DE2953489T1 - Method for controlling a drilling mud dispersing process - Google Patents

Method for controlling a drilling mud dispersing process

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Description

VEEPAHBEN ZUB ÜBERWACHUNG DES PBOZESSES DEB 2 9 5 O 4 ö 3 DISPEBGIEBUNG TON BOHESPÜLUNGEIf
Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich, auf Prozesse der Bereitung von Spülungen, Trüben und Suspensionen, insbesondere auf Verfahren zur Überwachung des Prozesses der Dispergierung von Bohrspülungen·
Besonders zweckmäßig wendet man die vorliegende Erfindung in der Erdöl- und Gasindustrie bei der Bereitung von Bohrspülungen an.
Der Prozeß der Dispergierung der festen Phase ist eine wichtige technologische Operation, von der die Qualität der bereiteten Bohrspülung weitgehend abhängt. Die Dispergierung der festen Phase macht es möglich, den Verbrauch an Tonmaterialien durch die Erhöhung der Ausbeute an Spülung, bezogen auf die eingesetzte Tonpulvermenge, zu senken. Die Senkung der Gesamtmenge an fester Phase in der Spülung unter Beibehalten des Kolloiditätsgrades bewirkt eine Erhöhung der mechanisehen Bohrgeschwindigkeit,
Die Dispergierung wird angewandt bei der Bereitung von Bohrspülungen vorzugsweise auf Tonbasis, besonders in den Fällen, wenn die eingesetzten Tonpulver einen niedrigen Kolloiditätegrad aufweisen.
Di© Dispergierung der festen Phase in der flüssigen wird durch physikalisch-chemische Veränderungen begleitet, die den Zustand und die Eigenschaften sowohl der festen als auch der flüssigen Phase beeinflussen. Ein Maß für die Qualität der Dispergierung ist der Zerkleinerungsgrad der festen Phase, gekennzeichnet durch die teilweise Konzentration derselben in der Spülung·
Es ist bekannt, daß besondere wirksame Tonteilchen bei der Strukturbildung der Bohrspülung Teilchen mit einer Größe von 5 Mikrometern und weniger sind. Der Prozeß der Dispergierung besteht in der Überführung eines großen Volumens der festen Phase in weniger als 5 Mikrometer große kolloide "Teilchen.
Bei der Bildung der Koagulationsstruktur aber spielt nicht nur d\e Größe der kolloiden Teilchen sondern auch deren Menge, das heißt die Größe der teilweisen Konzen-
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tration eine Bolle. In der Tat macht es die geringe Menge der festen kolloiden Teilchen für sie nicht möglich, eine feste Koagulations-struktur zu bilden, während ein Überschuß an diesen zu einem starken Anwachsen der statischen Schubspannung, Anwachsen des Stromungswiderstandes der Spülung führen kann, was die mechanische Bohrgeschwindigkeit senkt und die Bedingungen der Reinigung einer solchen Spülung von dem Schlamm verschlechtert. Die optimale Größe der teilweisen Konzentration der festen Phase in der Spülung aber ist verschieden und hängt vom Tontyp ab. Somit ist die Größe der teilweisen Konzentration eines der Hauptparameter, die den Zustand des Prozesses der Dispergierung der festen Phase der Bohrspülung kennzeichnen.
Bisheriger Stand der Technik Bekannt ist ein Verfahren zur Überwachung des Prozesses der Dispergierung von Bohrspülungen durch Messung der elektrischen Parameter der Bohrspülung. Das Wesen des Verfahrens besteht darin, daß bei der Bewegung der Tonteilchen zusammen mit der Flüssigkeit und ihrer Wanderung gegenüber der Flüssigkeit zwischen den in verschiedenen Punkten des Flüssigkeitsstromes angeordneten Elektroden eine Potentialdifferenz entsteht.
Diese Erscheinung, die man als elektrokinetische Erscheinung bezeichnet hat, entsteht dadurch, daß an der Kontaktstelle des festen Teilchens mit der Flüssigkeit eine elektrische Doppelschicht besteht, wobei das feste Teilchen und die Flüssigkeit bestimmte La-
JO düngen aufweisen. Die Veränderung des elektrokinetischen Potentials in dem Strom der Spülung kommt zustande infolge der Veränderung der.Größe der Konzentration der Teilchen der festen Phase. Je höher die Konzentration der Teilchen in der Flüssigkeit ist, desto höher ist das elektrokinetische Potential, weil die Potentialdifferenz von der Größe der. durch die Teilchen an die Elektroden des Meßgerätes übertragenen Ladung abhängt, und je größer die Anzahl dieser Teilchen ist, desto höher ist die Potentialdifferenz.
