vergemakkelijkt het dispergeren en hanteren. Daarom is sonicatie zeer effectief voor het mengen van thixotrope en afschuifverdunnende slurries. Sonicatie resulteert in een betere dispersie van de bentonietdeeltjes / -plaatjes en verbeterde gelvormingseigenschappen. Klik hier voor meer informatie over de ultrasone dispersie van bentoniet!
Ultrasone dispersie van bentoniet (uitgevoerd met de ultrasone menger UIP2000hdT)
Reologiemodificatoren, verdikkingsmiddelen en stabilisatoren (bijvoorbeeld gommen, glycol, carboxymethylcellulose, polyanionische cellulose (PAC) of zetmeel) moeten goed worden gedispergeerd voor maximale effectiviteit. Klik hier voor meer informatie over de ultrasone dispersie van verdikkingsmiddelen, zoals xanthaangom en guargom!
Verzwaringsmiddelen, zoals bariumsulfiet (bariet), mogen zich tijdens opslag, transport of het boren niet van de boorspoeling afscheiden. Volgens de wet van Stokes bezinken kleinere deeltjes langzamer of helemaal niet. Ultrasone dispersie voorkomt grotere agglomeraten die instabiliteit van de dispersie kunnen veroorzaken. Het dispergeren van een systeem kan de tolerantie ervan voor vaste stoffen verhogen, waardoor verzwaring tot 20 lb/gallon (US) of 2,4g/cm mogelijk wordt3.
Ontgassen van de boorspoeling
Bij het bereiden van boorspoelingen brengen bentonietkleipoeder en andere additiefpoeders veel lucht in de boorspoeling. Dit gas raakt opgesloten in vloeistofsystemen en kan scheiding en verminderde prestaties van emulgatoren of stabilisatoren veroorzaken. Herhaalde compressies (hogedrukcycli) en expansies (lagedrukcycli) tijdens de ultrasone behandeling laten opgeloste gassen migreren en kleine microbellen vormen. Ultrasone golven dwingen de gasmicrobellen vervolgens samen te vloeien. De sterke afschuiving door ultrasone cavitatie verlaagt de viscositeit van afschuifverdunnende en thixotrope boorvloeistoffen. Hierdoor stijgen luchtbellen sneller op. Dit leidt tot een betere gasscheiding in verderop gelegen scheidingstanks of bij vacuümontgassing. Ontgassing verhoogt het gewicht van de boorspoeling, verlaagt de viscositeit en vermindert scheidingsproblemen. Minder gasbellen verminderen het gebruik van emulgatoren, stabilisatoren, oppervlakteactieve stoffen of dispergeermiddelen. Dit verlaagt de kosten per vat. Een vermindering van het gasgehalte kan ook de aerobe microbiële groei afremmen.
Boorspoeling op waterbasis vóór en na ultrasone ontgassing met UIP1000hd
Onderzoek en afbeelding van Amani et al. 2016
Ontwikkeling en aanpassing van boorspoelingsformuleringen
Nieuwe voorschriften beperken de hoeveelheid van bepaalde chemicaliën die in boorspoelingen mogen worden gebruikt om de milieubelasting te minimaliseren. Dit vereist aanpassing van de formuleringen aan het nieuwe regelgevingskader. Ultrasone behandeling kan u helpen de prestaties van boorspoelingscomponenten te maximaliseren, zodat u minder en goedkopere materialen kunt gebruiken. Hielscher biedt tests van boorspoelingsformuleringen aan in ons laboratorium. Dit omvat metingen van de kinematische viscositeit bij verschillende temperaturen, met en zonder afschuiving.
Robuust ontwerp voor industrieel gebruik
Ultrasone reactoren van Hielscher kunnen grotere en abrasieve deeltjes of agglomeraten verwerken. Daarom kunt u beginnen met een geagglomereerde, verpompbare slurry of met boorspoelingscomponenten. Bij het mengen van poeders en deeltjes in de vloeistof vertonen ultrasone sondes veel minder abrasieve slijtage dan rotor-statormengers of hogedrukhomogenisatoren. Ultrasone sondes van Hielscher zijn gemaakt van titanium van kwaliteit 5 voor een verhoogde corrosiebestendigheid, bijvoorbeeld wanneer in WBM’s zeewater wordt gebruikt in plaats van zoetwater. Ultrasone reactoren hebben geen roterende afdichtingen of lagers. Ultrasone mengers van Hielscher zijn van industriële kwaliteit voor zware toepassingen – op land en op zee (boorplatform). Doorgaans worden de ultrasone reactoren verticaal opgesteld om weinig vloeroppervlak in te nemen.
Het gebruik van ultrasone menging in de olie- en gasindustrie reikt veel verder dan boorspoelingen.
- Ontgassen van effluenten en procesvloeistoffen
- Mengen met scavengers (bijvoorbeeld H2S-scavengers) of beschermende chemicaliën, zoals afzettings- en corrosieremmers
- Verkort de verhardingstijd van cement voor sneller cementeren
- Ultrasone bereiding van verzadigde pekel of formiaatpekel
- Verminder de bacteriële activiteit in de boorspoelingen
- Downstreamverwerking van olie, bijvoorbeeld ontzwaveling
- Voorbereiding van olie- en sedimentmonsters
Literatuur / Referenties
- 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.