Ультразвуковые смесители для буровых растворов и пакерных жидкостей
Буровая жидкость (буровой раствор) используется для облегчения бурения нефтяных, газовых, разведочных (поисковых) или водяных скважин. Ультразвуковые реакторы представляют собой эффективную технологию смешивания, диспергирования, эмульгирования и дегазации растворов на водной основе (WBM, водных), на нефтяной основе (OBM, неводных) или на синтетической основе (SBM).
Рецептура и стабильное качество бурового раствора являются ключевым фактором современных буровых работ. Состав и характеристики раствора влияют на устойчивость ствола скважины, смазывание, охлаждение и механическую скорость бурения. Даже небольшие проблемы с буровой жидкостью могут остановить весь процесс бурения. Избыточное давление, возникающее из-за слишком плотного или слишком тяжёлого бурового раствора, может вызвать значительное поглощение циркулирующего раствора.
Растворы WBM обычно изготавливают из пресной воды, морской воды или рассола (насыщенного или формиатного), а также природных глин и полимеров. OBM и SBM представляют собой системы обратных эмульсий, в которых нефтяная основа (дизельное топливо, минеральное масло) или синтетическая основа (олефины и парафины) образует непрерывную (внешнюю) фазу, а рассол – дисперсную (внутреннюю) фазу. Эмульсия должна быть достаточно стабильной, чтобы выдерживать поступление воды в скважине. Эмульсии типа «масло в воде» (нефтеэмульсионные буровые растворы) встречаются реже, чем эмульсии типа «вода в масле» (инвертные нефтяные эмульсионные буровые растворы). Ультразвуковое эмульгирование подходит для обоих типов эмульсий и обеспечивает хорошую электрическую стабильность внутренней рассольной или водной фазы.
Ультразвуковые реакторы Hielscher представляют собой очень эффективные смесители с интенсивным кавитационным сдвигом для производственного применения. Как правило, ультразвуковые реакторы используют в потоке для однопроходной обработки с высокой производительностью или для периодической обработки с рециркуляцией.
Вы можете использовать ультразвуковое смешивание, чтобы
- Производить добавки
- Готовить высококонцентрированные маточные смеси
- Смешивать готовые к применению буровые растворы или пакерные жидкости
- Дегазировать буровые растворы
- Разрабатывать улучшенные буровые растворы и их рецептуры
MultiSonoReactor MSR-4 – промышленный проточный гомогенизатор, подходящий для промышленного производства буровых растворов. Обработка ультразвуком используется для диспергирования и дегазации буровых жидкостей.
Производство добавок для буровых растворов
Высокая производительность обработки и гибкость ультразвукового смешивания со сдвигом дают преимущества при производстве химических веществ и добавок, таких как жидкие полимерные суспензии. Ультразвуковое смешивание раскрывает весь потенциал добавок, таких как загустители, понизители фильтрации или полимерные добавки. Ультразвуковая кавитация быстро и полностью гидратирует порошки при смешивании бурового раствора.
При смешивании эмульсий типа «жидкость/жидкость» Hielscher MultiphaseCavitator улучшает смешивание двух фаз в потоке в зоне интенсивного кавитационного сдвига. Чтобы получить дополнительную информацию о MultiphaseCavitator, нажмите здесь!
Ультразвуковое смешивание улучшает массоперенос в пограничных слоях или у частиц в жидкостях. Это сокращает время, необходимое для приготовления рассолов или насыщенных рассолов, например рассола хлорида кальция, рассола бромида кальция, рассола бромида цинка или рассола формиатов калия и цезия.
Маточные смеси глин или добавок
Вы можете использовать ультразвуковое смешивание со сдвигом для приготовления маточных смесей с высокой концентрацией или высокой плотностью (например, карбоната кальция (мела), дефлокулянтов или поглотителей) перед их добавлением в конечную рецептуру бурового раствора.
Производство буровых растворов и пакерных жидкостей
Эксплуатационные характеристики бурового раствора, такие как устойчивость глинистых сланцев, вязкость, охлаждение или смазывание, зависят от многих факторов. Однородность и стабильность качества имеют первостепенное значение. Ультразвуковое смешивание со сдвигом очень эффективно для получения равномерного распределения частиц по размерам и, следовательно, повышения стабильности дисперсий и эмульсий. Это предотвращает разделение фаз или осаждение при хранении, транспортировке или нахождении в ёмкостях для бурового раствора.
Сегодня требования к буровым растворам часто меняются. Ультразвуковые реакторы Hielscher очень хорошо адаптируются к изменениям рецептуры буровой жидкости. Перейдя от традиционного периодического смешивания к ультразвуковому однопроходному смешиванию в потоке, вы можете производить разные типы буровых растворов на одном и том же ультразвуковом оборудовании. Это помогает сократить запасы и время складского хранения.
