NL8000226A

NL8000226A - Werkwijze voor het regelen van de dispergering van de vaste stofdeeltjes in een boorsuspensie.

Info

Publication number: NL8000226A
Application number: NL8000226A
Authority: NL
Original assignee: Sredneaziat Nii Prirod Gaza
Priority date: 1979-01-16
Filing date: 1980-01-15
Publication date: 1980-07-18
Also published as: WO1980001496A1; AT378406B; ATA906579A; IN154831B; JPS5948280B2; JPS56500142A; FR2447027A1; CA1140777A; AU534228B2; IT1129533B; DE2953489C2; FR2447027B1; AU5498180A; IT8019246A0; US4370885A; DE2953489T1

Description

\ -1- 21142/Vk/jl

Aanvrager: Sredneaziatsky Nauchno-Issledovatelsky Institut Prirodnogo Gaza, Tashkent, U.S.S.R.

Korte aanduiding: Werkwijze voor het regelen van de dispergering van de vaste stofdeeltjes in een boorsuspensie.

5

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het regelen van de dispergering van de vaste stofdeeltjes in een boorsuspensie door het meten van de concentratie van de deeltjes. Met name heeft de uitvinding betrekking op de bereiding van een boorsuspensie, pulp en ande-10 re suspensies, en in het bijzonder op een werkwijze voor het regelen van de dispergeerbaarheid van de vaste stof hierin.

De werkwijze volgens de uitvinding kan met goed gevolg worden toegepast bij de winning van olie en gas, in het bijzonder bij de bereiding voor de hierbij toe te passen boorsuspensie.

15 Het dispergeren van vaste stoffen is een kritisch procédé, om dat het dispergeren van de vaste stof in grote mate de kwaliteit bepaalt van de bereide boorsuspensie. Een effectieve dispergering van bepaalde kleisoorten vermindert het verbruik hiervan en geeft een betere werking van de boorsuspensie per gewichtshoeveelheid poedervormige klei. Een ver-20 laging van de totale hoeveelheid vaste stof in de boorsuspensie, terwijl de waarde voor de "colloïdale toestandsfactor" gehandhaafd blijft, verhoogt de penetratiesnelheid.

Het dispergeren wofdt toegepast voor de bereiding van boorsus-pensies gebaseerd op klei houdende materialen omdat de poedervormige klei-25 soorten een lage colloïdale toestandsfactor hebben.

Het dispergeren van vaste stof in een vloeistoffase omvat de fysisch-chemische veranderingen die bewerkstelligd worden door de toestand en de eigenschappen van zowel de vaste fase als de vloeistoffase. Een maat voor de effectiviteit van het dispergeren is de fijnheid van de 30 vaste fase, aangegeven in de concentratie van de deeltjes hiervan in de boorsuspensie.

Het is algemeen bekend dat de meest actieve kleideeltjes, met betrekking tot de structuurvorming van de boorsuspensie die kleideeltjes zijn die kleiner zijn dan 5 ;um in doorsnede. Het dispergeren bestaat 35 hierin, dat een maximaal raogelijke hoeveelheid van de vaste fase wordt omgezet tot colloïdale deeltjes die kleiner zijn dan 5 μη.

Het is echter van groot belang bij de vorming van de coagulatie-structuur dat niet alleen de grootte van de colloïdale deeltjes optimaal 8000226 <r -Ü- iMI^/Vk/jl is, maar ook het aantal dus de concentratie van de deeltjes. In de praktijk. geldt dat een klein aantal vaste colloïdale deeltjes geen sterke coagulatiestructuur kan bewerkstelligen, terwijl een groot aantal de gel-sterkte sterk kan verhogen en de stroomweerstand van de boorsuspensie en 5 zodoende de penetratiesnelheid verlaagt en een belemmering vormt voor het verwijderen van slijpsel uit de boorsuspensie. De optimale concentratie van de deeltjes van de vaste fase in een boorsuspensie variëert met het type, zodat de concentratie van de deeltjes een van de belangrijkste parameters is waardoor de boorsuspensie wordt gekarakteriseerd met name de 10 dispergeerbaarheid van de vaste fase.

