NL8001797A - Werkwijze voor het regelen van de kwaliteit van boorsuspensie. - Google Patents

Description

-1- 2125 7/CV/tl * * 4 -

Aanvrager: Sredneaziatsky nauchno-issledovatelsky institut prirodnogo gaza,· te Tashkent, U.S.S.R.

Korte Aanduiding: Werkwijze’voor het regelen van de kwaliteit van boor- 5 suspensie.

De uitvinding heeft betrekking op het boren van putten en meer in het bijzonder op werkwijzen voor de kwaliteitregeling van gereed gemaakte boorsuspensies.

10 De uitvinding kan doelmatig worden toegepast voor het gereedmaken van boorsuspensies bij het boren van olie en gasputten.

De uitvinding kan ook succesvol toegepast worden bij bouw, chemische, voedings en andere industrien voor het gereedmaken van verschillende brij en suspensies.

15 Van belang voor het boren van putten met minimale kosten en hoge opbrengst is het gebruik van een goede boorsuspensie ,waarvan de kwaliteit wordt bepaald door de structurele en mechanische kenmerken daarvan,zoals de visceusiteit van de suspensie,watergehalte,· gelsterkte ,homogeniteit, dat wil zeggen gelijkmatige verdeling van vaste deeltjes in de vloeistof-20 fase5de fijnheid van de vaste deeltjes in de vloeistoffase.

In de meeste gevallen staat de kwaliteit van een boorsuspensie,brij of suspensie in verhouding tot de afmeting van het colloidale complex van deeltjes. Hoe fijner de deeltjes,dat wil zeggen hoe dichter zij bij collo-idale afmeting zijn, des te stabieler de structurele en mechanische para-25 meters van de suspensie en des te beter de suspensie is. Bovendien wordt de kwaliteit van de boorsuspensie ook beïnvloed door de homogeniteit van de suspensie, dat wil zeggen hoe beter de vaste bestanddelen met de vloeibare fase gemengd des te minder is het gehalte in de suspensie van samengebalde deeltjes en des te beter de suspensie.

30 Er is een werkwijze bekend voor de kwaliteitsregeling van boorsus pensie door meting van de electrische parameters van de boorsuspensie .De werkwijze is althans in hoofdzaak gebaseerd daarop,dat de beweging van kleiachtige deeltjes tesamen met een vloeistof en ten opzichte van de vloeistof aanleiding geven tot een potentiaal verschil,welke kan worden bepaald door 35 electrodes,die in de vloeistofstroom zijn opgesteld. Dit electrokinetische verschijnsel resulteert daaruifüat een dubbele electrische laag optreedt ftnni7Q7 -2- 21257/CV/tl bij het contactpunt van een vast deeltje met een vloeistof waarbij zowel het vaste deeltje als de vloeistof ladingen bezitten. De variatie van de electrokinetische potentiaal in een suspensiestroom wordt voorlge-bracht door de concentratie-van vaste deeltjes. Hoe groter de concentra-5 tie van deeltjes in de vloeistof des te groter de electrokinetische potentiaal welk verschil van potentialen afhangt van de grootte van de lading overgebracht door deeltjes op de electroden van de meetinrichting en hoemeer deeltjes er zijn des te groter het potentiaal verschil. Dientengevolge geeft een meting van de dectrische parameters van een boorsus-10 pensie,in het bijzonder van de electrokinetische potentiaal,informatie omtrent de fijnheid van de vaste fase,waarbij de waarde van deze fijnheid op zijn beurt een maat b van de dispersie.

De békende werkwijze maakt het mogelijk het opbreken van vaste bestanddelen in de vloeistof te bewaken,maar faalt erin de mate van homo-15 geniteit van het mengsel en wanneer het nodig is de dispersie van vaste bestanddelen in het mengsel te basindigen aan te duiden,zodat hier niet wordt voorzien in middelen voor het begeleiden van het proces voor het gereedmaken van de suspensie onder optimale omstandigheden.Bovendien vereist de bekende werkwijze het gebruik 'van een systeem van electro-20 des met optekenapparatuur waarvan het aanbrengen ,opstellen en onderhoud verder verbruik aan arbeid en vermogen met zich meebrengt.

