NL8001812A

NL8001812A - DEVICE FOR PREPARING DRILL MUD.

Info

Publication number: NL8001812A
Application number: NL8001812A
Authority: NL
Original assignee: Sredneaziat Nii Prirod Gaza
Priority date: 1979-03-26
Filing date: 1980-03-27
Publication date: 1980-09-30
Also published as: FR2452581A1; WO1980001994A1; SU940818A1; AU5715880A; IN153884B; FR2452581B1; IT8020988A0

Description

w ' * -1- 21264/JF/jlw '* -1-21264 / JF / yl

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

Korte aanduiding: Inrichting voor het bereiden van boormodder.Short designation: Device for preparing drilling mud.

Λ 5 De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het be reiden van boormodder, omvattende een ladingstrechter, welke spuitkoppen heeft welke zijn verbonden met een bron van een mengvloeistof en communiceert met een kamer van een straalmenger, welke een pijp herbergt, welke conmuniceert met een pomp en een straalspuitkop omvat.The invention relates to an apparatus for preparing drilling mud, comprising a loading funnel, which has nozzles which are connected to a source of a mixing fluid and which communicate with a chamber of a jet mixer, which houses a pipe, which communicates with a pump and a jet nozzle.

10 De uitvinding is in het algemeen gericht op de bronboortechno- logie en in het bijzonder op een inrichting voor het bereiden van boormodder.The invention is generally directed to well drilling technology and in particular to a drilling mud preparation apparatus.

De produktiekringloop voor de bereiding van boormodder omvat het toevoegen van vaste stof startmaterialen aan een mengvloeistof, het 15 roeren ervan en het opvolgend dispergeren van de vaste stoffase in de vloei-vare fase,waarbij de kwaliteit van het mengen van de fasen,de homogeniteit en de uniformiteit van de verdeling van de vaste stoffasedeeltjes over het gehele volume van de vloeibare fase een effect hebben opv.de kwaliteit van.het boormodder dat wordt bereid. Speciale vereisten dienen te worden 20 gesteld aan een inrichting voor het bereiden van boormodder, welke de homogeniteit van het water en de kleisubstantie, welke wordt bereidjverzekert, ten einde de mogelijkheid te elimineren van de aanwezigheid van klonten en aggregaten van vaste fasedeeltjes in boormodder.The production cycle for the production of drilling mud comprises adding solid starting materials to a mixing liquid, stirring it and subsequently dispersing the solid phase in the liquid phase, whereby the quality of the mixing of the phases, the homogeneity and the uniformity of the distribution of the solid phase particles over the entire volume of the liquid phase has an effect on the quality of the drilling mud being prepared. Special requirements should be imposed on a drilling mud preparation device which ensures the homogeneity of the water and the clay substance being prepared in order to eliminate the possibility of the presence of lumps and aggregates of solid phase particles in drilling mud.

Bekend in de techniek zijn verschillende inrichtingen voor het 25 bereiden van boormodder, welke het mengen van vaste stof en vloeibare fase tezamen verzekert, zoals bladkleiroerders, hydraulische monitors, hydraulische straalmengers en dergelijke.Known in the art are various drilling mud preparation devices which ensure mixing of solid and liquid phase together, such as leaf clay stirrers, hydraulic monitors, hydraulic jet mixers and the like.

ii

Bladkleiroerinrichtingen worden wijd verspreid gebruikt bij het boren dankzij hun eenvoudige structuur. Een zeer lage doorvoercapaciteit 30 en grote afmetingen doen deze echter uit de mode raken.Leaf clay stirrers are widely used in drilling due to their simple structure. However, a very low throughput and large dimensions make them go out of fashion.

Hydraulische monitors verzekeren hoge doorvoercapaciteit bij de bereiding van water en kleisuspensie, maar het resulterende mengsel is niet homogeen en bevat een grote hoeveelheid klonten en ongewenste materialen.Hydraulic monitors ensure high throughput in the preparation of water and clay slurry, but the resulting mixture is not homogeneous and contains a large amount of lumps and unwanted materials.

