Máy trộn siêu âm cho dung dịch khoan và dung dịch packer
Dung dịch khoan (bùn khoan) được sử dụng để hỗ trợ khoan giếng dầu, giếng khí tự nhiên, giếng thăm dò (giếng thăm dò ở khu vực chưa được xác minh) hoặc giếng nước. Thiết bị phản ứng siêu âm là công nghệ hiệu quả để trộn, phân tán, nhũ hóa và khử khí cho dung dịch khoan gốc nước (WBM, hệ nước), dung dịch khoan gốc dầu (OBM, hệ không chứa nước) hoặc dung dịch khoan gốc tổng hợp (SBM).
Công thức và chất lượng ổn định của dung dịch khoan là yếu tố then chốt trong các hoạt động khoan hiện nay. Thành phần và đặc tính của dung dịch khoan ảnh hưởng đến độ ổn định của thành giếng, khả năng bôi trơn, làm mát và tốc độ khoan xuyên. Ngay cả những vấn đề nhỏ với dung dịch khoan cũng có thể khiến toàn bộ hoạt động khoan dừng lại. Áp suất quá mức do dung dịch khoan quá đặc hoặc quá nặng có thể gây mất tuần hoàn đáng kể.
WBM thường được pha chế từ nước ngọt, nước biển hoặc nước muối (bão hòa hoặc formate), cùng với đất sét tự nhiên và polymer. OBM và SBM là các hệ nhũ tương nghịch có pha liên tục (pha ngoài) là gốc dầu (dầu diesel, dầu khoáng) hoặc gốc tổng hợp (olefin và paraffin), còn pha phân tán (pha trong) là nước muối. Nhũ tương phải đủ ổn định để chịu được dòng nước bổ sung từ trong giếng. Nhũ tương dầu trong nước (dung dịch khoan nhũ tương dầu) ít phổ biến hơn nhũ tương nước trong dầu (dung dịch khoan nhũ tương dầu nghịch). Nhũ hóa bằng siêu âm có hiệu quả với cả hai loại nhũ tương và đạt được độ ổn định điện tốt cho pha nước muối hoặc nước bên trong.
Thiết bị phản ứng siêu âm Hielscher là máy trộn tạo lực cắt mạnh nhờ xâm thực, có hiệu quả rất cao cho ứng dụng sản xuất. Nhìn chung, thiết bị phản ứng siêu âm được sử dụng trực tiếp trên đường ống để xử lý một lượt với năng suất cao hoặc xử lý theo mẻ có tuần hoàn.
Bạn có thể sử dụng phương pháp trộn siêu âm để
- Sản xuất phụ gia
- Chuẩn bị các hỗn hợp cô đặc có nồng độ cao
- Trộn dung dịch khoan hoặc dung dịch packer dùng ngay
- Khử khí cho dung dịch khoan
- Phát triển và xây dựng công thức dung dịch khoan tốt hơn
MultiSonoReactor MSR-4 là thiết bị đồng nhất hóa công nghiệp lắp trên đường ống, phù hợp để sản xuất dung dịch khoan ở quy mô công nghiệp. Xử lý siêu âm được sử dụng để phân tán và khử khí cho dung dịch khoan.
Sản xuất phụ gia dung dịch khoan
Việc sản xuất hóa chất và phụ gia, chẳng hạn như huyền phù polymer lỏng, được hưởng lợi từ công suất xử lý cao và tính linh hoạt của phương pháp trộn bằng lực cắt siêu âm. Trộn siêu âm phát huy toàn bộ tiềm năng của các phụ gia như chất tăng độ nhớt, chất giảm mất nước hoặc phụ gia polymer. Xâm thực siêu âm hydrat hóa bột nhanh chóng và hoàn toàn trong quá trình trộn dung dịch khoan.
Để trộn nhũ tương lỏng/lỏng, Hielscher MultiPhaseCavitator cải thiện khả năng trộn hai pha trực tiếp trên đường ống trong vùng có lực cắt mạnh do xâm thực. Để biết thêm thông tin về MultiPhaseCavitator, vui lòng nhấp vào đây!
Trộn siêu âm cải thiện quá trình truyền khối tại các lớp biên hoặc các hạt trong chất lỏng. Điều này giúp giảm thời gian cần thiết để chuẩn bị nước muối hoặc nước muối bão hòa, ví dụ như dung dịch muối canxi clorua, canxi bromua, kẽm bromua hoặc kali formate và xêzi formate.