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Somit bestimmt man durch die Veränderung der elektrischen Parameter der Bohrspülung, insbesondere des elektrokinetischen Potentials den Zerkleinerungsgrad der festen Phase, woraus auf den Dispergierungs- prozeß geschlossen wird·
Das bekannte Verfahren macht es möglich, die Veränderung der festen Phase zu überwachen, gestattet es jedoch nicht, den Prozeß der Dispergierung der Bohrspülung kontinuierlich zu überwachen und die Abschlußetappe des Prozesses der Zerkleinerung der festen Phase im Prozeß deren Dispergierung.zu bestimmen* wodurch es unmöglich wird, die Bereitung der Spülung unter optimalen Bedingungen durchzufühlen. Außerdem erfordert es das bekannte Verfahren, ein System von Elektroden mit.Eeg.istrierapparatür anzuwenden, diese zu montieren, einzurichten und zu warten, was einen zusätzlich Aufwand an Arbeit und Energie zur Folge hat. ~._,
Besonders nahestehend ist ein Verfahren zur Überwachung des Prozesses der Dispergierung der Bohrspülung durch Messung der Konzentration der festen Phase mit Hilfe eines Schwingungsgebers, der aus einem Schwingungserreger in Form eines mechanischen Schwingungswandlers und eines empfindlichen Elementes in Gestalt eines Netzrahmens besteht, dessen Fläche perpendikulär zu der Schwingungsrichtung orientiert ist· Der Netzrahmen des Schwingungsgebers ist mit dem Schwingungserreger starr verbunden und mit seiner Fläche perpendikulär zur Bewegung des Stromes der Bohrspülung getaucht. Beim Vorliegen in der Spülung von Teilchen der festen Phase, deren Abmessungen größer als die Abmessungen der öffnungen in dem Netzrahmen sind, werden die Maschen des Netzes von diesen Teilchen überdeckt und der Stirnwiderstand des empfindlichen Elementes wächst stark an. Je größer die Konzentration der Teilchen der festen Phase i» der Spülung ist, desto größer ißt der Stirnwiderstand des Netzes, was zu einer Verringerung der Schwingungsamplitude des empfindlichen Elementes führt. Nach der Veränderung der Größe de? SchwincungSamplitude des empfindlichen Elementes urteilt man über die Veränderung
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der teilweisen Konzentration der festen Phase in der flüssigen. Je größer die teilweise Konzentration in der Spülung ist, desto höher ist der Dispersitätsgrad. Somit kann nach der Veränderung der Größe der Schwingungsamplitude des empfindlichen Elements über die Veränderung der Konzentration der festen Phase in der flüssigen Phase geurteilt werden. Jedoch macht es das bekannte Verfahren ebenfalls nicht möglich, den Prozeß der Dispergierung der Bohrspülung kontinuierlich zu überwachen, ermöglicht nicht die Wahl optimaler Dispergierdauer der Spülung besonders bei der Verwendung als feste Phase einer Spülung von Tonen verschiedener mineralogischer Zusammensetzung, die unterschiedliche ursprüngliche Festigkeit der festen Tonteilchen aufweisen. Tone verschiedener Typen weisen verschiedenen Kolloiditätsgrad auf, weshalb die vorgegebene Größe der zu zerkleinernden Teilchen verschiedenen Wert aufweist. Somit muß/Vbei der Anwendung des bekannten Verfahren bei der Dispergierung jedes anderen Tontyps das empfindliche Element auswechseln und dabei einen entsprechenden Netzrahmen mit verschiedenen Abmessungen der öffnungen in dem Netz wählen. Das führt zu der Notwendigkeit, den Prozeß der Dispergierung periodisch zu unterbrechen und alle Betriebsdaten des Dispergierapparates neu einzustellen,was zu nichtvertretbarem Arbeits-und Energieaufwand und zur Senkung der Leistung des Dispergierapparates führt. Die Durchführung der Dispergierung unter nicht optimalen Bedingungen führt entweder zu einer übermäßigen Zerkleinerung der festen Phase in der flüssigen, was einen Mehraufwand an Energie zur Folge hat, oder zu ungenügender Zerkleinerung grober und besonders fester Teilchen, wodurch die Bohrspülung instabil und deren Qualität verschlechtert wird.
Offenbarung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, ein Verfahren zur Überwachung des Prozesses der Dispergierung von Bohrspülungen zu entwickeln» welches es mög?ich macht, unter kontinuierlicher Messung eines der Parameter, die die Qualität der Spülung kenn-
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zeichnen, den Dispergierungsprozeß kontinuierlich zu überwachen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man in dem Verfahren zur Überwachung des Prozesses der Dispergierung von Bohrspülungen, das in der Messung der teilweisen Konzentration der festen Phase besteht, gemäß der Erfindung die teilweise Konzentration nach der Veränderung des Mineralisationsgrades der Spülung, gemessen kontinuierlich im Prozeß der Dispergierung bis zu seiner Stabilisierung, bestimmt, nach dem Anwachsen des Mineralisationsgrades auf das Anwachsen der teilweisen Konzentration der festen Phase schließt und nach der Stabilisierung des Mineralisationsgrades der Lösung über die maximale Größe der teilweisen Konzentration der festen Phase urteilt.