Er is een werkwijze bekend voor het aangeven van de dispergering van vaste deeltjes in een boorsuspensie door het meten van de elektrische parameters hiervan. Deze methode bestaat in hoofdzaak hierin, dat elektrodes geplaatst worden in een vloeistofstroom en het potentiaalverschil ge-15 meten wordt over de elektroden omdat de deeltjes met de stroom meebewegen en met de vloeistof.

Dit verschijnsel wordt aangegeven als het elektrokinetische effect en wordt toegeschreven aan een dubbele elektrische laag bij de tussenfase van de vaste stof-vloeistof, omdat de vaste stofdeeltjes èn 20 de vloeistof een bepaalde lading hebben. De elektrokinetische potentiaal bij de boorsuspensie variëert met de verandering in de concentratie van de deeltjes üit de vaste fase. Hoe hoger de concentratie is aan de deeltjes in de vloeistof, hoe groter de elektrokinetische potentiaal is zn-dat het verschil in potentiaal bepaald wordt door de overgebrachte lading 25 door de deeltjes op de elektroden van de meetapparatuur. Hoe groter het aantal deeltjes is, hoe groter het potentiaalverschil is.

De bepaling van de elektrische parameters van de boorsuspensie, met name de elektrokinetische potentiaal hiervan maakt het zodoende mogelijk om informatie te verkrijgen van de fijnheid van de vaste fase deel-30 tjes, welke waarde gezien wordt als een indicatie voor de mate van dispergering.

Deze bekende werkwijze maakt het mogelijk om een variatie te bewerkstelligen op de hoeveelheid vaste fase in de vloeistof, maar hierdoor wordt het niet mogelijk om een continue regeling te bewerkstelligen 35 van de dispergering van de vaste fase deeltjes in de boorsuspensie en om het einde van de dispergering van de vaste fase te bepalen, waarbij geen middelen verkregen worden voor het bereiden van de boorsuspensie onder optimale omstandigheden. Verder maakt deze methode het noodzakelijk dat een 8000226 -3- 21142/Vk/jl systeem gebruikt wordt van elektroden met registreerapparatuur, welke apparatuur geplaatst moet worden en bediend, hetgeen extra werk en energieverbruik met zich mee brengt.

Ook is er een bekende methode voor het controleren van de dis-5 persie aan vaste stoffen in boorsuspensie, waarbij de concentratie aan vaste stoffen gemeten wordt met behulp van een vibratie-type opneming, bestaande uit een oscillatie-ontwikkeling, gevormd met een mechanische oscillatie-convertor en een detectie-element met een rooster, waarvan het vlak loodrecht staat op de richting van de oscillatie. Het rooeter-10 frame van de vibratie-opname is stijf verbonden met de ontwikkelaar voor de oscillatie en is ondergedompeld in de boorsuspensiestroom onder een rechte hoek met de stroom. Wanneer vaste fase-deeltjes in de boorsuspensie groter zijn dan de openingen in het rooster, worden de openingen van het rooster geblokkeerd, waardoor een sterke verhoging optreedt van de 15 weerstand van de bepalingselementen, die de stroming mogelijk maken. Hoe groter de concehtratie is aan vaste deeltjes in de boorsuspensie, hoe groter de weerstand is van de stroming van het rooster, waardoor de oscilla-tie-amplitude van het bepaalde element wordt verlaagd, waarvan de grootte een maat is voor de concentratie van de vaste stof in de vloeistoffase.