Hỗn hợp cô đặc của đất sét hoặc phụ gia
Bạn có thể sử dụng phương pháp trộn bằng lực cắt siêu âm để tạo các hỗn hợp cô đặc có nồng độ cao hoặc khối lượng riêng cao (ví dụ như hỗn hợp canxi cacbonat (phấn), chất chống kết bông hoặc chất loại bỏ tạp chất) trước khi thêm chúng vào công thức dung dịch khoan cuối cùng.
Sản xuất dung dịch khoan và dung dịch packer
Hiệu quả của dung dịch khoan, chẳng hạn như khả năng ổn định đá phiến sét, độ nhớt, khả năng làm mát hoặc bôi trơn, phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Tính đồng đều và sự ổn định về chất lượng có tầm quan trọng hàng đầu. Trộn bằng lực cắt siêu âm rất hiệu quả trong việc tạo ra phân bố kích thước hạt đồng đều, nhờ đó cải thiện độ ổn định của hệ phân tán và nhũ tương. Điều này ngăn ngừa hiện tượng tách pha hoặc lắng trong quá trình bảo quản, vận chuyển hoặc khi dung dịch nằm trong các hố chứa.
Ngày nay, các thông số kỹ thuật của dung dịch khoan thường xuyên thay đổi. Thiết bị phản ứng siêu âm Hielscher có khả năng thích ứng rất tốt với những thay đổi trong công thức dung dịch khoan. Bằng cách chuyển từ trộn theo mẻ truyền thống sang trộn siêu âm một lượt trực tiếp trên đường ống, bạn có thể tạo ra nhiều loại dung dịch khoan khác nhau trên cùng một máy siêu âm. Điều này giúp giảm lượng tồn kho và thời gian lưu kho.
Việc phân tán đất sét thông thường (ví dụ như bentonite) và đất sét ưa hữu cơ đã được xử lý đặc biệt trong chất lỏng tạo ra gel và huyền phù có độ nhớt cao, có tính xúc biến hoặc giảm độ nhớt khi chịu cắt. Khi chịu lực cắt siêu âm mạnh, độ nhớt giảm xuống mức cho phép chảy tự do. Điều này tạo thuận lợi cho việc phân tán và thao tác. Vì lý do này, xử lý siêu âm rất hiệu quả trong việc trộn các huyền phù có tính xúc biến và giảm độ nhớt khi chịu cắt. Xử lý siêu âm giúp các hạt / phiến bentonite phân tán tốt hơn và cải thiện đặc tính tạo gel. Để biết thêm thông tin về phân tán bentonite bằng siêu âm, vui lòng nhấp vào đây!
Phân tán bentonite bằng siêu âm (thực hiện bằng máy trộn siêu âm UIP2000hdT)
Các chất điều chỉnh lưu biến, chất làm đặc và chất ổn định (ví dụ như gôm, glycol, carboxymethylcellulose, cellulose đa anion (PAC) hoặc tinh bột) cần được phân tán tốt để đạt hiệu quả tối đa. Để biết thêm thông tin về phân tán các chất làm đặc bằng siêu âm, chẳng hạn như gôm xanthan và gôm guar, vui lòng nhấp vào đây!
Các chất tăng trọng, như bari sulfit (barit), không được tách khỏi dung dịch khoan trong quá trình bảo quản, vận chuyển hoặc khoan. Theo định luật Stokes, các hạt nhỏ hơn lắng chậm hơn hoặc hoàn toàn không lắng. Phân tán bằng siêu âm ngăn hình thành các khối kết tụ lớn hơn, vốn có thể gây mất ổn định hệ phân tán. Việc phân tán một hệ có thể làm tăng khả năng dung nạp chất rắn của hệ đó, cho phép tăng khối lượng riêng lên đến 20 lb/gallon (US) hoặc 2,4g/cm3.
