Mieszalniki ultradźwiękowe do płuczek wiertniczych i płynów pakerowych
Płyn wiertniczy (płuczka wiertnicza) służy do wspomagania wiercenia otworów naftowych, gazowych, poszukiwawczych (otworów poszukiwawczych na niezbadanych obszarach) lub studni wodnych. Reaktory ultradźwiękowe stanowią skuteczną technologię mieszania, dyspergowania, emulgowania i odgazowywania płuczek na bazie wody (WBM, wodnych), płuczek na bazie oleju (OBM, niewodnych) lub płuczek na bazie syntetycznej (SBM).
Receptura i stała jakość płuczki wiertniczej są kluczowym czynnikiem we współczesnych pracach wiertniczych. Skład i właściwości płuczki wpływają na stabilność otworu wiertniczego, smarowanie, chłodzenie i prędkość postępu wiercenia. Nawet niewielkie problemy z płynem wiertniczym mogą zatrzymać całą operację wiercenia. Nadmierne ciśnienie wynikające ze zbyt dużej gęstości lub zbyt dużego ciężaru płuczki wiertniczej może spowodować znaczny zanik cyrkulacji.
Płuczki WBM zazwyczaj składają się z wody słodkiej, wody morskiej lub solanki (nasyconej lub mrówczanowej) oraz naturalnych iłów i polimerów. Płuczki OBM i SBM to układy emulsji odwróconych, w których baza olejowa (olej napędowy, olej mineralny) lub baza syntetyczna (olefiny i parafiny) stanowi fazę ciągłą (zewnętrzną), a solanka – fazę rozproszoną (wewnętrzną). Emulsja powinna być wystarczająco stabilna, aby wytrzymać dopływ wody w otworze wiertniczym. Emulsje oleju w wodzie (płuczki z emulsją olejową) są mniej powszechne niż emulsje wody w oleju (płuczki z odwróconą emulsją olejową). Emulgowanie ultradźwiękowe sprawdza się w przypadku obu typów emulsji i zapewnia dobrą stabilność elektryczną wewnętrznej fazy solanki lub wody.
Reaktory ultradźwiękowe Hielscher to bardzo skuteczne mieszalniki do zastosowań produkcyjnych, wykorzystujące intensywne ścinanie kawitacyjne. Reaktory ultradźwiękowe są zazwyczaj stosowane w układzie przepływowym do przetwarzania o dużej wydajności w jednym przejściu lub do przetwarzania wsadowego z recyrkulacją.
Mieszanie ultradźwiękowe można wykorzystać do
- wytwarzania dodatków
- przygotowywania koncentratów o wysokim stężeniu
- mieszania gotowych do użycia płynów wiertniczych lub płynów pakerowych
- odgazowywania płuczek wiertniczych
- opracowywania lepszych płuczek wiertniczych i ich receptur
MultiSonoReactor MSR-4 to przemysłowy homogenizator przepływowy odpowiedni do przemysłowej produkcji płuczek wiertniczych. Sonikacja jest stosowana do dyspergowania i odgazowywania płynów wiertniczych.
Wytwarzanie dodatków do płuczek wiertniczych
Wytwarzanie chemikaliów i dodatków, takich jak płynne zawiesiny polimerowe, korzysta z dużej wydajności przetwarzania i elastyczności mieszania ultradźwiękowego wykorzystującego ścinanie. Mieszanie ultradźwiękowe pozwala w pełni wykorzystać potencjał dodatków, takich jak środki zwiększające lepkość, środki zmniejszające filtrację lub dodatki polimerowe. Kawitacja ultradźwiękowa szybko i całkowicie uwadnia proszki podczas mieszania płuczki wiertniczej.
Podczas mieszania emulsji ciecz/ciecz Hielscher MultiPhaseCavitator usprawnia przepływowe mieszanie dwóch faz w strefie intensywnego ścinania kawitacyjnego. Kliknij tutaj, aby uzyskać więcej informacji o MultiPhaseCavitator!