Диспергирование обычных глин (например, бентонита) и специально обработанных органофильных глин в жидкостях позволяет получать высоковязкие, тиксотропные или разжижающиеся при сдвиге гели и суспензии. При воздействии сильного ультразвукового сдвига вязкость снижается до состояния свободного течения. Это облегчает диспергирование и обращение с материалом. По этой причине обработка ультразвуком очень эффективна для смешивания тиксотропных и разжижающихся при сдвиге суспензий. Обработка ультразвуком приводит к лучшему диспергированию частиц / пластинок бентонита и улучшению характеристик гелеобразования. Чтобы получить дополнительную информацию об ультразвуковом диспергировании бентонита, нажмите здесь!
Ультразвуковое диспергирование бентонита (выполнено с помощью ультразвукового смесителя UIP2000hdT)
Модификаторы реологических свойств, загустители и стабилизаторы (например, камеди, гликоль, карбоксиметилцеллюлоза, полианионная целлюлоза (PAC) или крахмал) требуют хорошего диспергирования для достижения максимальной эффективности. Чтобы получить дополнительную информацию об ультразвуковом диспергировании загустителей, таких как ксантановая и гуаровая камедь, нажмите здесь!
Утяжелители, такие как сульфит бария (барит), не должны отделяться от бурового раствора при хранении, транспортировке или бурении. В соответствии с законом Стокса более мелкие частицы осаждаются медленнее или не осаждаются вовсе. Ультразвуковое диспергирование предотвращает образование более крупных агломератов, которые могут вызвать нестабильность дисперсии. Диспергирование системы может повысить её способность удерживать твёрдые вещества, позволяя утяжелять раствор до 20 lb/gallon (US) или 2,4g/cm3.
Дегазация бурового раствора
При приготовлении буровых растворов порошок бентонитовой глины и другие порошкообразные добавки вносят в буровой раствор много воздуха. Этот газ удерживается внутри жидких систем и может вызвать разделение фаз и снижение эффективности эмульгатора или стабилизатора. Повторяющиеся сжатия (циклы высокого давления) и разрежения (циклы низкого давления) при обработке ультразвуком позволяют растворённым газам перемещаться и образовывать небольшие микропузырьки. Затем ультразвуковые волны заставляют газовые микропузырьки сливаться. Сильный кавитационный сдвиг, создаваемый ультразвуком, снижает вязкость разжижающихся при сдвиге и тиксотропных буровых жидкостей. Это позволяет пузырькам воздуха подниматься быстрее. Это способствует лучшему отделению газа в расположенных далее по потоку сепарационных резервуарах или при вакуумной дегазации. Дегазация увеличивает плотность бурового раствора, снижает вязкость и уменьшает проблемы с разделением фаз. Меньшее количество газовых пузырьков сокращает расход эмульгаторов, стабилизаторов, поверхностно-активных веществ или диспергирующих агентов. Это снижает затраты на баррель. Снижение содержания газа также может сдерживать рост аэробных микроорганизмов.
Буровой раствор на водной основе до и после ультразвуковой дегазации с помощью UIP1000hd
Исследование и изображение: Amani et al. 2016
Разработка и адаптация рецептур буровых растворов
Новые нормативные требования ограничивают количество определённых химических веществ, используемых в буровых растворах, чтобы минимизировать воздействие на окружающую среду. Это требует адаптации рецептур к новой нормативной базе. Обработка ультразвуком может помочь вам максимально повысить эффективность компонентов бурового раствора, чтобы вы могли использовать меньше материалов и материалы с более низкой стоимостью. Hielscher предлагает испытания рецептур буровых растворов в нашей лаборатории. В том числе измерения кинематической вязкости при различных температурах со сдвигом и без него.
Конструкция для тяжёлых условий промышленной эксплуатации
Ультразвуковые реакторы Hielscher могут обрабатывать более крупные и абразивные частицы или агломераты. Поэтому в качестве исходного материала можно использовать перекачиваемую насосом суспензию с агломератами или компоненты бурового раствора. При смешивании порошков и частиц с жидкостью ультразвуковые зонды подвергаются значительно меньшему абразивному износу, чем роторно-статорные смесители или гомогенизаторы высокого давления. Ультразвуковые зонды Hielscher изготовлены из титана Grade 5 для повышенной коррозионной стойкости, например, когда в растворах WBM вместо пресной воды используется морская вода. Ультразвуковые реакторы не имеют вращающихся уплотнений или подшипников. Ультразвуковые смесители Hielscher относятся к оборудованию промышленного класса для эксплуатации в тяжёлых условиях – на суше и в море (на буровой установке). Как правило, ультразвуковые реакторы располагают вертикально, чтобы они занимали небольшую площадь.
Применение ультразвукового смешивания в нефтегазовой промышленности выходит далеко за рамки буровых растворов.
- Дегазация сточных вод и технологических жидкостей
- Смешивание с поглотителями (например, поглотителями H2S) или защитными химическими веществами, такими как ингибиторы отложений солей и коррозии
- Сокращение времени схватывания цемента для ускорения цементирования
- Ультразвуковое приготовление насыщенного рассола или формиатного рассола
- Снижение бактериальной активности в буровых растворах
- Последующая переработка нефти, например десульфуризация
- Подготовка проб нефти и осадка
Литература / Источники
- 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.