Khử khí cho dung dịch khoan
Khi pha chế dung dịch khoan, bột đất sét bentonite và các loại bột phụ gia khác đưa nhiều không khí vào dung dịch khoan. Lượng khí này bị giữ lại trong các hệ chất lỏng và có thể gây tách pha cũng như làm giảm hiệu quả của chất nhũ hóa hoặc chất ổn định. Các quá trình nén (chu kỳ áp suất cao) và giãn (chu kỳ áp suất thấp) lặp lại trong quá trình xử lý siêu âm cho phép khí hòa tan di chuyển và hình thành các vi bọt khí nhỏ. Sau đó, sóng siêu âm buộc các vi bọt khí hợp lại với nhau. Lực cắt mạnh do xâm thực siêu âm làm giảm độ nhớt của dung dịch khoan có tính giảm độ nhớt khi chịu cắt và tính xúc biến. Điều này giúp bọt khí nổi lên nhanh hơn, từ đó cải thiện khả năng tách khí trong các bể tách ở công đoạn sau hoặc khi khử khí bằng chân không. Khử khí làm tăng khối lượng riêng của dung dịch khoan, giảm độ nhớt và các vấn đề tách pha. Ít bọt khí hơn giúp giảm lượng chất nhũ hóa, chất ổn định, chất hoạt động bề mặt hoặc chất phân tán cần sử dụng. Điều này giúp giảm chi phí trên mỗi thùng. Việc giảm hàm lượng khí cũng có thể kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí.
Dung dịch khoan gốc nước trước và sau khi khử khí bằng siêu âm với UIP1000hd
Nghiên cứu và hình ảnh của Amani và cộng sự, 2016
Phát triển và điều chỉnh công thức dung dịch khoan
Các quy định mới hạn chế lượng một số hóa chất nhất định được sử dụng trong dung dịch khoan nhằm giảm thiểu tác động đến môi trường. Điều này đòi hỏi phải điều chỉnh công thức cho phù hợp với khuôn khổ pháp lý mới. Xử lý siêu âm có thể giúp bạn tối đa hóa hiệu quả của các thành phần dung dịch khoan, nhờ đó có thể sử dụng ít vật liệu hơn và các vật liệu có chi phí thấp hơn. Hielscher cung cấp dịch vụ thử nghiệm công thức dung dịch khoan tại phòng thí nghiệm của chúng tôi. Bao gồm đo độ nhớt động học ở nhiều nhiệt độ khác nhau, có và không có tác động cắt.
Thiết kế chịu tải nặng cho ứng dụng công nghiệp
Thiết bị phản ứng siêu âm Hielscher có thể xử lý các hạt hoặc khối kết tụ có kích thước lớn hơn và có tính mài mòn. Vì vậy, bạn có thể bắt đầu với huyền phù có kết tụ nhưng vẫn bơm được hoặc các thành phần dung dịch khoan. Khi trộn bột và hạt vào chất lỏng, đầu dò siêu âm bị hao mòn do mài mòn ít hơn nhiều so với máy trộn rôto–stato hoặc thiết bị đồng nhất hóa áp suất cao. Đầu dò siêu âm Hielscher được chế tạo từ titan cấp 5 để tăng khả năng chống ăn mòn, ví dụ khi sử dụng nước biển thay cho nước ngọt trong WBM. Thiết bị phản ứng siêu âm không có phớt quay hay ổ trục. Máy trộn siêu âm Hielscher đạt cấp công nghiệp, phục vụ các ứng dụng chịu tải nặng – trên đất liền và ngoài khơi (giàn khoan). Nhìn chung, thiết bị phản ứng siêu âm được bố trí thẳng đứng để chiếm ít diện tích lắp đặt.
Ứng dụng trộn siêu âm trong ngành dầu khí không chỉ giới hạn ở dung dịch khoan mà còn mở rộng sang nhiều lĩnh vực khác.
- Khử khí cho dòng thải và chất lỏng công nghệ
- Trộn với chất loại bỏ tạp chất (ví dụ như chất loại bỏ H2S) hoặc hóa chất bảo vệ, chẳng hạn như chất ức chế cáu cặn và ăn mòn
- Giảm thời gian đông kết xi măng để trám xi măng nhanh hơn
- Pha chế nước muối bão hòa hoặc dung dịch muối formate bằng siêu âm
- Giảm hoạt động của vi khuẩn trong dung dịch khoan
- Xử lý dầu ở công đoạn hạ nguồn, ví dụ như khử lưu huỳnh
- Chuẩn bị mẫu dầu và trầm tích
Tài liệu / Tài liệu tham khảo
- 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.