20 Hoe groter de concehtratie is aan de deeltjes in de boorsuspensie, hoe hoger de mate van dispergering is.

Daarom is de variatie van de amplitude van de oscillaties van de bepalingselementen een aanduiding voor de variatie in de concentratie van de deeltjes in de vloeistoffasè. Deze bekende methode geeft echter 25 geen continue controle van de dispergering van de vaste deeltjes in de boorsuspensie en de bepaling van de optimale dispergeertijd van de vaste fase, met name wanneer de vaste fase klei is of verschillende minerale, componenten met verschillende beginsterkten van de kleideeltjes. De verschillende kleisoorten die aanwezig zijn brengen verschillende colloldale 30 toestandsfactoren mee, met als gevolg, dat de specifieke grootte van de deeltjes die gedispergeerd zijn verschillende waarden hebben. Daarom vereist de toepassing van deze bekende methode een verandering van het be-palingselement met elk type kleisoort, een frame met geschikte openingen die elke keer moeten worden gekozen. Dit resulteert in een periodieke on-35 derbreking van het dispergeerprocédé en het opnieuw instellen van de dispergeerapparatuur en de hierbij van belang zijde bewegingsparameters, hetgeen een extra hoeveelheid werk en energieverbruik meebrengt en daardoor de capaciteit van de dispergeerapparatuur verlaagt. Het dispergeren 8000226

V

-4- d 11JKi/Vk/jl r onder niet-optimale omstandigheden kan verder een overdispergering tot gevolg hebben van de vaste fase in de vloeistoffase met een daarmee samenhangend overmatig energieverbruik of een onvoldoende dispersie van grote en taaie deeltjes, hetgeen in beide gevallen resulteert in een onstabili-5 teit en minder worden van de kwaliteit van de boorsuspensie of het minder worden van de eigenschappen hiervan.

Daarom is het een van de doelstellingen volgens de uitvinding om de eigenschappen van de boorsuspensie te verbeteren door het disperge-ren van alle vaste stof-deeltjes tot een colloldale grootte.

'‘Een andere doelstelling volgens de uitvinding is het optimaliseren van de dispergering van de boorsuspensie.

Dit kan worden bewerkstelligd door het toepassen van een werkwijze volgens de uitvinding voor het regelen van de dispergering van de vaste stof-deeltjes in een boorsuspensie door het meten van de concentra-15 tie, waardoor het mogelijk wordt om continu de dispergering te regelen door continu een van de parameters te meten die bepalend is voor de boor-suspensie-éigenschappen. De werkwijze volgens de uitvinding wordt hierdoor gekenmerkt, dat de concentnatie van de deeltjes van de vaste fase wordt bepaald na het variëren van de hoeveelheid mineraal in de boor-20 suspensie, hetgeen continufwordt gemeten tijdens het dispergeren tot de mineralisatiewaarde is gestabiliseerd, waarbij de verhoging van de minera-lisatiewaarde van de boorsuspensie de verhoging aangeeft van de concentratie van de deeltjes van de vaste fase, en het constant blijven van de mineralisatiewaarde van de boorsuspensie de maximumwaarde aangeeft van 25 de concentratie van de deeltjes van de vaste fase.

Dit geeft een middel om een optimale dispersie te verkrijgen van de vaste fase door het bepalen van de optimale dispergeertijd.

Bij de uiteindelijke analyse leiden deze verbeteringeh tot een aanzienlijke vermindering van het energieverbruik en een verbetering van 30 de eigenschappen van de boorsuspensie door de optimale dispersie-omstan-digheden en het effectief afbreken van vaste stoffen tot colloidale grootte.

Deze en andere doelstellingen volgens de uitvinding zullen nader worden toegelicht aan de hand van de volgende beschrijving, waarbij 35 verwezen is naar de bijgevoegde tekening, die als niet beperkend moet worden beschouwd.

Fig. 1 geeft een schematische weergave van de werkwijze volgens de uitvinding en 80002?! Ί.

-5- 21142/Vk/jl %

Fig. 2 geeft een grafische voorstelling, waarbij een curve (I) de variatie weergeeft van de mineralisatiewaarde van een boorsuspensie bereid met 20 gew.i poedervormige klei en een curve (II) die de variatie aangeeft van de concentratie van de deeltjes.

5 Het is algemeen bekend dat kleisoorten kalium-, calcium- en natriumionen bevatten, die gedeeltelijk oplossen in water, waardoor de mate van mineralisatie van de boorsuspensie wordt vergroot. Zo heeft bijvoorbeeld montmorillonietklei en hydroraicaklei de volgende chemische samenstelling, uitgedrukt in %·.