Het meeste overeenkomst met de huidige uitvinding vertoont een werkwijze voor de kwaliteitsregeling van boorsuspensie door meting van de concentratie van vaste bestanddelen onder gebruikmaking van een opneemor,-25 gaan van het trillingstype,dat bestaat uit een oscillator opwekker uitgevoerd met een mechanische oscillatie omzetter en een waarneemelement voorzien van een roosterframe,waarvan het vlak loodrecht op de oscfllatie-richting is gericht. Het roosterframe van de opnemer van het trillings-type is vast verbonden met de osdtLatieopwekker en ondergedompeld in een 30 stroomboorsuspensie loodrecht op de stromingsrichting daarvan. Indien de suspensie deeltjes zou bevatten,die groter zijn dan de vrije openingen van het roosterframe zullen de deeltjes maascellen verstoppen en de weerstand,welke het waarneemelement bie<ft tegen de stroming van de suspensie zal sterk toenemen. Hoe groter de concentratie van deeltjes in de sus-35 pensie des te groter de kopweerstand en. des te kleiner de amplitude van 800 1 7 97 v JÈ- <*· -3- 21257/GV/tl de os cilia ties van het detectie element waarbij de variatie van de grootte daarvan wordt genomen voor het bepalen van de concentratie van de deeltjes in de vloeistoffase.

Dientengevolge is de variatie van de amplitude van de trillingen 5 van het detectie-element een middel voor het bepalen van de concentratie van de deeltjes in de vloeistoffase. De bekende werkwijzen falen er echter in om de mate van homogeniteit van het mengsel en de mineralogische samenstelling van de vaste bestanddelen aan te geven en geen van deze werkwijzenvoorziet in een mogelijkheid voor het instellen van de versprei- 10 ding tot optimale omstandigheden en voor het onderbreken van het proces bij het verkrijgen van een bepaalde fijnheid van deeltjes,in het bijzonder waar de vaste fase is verspreid in een mengsel van kleisoorten met , verschillende mineralogische samenstellingen en van verschillende begin taaiheden van de deeltjes.

15 Verschillende soorten klei tonen verschillende colloidale toestanden met als effect,dat de bepaalde fijnheid van de deeltjes verschillende waarden heeft. Dientengevolge vereist de bekende werkwijze een wijziging van het detectie-element met ieder type klei,waarbij een roosterframe

J

met openingen van verschillende afmeting wordt gekozen voor iedere klei.

20 Het dispergeerproces moet dan worden onderbroken en zijn parameters opnieuw ingesteld voor nieuwe bedrijfomstandigheden hetgeen ongerechtvaardigde arbeid en vermogens inbreng vereist en een daling in doorvoer-capaciteit van de dispergeerinrichting. Dispergerep onder van de optimale omstandigheden afwijkende omstandigheden resulteert hetzij in een over- 25 matige fijnheid van de vaste bestanddelen in de vloeibare fase waardoor een overmaat aan vermogen wordt verbruikt,of in een onvoldoend verkleinen van de grovere en de taaiere deeltjjes, hetgeen tot gevolg heeft instabiliteit van de boorsuspensie en dientengevolge achteruitgang van de eigenschappen daarvan.

30 Met de uitvinding wordt beoogd een werkwijze te verkrijgen voor het regelen van de kwaliteit van boorsuspensie waarbij het mogelijk is het mengen en het verspreiden van vaste bestanddelen in de vloeistoffase optimaal te maken en daarbij de kwaliteit van de boorsuspensie te verbeteren.

35 Het bovenstaande en andere oogmerken worden verkregen door te voor zien in een werkwijze voor het regelen van de kwaliteit van de boorsus- snni7 07 -4- 21257/CV/tl pensie bestaande in het meten van de structurele en de mechanische parameters van de suspensie tijdens het verloop van het mengen en dispergeren van vaste bestanddelen in een vloeistoffase,waarin volgens de uitvinding de pH van de suspensie continu wordt gemeten en de aard van de variatie 5 daarvan wordt genomen voor het aanduiden van de mineralogieche aard van de vaste fase,terwijl de stabilisatie van de pH zowel homogeniteit en fijnheid van de vaste bestanddelen in de vloeistoffase optimaliseert.

