Hiekka: Sekä lääke että myrkky
Adam Calvin | Kenttätekniikan johtaja | 27. lokakuuta 2023
Tekniikan ja lääketieteen aloilla oikean tasapainon löytäminen on olennaista. Esimerkiksi klassisen kreikan termi pharmakon tarkoittaa sekä "lääkettä" että "myrkkyä". Sen merkitys riippuu aina käyttötarkoituksesta, sovelluksesta ja vaikutuksista.
Lääke ja myrkky
Fräkkäysbuumin pharmakon on epäilemättä hiekka - "lääke", joka lisää tuotantoa ... ja... "myrkky", joka vahingoittaa virtauksia ja laitteistoa.
Hiekkaa on runsaasti saatavilla, se on ympäristöystävällistä ja usein tehokkaampaa kuin esimerkiksi saksanpähkinän kuoret tai teräs-, lasi- tai muovipalat.
Hiilivetyjen mukana muodostuva ja porausreiästä ulos kulkeutuva hiekka voi kuitenkin tukkia ja kuluttaa virtausputkia sekä tuotantolaitteita, aiheuttaen teollisuudelle vuosittain miljoonien dollarien kustannuksia korjauksista tai tappioista. Hiekka voi jopa vaurioittaa porausreikää ja kaivoputken rakenteita yli kriittisen rajan, mikä voi johtaa erittäin tuottavien ja erittäin kannattavien porausreikien ennenaikaiseen tuhoutumiseen.
Hiekan poistaminen tuotantovirrasta on siis perustarve. Jo vuosien ajan tämä on tehty pääasiassa painovoimaerottimilla tai suodatusjärjestelmillä, mutta molemmilla menetelmillä on merkittäviä haittoja: vastapaineiden vuoksi ne voivat aiheuttaa tuotantomäärien laskua ja vaativat ympärivuorokautista huoltoa, kuten erottimien tyhjentämistä ja suodattimien seulojen manuaalista vaihtamista.
Painovoimaerottimien lisäheikkoutena on niiden heikko hyötysuhde, mikä yleensä edellyttää useita tilaa vieviä yksiköitä hiekan talteenoton varmistamiseksi. Molempien järjestelmien vaatima manuaalinen huolto lisää paitsi työvoimakustannuksia, myös henkilöstön altistumista riskeille.
Pyörremyrskyn talteenotto
Hydrosykloni on paljon tehokkaampi ratkaisu hiekan hallintaan. Se on innovatiivinen laite, joka hyödyntää keskipakovoimaa hienojakoisten kiintoaineiden erottamiseen nesteistä.
Alla olevan kaavion mukaisesti tuotantovirta ohjautuu laitteeseen ja pyörii sen sisällä, samalla kun kääntynyt kartiomainen muoto kiihdyttää virtausta. Nopeus riittää pyörteen muodostamiseen, jolloin liuokset (sekä neste että kaasu) keskittyvät keskelle nousevaan pylvääseen ja raskaammat kiintoaineet sinkoutuvat laitteen sisäseinämää vasten ja kulkeutuvat alaspäin. Nesteet poistuvat ylivuotoputken kautta ylhäältä, kun taas kiintoaineet poistuvat alivuotoputken kautta.
Hydrosyklonissa ei ole liikkuvia osia, vaan se hyödyntää tuotantovirran nopeutta keskipakovoiman synnyttämiseen. Passiivisen rakenteensa ansiosta se minimoi mekaaniset viat ja vähentää merkittävästi manuaalisen huollon tarvetta. Sen yksinkertaisuus, kuten kaaviosta käy ilmi, voi kuitenkin olla harhaanjohtavaa.
Jotta hydrosykloni toimisi tehokkaana ja luotettavana ratkaisuna hiekan hallinnassa, vaaditaan tarkkaa suunnittelua - jälleen kerran tasapaino on ratkaisevassa asemassa. Keskeisiä suunnittelutekijöitä ovat laitteen koko suhteessa kartiomaisen osan kulmaan, sisään- ja ulosvirtausten mitoitus, pyörteentunnistimen sijoittaminen sekä kärkiventtiilin metriikka.
Jos virausnopeus on liian alhainen, erotustehokkuus jää heikoksi; jos taas nopeus on liian suuri, hienot kiinteät hiukkaset voivat nopeasti kuluttaa sisäpintoja tai heikosti rakennettu yksikkö voi hajota ja aiheuttaa katastrofaalisen vian. Tämä puolestaan voi aiheuttaa vaaratilanteita henkilöstölle. Lisäksi laitteen on oltava riittävän kestävä sietääkseen öljy- ja kaasulähteiden korkeat - usein jopa poikkeuksellisen suuret - paineet.
Insinöörityön eleganssi: TETRA SandStorm
TETRA SandStorm kehittynyt sykloniteknologia on täsmällisesti suunniteltu, erittäin tehokas, luotettava ja turvallinen hydrosykloni, joka on osoittanut arvonsa kenttäolosuhteissa. Se ei aiheuta rajoittavia vastapaineita tuotantovirrassa eikä vaadi jatkuvaa manuaalista huoltoa.