10 41,6-76 Si02; 6,86-25,88 Al^; 0,19-4,9 FeO ; 0,22-0,26 ffeO ; 0,9-14,3 CaO ; 0,03-0,04 MnO ; 0,2-1,4 TiO ; 0,15-5,17 ; 0,38-2,85 Na20 ; 0,18-7,5 K20 ; 0,26-2,15 C02 ; 2,0- 14,61 Fe^;

De chemische samenstelling geeft aan dat de kleisoorten een aan-15 zienlijke hoeveelheid aardalkali-elementen bevatten.

Bij het sterk dispergeren van de vaste fase worden de grove deeltjes vermalen tot kleinere deeltjes, waardoor nieuwe oppervlakken ontstaan bij de breukvlakker. Hierdoor lossen meer aard alk ali-element en op in water, waardoor de mineralisatiewaarde van de boorsuspensie wordt verhoogd.

20 Daarom geldt dat hoe groter de fijnheid van kleideeltjes is,de-concentratie van de deeltjes groter wordt en hoe hoger de mineralisatiewaarde is van de boorsuspensie.

Gewoonlijk wofdt een water-en kleisuspensie bereid met een dis-pergeerorgaan 1 (fig. 1), bijvoorbeeld een rotor-pulsapparaat van een 25 bekend type, bestaande uit in hoofdzaak een rotor en een stator (niet aangegeven in de figuur) van cylindrische vorm, voorzien van inkepingen en uitsteeksels en coaxiaal aangebracht binnen een huis. In een dergelijk dispergeerorgaan wordt de vaste stof afgebroken door de cavitatie in een pulserende vloeistofstroom die door de statorinkepingen wordt gevoerd en 30 die afgesloten worden met regelmatige tussenposen door de uitsteeksels van de rotor. Het dispergeren wordt voortgezet totdat het grootste gedeelte van de vaste stof is omgezet tot de colloldale toestand, hetgeen betekent dat de deeltjes zijn verkleind tot een diameter kleiner dan 5 jum.

Hoewel verschillende kleisoorten diverse taaiheden hebben, met 35 als gevolg, dat, wanneer andere omstandigheden gelijk blijven zoals de hoeveelheid dispersiemiddel die doorgevoerd wordt, de volume concentratie aan vaste stof in de boorsuspensie en de intensiteit van de dispergeer-werking, de optimalisering van de dispergeeromstandigheden afhankelijk is §000226 t* '·' * -6- 21142/Vk/jl van de tijd, gedurende welke de pulp wordt bewerkt. Gelijktijdig kan gesteld worder, dat het ontbreken van geschikte middelen het onmogelijk maakt om de controle continu uit te voeren op de variatie in de concentratie van de deeltjes tijdens het dispergeren en zodoende de optimale 5 dispergeertijd te bepalen van de verschillende kleisoorten.

Ter verkrijging van dergelijke organen voor het bepalen van de optimale dispergeertijd wordt een opvangfcank 2 verbonden met een opneming 3 voor het regelen van de mineralisatie van de boorsuspensie, waarbij de opneming verbonden is met een elektrische energiebron 4 en een registreer-10 apparaat 5.

De opneming 3 voor het regelen of controleren van de mineralisatie van de boorsuspensie kan een algemeen bekend apparaat zijn voor het meten van de elektrische geleidbaarheid van elektrolyten, bestaande uit twee elektroden die ondergedompeld zijn in een elektrisch geleidende 15 vloeistof en verbonden zijn met een elektrische krachtbron en met een registreerapparaat. Hoe groter de hoeveelheid minerale componenten is op-gélost in de vloeistoffase van de boorsuspensie tijdens het dispergeren van de vaste stof in de vloeistof, hoe lager de elektrische weerstand is van de vloeistoffase en hoe groter de elektrische stroom zal zijn tussen 20 de elektroden, waarvan de grootte weergegeven zal worden op het diagram van de registreerapparatuur 5. Daarom geldt dat hoe intensiever het dispergeren is van de vaste deeltjes in de vloeistoffase, hoe hoger de mine-ralisatiewaarde is van de vloeistoffase of hoe lager de elektrisohe weerstand is van de vloeistoffase en zodoende geldt dat dan de intensiteit 25 van de elektrische stroom hoger is tussen de elektroden, de variatie van de elektrische stroom tussen de elektroden aangeeft, de variatie van de mate van dispergering van de vaste fiase.

