Ultrazvočni mešalniki za vrtalne izplake in tekočine za pakerje
Vrtalna tekočina (vrtalna izplaka) se uporablja kot pomoč pri vrtanju naftnih vrtin, vrtin za zemeljski plin, raziskovalnih vrtin (vrtin na neraziskanih območjih) ali vodnih vrtin. Ultrazvočni reaktorji so učinkovita tehnologija za mešanje, dispergiranje, emulgiranje in razplinjevanje izplak na vodni osnovi (WBM, vodne), izplak na oljni osnovi (OBM, nevodne) ali izplak na sintetični osnovi (SBM).
Formulacija in stalna kakovost vrtalne izplake sta ključna dejavnika pri današnjih vrtalnih operacijah. Sestava in lastnosti izplake vplivajo na stabilnost stene vrtine, mazanje, hlajenje in hitrost napredovanja pri vrtanju. Že manjše težave z vrtalno tekočino lahko ustavijo celotno vrtalno operacijo. Previsok tlak zaradi pregoste ali pretežke vrtalne izplake lahko povzroči znatno izgubo cirkulacije.
Izplake WBM so običajno izdelane iz sladke vode, morske vode ali slanice (nasičene ali formiatne) ter naravnih glin in polimerov. Izplake OBM in SBM so sistemi z inverzno emulzijo, pri katerih je oljna osnova (dizelsko gorivo, mineralno olje) ali sintetična osnova (olefini in parafini) kontinuirna (zunanja) faza, slanica pa dispergirana (notranja) faza. Emulzija mora biti dovolj stabilna, da prenese dotok vode v globini vrtine. Emulzije olja v vodi (izplake z oljno emulzijo) so manj pogoste kot emulzije vode v olju (izplake z inverzno oljno emulzijo). Ultrazvočno emulgiranje deluje pri obeh vrstah emulzij in zagotavlja dobro električno stabilnost notranje faze slanice ali vode.
Ultrazvočni reaktorji Hielscher so zelo učinkoviti mešalniki za proizvodnjo, ki delujejo z intenzivnim kavitacijskim strigom. Ultrazvočni reaktorji se običajno uporabljajo v pretočnem načinu za obdelavo z enim prehodom in visoko zmogljivostjo ali za šaržno obdelavo z recirkulacijo.
Ultrazvočno mešanje lahko uporabite za
- Izdelavo dodatkov
- Pripravo visoko koncentriranih osnovnih mešanic
- Mešanje vrtalnih tekočin ali tekočin za pakerje, pripravljenih za uporabo
- Razplinjevanje vrtalnih izplak
- Razvoj in formuliranje boljših vrtalnih izplak
MultiSonoReactor MSR-4 je industrijski pretočni homogenizator, primeren za industrijsko proizvodnjo vrtalnih izplak. Sonikacija se uporablja za dispergiranje in razplinjevanje vrtalnih tekočin.
Izdelava dodatkov za vrtalne izplake
Izdelava kemikalij in dodatkov, kot so tekoče polimerne suspenzije, izkorišča visoko zmogljivost obdelave in prilagodljivost ultrazvočnega strižnega mešanja. Ultrazvočno mešanje omogoča popoln izkoristek potenciala dodatkov, kot so sredstva za povečanje viskoznosti, sredstva za zmanjšanje filtracije ali polimerni dodatki. Ultrazvočna kavitacija med mešanjem vrtalne izplake hitro in popolnoma hidrira praške.
Pri mešanju emulzij tekočina/tekočina Hielscher MultiPhaseCavitator izboljša pretočno mešanje dveh faz v območju intenzivnega kavitacijskega striga. Za več informacij o napravi MultiPhaseCavitator kliknite tukaj!
Ultrazvočno mešanje izboljša prenos snovi v mejnih plasteh ali ob delcih v tekočinah. S tem se skrajša čas, potreben za pripravo slanic ali nasičenih slanic, npr. slanice kalcijevega klorida, slanice kalcijevega bromida, slanice cinkovega bromida ali slanice kalijevega in cezijevega formiata.
Osnovne mešanice glin ali dodatkov
Ultrazvočno strižno mešanje lahko uporabite za pripravo osnovnih mešanic z visoko koncentracijo ali visoko gostoto (npr. kalcijevega karbonata (krede), deflokulantov ali sredstev za vezavo neželenih snovi), preden jih dodate končni formulaciji vrtalne izplake.
Proizvodnja vrtalnih tekočin in tekočin za pakerje
Učinkovitost vrtalne izplake, na primer stabilnost skrilavca, viskoznost, hlajenje ali mazanje, je odvisna od številnih dejavnikov. Enakomernost in stalnost kakovosti sta izjemno pomembni. Ultrazvočno strižno mešanje je zelo učinkovito pri doseganju enakomernih porazdelitev velikosti delcev in s tem boljše stabilnosti disperzij in emulzij. To preprečuje ločevanje faz ali usedanje med skladiščenjem, prevozom ali zadrževanjem v bazenih za izplako.
Danes se specifikacije vrtalnih izplak pogosto spreminjajo. Ultrazvočni reaktorji Hielscher so zelo prilagodljivi spremembam formulacij vrtalnih tekočin. S prehodom s tradicionalnega šaržnega mešanja na ultrazvočno pretočno mešanje z enim prehodom lahko na isti ultrazvočni napravi izdelujete različne vrste vrtalnih izplak. To pomaga zmanjšati zaloge in čas skladiščenja.