35 De meest rationele inrichting voor de bereiding van boormodder is een hydraulische straalmenger (conform het Amerikaanse octrooischrift 3.867.195, klasse B01 F , verleend op 18 december 1975), met een laad-trechter, conmunicerend met een kamer van een straalmenger,welke een pijp Λ Λ Λ 4 Ö 4 0 -2- 21264/JF/jl herbergt,welke communiceert met een straalbron en een straalspuitkop omvat.The most rational drilling mud preparation device is a hydraulic jet mixer (in accordance with U.S. Pat. No. 3,867,195, class B01 F, issued December 18, 1975), with a loading funnel, communicating with a chamber of a jet mixer, which pipe Λ Λ Λ 4 Ö 4 0 -2- 21264 / JF / jl, which communicates with a jet source and includes a jet nozzle.

De laadtrechter is voorzien van spuitkoppen voor het gieten van vloeistof voor het creëren van een kop en voor het vergroten van de vacuümcomponen-ten in de kamer van de straalmenger, waarin de vaste stof en vloeibare 5 fase, welke daarin dienen te worden gemengd,worden toegelaten. De hydraulische straalmenger effectueert het toevoeren van de startmaterialen aan de mengvloeistof en de bereiding van het boormodder, maar het resulterende boormodder is van een vrij slechte kwaliteit, zodat hulpapparatuur voor het verzekeren van een hogere kwaliteit van het mengen van de twee componenten 10 van boormodder is vereist. Dit wordt verklaard door een sterke niet-unifor-miteit van het inkomende, poedervormige materiaal in de mengzone, hetgeen dus resulteert in een groter toevoeging van materiaal,welk geen· tijd heeft om benat te worden en gemengd met de vloeistof, en hetgeen een dikke suspensie vormt, hetgeen resulteert in het verstoppen van de kamer van de 15 straalmenger. Vanwege een verminderde druk in de straalmenger, veroorzaakt door de spuitkop van de spuitpijp onder de werking van een vloeistofstraal, raakt een grote hoeveelheid lucht in de inrichting, tezamen met het poeder, waarbij de lucht het nat worden van het poeder door de vloeistof belet en hydrofobische eigenschappen op het poeder uitoefent, welke op hun 20 beurt de stabiliteit van de dichtheid in de homogeniteit van het boormodder nadelig beïnvloeden,alsmede de werking van pompen en eveneens slechte invloed heeft op de kwaliteit van de chemische behandeling en andere typen van opvolgende behandeling.The loading hopper is equipped with nozzles for pouring liquid to create a cup and to increase the vacuum components in the jet mixer chamber in which the solid and liquid phases to be mixed therein are mixed allowed. The hydraulic jet mixer effects the feeding of the starting materials to the mixing fluid and the preparation of the drilling mud, but the resulting drilling mud is of a rather poor quality, so auxiliary equipment for ensuring a higher quality of mixing of the two components of drilling mud is requires. This is explained by a strong non-uniformity of the incoming powdery material in the mixing zone, thus resulting in a larger addition of material, which does not have time to be wet and mixed with the liquid, and which gives a thick slurry resulting in clogging of the chamber of the jet mixer. Due to a reduced pressure in the jet mixer caused by the nozzle nozzle under the action of a liquid jet, a large amount of air enters the device along with the powder, the air preventing the powder from getting wet by the liquid and exerts hydrophobic properties on the powder, which in turn adversely affects the stability of the density in the drilling mud homogeneity as well as the operation of pumps and also adversely affects the quality of the chemical treatment and other types of subsequent treatment.

De kamer van de straalmenger raakt snel verstopt met klonten 25 niet gedispergeerde poedervormige materialen, waardoor dus de betrouwbaarheid van de inrichting wordt verkleind. Ten einde de resulterende kleiklonten te voorkomen is een hogere vloeistofdruk vereist, dat wil zeggen een zuigerpomp welke een hogere druk verzekert die dient te worden gebruikt.The jet mixer chamber quickly clogs with clumps of non-dispersed powder materials, thus decreasing the reliability of the device. In order to avoid the resulting clay lumps, a higher liquid pressure is required, i.e. a piston pump which ensures a higher pressure to be used.