Dadurch wird es möglich, den Prozeß der Dispergierung der festen Phase unter optimalen Bedingungen vorzunehmen, das heißt eine optimale Dispergierzeit zu wählen. !
All das macht es im Endergebnis möglich, den Energieaufwand zu senken und die Qualität der Bohrspülung durch optimale Bedingungen der Dispergierung und vollständige Zerkleinerung der festen Teilchen bis zur koloiden Größe zu ν erhöhen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird anhand einer ausführlichen Beschreibung eines Beispiels für seine Durchführung und beiliegender Zeichnungen näher erläutert, in denen I zeigen:
Fig. 1 Schema der Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 Kurve (1) der Veränderung des Mineralisationsgrades einer Bohrspülung, bereitet aus Tonpulver mit 20%iger üblicher Konzentration nach dem Gewicht, und Kurve (II) der Veränderung der teilweisen Konzentration.
Bevorzugte DurchführunRsvariante Es ist be kann4:, daß die Tone Kalium-, Kalzium-, Natriumionen enthalten, die sich bei der Vereinigung
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mit Wasser in diesem zum Teil auflösen und dadurch den Mineralisationsgrad der Spülung erhöhen. So weisen beispielsweise der Montmorilonit, die Hydroglimmertone folgende chemische Zusammensetzung (in J6) auf:
SiO2 41,6 bis 76,0; MgO 0,22 bis 0,26; TiO 0,2 bis 1,4; K2O 0,18 bis 7»5; Al2O5 6,8 bis 25»88; CaO 0,9 bis 14,5; P2O5 0,15 bis 5»17» CO2 0,26 bis 2,15i FeO 0,19 bis 4,9; MnO 0,03 bis 0,04; Na2O 0,38 bis 2,85; Pe2O5 2,0 bis 14,61.
Vie aus der chemischen Zusammensetzung der Tone zu ersehen ist.machen eineirecht hohe η ProzentP^iie Erdalkalimetalle aus. .
Bei aktiver disperg ie render Einwirkung auf die feste Phase werden die Teilchen zu kleineren zerstückelt, die neue Oberflächen an den Bruchstellen entblößen. Die sich an den Oberflächen befindenden Erdalkalimetalle vereinigen sich mit Wasser, lösen sich in diesem auf und erhöhen den Mineraiisationsgrad der Spülung. Je stärker also die festen Teilchen der Tone zerkleinert werden, desto höher ist die teilweise Konzentration der festen Phase in der Spülung und desto höher der Mineralisationsgrad der Spülung. .
Gewöhnlich wird die Wasser-Ton-Suspension auf einem Dispergator 1 (Fig. 1), beispielsweise auf einem breit bekannten Rotor-Pulsations-Dispergatoi, behandelt, der einen zylindrischen Rotor und einen zylindrischen Stator darstellt, die in einem Gehäuse untergebracht und gleichachsig angeordnet sind (in der Zeichnung nicht angedeutet). Der Rotor und der Stator weisen Schlitze und Ansätze auf.
Ei® Zerkleinerung der festen Phase in einem solchen Dispergator geschieht durch das Zustandekommen von Kavitationserscheinungen in dem pulsierenden Flüssigkeitsstrom, der durch die Schlitze des Stators hindurchtritt, die von den Ansätzen periodisch überdeckt werden.
Die Dispergierung wird durchgeführt, bis der größte Teil der festen Phase der Spülung in die kolloide Phase übergegangen ist, das heißt bis zur Erzielung einer Teilchengröße von weniger als 5 Mikrometer.
Jedoch besitzen verschiedene Tontypen unterschied- v
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liehe Festigkeit der einzelnen Teilchen, wodurch unter sonst gleichen Bedingungen (Leistung des Dispergators, Volumenkonzentration der festen Phase in der Spülung und Intensität der dispergierenden Einwirkung) die Optimierung des Dispergierungsprozesses von der Dauer der Behandlung der Trübe abhängt. Die fehlende Überwachung der Veränderung der Größe der teilweisen Konzentration der festen Phase im Prozeß der Dispergierung macht es jedoch nicht möglich, den Prozeß der Dispergierung kontinuierlich zu überwachen, insbesondere eine optimale Dauer der Dispergierung für verschiedene Tontypen zu wählen.
Dazu ist in einem Aufnahmebehälter 2 ein Geber 5 zur Überwachung der Mineralisation der Bohrspülung angeordnet, der an eine Stromquelle 4· und ein Registriergerät 5 angeschlossen ist.