Itse asiassa teknologia on helposti yhdistettävissä TETRA BlueLinx -automaattiseen ohjausjärjestelmään, jolloin saadaan hiekanhallintaratkaisu, joka ei ainoastaan tarjoa jopa 99,4 prosentin hiekan erotustehoa, vaan vähentää myös merkittävästi työvoimakustannuksia ja huoltovaatimuksia.
Tiedämme tämän, koska asiakaskohteissa tehdyissä toistuvissa kokeiluissa TETRA SandStorm -yksiköt on asennettu kilpailevien syklonisuodattimien rinnalle. Molemmissa järjestelmissä on toinen suodatusvaihe, joka on sijoitettu alavirtaan keräämään hiekkaa, joka pääsee läpi ensimmäisestä vaiheesta. Kerta toisensa jälkeen suodattimet osoittavat, että TETRA SandStorm poistaa 97-99 prosenttia hiekasta tuotantovirrasta ja ylittää merkittävästi kilpailijoiden syklonit suorituskyvyssään.
Tapaustutkimus 1: Appalakkien tuotantonopeus
Koillis-Yhdysvalloissa sijaitsevalla Marcellus Shale -alueella eräs toimija, jolla oli useita kaasukaivoja, etsi parempaa ratkaisua hiekan talteenottoon murtoveden takaisinvirtauksesta. Haasteena olivat erittäin korkeat virtausnopeudet (jopa 45 MMCFD) sekä hiekan vaihteleva partikkelikoko. Perinteiset erotin- tai suodatinratkaisut eivät olleet sopiva vaihtoehto, sillä ne rajoittivat tuotantovirtausta liikaa.
Ratkaisuksi ehdotettiin TETRA SandStorm -järjestelmää, ja operaattorin pyynnöstä tekiikka rakennettiin rinnakkain kilpailevän järjestelmän kanssa. Molemmilla kaivoilla oli sama virtausnopeus, hiekkamäärä ja partikkelikoko, mikä mahdollisti reilun rinnakkaisvertailun hiekan talteenoton tehokkuudessa, vaikutuksessa tuotantovirtaan sekä talteenotetun hiekan poistamiseen kuluvassa ajassa (huuhtelunopeus).
TETRAn hiekanhallintajärjestelmä päihitti kilpailijan, ottaen talteen 99,4 % hiekasta vapaasti virtaavalla nopeudella, joka huipentui 42 MMCFD:hen. Itse asiassa TETRA SandStorm oli niinkin tehokas, että toista suodatusvaihetta ei tarvittu, eikä alavirran takaisinvirtaus kärsinyt lainkaan huuhtelusta, mikä esti kulumista virtauksen ja tuotantolaitteistojen osalta ja säästi toiminnanharjoittajalle jopa 10 000 dollaria kaivoa kohti.
Vertaansa vailla olevan tehokkuutensa lisäksi TETRAn järjestelmä toi mukanaan muitakin huomattavia etuja. Ensinnäkin, koska TETRA SandStorm on neljä kertaa pienempi kuin kilpailijan järjestelmä, se yksinkertaisti kuljetusta ja asennusta paikan päällä. Toiseksi, sen yksinkertainen mutta kestävä rakenne poisti lähes täysin komponenttivian, manuaalisen huollon, sekä niihin liittyvien riskien ja seisokkiaikojen mahdollisuudet. Kolmanneksi hiekan poistamiseen TETRA SandStormista kului alle viisi minuuttia, mikä on huomattavasti vähemmän kuin kilpailijan järjestelmän vaatima 45 minuuttin huuhteluaika.
Tapaustutkimus 2: Permin hiekan hallinta
Toinen rinnakkaisvertailu tehtiin Länsi-Teksasin Permian-alueella. Kuten edellä mainitussakin tapauksessa, kaksi kaivoa varustettiin hiekanhallintajärjestelmillä ja suodattimilla niiden tehokkuuden arvioimiseksi. Tässä tapauksessa niiden välinen kontrasti oli kuitenkin vieläkin suurempi.
TETRA SandStorm -hydrosyklonitekniikka keräsi keskimäärin 96,63 % hiekasta 132 889 tynnyrissä olevasta nesteestä, ja yhden päivän huippulukema oli jopa 100 %. Useina muina päivinä saavutettiin 98 % ja 99 %. Sen sijaan kilpaileva hiekanpoistolaite keräsi keskimäärin vain 45,55 % hiekasta 126 472 tynnyrissä olevasta nesteestä, ja yhden päivän huippu oli 60 %. TETRAn ratkaisu oli myös kaksi kertaa pienempi kuin kilpailijan, mikä lopulta kaksinkertaisti tehokkuuden ja puolitti tilantarpeen.
Päätöslauselma
Samoin kuin tuotetun veden, myös hiekan määrän kasvu tulee jatkumaan.
Sen lisäksi, että käytämme hiekkaa kallioperän murtamiseen ja tuotannon tehostamiseen, pidemmät sivuputket ja syvemmät, lujittumattomammat varannot johtavat siihen, että kaivosta tulee ylös yhä enemmän hiekkaa. Painovoimaerottimet ja suodatinjärjestelmät säilyttävät paikkansa tietyissä tilanteissa, mutta kun hiekan hallinta on kriittistä, on viisainta nähdä ratkaisu investointina, joka suojelee laitteistoa ja varmistaa tuotantomäärät.
TETRA SandStormin kehittynyt sykloniteknologia on viisas investointi.
