Misturadores ultrassónicos para lamas de perfuração e fluidos de obturação
O fluido de perfuração (lama de perfuração) é utilizado para auxiliar a perfuração de poços de petróleo, de gás natural, de exploração (poços em áreas ainda não comprovadas) ou de água. Os reatores ultrassónicos são uma tecnologia eficaz para a mistura, dispersão, emulsificação e desgaseificação de lamas à base de água (WBM, aquosas), lamas à base de óleo (OBM, não aquosas) ou lamas à base de fluidos sintéticos (SBM).
A formulação e a qualidade consistente da lama de perfuração são um fator fundamental nas operações de perfuração atuais. A composição e as características da lama influenciam a estabilidade das paredes do poço, a lubrificação, o arrefecimento e a velocidade de penetração durante a perfuração. Mesmo pequenos problemas com o fluido de perfuração podem interromper toda a operação de perfuração. A pressão excessiva resultante de uma lama de perfuração demasiado densa ou demasiado pesada pode causar uma perda significativa de circulação.
As WBM são geralmente constituídas por água doce, água do mar ou salmoura (saturada ou de formiato), bem como por argilas naturais e polímeros. As OBM e SBM são sistemas de emulsão inversa que têm uma base oleosa (gasóleo, óleo mineral) ou uma base sintética (olefinas e parafinas) como fase contínua (externa) e salmoura como fase dispersa (interna). A emulsão deve ser suficientemente estável para suportar a adição do fluxo de água no fundo do poço. As emulsões de óleo em água (lamas de emulsão oleosa) são menos comuns do que as de água em óleo (lamas de emulsão oleosa inversa). A emulsificação ultrassónica funciona para ambos os tipos de emulsão e proporciona uma boa estabilidade elétrica da fase interna de salmoura ou água.
Os reatores ultrassónicos Hielscher são misturadores de cisalhamento por cavitação muito eficazes e intensos para utilização na produção. Geralmente, os reatores ultrassónicos são utilizados em linha para processamento de elevada capacidade numa única passagem ou para processamento por lotes com recirculação.
Pode utilizar a mistura ultrassónica para
- Fabricar aditivos
- Preparar pré-misturas de elevada concentração
- Misturar fluidos de perfuração ou fluidos de obturação prontos a utilizar
- Desgaseificar lamas de perfuração
- Desenvolver e formular melhores lamas de perfuração
O MultiSonoReactor MSR-4 é um homogeneizador industrial em linha adequado para a produção industrial de lamas de perfuração. A sonicação é utilizada para a dispersão e desgaseificação de fluidos de perfuração.
Fabrico de aditivos para lamas de perfuração
O fabrico de produtos químicos e aditivos, como suspensões líquidas de polímeros, beneficia da elevada capacidade de processamento e da flexibilidade da mistura por cisalhamento ultrassónico. A mistura ultrassónica permite aproveitar todo o potencial de aditivos, como viscosificantes, redutores de filtrado ou aditivos poliméricos. A cavitação ultrassónica hidrata os pós rápida e completamente durante a mistura da lama de perfuração.
Para a mistura de emulsões líquido/líquido, o Hielscher MultiPhaseCavitator melhora a mistura em linha de duas fases na zona de intenso cisalhamento por cavitação. Para mais informações sobre o MultiPhaseCavitator, clique aqui!
A mistura ultrassónica melhora a transferência de massa nas camadas limite ou nas partículas em líquidos. Isto reduz o tempo necessário para preparar salmouras ou salmouras saturadas, por exemplo, salmoura de cloreto de cálcio, salmoura de brometo de cálcio, salmoura de brometo de zinco ou salmoura de formiato de potássio e césio.
Pré-misturas concentradas de argilas ou aditivos
Pode utilizar a mistura por cisalhamento ultrassónico para preparar pré-misturas de elevada concentração ou elevada densidade (por exemplo, de carbonato de cálcio (cré), desfloculantes ou sequestrantes) antes de as adicionar à formulação final da lama de perfuração.
Produção de fluidos de perfuração e fluidos de obturação
O desempenho da lama de perfuração, nomeadamente a estabilidade dos xistos, a viscosidade, o arrefecimento ou a lubrificação, depende de muitos fatores. A uniformidade e a consistência da qualidade são da máxima importância. A mistura por cisalhamento ultrassónico é muito eficaz na obtenção de distribuições uniformes do tamanho das partículas e, consequentemente, de uma melhor dispersão e de uma melhor estabilidade da emulsão. Isto evita a separação de fases ou a sedimentação durante o armazenamento, o transporte ou a permanência nos tanques de lama.
Atualmente, as especificações das lamas de perfuração mudam frequentemente. Os reatores ultrassónicos Hielscher adaptam-se muito bem às alterações da formulação dos fluidos de perfuração. Ao passar da mistura tradicional por lotes para a mistura ultrassónica em linha numa única passagem, pode produzir diferentes tipos de lama de perfuração na mesma máquina ultrassónica. Isto ajuda a reduzir as existências e o tempo de armazenamento.
