Misturadores ultra-sónicos para lamas de perfuração e fluidos de embalagem
O fluido de perfuração (lama de perfuração) é utilizado para auxiliar a perfuração de poços de petróleo, poços de gás natural, poços exploratórios (poços selvagens) ou poços de água. Os reactores de ultra-sons 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 de base sintética (SBM).
A formulação e a qualidade consistente da lama de perfuração é um fator chave nas operações de perfuração actuais. A composição e as caraterísticas da lama influenciam a estabilidade do poço, a lubrificação, o arrefecimento e a taxa de penetração da perfuração. Mesmo pequenos problemas com o fluido de perfuração podem parar toda a operação de perfuração. A pressão excessiva resultante de lamas de perfuração demasiado densas ou pesadas pode causar uma perda significativa de circulação.
Os WBM são geralmente constituídos por água doce, água do mar ou salmoura (saturada ou formiato) e argilas e polímeros naturais. Os OBM e SBM são sistemas de emulsão invertida que têm uma base de petróleo (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 de um caudal de água no fundo do poço. Menos comum do que a água em óleo (lamas de emulsão de óleo invertido) é o óleo em água (lamas de emulsão de óleo). A emulsificação por ultra-sons funciona para ambos os tipos de emulsão e consegue uma boa estabilidade eléctrica da salmoura interna ou da fase aquosa.
Os reactores ultra-sónicos Hielscher são misturadores de corte cavitacional muito eficazes e intensos para utilização na produção. Geralmente, os reactores de ultra-sons são utilizados em linha para o processamento de passagem única de alto rendimento ou processamento de lote recirculado.
A mistura por ultra-sons pode ser utilizada para
- Fabrico de aditivos
- Preparar masterbatches de alta concentração
- Misturar fluidos de perfuração prontos a usar ou fluidos de embalagem
- Desgaseificação de 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, tais como pastas de polímeros líquidos, beneficia da elevada capacidade de processamento e da flexibilidade da mistura de cisalhamento por ultra-sons. A mistura ultra-sónica liberta todo o potencial dos aditivos, tais como viscosificadores, redutores de filtrado ou aditivos poliméricos. A cavitação ultra-sónica hidrata os pós de forma rápida e completa durante a mistura de lamas de perfuração.
Para a mistura de emulsões líquido/líquido, o Hielscher MultiPhaseCavitator melhora a mistura em linha de duas fases na zona de cisalhamento cavitacional intenso. Para mais informações sobre o MultiPhaseCavitator, clique aqui!
A mistura ultra-sónica melhora a transferência de massa em camadas limite ou 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.
Masterbatches de argilas ou aditivos
Pode utilizar a mistura de corte ultra-sónica para fazer lotes principais de alta concentração ou alta densidade (por exemplo, de carbonato de cálcio (giz), defloculentos ou removedores) antes de os adicionar à formulação final da lama de perfuração.
Produção de fluidos de perfuração e fluidos de embalagem
O desempenho das lamas de perfuração, como a estabilidade do xisto, a viscosidade, o arrefecimento ou a lubrificação, depende de muitos factores. A uniformidade e a consistência da qualidade são da maior importância. A mistura por cisalhamento ultrassónico é muito eficaz no fabrico de distribuições uniformes do tamanho das partículas e, por conseguinte, numa melhor dispersão e estabilidade da emulsão. Isto evita a separação de fases ou a sedimentação durante o armazenamento, o transporte ou nos poços de lama.
Atualmente, as especificações das lamas de perfuração mudam frequentemente. Os reactores ultra-sónicos Hielscher são muito adaptáveis às alterações de formulação dos líquidos de perfuração. Ao passar da tradicional mistura por lotes para a mistura ultra-sónica em linha de passagem única, é possível produzir diferentes tipos de lama de perfuração na mesma máquina de ultra-sons. Isto ajuda a reduzir o inventário e o tempo de armazenamento em prateleiras.
A dispersão de argilas convencionais (por exemplo, bentonite) e de argilas organofílicas especialmente tratadas em fluidos produz géis e lamas altamente viscosos, tixotrópicos ou de diluição por cisalhamento. Quando expostos a um elevado cisalhamento ultrassónico, a viscosidade cai para um estado de fluxo livre. Isto facilita a dispersão e o manuseamento. Por esta razão, a sonicação é muito eficaz para a mistura de pastas tixotrópicas e de diluição por cisalhamento. A sonicação resulta numa melhor dispersão das partículas/plaquetas de bentonite e em caraterísticas de gelificação melhoradas. Para mais informações sobre a dispersão ultra-sónica de bentonite, clique aqui!