30 De onderhavige uivinding is gebaseerd op het probleem van het verschaffen van een inrichting voor het bereiden van een boormodder met middelen voor het verzekeren van een hoge graads en intensief mengen van de vaste en vloeibare fase, een homogeniteit en uniformiteit van de verdeling van de vaste faaedeeltjes over het gehele volume van 35 de vloeibare fase, het elimineren van de formering van klonten vaste fase en aggretaten van deeltjes, het verminderen van de consumptie van kleimateriaal en chemische middelen en een verbetering van de doorvoer- capaciteit. 800 Ί 8 12 -3- 21264/JF/jlThe present invention is based on the problem of providing an apparatus for preparing a drilling mud with means for ensuring a high degree and intensive mixing of the solid and liquid phase, a homogeneity and uniformity of the distribution of the solid phase particles over the entire volume of the liquid phase, eliminating the formation of solid phase lumps and aggregates of particles, reducing the consumption of clay material and chemicals and improving throughput. 800 Ί 8 12 -3- 21264 / JF / jl

De uitvinding voorziet hiertoe in een inrichting van een in de aanhef genoemde soort, welke is gekenmerkt, doordat de inrichting is voorzien van een diagrafma-elektrolyseerorgaan, ingebracht in een lijn voor het voeden van een raengvloeistof, waarbij het inwendige van de 5 negatieve elektrode van het elektrolyseerorgaan is verbonden met de spuitkoppen van de ladingstrechter .en met de pijp van de straalmenger.The invention provides for this purpose a device of the type mentioned in the preamble, which is characterized in that the device comprises a diagrammatic electrolyzer, inserted in a line for feeding a rain liquid, wherein the interior of the negative electrode of the electrolyzer is connected to the nozzles of the charge funnel and to the nozzle of the jet mixer.

Deze inrichting verbetert de adsorptie en chemische activiteit van de vaste fase deeltjes waardoor dus de hydrofylisering van het oppervlak ervan en de condities van het mengen van de vaste stofdeeltjes 10 met de vloeistof worden verbeterd,This device improves the adsorption and chemical activity of the solid phase particles thus improving the hydrophylization of its surface and the conditions of mixing the solid particles 10 with the liquid,

De pijp van de straalmenger is bij voorkeur gemonteerd voor draaiing en is aan het oppervlak ervan voorzien van een spiraalvormig blad, welk een transporteurschroef vormt.The jet mixer pipe is preferably mounted for rotation and has a spiral blade on its surface, which forms a conveyor screw.

Het voorzien in de straalpijp in de vorm van een transporteur-15 schroef verzekert de uniforme voeding van de dikke fractie van een suspensie naar de kamer van de straalmenger.The provision of the nozzle in the form of a conveyor screw ensures uniform feeding of the thick fraction of a slurry into the chamber of the jet mixer.

De einddraaiingen van het schroefblad zijn bij voorkeur stijf bevestigd aan de schroef en de tussenliggende draaiingen van de schroef zijn axiaal beweegbaar. Dit vereenvoudigt het elimineren van het verstop-20 pen van de kamer van de straalmenger en de ruimte tussen de draaiingen van de schroef met vaste fase 'klonten en dikke fracties van suspensies, ten einde het verstoppen in de kamer van de straaldrukker te voorkomen.The end rotations of the propeller blade are preferably rigidly attached to the propeller and the intermediate rotations of the propeller are axially movable. This simplifies the elimination of clogging of the jet mixer chamber and the space between the rotations of the screw with solid phase lumps and thick fractions of suspensions, in order to prevent clogging in the jet printer chamber.

De uitvinding kaahet voordeligst worden toegepast bij de olie-en gasproduktie.The invention can be used most advantageously in oil and gas production.

25 De uitvinding kan eveneens worden gebruikt bij de constructie en chemische industrieën voor het bereiden van verscheidene slurries en suspensies.The invention can also be used in the construction and chemical industries for preparing various slurries and suspensions.