Mieszanie ultradźwiękowe poprawia przenoszenie masy w warstwach granicznych lub na powierzchni cząstek w cieczach. Skraca to czas potrzebny do przygotowania solanek lub solanek nasyconych, np. solanki chlorku wapnia, solanki bromku wapnia, solanki bromku cynku lub solanki mrówczanu potasu i cezu.
Koncentraty iłów lub dodatków
Mieszanie ultradźwiękowe wykorzystujące ścinanie można stosować do przygotowywania koncentratów o wysokim stężeniu lub dużej gęstości (np. węglanu wapnia (kredy), środków deflokulujących lub środków wychwytujących) przed dodaniem ich do końcowej receptury płuczki wiertniczej.
Produkcja płynów wiertniczych i płynów pakerowych
Właściwości użytkowe płuczki wiertniczej, takie jak stabilność łupków, lepkość, chłodzenie lub smarowanie, zależą od wielu czynników. Jednorodność i stałość jakości mają najwyższe znaczenie. Mieszanie ultradźwiękowe wykorzystujące ścinanie jest bardzo skuteczne w uzyskiwaniu jednolitych rozkładów wielkości cząstek, a tym samym lepszej stabilności dyspersji i emulsji. Zapobiega to rozdzielaniu faz lub osadzaniu się cząstek podczas przechowywania, transportu lub przebywania płuczki w zbiornikach płuczkowych.
Obecnie specyfikacje płuczek wiertniczych często się zmieniają. Reaktory ultradźwiękowe Hielscher można bardzo łatwo dostosować do zmian receptury płynu wiertniczego. Przechodząc z tradycyjnego mieszania wsadowego na ultradźwiękowe mieszanie przepływowe w jednym przejściu, można wytwarzać różne rodzaje płuczek wiertniczych za pomocą tego samego urządzenia ultradźwiękowego. Pomaga to ograniczyć zapasy i skrócić czas przechowywania.
Dyspergowanie konwencjonalnych iłów (np. bentonitu) i specjalnie modyfikowanych iłów organofilowych w płynach prowadzi do powstawania żeli i zawiesin o wysokiej lepkości, tiksotropowych lub rozrzedzanych ścinaniem. Pod wpływem silnego ścinania ultradźwiękowego lepkość spada do poziomu umożliwiającego swobodny przepływ. Ułatwia to dyspergowanie i operowanie tymi materiałami. Z tego powodu sonikacja jest bardzo skuteczna w mieszaniu zawiesin tiksotropowych i rozrzedzanych ścinaniem. Sonikacja zapewnia lepsze rozproszenie cząstek / płytek bentonitu i poprawę właściwości żelujących. Kliknij tutaj, aby uzyskać więcej informacji o ultradźwiękowym dyspergowaniu bentonitu!
Ultradźwiękowe dyspergowanie bentonitu (przeprowadzone za pomocą mieszalnika ultradźwiękowego UIP2000hdT)
Modyfikatory reologiczne, zagęstniki i stabilizatory (np. gumy, glikol, karboksymetyloceluloza, celuloza polianionowa (PAC) lub skrobia) wymagają dobrego rozproszenia, aby osiągnąć maksymalną skuteczność. Kliknij tutaj, aby uzyskać więcej informacji o ultradźwiękowym dyspergowaniu zagęstników, takich jak guma ksantanowa i guma guar!
Środki obciążające, takie jak siarczyn baru (baryt), nie mogą oddzielać się od płuczki podczas przechowywania, transportu lub wiercenia. Zgodnie z prawem Stokesa mniejsze cząstki osiadają wolniej lub nie osiadają wcale. Dyspergowanie ultradźwiękowe zapobiega powstawaniu większych aglomeratów, które mogą powodować niestabilność dyspersji. Dyspergowanie układu może zwiększyć jego tolerancję na substancje stałe, umożliwiając zwiększenie gęstości do 20 lb/gallon (US) lub 2,4g/cm3.