A dispersão de argilas convencionais (por exemplo, bentonite) e de argilas organofílicas especialmente tratadas em fluidos produz géis e suspensões altamente viscosos, tixotrópicos ou reofluidificantes. Quando estes géis e suspensões são sujeitos a um elevado cisalhamento ultrassónico, a sua viscosidade diminui até permitir um escoamento livre. Isto facilita a dispersão e o manuseamento. Por este motivo, a sonicação é muito eficaz na mistura de suspensões tixotrópicas e reofluidificantes. A sonicação resulta numa melhor dispersão das partículas / plaquetas de bentonite e em melhores características de gelificação. Para mais informações sobre a dispersão ultrassónica de bentonite, clique aqui!
Dispersão ultrassónica de bentonite (realizada com o misturador ultrassónico UIP2000hdT)
Os modificadores reológicos, espessantes e estabilizantes (por exemplo, gomas, glicol, carboximetilcelulose, celulose polianiónica (PAC) ou amido) requerem uma boa dispersão para obter a máxima eficácia. Para mais informações sobre a dispersão ultrassónica de espessantes, como a goma xantana e a goma guar, clique aqui!
Os agentes densificantes, como o sulfito de bário (barite), não devem separar-se da lama durante o armazenamento, o transporte ou a perfuração. De acordo com a lei de Stokes, as partículas mais pequenas sedimentam mais lentamente ou não sedimentam de todo. A dispersão ultrassónica evita aglomerados maiores, que podem causar instabilidade da dispersão. Dispersar um sistema pode aumentar a sua tolerância a sólidos, permitindo aumentar a densidade até 20 lb/gallon (US) ou 2,4g/cm3.
Desgaseificação da lama de perfuração
Ao preparar lamas de perfuração, o pó de argila bentonítica e outros aditivos em pó introduzem muito ar na lama de perfuração. Este gás fica retido nos sistemas líquidos e pode causar separação e uma perda de desempenho do emulsionante ou estabilizante. As compressões repetidas (ciclos de alta pressão) e as rarefações (ciclos de baixa pressão) durante a sonicação permitem que os gases dissolvidos migrem e formem pequenas microbolhas. As ondas ultrassónicas forçam então a coalescência das microbolhas de gás. O elevado cisalhamento por cavitação ultrassónica reduz a viscosidade dos fluidos de perfuração reofluidificantes e tixotrópicos. Isto permite que as bolhas de ar subam mais rapidamente. Isto conduz a uma melhor separação do gás nos tanques separadores a jusante ou na desgaseificação por vácuo. A desgaseificação aumenta o peso da lama e reduz a viscosidade e os problemas de separação. A presença de menos bolhas de gás reduz a utilização de emulsionantes, estabilizantes, tensioativos ou agentes dispersantes. Isto reduz o custo por barril. Uma redução do teor de gás também pode limitar o crescimento microbiano aeróbio.
Lama de perfuração à base de água antes e depois da desgaseificação ultrassónica com UIP1000hd
Estudo e imagem de Amani et al. 2016
Desenvolvimento e adaptação da formulação de lamas de perfuração
Os novos regulamentos restringem a quantidade de determinados produtos químicos a utilizar nas lamas para minimizar o impacto ambiental. Isto exige a adaptação das formulações ao novo quadro regulamentar. A sonicação pode ajudar a maximizar o desempenho dos componentes da lama de perfuração, permitindo utilizar menos materiais e materiais de menor custo. A Hielscher disponibiliza ensaios de formulações de lamas de perfuração no nosso laboratório. Incluindo medições da viscosidade cinemática a várias temperaturas, com e sem cisalhamento.
Conceção robusta para utilização industrial
Os reatores ultrassónicos Hielscher podem processar partículas ou aglomerados maiores e abrasivos. Por isso, pode começar com uma suspensão aglomerada bombeável ou com componentes de lama de perfuração. Ao misturar pós e partículas no fluido, as sondas ultrassónicas apresentam muito menos desgaste por abrasão do que os misturadores rotor-estator ou os homogeneizadores de alta pressão. As sondas ultrassónicas Hielscher são fabricadas em titânio de grau 5 para maior resistência à corrosão, por exemplo, quando se utiliza água do mar nas WBM em vez de água doce. Os reatores ultrassónicos não têm vedantes rotativos nem rolamentos. Os misturadores ultrassónicos Hielscher são de qualidade industrial para utilização intensiva – em terra e no mar (plataforma de perfuração). Geralmente, os reatores ultrassónicos são orientados verticalmente para ocupar pouco espaço.
A utilização da mistura ultrassónica na indústria do petróleo e do gás estende-se muito para além das lamas de perfuração.
- Desgaseificação de efluentes e fluidos de processo
- Mistura com sequestrantes (por exemplo, sequestrantes de H2S) ou produtos químicos de proteção, como inibidores de incrustações e de corrosão
- Reduzir os tempos de presa do cimento para uma cimentação mais rápida
- Preparação ultrassónica de salmoura saturada ou salmoura de formiato
- Reduzir a atividade bacteriana nas lamas de perfuração
- Processamento de petróleo a jusante, por exemplo, dessulfurização
- Preparação de amostras de petróleo e sedimentos
Bibliografia / Referências
- 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.