De uitvinding zal nu worden beschreven aan de hand van een specifieke uitvoeringsvorm getoond in de tekening, welke een enkele figuur 30 is welke een inrichting toont voor de bereiding van boormodderThe invention will now be described with reference to a specific embodiment shown in the drawing, which is a single figure 30 showing an apparatus for the preparation of drilling mud

Een inrichting voor het bereiden van boormodder volgens de uitvinding omvat een kamer 1 van een straalmenger, welke communiceert met een ladingstrechter 2. De kamer 1 van de straalmenger herbergt een draaibare pijp met een straalspuitkop en aan het oppervlak ervan voorzien 35 van een spiraalvormig blad, welk een transporteurschroef 3 vormt, welke een uniform voeden van de dikke fractie van de suspensie aan de kamer 1 van de straalmenger verzekert. Einddraaiingen 4 van het blad van de schroef 3 zijn stijf bevestigd aan de schroef. Tussendraaiingen 4 van de schroef 8001812 -4- 21264/JF/jl 3 zijn axiaal beweegbaar met een speling 6, waardoor dus het verstoppen van de kamer 1 van de straalmenger en de ruimte tussen de draaiingen van de schroef 3 met klonten van de vaste ;fase en de dikke fractie van de suspensie wordt voorkomen. De ladingstrechter 2 heeft spuitkoppen 7 5 verbonden met een bron van een mengvloeistof (niet getoond) voor het verzekeren van het voeden van een aanvullende toevoeging van mengvloeistof met een vergrote pH (vergrote alkaliniteit) voor het voorafgaand nat maken van de vaste fase gevoed door een netfilter 9 door zakken welke worden opepigesneden door middel van een molen 8. De schroef 3 wordt ge-10 draaid door een aandrijving 10. Een pomp 11 voedt de werkvloeistof aan de schroef 3.Het bereide boormodder wordt afgeleverd door een pijp 12 van de kamer 1 van de straalmenger.An apparatus for preparing drilling mud according to the invention comprises a chamber 1 of a jet mixer, which communicates with a loading funnel 2. The chamber 1 of the jet mixer houses a rotatable pipe with a jet nozzle and on its surface provided with a spiral blade, which forms a conveyor screw 3, which ensures uniform feeding of the thick fraction of the suspension to the chamber 1 of the jet mixer. End turns 4 of the blade of the screw 3 are rigidly attached to the screw. Intermediate turns 4 of the screw 8001812-4-226464 / JF / jl 3 are axially movable with a clearance 6, thus clogging the chamber 1 of the jet mixer and the space between the rotations of the screw 3 with lumps of the solid; phase and the thick fraction of the suspension is prevented. The loading funnel 2 has nozzles 7 5 connected to a source of a mixing liquid (not shown) to ensure feeding an additional addition of mixing liquid with an increased pH (increased alkalinity) prior to wetting the solid phase fed by a net filter 9 through bags which are cut by means of a mill 8. The screw 3 is turned by a drive 10. A pump 11 feeds the working fluid to the screw 3. The prepared drilling mud is delivered through a pipe 12 of the chamber 1 of the jet mixer.

Ten einde de adsorptie en chemische activiteit van de vaste fase deeltjes te verbeteren en daardoor de hydrofilische capaciteit 15 te verrijken, ten einde de condities voor het mengen van de vaste fase deeltjes met een mengvloeistof te verbeteren, is de inrichting voorzien van een diafragma-elektrolyseerorgaan 13, ingebracht in de lijn voor het voeden van een mengvloeistof. Het diafragma-elektrolyseerorgaan 13 omvat een anode 14 en kathode 15 welke zijn gescheiden door een half-door-20 laatbaar diafragma 6. Een inwendige 17 van de negatieve elektrode (kathode 15) waarin het hoofdvolume van de mengvloeistof wordt behandeld voor het vergroten van de alkaliniteit ervan communiceert met spuitkoppen 7 en met een invoer van de schroef 3 en het inwendige 18 van de positief geladen elektrode (anode) 14 waar produkten van oxyderende reacties worden 25 gevormd, communiceert met een afvoerpijp 19 voor het verwijderen van der-gelijkg produkten.In order to improve the adsorption and chemical activity of the solid phase particles and thereby enrich the hydrophilic capacity, in order to improve the conditions for mixing the solid phase particles with a mixing liquid, the device is provided with a diaphragm electrolyser 13, inserted into the line for feeding a mixing liquid. The diaphragm electrolyzer 13 includes an anode 14 and cathode 15 which are separated by a semipermeable diaphragm 6. An interior 17 of the negative electrode (cathode 15) in which the main volume of the mixing liquid is treated to increase the its alkalinity communicates with nozzles 7 and with an input of the screw 3 and the interior 18 of the positively charged electrode (anode) 14 where products of oxidizing reactions are formed, communicates with a discharge pipe 19 for the removal of such products.

