Ultrazvukové miešače na vrtné výplachy a pakrové kvapaliny
Vrtná kvapalina (vrtný výplach) sa používa na uľahčenie vŕtania ropných vrtov, vrtov na zemný plyn, prieskumných vrtov (vrtov v nepreskúmaných oblastiach) alebo vodných vrtov. Ultrazvukové reaktory predstavujú účinnú technológiu na miešanie, dispergovanie, emulgovanie a odplyňovanie výplachov na vodnej báze (WBM, vodné), na olejovej báze (OBM, nevodné) alebo na syntetickej báze (SBM).
Zloženie a stála kvalita vrtného výplachu sú kľúčovým faktorom pri súčasných vrtných prácach. Zloženie a vlastnosti výplachu ovplyvňujú stabilitu vrtu, mazanie, chladenie a rýchlosť postupu vŕtania. Aj malé problémy s vrtnou kvapalinou môžu zastaviť celú vrtnú operáciu. Nadmerný tlak spôsobený príliš hustým alebo príliš ťažkým vrtným výplachom môže spôsobiť značnú stratu cirkulácie.
Výplachy WBM sa zvyčajne vyrábajú zo sladkej vody, morskej vody alebo soľanky (nasýtenej alebo mravčanovej) a prírodných ílov a polymérov. Výplachy OBM a SBM sú systémy inverzných emulzií, v ktorých olejová báza (motorová nafta, minerálny olej) alebo syntetická báza (olefíny a parafíny) tvorí kontinuálnu (vonkajšiu) fázu a soľanka dispergovanú (vnútornú) fázu. Emulzia by mala byť dostatočne stabilná, aby odolala prítoku vody vo vrte. Emulzie oleja vo vode (olejové emulzné výplachy) sú menej bežné než emulzie vody v oleji (inverzné olejové emulzné výplachy). Ultrazvukové emulgovanie funguje pri oboch typoch emulzií a dosahuje dobrú elektrickú stabilitu vnútornej soľankovej alebo vodnej fázy.
Ultrazvukové reaktory Hielscher sú veľmi účinné miešače s intenzívnym kavitačným šmykovým účinkom určené na výrobu. Ultrazvukové reaktory sa vo všeobecnosti používajú v prietokovom usporiadaní na jednopriechodové spracovanie s vysokou kapacitou alebo na dávkové spracovanie s recirkuláciou.
Ultrazvukové miešanie môžete použiť na
- Výrobu prísad
- Prípravu vysoko koncentrovaných predzmesí
- Miešanie vrtných kvapalín alebo pakrových kvapalín pripravených na použitie
- Odplyňovanie vrtných výplachov
- Vývoj a tvorbu zloženia lepších vrtných výplachov
MultiSonoReactor MSR-4 je priemyselný prietokový homogenizátor vhodný na priemyselnú výrobu vrtných výplachov. Sonikácia sa používa na dispergovanie a odplyňovanie vrtných kvapalín.
Výroba prísad do vrtných výplachov
Výroba chemikálií a prísad, napríklad kvapalných polymérnych suspenzií, ťaží z vysokej spracovateľskej kapacity a flexibility ultrazvukového šmykového miešania. Ultrazvukové miešanie naplno využíva potenciál prísad, ako sú prísady zvyšujúce viskozitu, prísady znižujúce filtráciu alebo polymérne prísady. Ultrazvuková kavitácia počas miešania vrtného výplachu rýchlo a úplne hydratuje prášky.
Pri miešaní emulzií kvapalina/kvapalina zlepšuje Hielscher MultiPhaseCavitator prietokové miešanie dvoch fáz v zóne intenzívneho kavitačného šmyku. Viac informácií o zariadení MultiPhaseCavitator získate kliknutím sem!
Ultrazvukové miešanie zlepšuje prenos hmoty na medzných vrstvách alebo časticiach v kvapalinách. Tým sa skracuje čas potrebný na prípravu soľaniek alebo nasýtených soľaniek, napríklad soľanky chloridu vápenatého, bromidu vápenatého, bromidu zinočnatého alebo mravčanu draselného a cézneho.
Predzmesi ílov alebo prísad
Ultrazvukové šmykové miešanie môžete použiť na výrobu predzmesí s vysokou koncentráciou alebo vysokou hustotou (napríklad z uhličitanu vápenatého (kriedy), deflokulantov alebo zachytávačov) pred ich pridaním do konečnej zmesi vrtného výplachu.
Výroba vrtných kvapalín a pakrových kvapalín
Úžitkové vlastnosti vrtného výplachu, ako sú stabilita bridlíc, viskozita, chladenie alebo mazanie, závisia od mnohých faktorov. Rovnomernosť a stálosť kvality sú mimoriadne dôležité. Ultrazvukové šmykové miešanie je veľmi účinné pri vytváraní rovnomernej distribúcie veľkosti častíc, a tým aj pri zlepšovaní stability disperzií a emulzií. To zabraňuje oddeľovaniu fáz alebo usadzovaniu počas skladovania, prepravy alebo pobytu vo výplachových jamách.
V súčasnosti sa požiadavky na vrtné výplachy často menia. Ultrazvukové reaktory Hielscher sa veľmi dobre prispôsobujú zmenám zloženia vrtných kvapalín. Prechodom z tradičného dávkového miešania na ultrazvukové jednopriechodové miešanie v prietokovom usporiadaní môžete na tom istom ultrazvukovom zariadení vyrábať rôzne typy vrtných výplachov. To pomáha znižovať zásoby a skracovať čas skladovania.
