Bistre halogenidne slanice z ultrazvočno obdelavo
Pogoste halogenidne soli in sestave mešanic bistrih halogenidnih slanic
| Sol | Največja gostota pri 20°C (kg/m3) | Največja gostota pri 68°F (lb/gal) |
|---|---|---|
| Natrijev klorid (NaCl) | 1200 | 10,0 |
| Kalcijev klorid (CaCl2) | 1430 | 11,9 |
| Natrijev bromid (NaBr) | 1520 | 12,7 |
| Kalcijev bromid (CaBr2) | 1700 | 14,2 |
| Cinkov bromid (ZnBr2) | 2400 | 20,0 |
Vmesne gostote se dosežejo z mešanjem. Masno razmerje CaBr2 proti ZnBr2 60:40 daje približno 2070 kg/m3 (17,3lb/gal), pri čemer temperatura kristalizacije ostaja pod 4°C (39°F).
Ključne lastnosti delovanja
- Brez filtrske pogače: Hidrostatični tlak izhaja iz dejanske gostote raztopine.
- Zaviranje nabrekanja glin: Ca2+ in Zn2+ zavirata nabrekanje in dispergiranje glinavcev.
- Optična bistrost: Bistre halogenidne slanice omogočajo zanesljivo filtriranje, štetje delcev neposredno v toku in sledenje z gama žarki.
Vidiki načrtovanja tekočine
Načrtovanje se začne s ciljno gostoto, nato pa se preverijo temperaturna rezerva do kristalizacije, združljivost s formacijo in korozija. Slanice z visoko vsebnostjo cinka zagotavljajo največjo gostoto, vendar zahtevajo izboljšane kovinske materiale in pakete inhibitorjev.
Mešanje in nadzor kakovosti halogenidnih slanic
Pri pripravi bistrih halogenidnih slanic raztapljanje soli omejuje prenos snovi na meji med trdno in tekočo fazo. Ultrazvočna obdelava z visoko močjo skrajša čas obdelave šarže z dispergiranjem drobnih delcev in odpravljanjem difuzijskih plasti. Slanice kakovosti, primerne za dokončanje vrtin, prehajajo skozi filtrske vložke z velikostjo por 1–2 µm, da dosežejo motnost pod 0,4 NTU.
Ultrazvočna obdelava z visoko močjo za bistre halogenidne slanice
Akustična kavitacija, ki jo povzroča vibrirajoča sonotroda, močno pospeši raztapljanje, razplinjevanje in dispergiranje dodatkov. Implozije mehurčkov ustvarjajo mikrocurke in udarne fronte, ki čistijo površine soli, razbijajo aglomerate in potiskajo svežo tekočino skozi mejno plast pri temperaturi okolice.
Izmerjene izboljšave učinkovitosti
Podatki s terena za 15m3 šaržo slanice kalcijevega bromida (ciljna gostota ≈ 1700 kg/m3 ali 14,2lb/gal) kažejo, da ultrazvočna obdelava z visoko močjo zaključi raztapljanje v približno 25 minutah pri temperaturi okolice 25°C (77°F). Enaka naloga z uporabo mešala, vstavljenega z vrha, in parnega ogrevanja je zahtevala približno štiri ure pri 60°C (140°F). Kljub nižji temperaturi je ultrazvočni postopek porabil le 0,3–0,5 kWh električne energije na kubični meter pripravljene tekočine in še vedno dosegel motnost pod 0,4 NTU. Kavitacija odstranjuje tudi vneseni plin. Vsebnost raztopljenega kisika v recirkulacijski zanki se je po enem prehodu znatno zmanjšala, kar omogoča učinkovitejše delovanje korozijskih inhibitorjev.
Pretočna in šaržna ultrazvočna obdelava
Pogosta sta dva načina izvedbe, vsak pa je namenjen svojemu posebnemu področju uporabe.
Naknadna vgradnja v šaržno recirkulacijsko zanko
Pri izvedbi z naknadno vgradnjo v šaržno recirkulacijsko zanko obstoječi mešalni rezervoar še naprej zagotavlja vmesno zalogovno prostornino, grelne tuljave in sesalni priključek za pretočno črpalko. Potopna cev zajema delno raztopljeno slanico z dna rezervoarja, kar zagotavlja, da tekočina, ki vstopa v ultrazvočni sklop na podstavku, vsebuje največjo koncentracijo neraztopljenih trdnih delcev. Črpalka nato dovaja tok pri približno 2barg (30psig) v ultrazvočni reaktor s pretočno celico. V celici cascatrode ustvarja intenzivno kavitacijsko območje. Zadrževalni čas približno 0,5 sekunde zadošča za raztapljanje preostalih kristalov. Merilnik gostote, nameščen neposredno v toku tik za celico, pošilja podatke v regulacijsko zanko PID, ki omejuje dovajanje polžnega transporterja za suho snov. Obdelana slanica se vrača v rezervoar. Ker ultrazvočne strižne sile neprekinjeno razbijajo mejne plasti, se skupni čas obdelave šarže skrajša z ur na desetine minut, ne da bi se zvišala temperatura celotne tekočine, naknadna vgradnja pa zahteva le dva prirobnična priključka.