Dispergiranje običajnih glin (npr. bentonita) in posebej obdelanih organofilnih glin v tekočinah ustvari zelo viskozne, tiksotropne ali strižno redčljive gele in suspenzije. Pri izpostavljenosti močnemu ultrazvočnemu strigu se viskoznost zmanjša do prosto tekočega stanja. To olajša dispergiranje in ravnanje. Zato je sonikacija zelo učinkovita pri mešanju tiksotropnih in strižno redčljivih suspenzij. Sonikacija omogoča boljše dispergiranje bentonitnih delcev / ploščic in izboljšane lastnosti geliranja. Za več informacij o ultrazvočnem dispergiranju bentonita kliknite tukaj!
Ultrazvočno dispergiranje bentonita (izvedeno z ultrazvočnim mešalnikom UIP2000hdT)
Reološki modifikatorji, zgoščevala in stabilizatorji (npr. gume, glikol, karboksimetilceluloza, polianionska celuloza (PAC) ali škrob) za največjo učinkovitost potrebujejo dobro dispergiranje. Za več informacij o ultrazvočnem dispergiranju zgoščeval, kot sta ksantanska guma in guar guma, kliknite tukaj!
Obtežilna sredstva, kot je barijev sulfit (barit), se med skladiščenjem, prevozom ali vrtanjem ne smejo ločiti od izplake. V skladu s Stokesovim zakonom se manjši delci usedajo počasneje ali pa se sploh ne usedajo. Ultrazvočno dispergiranje preprečuje nastanek večjih aglomeratov, ki lahko povzročijo nestabilnost disperzije. Dispergiranje sistema lahko poveča njegovo toleranco za trdne snovi, kar omogoča povečanje gostote do 20 lb/gallon (US) ali 2,4g/cm3.
Razplinjevanje vrtalne izplake
Pri pripravi vrtalnih izplak bentonitni glineni prah in drugi dodatki v prahu v vrtalno izplako vnesejo veliko zraka. Ta plin se ujame v tekočinskih sistemih in lahko povzroči ločevanje ter zmanjšanje učinkovitosti emulgatorjev ali stabilizatorjev. Ponavljajoče se kompresije (visokotlačni cikli) in razredčitve (nizkotlačni cikli) med ultrazvočno obdelavo omogočajo, da se raztopljeni plini premikajo in tvorijo majhne mikromehurčke. Ultrazvočni valovi nato povzročijo zlivanje plinskih mikromehurčkov. Močan ultrazvočni kavitacijski strig zmanjša viskoznost strižno redčljivih in tiksotropnih vrtalnih tekočin. To omogoča hitrejše dviganje zračnih mehurčkov. S tem se izboljša ločevanje plina v nadaljnjih ločevalnih rezervoarjih ali pri vakuumskem razplinjevanju. Razplinjevanje poveča gostoto izplake, zmanjša viskoznost in težave z ločevanjem. Manj plinskih mehurčkov zmanjša porabo emulgatorjev, stabilizatorjev, površinsko aktivnih snovi ali dispergirnih sredstev. S tem se zmanjšajo stroški na sodček. Zmanjšanje vsebnosti plina lahko omeji tudi rast aerobnih mikroorganizmov.
Vrtalna izplaka na vodni osnovi pred ultrazvočnim razplinjevanjem z UIP1000hd in po njem
Raziskava in slika: Amani et al. 2016
Razvoj in prilagajanje formulacij vrtalnih izplak
Novi predpisi omejujejo količino določenih kemikalij, ki se lahko uporabljajo v izplakah, da bi čim bolj zmanjšali vpliv na okolje. To zahteva prilagajanje formulacij novemu regulativnemu okviru. Ultrazvočna obdelava vam lahko pomaga doseči največjo učinkovitost sestavin vrtalne izplake, tako da lahko uporabite manj materialov in materiale z nižjimi stroški. Hielscher ponuja preizkušanje formulacij vrtalnih izplak v našem laboratoriju. To vključuje meritve kinematične viskoznosti pri različnih temperaturah s strigom in brez njega.
Robustna zasnova za industrijsko uporabo
Ultrazvočni reaktorji Hielscher lahko obdelujejo večje in abrazivne delce ali aglomerate. Zato lahko začnete z aglomerirano suspenzijo, ki jo je mogoče črpati, ali s sestavinami vrtalne izplake. Pri vmešavanju praškov in delcev v tekočino se ultrazvočne sonde zaradi abrazije obrabljajo bistveno manj kot rotor-statorski mešalniki ali visokotlačni homogenizatorji. Ultrazvočne sonde Hielscher so izdelane iz titana razreda 5 za večjo odpornost proti koroziji, npr. kadar se v izplakah WBM namesto sladke vode uporablja morska voda. Ultrazvočni reaktorji nimajo rotacijskih tesnil ali ležajev. Ultrazvočni mešalniki Hielscher so industrijske kakovosti za uporabo v zahtevnih pogojih – na kopnem in na morju (na vrtalni ploščadi). Ultrazvočni reaktorji so običajno postavljeni navpično, da zavzamejo malo talne površine.
Uporaba ultrazvočnega mešanja v naftni in plinski industriji sega precej dlje od vrtalnih izplak.
- Razplinjevanje odpadnih in procesnih tekočin
- Mešanje s sredstvi za vezavo neželenih snovi (npr. sredstvi za vezavo H2S) ali zaščitnimi kemikalijami, kot so inhibitorji nastajanja oblog in korozije
- Skrajšanje časa vezanja cementa za hitrejše cementiranje
- Ultrazvočna priprava nasičene slanice ali formiatne slanice
- Zmanjšanje bakterijske aktivnosti v vrtalnih izplakah
- Nadaljnja predelava nafte, npr. razžveplanje
- Priprava vzorcev nafte in sedimentov
Literatura / Viri
- 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.