7 . De mineralisatie van de boorsuspensie die variëert met de fijnheid van de vaste fase, kan ook volgens andere methoden worden geregeld 30 0f gecontroleerd.

Fig. 2 geeft curve (I)aan, waardoor een beeld verkregen wordt van de variatie van de mineralisatie (C?) van een boorsuspensie, bereid uit een kleipoeder (20 vol.?) en water, als functie van de dispergeertijd en curve (II) van de concentratie van de deeltjes (G?) als functie 35 van de dispergeertijd.

De curven van fig. 2 geven de mineralisatie aan van de boorsuspensie en daarmee de concentratie van de deeltjes, waaruit blijkt dat er een sterke stijging wordt verkregen gedurende de eerste twintig minu-

8 0 Ö 0 2 2 S

-7- 21142/Vk/jl ten van het dispergeren, terwijl hierna de curve slechts langzaam stijgt, hetgeen aangeeft, dat het dispergeren de optimale waarde is gepasseerd. Daarom kan de concentratie van deeltjes in de boorsuspensie bepaald worden uit Öe mineralisatiewaarde, die continu wordt gemeten tijdens het dis-5 pergeren, waarbij de toename van de mineralisatiewaarde (lengte ab) aangeeft de concentratie van de deeltjes en het constant worden van de mineralisatiewaarde (lengte bc) de maximale concentratie van de deeltjes aangeven.

Hoe hoger de concentratie van de deeltjes is in een boorsuspen-sie, hoe hoger de dispergeergraad is van de boorsuspensie.

De werkwijze volgens de uitvinding maakt het mogelijk om de dispergering van de vaste deeltjes in een boorsuspensie te controleren of te regelen door het continu aflezen van de dispergering van de boorsuspensie en hiermee wordt een methode verkregen voor het bepalen van de optima-15 le dispergeertijd en is het mogelijk om een aanzienlijk lager energieverbruik te bewerkstelligen.

De werkwijze kan in de praktijk makkelijk worden toggepast en geeft een verbetering van de eigenschappen van de boorsuspensie door een betere c< ntrole van een van de parameters, met name de concentratie van de 20 deeltjes, waarbij andere voordelen verkregen worden zoals een aanzienlijk lager energieverbruik, minder verbruik aan materialen, en een kortere bewerkingstijd voor de boorsuspensie, wanneer de werkwijze op een geschikt tijdstip wordt gestopt in afhankelijkheid van de aflezing van de minera-lisatieopname van de boorsuspensie.

^5 Dit heeft de volgende voordelen tot gevolg:

Een verlaging van het gebruik aan vaste stoffen van 10-15$,

Een verhoging van de doorvoer van stoffen door de dispergeer-apparatuur van 15 tot 20 $,

Een daling van het energieverbruik van 20-25$ en 30 Een daling van de dispergeertijd van 10-15 $.

-CONCLUSIE- 0000226

Claims

k' t -8- 21142/Vk/jl CONCLUSIE; Werkwijze voor het regelen van de dispergering van de vaste stof-deeltjes in een boorsuspensie door het meten van de concentratie van 5 de deeltjes, met het kenmerk, dat de concentratie van de deeltjes van de vaste fase wordt bepaald na het variëren van de hoeveelheid mineraal in de boorsuspensie, hetgeen continu wordt gemeten tijdens het dispergeren tot de mineralisatiewaarde is gestabiliseerd, waarbij de verhoging van de mineralisatiewaarde van de boorsuspensie de verhoging aangeeft van de con-10 centratie van de deeltjes van de vaste fase, en het constant blijven van de mineralisatiewaarde van de boorsuspensie en de maximum waarde aangeeft van de concentratie van de deeltjes van de vaste fase. 0000226