De werkwijze volgens de uitvinding brengt het gebruik van de vaste door . , fase omlaag j het verbeteren van de homogeniteit van de verdeling van 10 de vaste bestanddelen in de vloeistoffase en het nauwkeurig handhaven van de verhouding van vast tot vloeistof hetgeen op zijn beurt de kwaliteit van de boorsuspensie verbetert*

Het onderbreken van het mengen en dispergeren zodra een aanzienlijke variatie van de pH niet meer optreedtbrengt het energie gebruik om-15 laag,vermindert slijtage van de uitrusting en houdt de tijd voor het gereedmaken van de boorsuspensie minimaal,waardoor gewaarborgd wordt,dat de vaste bestanddelen worden gemengd met en verspreid in de vloeistoffase onder optimale omstandigheden ,waarbij de doorvoercapaciteit van de

J

inrichting voor het gereedmaken van boorsuspensie wordt opgevoerd en 20 de kwaliteit van de boorsuspensie wordt verbeterd door een betere struc-tuurstabiliteit en betere mechanische eigenschappen van de suspensie.

Een groterqfoaarde van de pH in de suspensie kan worden genomen voor het aanduiden van de overheersing van alkali-aard mineralen en een kleinere waarde die van silicoon samenstellingen. Dit vermijdt de noodzaak voor 25 apparatuur voor het bewaken van de mineralogische samenstelling van de vaste fase en bevordert de nauwkeurigheid en de betrouwbaarheid van de metingen,

De uitvinding zal hier<?nder nader worden uiteengezet aan de hand van een in bijgaande figuren weergegeven inrichting voor het litvoeren 30 van de werkwijze volgens de uitvinding.

Fig. 1 toont schematisch de procedure voor het bewaken van de homogeniteit van boorsuspensie tijdens het verloop van het mengen van de vaste en de vloeibare fases volgens de uitvinding.

Fig. 2 toont schematisch de procedure voor het bewaken van de fijn- 35 heid van vaste bestanddelen in de vloeibare fase tijdens het verloop van het dispergeren volgens de uitvinding.

800 1 7 97 -5- 21257/CV/tl

Het is algemeen bekend, dat alle kleisoorten toegepast als vaste bestanddelen in boorsuspensie mineralen van natrium ,kalium,magnesium, calcium,silicium, aluminium en andere bevatten. Deze mineralen dissociëren electrol^tisch in water zodat bijvoorbeeld ionen van silicium 5 combineren met de hydrosyl groepen van water en silanol groepen vormen hetgeen een wijziging in de pH van de suspensie veroorzaakt. De pH wijziging kan ook worden voortgebracht door andere processen ,die optreden bij het "vloeistof-vaste stoffen" tussenvlak en ten gevolge van de hergroepering van het ion- uitwisselcomplex van kleiachtige mineralen 10 verband houden met de thermod.ynamische noodzaak van het minimum van vrije energie van het resulterende systeem.

Bij het aanvankelijke moment van menging,indien de oppervlakken van de deeltjes combineren met water,wijzigt de pH van de suspensie sterk. Indien silicoonsamenstellingen (bijvoorbeeld kaoline klei) overheersen 15 daalt de pH en indien alkali-aard mineralen de grote massa van de klei vormen groeit de pH. In daaropvolgend mengen wijzigt de pH van de suspensie langsamer en dan slechts door desintegratie van deeltjes kluiten en nadat alle deeltjes zijn bevochtigd door het water,dat wil zeggen

J

nadat de homogeniteit van de suspensie niet meer wijzigt,zal de pH van de 20 suspensie evenmin meer wijzigen.

De verklaring hiervan is,dat indien vaste deeltjes zich mengen met het water,uiteenbreken en feracentratie in de suspensie vergroten alkali-aard mineralen ,bijvoorbeeld natrium, kalium en andere oplossen in de' suspensie voor het wijzigen of opvoeren van de mineralisering daarvan.

25 Indien silicium overheerst in de vaste bestanddelen worden silanol groepen gevormd in overeenstemming met de reactie:

Si +4 + H2 0 —» SiOH + H+ 30 Dientengevolge hoe groter de hoeveelheid silidum,dat samenwerkt met water des te groter de concentratie van vaste bestanddelen in de suspensie en dientengevolge des te fijner de vaste bestanddelen des te groter de wijziging in pH van de suspensie. Maar daar alle vaste bestanddelen een grastaaiheid hebben bij het bereiken waarvan zij niet langer uiteen-35 breken stopt zodoende de variatie van de pH van de suspensie.