Povsem pretočna izvedba
Povsem pretočna izvedba je optimizirana za morske platforme in kopenske vrtalne naprave. Pri njej mešalni rezervoar povsem odpade. Voda ali ponovno uporabljen filtrat se združi s polžnim dozirnikom, ki dozira suhe soli neposredno v ultrazvočni reaktor. Raztapljanje in odstranjevanje plinov sta praktično zaključena, ko tok zapusti ultrazvočno pretočno celico. Od tam tekočina teče neposredno do črpalk za vrtalno izplako ali razdelilnika slanice za dokončanje vrtin. Tak sklop na podstavku, pripravljen za priključitev in uporabo, lahko vodji vrtanja omogoči nadzor hidrostatičnega tlaka v realnem času brez toplotnega zamika ali tveganj kristalizacije, povezanih s šaržnimi rezervoarji za vroče mešanje.
Prihranki energije in zmanjšanje emisij
Odprava parnega ogrevanja v obratu s prostornino 50m3 prihrani do 350kWh energije iz goriva na šaržo in prepreči do 70kg emisij CO2.
Razplinjevanje in nadzor korozije
Kavitacija izloča vneseni plin iz slanice. Nižja vsebnost kisika upočasnjuje jamičasto in drugo korozijo. Pri uporabi ultrazvočno razplinjenih slanic terenski preizkusni vzorci pogosto kažejo desetkrat manjšo korozijo ob enakem odmerku inhibitorja.
Dispergiranje dodatkov
Amini, ki tvorijo zaščitni film, maziva in mikronizirani trdni delci za povečanje gostote dosežejo ožje porazdelitve velikosti delcev in do 30% manjšo varianco reoloških lastnosti, ko sonikacija nadomesti običajno mešanje z mehanskim mešalom.
Korozija in izbira materialov
Visoke vsebnosti kloridov in bromidov spodbujajo jamičasto in drugo korozijo. Slanice se običajno dobavljajo odzračene (z vsebnostjo kisika pod 10ppb) in z dodanimi amini, ki tvorijo zaščitni film. Pri ≥60°C (140°F) se pri površinski opremi ogljikovo jeklo nadomesti z jeklom 316L, dupleksnim jeklom 2205 ali superdupleksnim jeklom 2507. Sonotrode iz titana Grade 5 in pretočne celice iz zlitine Alloy 625 prenesejo ZnBr2 pri temperaturah do 120°C (248°F).
Bistre halogenidne slanice ostajajo nepogrešljive za nadzor vrtin pri visokem tlaku in z majhnimi poškodbami formacije. Obvladovanje kemije soli, ultrazvočne obdelave z visoko močjo, zmanjševanja korozije in odgovornega ravnanja z okoljem omogoča inženirjem prilagajanje gostot od 1080 kg/m3 (9lb/gal) do 2400 kg/m3 (20lb/gal) ob zagotavljanju najčistejšega možnega okolja v vrtini.
Pogosta vprašanja: bistre halogenidne slanice
Kaj opredeljuje bistro halogenidno slanico?
Nobeni suspendirani trdni delci ne presegajo topnosti, zato je tekočina prozorna in jo je mogoče filtrirati do motnosti pod 0,5 NTU. Vsa teža izvira iz raztopljenih soli.
Katere soli so najpogostejše?
Natrijev klorid, kalcijev klorid, natrijev bromid, kalcijev bromid in cinkov bromid. Gostota se prilagaja z njihovim mešanjem v vodi.
Zakaj izbrati bistre slanice namesto obtežene vrtalne izplake?
Ne puščajo filtrske pogače, zmanjšujejo poškodbe formacije na najmanjšo možno mero, zlahka prehajajo skozi opremo za dokončanje vrtin in hitro omogočajo filtracijo pod mikrometrsko velikostjo delcev.
Zakaj za mešanje bistrih halogenidnih slanic uporabljati ultrazvok?
Sonikacija znatno skrajša čas raztapljanja, omogoča mešanje pri temperaturi okolice, odstranjuje kisik, ki povzroča korozijo, in zagotavlja nizko motnost brez velikih mehanskih mešal.
Kakšna specifična poraba energije je značilna za sonikacijo?
Večina obratov doseže zahtevane specifikacije z 0,3–0,5kWh na kubični meter pripravljene slanice. Natančna vrednost je odvisna od vrste soli in ciljne gostote.
Kako se gostota nadzoruje na lokaciji?
Suha sol ali koncentrat se raztopi s sonikacijo, nato pa se gostota natančno prilagodi z vodo. Merilniki gostote neposredno v toku vzdržujejo gostoto znotraj ±2kg/m3 (±0,02lb/gal).
Ali so bistre slanice korozivne?
Da. Kloridi in bromidi povzročajo lokalizirano jamičasto in drugo korozijo. Upravljavci odstranjujejo zrak, dodajajo inhibitorje in uporabljajo zlitine, odporne proti koroziji.
Ali je mogoče uporabljene halogenidne slanice reciklirati?
Da. Uporabljene tekočine se filtrirajo, iz njih se odstrani kisik, prilagodi se njihova gostota in ponovno se uporabijo. Slanice z visoko vsebnostjo cinka se lahko pred odstranitvijo obdelajo za pridobivanje Zn.
Katere temperature lahko te slanice prenesejo?
Mešanice CaBr2/CaCl2 ostanejo bistre do približno 150°C (302°F). Koncentrati ZnBr2 ostanejo bistri tudi nad 200°C (392°F), vendar so zelo korozivni.
Kako hitro lahko ultrazvok raztopi sol?
Industrijske naprave pri halogenidni slanici z gostoto 1700 kg/m3 skrajšajo čas obdelave šarže CaBr2 s 4h (ogrevan mešalnik z mehanskim mešalom) na približno 30min (pri temperaturi okolice), s čimer prihranijo gorivo in čas uporabe vrtalne naprave.