Als Geber 3 zur Überwachung der Mineralisation der Spülung kann ein beliebiges der breit bekannten Geräte zur Überwachung der elektrischen Leitfähigkeit der Elektrolyte verwendet werden, das aus zwei Elektroden besteht, die in eine elektrisch leitende Flüssigkeit getaucht und an eine Stromquelle sowie ein Anzeigegerät angeschlossen sind. Je mehr mineralische Komponenten sich in der flüssigen Phase der Spülung beim Dispergieren der festen Phase in der flüssigen auflösen, desto geringer ist der elektrische Widerstand der flüssigen Phase und desto größer der elektrische Strom zwischen den Elektroden, was von dem Registriergerät 5 fixiert wird. Je intensiver also die Dispergierung der
JO festen Phase in der flüssigen vor sich geht, desto höher ist die Mineralisation der flüssigen Phase, was zu einer Abnahme des elektxischen Widerstandes der flüssigen Phase und folglich zum Anwachsen des elektrischen Widerstandes zwischen den Elektroden führt. Nach der Vsränderung des elektrischen Stromes zwischen den Elektroden kann die Veränderung des Dispersitätsgrades bestimmt werden.
Die Veränderung des Mineralisationsgrades der Spülung, die infolge der Zerkleinerung der festen
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Phase zustandekommt, kann auch nach anderen Verfahren überwacht werden.
Fig. 2 zeigt Kurve (J) der Veränderung des Mineralisationsgrades (C%) einer aus einem Gemisch von Tonpulver mit 20%iger Volumenkonzentration nach dem Gewicht mit Wasser bereiteten Bohrspülung in Abhängigkeit von der Dispergierdauer der festen Phase und Kurve (II) der Veränderung der teilweisen Konzentration (0%) der festen Phase in Abhängigkeit von der Dispergierdauer.
Wie aus den Kurven in Bild 2 folgt, wächst in den ersten ungefähr 2 Minuten der Behandlung der Spülung der Mineralisationsgrad (und die teilweise Konzentration) bedeutend, wonach die Kurve flach wird und dadurch anzeigt, daß der weitere Prozeß der Dispergierung nicht optimal ist, weil die Teilchen auf die Grenzfestigkeit zerkleinert wurden. Somit kann die teilweise Konzentration der festen Phase in der Spülung nach der Veränderung des Mineralisationsgrades bestimmt werden, die man im Prozeß der Dispergierung kontinuierlich mißt, wobei man nach dem Anwachsen des Mineralisationsgrades (der Kurvenabschnitt ab) über das Anwachsen der teilweisen Konzentration und nach der Stabilisierung des Mineralisationsgrades (der Kurvenabschnitt bc) über die maxima Ie Größe der teilweisen Konzentration urteilt.
Je größer die teilweise Konzentration in der Spülung ist, desto höher ist der Dispersitätsgrad der Spülung·
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung des Prozesses der Dispergierung von Bohrspülungen ; gestattet es, den Prozeß der Dispergierung der Bohrspülung kontinuierlich zu überwachen und dadurch die optimale Zeitdauer der Dispergierung der festen Phase zn bestimmen unter bedeutender Senkung des Energieaufwandee.
Das oben beschriebene Verfahren ist einfach in der Durchführung und ermöglicht es, die Qualität der Bohrspülungen durch die Erhöhung der Genauigkeit der Überwachung eines der Parameter, und zwar .der teilweisen Konzentration bedeutend zu erhöhen und dabei
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den Energie- und Materialaufwand sowie den Zeitaufwand für die Bereitung der Bohrspülung durch die rechtzeitige Unterbrechung des Prozesses des Verrührens und der Dispergierung der festen Phase nach den Anzeigen
des Gebers der Mineralisation der Spülung bedeutend zu senken. Dadurch wird es möglich,
- den Verbrauch an fester Phase um 13 bis 15% zu
senken;
- die Leistung der Ausrüstungen zur Dispergierung der festen Phase um 15 bis 20% zu erhöhen;
- den Energieaufwand um 20 bis 25% zu senken;
- den Zeitaufwand für die Durchführung der Operationen um 10 bis 15% zu senken.
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Claims (1)

  1. patentanspruch
    Verfahren zur überwachung des Prozesses der Dispergierung von Bohrspülungen durch die Messung der teilweisen Konzentration der festen Phase, dad u r c h g e k e η η ζ e ic h η e t, dass man die teilweise Konzentration nach der .Veränderung des Mineralisationsgrades der Spülung, geraessen kontinuierlich im Prozess der Dispergierung bis zu seiner Stabilisierung, bestimmt, nach dem Anwachsen des Mineralisationsgrades über das Anwachsen der teilweisen Konzentration der festen Phase urteilt und nach der Stabilisierung des Mineralisationsgrades der Spülung über die maximale Grosse der teilweisen Konzentration der festen Phase urteilt.
    030807/0029
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