Dientengevolge kenmerkt zowel gedurende het mengen van de vaste be- 80 0 1 7 97 -6- 21257/CV/tl standdelen in de vloeistoffase en gedurende de verspreiding van de vaste bestanddelen de variatie van de groötte van de pH van de suspensie dat van de homogeniteit van de suspensie of dat van de fijnheid van de vaste bestanddelen,terwijl een toename of een afname in de pH van de suspensie, 5 dat wil zeggen de aard van de variatie van de pH duidelijk maakt of in de suspensie hetzij de alkali-aard minerale of de silicaietsamenstellingen overheersen.

Een beter begrip van de door de huidige uitvinding geboden voordelen zal worden verkregen uit de hieronder volgende beschrijving van een 10 voorkeursuitvoeringsvorm.

Water stroomt langs een leiding 2 (fig.l) in een houder 1,terwijl daarin klei wordt toegevoerd vanuit een bunker 3. Een mengen wordt be- , werkstelligd met behulp van een roerder 4. Tijdens de kringloop wordt de pH van de suspensie gemeten onder gebruikmaking van een pH opnemer 15 5 waarvan de aflezing wordt opgenomen op een meetinrichting 6.

De pH opnemer 5 en de meetinrichting^ worden gevormd door algemeen bekende pH meters bestaande uit electrodes ondergedompeld in het medium waarvan de pH moet worden gemeten en van een aanduidinrichting waarvan

J

de aflezing de pH van het medium kwantificeert.

20 De pH van het medium wordt continu gemeten tijdens het gereedmaken van de suspensie,waarbij de aard van de pH variatie aanduidttot welke groep mineralen de vaste bestanddelen behoren.

Indien de inrichting 6 een afname van de pH weergeeft duidt dit aan, dat de silicone' samenstellingen overheersen en indien de pH toeneemt duidt 25 dit aan ,dat vaste bestanddelen in de vorm van akali-aard mineralen de grootste hoeveelheid van de vaste fase vormen.

Indien vaste bestanddelen in water worden ingebracht worden zij door het water omgeven,maar indien zij tijdens het mengen niet uiteenvallen zal de kwaliteit van de suspensie nadelig worden beinvloed ten gevol-30 ge van de dispergeer instabiliteit. Bij het aanvankelijke mengmoment combineert de grote massa van de deeltjes zich met water en wijzigt de pH sterk. Daaropvolgend gaat de wijziging van de pH langzamer terwijl een uiteenvallen van kluiten doorgaat totdat alle deeltjes aggregaat zijn uiteengebroken in afzonderlijke deeltjes,dat wil zeggen totdat de suspensie 35 is gehomogeniseerd. De inrichting 6 geeft dan een stabiele aflezing van de pH weer,hetgeen een bewijs is voor het bereiken van een optimale ho- 800 1 7 97

S

-7- 21257/CV/tl mogeniteit van de suspensie waarbij verdere menging geen nut meer heeft.

De gestabiliseerde/vanr<le pH van de suspensie wordt dan ook genomen voor het aangeven van de optimale homogeniteit van de suspensie bij het mengen van de vaste-bestanddelen met de vloeibare fase.

5 De bepaling van de homogeniteit van de suspensie tijdens het ver spreiden van de vaste bestanddelen kan gemakkelijk worden begrepen uit het in fig.2 weergegeven voorbeeld.

Bij het op gang brengen wordt boorsuspensie afgeleverd vanuit een reservoir 7 aan een dispergeerinrichting ,bijvoorbeeld een pulserende 10 rotorinrichting- een dispersie-inrichting- welke althans in hoofdzaak bestaan uit een ontmantelde coaxiaal opgestelde cilindrische rotor en stator (weggelaten in de figuur) beiden voorzien van inkepingen en uit- , steeksels. Vaste bestanddelen worden uiteengebroken in een dergelijke dispergeerinrichting door cavitatie verschijnselen in een pulserende 15 vloeistofstroom,welke gaat door de inkepingen van de stator,» die op regelmatige tussenruimtes door de uitsteeksels van de rotor worden afgedekt.

De dispergeerinrichting 8 kan worden gevormd door een ander type

J

machine,bijvoorbeeld een molen,welke is samengesteld uit een mantel welke 20 een as met schijven opneemt (niet afgebeeld in de figuur).

uit . .