Dispersão ultra-sónica de bentonite (realizada com misturador ultrassónico UIP2000hdT)
Os modificadores reológicos, espessantes e estabilizadores (por exemplo, gomas, glicol, carboximetilcelulose, celulose polianiónica (PAC) ou amido) requerem uma boa dispersão para uma eficácia máxima. Para mais informações sobre a dispersão ultra-sónica de espessantes, tais como goma xantana e goma de guar, por favor clique aqui!
Os agentes de ponderação, como o sulfito de bário (barita), não devem separar-se da lama durante o armazenamento, o transporte ou a perfuração. De acordo com Stokes’ Segundo a lei, as partículas mais pequenas sedimentam mais lentamente ou não sedimentam de todo. A dispersão ultra-sónica evita aglomerados maiores, que podem causar instabilidade na dispersão. A dispersão de um sistema pode aumentar a sua tolerância aos sólidos, tornando possível pesar até 20 lb/galão (EUA) ou 2,4g/cm3.
Desgaseificação da lama de perfuração
Ao preparar lamas de perfuração, o pó de argila bentonítica e outros pós aditivos introduzem uma grande quantidade de ar na lama de perfuração. Este gás fica preso nos sistemas líquidos e pode causar separação e perda de desempenho do emulsionante ou estabilizador. As compressões repetidas (ciclos de alta pressão) e as rarefacções (ciclos de baixa pressão) durante a ultrassonografia permitem que os gases dissolvidos migrem e formem pequenas microbolhas. As ondas ultra-sónicas forçam então as microbolhas de gás a coalescer. O elevado cisalhamento cavitacional ultrassónico reduz a viscosidade dos fluidos de perfuração tixotrópicos e de diluição por cisalhamento. Isto permite que as bolhas de ar subam mais rapidamente. Isto leva a uma melhor separação do gás nos tanques separadores a jusante ou à desgaseificação por vácuo. A desgaseificação aumenta o peso da lama, reduz a viscosidade e os problemas de separação. Menos bolhas de gás reduzem a utilização de emulsionantes, estabilizadores, tensioactivos ou agentes dispersantes. Isto reduz o custo por barril. A redução do teor de gás pode também travar o crescimento microbiano aeróbico.
Lama de perfuração à base de água antes e depois da desgaseificação por ultra-sons com UIP1000hd
Estudo e imagem de Amani et al. 2016
Desenvolvimento e adaptação de formulações de lamas de perfuração
Novas regulamentações restringem a quantidade de certos produtos químicos a serem utilizados em lamas, a fim de minimizar o impacto ambiental. Isto requer a adaptação das formulações ao novo quadro regulamentar. A ultrassonografia pode ajudá-lo a maximizar o desempenho dos componentes da lama de perfuração, para que possa usar menos materiais e a um custo mais baixo. A Hielscher oferece testes de formulação de lama de perfuração no nosso laboratório. Incluindo medições de viscosidade cinemática a várias temperaturas com e sem cisalhamento.
Design resistente para utilização industrial
Os reactores de ultra-sons Hielscher podem lidar com partículas maiores e abrasivas ou aglomerados. Portanto, pode começar com uma pasta bombeável aglomerada ou componentes de lama de perfuração. Ao misturar pós e partículas no fluido, as sondas ultra-sónicas mostram muito menos desgaste por abrasão do que os misturadores rotor-estator ou homogeneizadores de alta pressão. As sondas ultra-sónicas da Hielscher são fabricadas em titânio de grau 5 para uma maior resistência à corrosão, por exemplo, quando é utilizada água do mar nas WBMs em vez de água doce. Os reactores ultra-sónicos não têm vedantes rotativos ou rolamentos. Os misturadores ultra-sónicos Hielscher são de qualidade industrial para utilização em trabalhos pesados – em terra e em alto mar (plataforma). Geralmente, os reactores ultra-sónicos são orientados verticalmente para ocuparem pouco espaço.
A utilização da mistura ultra-sónica na indústria do petróleo e do gás vai muito além das lamas de perfuração.
- Desgaseificação de efluentes e fluidos de processo
- Mistura com absorventes (por exemplo, absorventes de H2S) ou produtos químicos de proteção, como inibidores de incrustação e de corrosão
- Reduzir os tempos de presa do cimento para uma cimentação mais rápida
- Preparação por ultra-sons de salmoura saturada ou de salmoura de formiato
- Reduzir a atividade bacteriana nas lamas de perfuração
- Processamento de petróleo a jusante, por exemplo, dessulfuração
- Preparação de amostras de óleo e sedimentos
Literatura / 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.