Dispergovaním bežných ílov (napríklad bentonitu) a špeciálne upravených organofilných ílov v kvapalinách vznikajú vysoko viskózne, tixotropné alebo šmykom rednúce gély a suspenzie. Pri vystavení vysokému ultrazvukovému šmyku klesá viskozita do voľne tečúceho stavu. To uľahčuje dispergovanie a manipuláciu. Z tohto dôvodu je sonikácia veľmi účinná pri miešaní tixotropných a šmykom rednúcich suspenzií. Sonikácia vedie k lepšiemu rozptýleniu bentonitových častíc / doštičiek a k zlepšeniu gélotvorných vlastností. Viac informácií o ultrazvukovom dispergovaní bentonitu získate kliknutím sem!
Ultrazvukové dispergovanie bentonitu (vykonané ultrazvukovým miešačom UIP2000hdT)
Reologické modifikátory, zahusťovadlá a stabilizátory (napríklad gumy, glykol, karboxymetylcelulóza, polyaniónová celulóza (PAC) alebo škrob) vyžadujú dobré dispergovanie na dosiahnutie maximálnej účinnosti. Viac informácií o ultrazvukovom dispergovaní zahusťovadiel, ako sú xantánová guma a guarová guma, získate kliknutím sem!
Zaťažovadlá, ako je siričitan bárnatý (baryt), sa počas skladovania, prepravy alebo vŕtania nesmú oddeľovať od výplachu. Podľa Stokesovho zákona sa menšie častice usadzujú pomalšie alebo vôbec. Ultrazvukové dispergovanie zabraňuje vzniku väčších aglomerátov, ktoré môžu spôsobovať nestabilitu disperzie. Dispergovanie systému môže zvýšiť jeho toleranciu voči pevným látkam, čo umožňuje zvýšiť hustotu až na 20 lb/gallon (US) alebo 2,4g/cm3.
Odplyňovanie vrtného výplachu
Pri príprave vrtných výplachov sa bentonitovým práškom a ďalšími práškovými prísadami dostáva do vrtného výplachu veľa vzduchu. Tento plyn zostáva zachytený v kvapalných systémoch a môže spôsobiť oddeľovanie a pokles účinnosti emulgátora alebo stabilizátora. Opakované stláčanie (vysokotlakové cykly) a zrieďovanie (nízkotlakové cykly) počas pôsobenia ultrazvuku umožňujú rozpusteným plynom migrovať a vytvárať malé mikrobubliny. Ultrazvukové vlny potom nútia plynové mikrobubliny splývať. Vysoký kavitačný šmyk vyvolaný ultrazvukom znižuje viskozitu šmykom rednúcich a tixotropných vrtných kvapalín. To umožňuje vzduchovým bublinám rýchlejšie stúpať. Vedie to k lepšiemu oddeľovaniu plynu v následných separačných nádržiach alebo pri vákuovom odplyňovaní. Odplyňovanie zvyšuje hustotu výplachu, znižuje viskozitu a obmedzuje problémy s oddeľovaním. Menší počet plynových bublín znižuje spotrebu emulgátorov, stabilizátorov, povrchovo aktívnych látok alebo dispergačných činidiel. Tým sa znižujú náklady na barel. Zníženie obsahu plynu môže tiež obmedziť rast aeróbnych mikroorganizmov.
Vrtný výplach na vodnej báze pred ultrazvukovým odplyňovaním pomocou UIP1000hd a po ňom
Štúdia a obrázok: Amani a kol. 2016
Vývoj a úprava zloženia vrtných výplachov
Nové predpisy obmedzujú množstvo určitých chemikálií používaných vo výplachoch s cieľom minimalizovať vplyv na životné prostredie. To si vyžaduje prispôsobenie zloženia novému regulačnému rámcu. Pôsobenie ultrazvuku vám môže pomôcť maximalizovať účinnosť zložiek vrtného výplachu, aby ste mohli používať menšie množstvá a lacnejšie materiály. Hielscher ponúka testovanie zloženia vrtných výplachov v našom laboratóriu. Súčasťou sú aj merania kinematickej viskozity pri rôznych teplotách so šmykom aj bez neho.
Odolná konštrukcia na priemyselné použitie
Ultrazvukové reaktory Hielscher dokážu spracovať väčšie aj abrazívne častice alebo aglomeráty. Preto môžete začať s čerpateľnou suspenziou obsahujúcou aglomeráty alebo so zložkami vrtného výplachu. Pri vmiešavaní práškov a častíc do kvapaliny vykazujú ultrazvukové sondy oveľa menšie abrazívne opotrebovanie než rotorovo-statorové miešače alebo vysokotlakové homogenizátory. Ultrazvukové sondy Hielscher sú vyrobené z titánu triedy 5 na zvýšenie odolnosti proti korózii, napríklad keď sa vo výplachoch WBM namiesto sladkej vody používa morská voda. Ultrazvukové reaktory nemajú rotačné tesnenia ani ložiská. Ultrazvukové miešače Hielscher sú priemyselné zariadenia určené na náročné použitie – na pevnine aj na mori (vrtná plošina). Ultrazvukové reaktory sú vo všeobecnosti orientované zvislo, aby zaberali malú pôdorysnú plochu.
Použitie ultrazvukového miešania v ropnom a plynárenskom priemysle výrazne presahuje oblasť vrtných výplachov.
- Odplyňovanie odpadových a procesných kvapalín
- Miešanie so zachytávačmi (napríklad zachytávačmi H2S) alebo ochrannými chemikáliami, ako sú inhibítory tvorby usadenín a korózie
- Skrátenie času tuhnutia cementu na rýchlejšiu cementáciu
- Ultrazvuková príprava nasýtenej soľanky alebo mravčanovej soľanky
- Zníženie bakteriálnej aktivity vo vrtných výplachoch
- Následné spracovanie ropy, napríklad odsírenie
- Príprava vzoriek ropy a sedimentov
Literatúra / Referencie
- 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.