De inrichting voor het bereiden van boormodder werkt op de volgende wijze.The drilling mud preparation device operates in the following manner.

Vaste stof poederfase wordt gevoed aan de ladingstrechter 2 via 30 het netfilter 9, waarop niet-gewenst materiaal achterblijft (zoals resten van aacht materiaal of te grote klonten vaste fase) van de zakken welke worden opengesfteden door middel van de molen 8. Tegelijkertijd wordt een mengvloeistof gevoed door de spuitkoppen 7, aan de ladingstrechter 2, welke vloeistof wordt voorbehandeld in het inwendige 17 van de kathode 15 van 35 het diafragma-elektrolyseerorgaan 13. De mengvloeistof passerend door de zone van de negatief geladen elektrode (kathode),wordt verrijkt met negatief geladen hydroxylgroepen van het OH type als een gevolg van de redoxreacties optredend in het diafragma-elektrolyseorgaan 13. Een over-8001812 -5- 21264/JF/jl vloed van hydroxylgroepen in de mengvloeistof vergroot de alkaliniteit ervan welke wordt gekarakteriseerd door een toenemende pH van de mengvloeistof en draagt bij tot een actieve reactie daarvan met het oppervlak van de vaste fase deeltjes. Hydratering van de vaste fase deeltjes draagt 5 bij tot een vergroting van de adsorptie en chemische activiteit van de deeltjes, zodat klonten en aggregaten van deeltjes worden gedispergeenJin afzonderlijke deeltjes, waardoor de condities voor het vooraf nat maken van de deeltjes en de menging ervan met de mengvloeistof wordt verbeterd. Dit wordt eveneens vereenvoudigd door de mengvloeistof welke spuitkoppen 7 10 verlaat onder een kop, welke de ladingstrechter 2 vult voor het creëren van een chaotische beweging van de suspensie in de trechter, ten einde condities voor het voorbenatten en mengen te verbeteren. De water en klei-suspensie is echter een sedimentair onstabiel systeem, zodat een gedeelte van de vaste 'fase nestelt op de bodem van de ladingstrechter 2, 15 dat wil zeggen in de kamer 1 van de straalmenger. Na het verschaffen van een kop van de werkvloeistof gevoed langs de schroef 3 treedt drukvermin-dering op in de kamer 1 van de straalmenger, hetgeen bijdraagt aan het innemen van de voorbehandelde water en kleisuspensie uit de ladingstrech-ter· 2 naar de kamer 1 van de spuitmenger, waar dit wordt gemengd met de 20 werkvloeistof en toegelaten onder de kop van de pijp 12 om te worden afgeleverd voor gebruik. De werkvloeistof kan water bevatten, water, bevattende opgeloste chemische middelen of boormodder welk dient te worden verrijkt met een kleiachtige fase of een gewichtsmiddel.The solid powder phase is fed to the loading funnel 2 through the net filter 9, which leaves undesired material (such as residues of eight material or oversized lumps of solid phase) of the bags which are cut open by means of the mill 8. At the same time, a mixing liquid fed through the nozzles 7, to the charging funnel 2, which liquid is pretreated in the interior 17 of the cathode 15 of the diaphragm electrolyser 13. The mixing liquid passing through the zone of the negatively charged electrode (cathode) is enriched with OH type negatively charged hydroxyl groups as a result of the redox reactions occurring in the diaphragm electrolyser 13. An over-8001812-51264 / JF / µl flood of hydroxyl groups in the mixing liquid increases its alkalinity which is characterized by increasing pH of the mixing liquid and contributes to its active reaction with the surface of the solid phase particles. Hydration of the solid phase particles contributes to an increase in the adsorption and chemical activity of the particles, so that clumps and aggregates of particles are dispersed in individual particles, thereby pre-wetting the particles and mixing them with the particles. mixing fluid is improved. This is also simplified by the mixing liquid leaving nozzles 7 under a cup that fills the loading funnel 2 to create a chaotic movement of the slurry in the funnel, to improve pre-wetting and mixing conditions. However, the water and clay suspension is a sedimentary unstable system, so that a portion of the solid phase settles at the bottom of the loading funnel 2, i.e., in the chamber 1 of the jet mixer. After providing a cup of the working fluid fed along the screw 3, pressure reduction occurs in the chamber 1 of the jet mixer, which contributes to the intake of the pretreated water and clay suspension from the loading funnel · 2 to the chamber 1 of the syringe mixer, where it is mixed with the working fluid and allowed under the head of the pipe 12 to be delivered for use. The working fluid may contain water, water containing dissolved chemical agents or drilling mud to be enriched with a clay-like phase or a weighting agent.