Odgazowywanie płuczki wiertniczej
Podczas przygotowywania płuczek wiertniczych sproszkowany ił bentonitowy i inne sproszkowane dodatki wprowadzają do płuczki dużo powietrza. Gaz ten zostaje uwięziony w układach ciekłych i może powodować rozdzielanie oraz spadek skuteczności emulgatora lub stabilizatora. Powtarzające się sprężenia (cykle wysokiego ciśnienia) i rozrzedzenia (cykle niskiego ciśnienia) podczas sonikacji umożliwiają rozpuszczonym gazom przemieszczanie się i tworzenie małych mikropęcherzyków. Następnie fale ultradźwiękowe wymuszają koalescencję mikropęcherzyków gazu. Silne ścinanie kawitacyjne wywołane ultradźwiękami zmniejsza lepkość płynów wiertniczych rozrzedzanych ścinaniem i tiksotropowych. Pozwala to pęcherzykom powietrza szybciej się unosić. Prowadzi to do lepszego oddzielania gazu w zbiornikach separacyjnych na dalszych etapach procesu lub podczas odgazowywania próżniowego. Odgazowywanie zwiększa ciężar płuczki, zmniejsza lepkość i ogranicza problemy z rozdzielaniem. Mniejsza liczba pęcherzyków gazu pozwala ograniczyć zużycie emulgatorów, stabilizatorów, środków powierzchniowo czynnych lub środków dyspergujących. Zmniejsza to koszt na baryłkę. Zmniejszenie zawartości gazu może również ograniczać wzrost mikroorganizmów tlenowych.
Płuczka wiertnicza na bazie wody przed odgazowywaniem ultradźwiękowym za pomocą UIP1000hd i po nim
Badanie i zdjęcie: Amani i in. 2016
Opracowywanie i dostosowywanie receptur płuczek wiertniczych
Nowe przepisy ograniczają ilość niektórych chemikaliów stosowanych w płuczkach, aby zminimalizować wpływ na środowisko. Wymaga to dostosowania receptur do nowych ram prawnych. Sonikacja może pomóc w maksymalnym wykorzystaniu skuteczności składników płuczki wiertniczej, dzięki czemu można stosować mniej materiałów i materiały o niższym koszcie. Hielscher oferuje badania receptur płuczek wiertniczych w naszym laboratorium. Obejmują one pomiary lepkości kinematycznej w różnych temperaturach, przy ścinaniu i bez ścinania.
Wytrzymała konstrukcja do zastosowań przemysłowych
Reaktory ultradźwiękowe Hielscher mogą przetwarzać większe i ścierne cząstki lub aglomeraty. Dlatego jako materiał wyjściowy można zastosować zawiesinę zawierającą aglomeraty, którą można pompować, lub składniki płuczki wiertniczej. Podczas mieszania proszków i cząstek z płynem sondy ultradźwiękowe wykazują znacznie mniejsze zużycie ścierne niż mieszalniki rotor–stator lub homogenizatory wysokociśnieniowe. Sondy ultradźwiękowe Hielscher są wykonane z tytanu gatunku 5 w celu zwiększenia odporności na korozję, np. gdy w płuczkach WBM zamiast wody słodkiej stosuje się wodę morską. Reaktory ultradźwiękowe nie mają uszczelnień obrotowych ani łożysk. Mieszalniki ultradźwiękowe Hielscher to urządzenia klasy przemysłowej przeznaczone do pracy w trudnych warunkach – na lądzie i na morzu (na platformie wiertniczej). Reaktory ultradźwiękowe są zazwyczaj ustawiane pionowo, aby zajmowały niewielką powierzchnię.
Zastosowanie mieszania ultradźwiękowego w przemyśle naftowym i gazowym wykracza daleko poza płuczki wiertnicze.
- Odgazowywanie ścieków i płynów procesowych
- Mieszanie ze środkami wychwytującymi (np. środkami wychwytującymi H2S) lub chemikaliami ochronnymi, takimi jak inhibitory osadów mineralnych i korozji
- Skracanie czasu wiązania cementu w celu szybszego cementowania
- Ultradźwiękowe przygotowywanie solanki nasyconej lub solanki mrówczanowej
- Ograniczanie aktywności bakterii w płuczkach wiertniczych
- Przetwarzanie ropy naftowej na dalszych etapach procesu, np. odsiarczanie
- Przygotowywanie próbek ropy naftowej i osadów
Literatura / Źródła
- 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.