De kamer wordt gevuld met tuimellichamen,zoals^gietijzer of glas bestaande kralen. Indien de as met de schijven draait wordt bet mengsel van vaste bestanddelen en de vloeibare fase in de maalkamer naar de omtrek gedrongen door de centrifugaalkrachten.Het draaiende mengsel en de 25 draaiende schijven veroorzaken,dat de tuimellichamen ten opzichte van elkaar bewegen,zodat zij botsen en draaien,

De gedispergeerde suspensie treedt in in een reservoir 9,dat is uitgerust met een pH opnemer 10, welke werkt in samenwerking met een optekeninrichting 11.

30 Tijdens het dispergeerproces wordt de pH van de suspensie gemeten door de opnemer 10,waarbij de variatie van de pH de concentratie van vaste bestanddelen in de suspensie aanduidt,Hoe groter de concentratie van vaste bestanddelen des te fijner de vaste fase is. Vaste bestanddelen zullen uiteenbreken totdat hun sterkte grens is bereikt waarbij de 35 pH van de suspensie ook tot op dat tijdstip wijzigt.Zodra als de opneem-inrichting een gestabileerde waarde van de pH afleest toont dit aan,dat 80 0 1 7 97 -8- 21257/CV/tl de vaste bestanddelen niet langer uiteenbreken dat wil zeggen dat een optimale fijnheid is bereikt en een verder dispergeren geen enkel doel dient.

De pH van de suspensie wordt dus gemeten tijdens het dispergeren 5 totdat deze pH een gestabiliseerde waarde bereikt en de variatie van de pH wordt genomen voor het aanduiden van de fijnheid van de vaste fase, terwijl aangenomen wordt,dat de optimale fijnmaking van de vaste bestand- ♦ 1 delen in de vloeibare fase zal zijn bereikt zodra de pH zich stabiliseert.

10 Bij het mengen duidt een toename of een afname in de pH aan dat de overgrote massa van de vaste bestanddelen resp. wordt gevormd door alkali-aard mineralen of silicone samenstellingen.

Het is mogelijk om een pH uit te zetten tegen de deeltjes afmeting in een grafiek voor verschillende mineralen waaruit dan de mineralogische 15 samenstelling van de vaste fase gemakkelijk kan worden bepaald.

Een opnemen voor het bewaken van de pH tijdens het verloop van het dispergeren is van hetzelfde type als die voor het bewaken van de pH tijdens het mengen van de vaste bestanddelen met de vloeistoffase? .

J

De werkwijze voor de kwaliteitsregeling van de boorsuspensie 20 volgens de uitvinding is eenvoudig toe te passen en geeft een mogelijkheid voor het aanzienlijk verbeteren van de kwaliteit van de boorsuspensie door een nauwkeurige regeling van een van de parameters- de pH-daarvan. De werkwijze vermindert in aanzienlijke mate de invoer van vermogen en materialen evenals de tijd nodig voor het gereedmaken van een 25 boorsuspensie daar het mengen en het dispergeren worden onderbroken zodra de pH waarde zich stabiliseert. Als resultaat wordt het gebruik aan vaste fase verminderd met 10 tot 15%, de doorvoercapaciteit van de uitrusting voor het mengen van de vaste bestanddelen en de vloeistoffase en voor het dispergeren van de vaste bestanddelen vergroot met 15 tot 30 20% en de vermogensinvoer verminderd met 20 tot 25%.

35 800 1 7 97

Claims (2)

1. Werkwijze voor het regelen van de kwaliteit van boorsuspensie door meting van de structuur en van de mechanische parameters daarvan tijdens het verloop van het mengen en van het dispergeren ivan vaste bestanddelen in een vloeistof fase, ïr.et het kenmerk, dat de pH van de suspensie continu 5 wordt gemeten tijdens het proces van het gereedmaken van de suspensie waarbij de aard van de variatie van de pH de groep van mineralen waartoe de vaste bestanddelen behoren aandui<t,terwijl de stahilisatie van de pH van de suspensie het bereiken van een optimale homogeniteit van de suspensie en de optimale dispergering van de vaste bestanddelen in de vloei-10 stoffase aanduidt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk,dat een toename of een afname van de pH van de suspensie de overheersing aanduidtin de vaste, fase van resp. alkali-aard mineralen of silicone samenstellingen. 15 J 8 0 0 1 7 97