Ingedikte suspensie zich neernestelend op de bodem van de kamer 25 1 van de straalmenger kan een obstakel vormen in de vorm van klonten of proppen voor een vrije doorgang van de vooraf gemengde vaste fase en mengvloeistof naar de zone van menging met de werkvloeistof. Om dit te vermijden wordt de schroef 3 in de vorm van de straalpijp aangedreven om te draaien ten einde het ingedikte gedeelte van de suspensie door de draaiingen 30 4, 5 ervan af te stoten naar de zone van menging met werkvloeistof. Het klemmen van de schroef 3 wordt geëlimineerd dankzij de axiale verdeling 6 van de tussenliggende draaiingen 5. Wanneer een te dikke suspensie of een te grote klont van de vaste ‘fase zich nestelt tussen de draaiingen 4, 5 dan komen de tussenliggende draaiingen 5 verder van elkaar te liggen, 35 zonder dat het draaien van de schroef 3 stopt,totdat het dikke gedeelte van de suspensie wordt weggestoten naar de zone van de menging ervan met de werkvloeistof, waarna de tussenliggende draaiingen 5 terugkeren naar hun begintoestand onder de invloed van de inherente elasticiteit ervan.Thickened slurry settling on the bottom of the jet mixer chamber 1 may form an obstacle in the form of clumps or plugs for free passage of the premixed solid phase and mixing liquid to the working liquid mixing zone. To avoid this, the screw 3 in the form of the nozzle is driven to rotate so as to repel the thickened portion of the slurry by its twists 4, 5 into the working fluid mixing zone. The clamping of the screw 3 is eliminated thanks to the axial distribution 6 of the intermediate rotations 5. When an excessively thick suspension or too large lump of the solid phase settles between the rotations 4, 5, the intermediate rotations 5 move further from together, without the screw 3 turning being stopped, until the thick portion of the slurry is ejected to the zone of its mixing with the working fluid, after which the intermediate turns 5 return to their initial state under the influence of the inherent elasticity.

8001812 -CONCLUSIES-8001812 -CONCLUSIONS-

Claims

1. Apparatus for preparing drilling mud, comprising a loading funnel, which has nozzles, which are connected to a source of a mixing fluid and communicate with a chamber of a jet mixer, which houses a pipe, which communicates with a pump and a jet nozzle comprising> characterized in that the device comprises a diaphragm electrolyser (13) inserted in a line for feeding a mixing liquid, the interior (17) of the negative electrode (15) of the electrolyser being connected with the nozzles (7) of the loading funnel (2) and with the nozzle of the jet mixer.

Device according to claim 1, characterized in that the jet mixer pipe is mounted to rotate and on its surface is provided with a spiral blade, which forms a conveyor screw 15 (3).

Device according to claim 2, characterized in that end rotations (4) of the screw (3) are rigidly fixed to the screw and intermediate rotations (5) of the bath of the screw (3) are axially movable. Eindhoven, March 1980 8001812