Hiekka: Sand: Sekä lääke että myrkky
Adam Calvin | Director of Field Engineering | 27. lokakuuta 2023
Tekniikan ja lääketieteen aloilla oikean tasapainon löytäminen on ratkaisevan tärkeää. Esimerkiksi klassisen kreikan termi pharmakon tarkoittaasekä "lääkettä" että "myrkkyä", riippuen tarkoituksesta, sovelluksesta ja vaikutuksista.
Lääke ja myrkky
Fracking-buumin lääkkeenä on epäilemättä hiekka - "lääke", joka parantaa tuotantoa ... ja... "myrkky" virtausputkille ja laitteille.
Hiekkaa on runsaasti saatavilla, se on ympäristön kannalta turvallista ja usein tehokkaampaa kuin esimerkiksi saksanpähkinän kuoret tai teräs-, lasi- tai muovihelmet.
Hiilivetyjen mukana muodostumasta ja porausreiästä ulos kulkeutuva hiekka voi kuitenkin tukkia ja kuluttaa virtausputkia ja tuotantolaitteita, mikä aiheuttaa vuosittain miljoonien dollarien korjauskustannukset tai tappiot. Hiekka voi jopa vaurioittaa porausreikää ja vaippaa yli kriittisen rajan, mikä johtaa erittäin tuottavien ja erittäin kannattavien kaivojen ennenaikaiseen loppumiseen.
Hiekan poistaminen tuotantovirrasta on siis perustarve. Vuosikausia tämä on tehty pääasiassa painovoimaerottimilla tai suodatusjärjestelmillä, mutta molemmilla on vakavia haittoja: ne voivat aiheuttaa tuotantomääriä alentavia vastapaineita ja vaativat ympärivuorokautista huoltoa - erottimien tyhjentämistä ja suodattimien seulojen vaihtamista manuaalisesti.
Painovoimaerottimien heikkoutena on lisäksi heikko hyötysuhde, joka yleensä edellyttää useita tilaa vieviä yksiköitä kaiken hiekan keräämiseksi. Molempien järjestelmien vaatima lisääntynyt käsin tehtävä huolto lisää myös henkilöstön riskialttiutta ja lisää työvoimakustannuksia.
Pyörremyrskyn sadonkorjuu
Paljon parempi ratkaisu hiekan hallintaan on hydrosykloni, innovatiivinen laite, joka käyttää keskipakovoimaa hienojen kiintoaineiden erottamiseen nesteistä.
Kun tarkastellaan alla olevaa kaaviota, tuotantovirta tulee laitteeseen ja pyörii sen sisällä, kun taas käänteinen kartiomainen muoto kiihdyttää sisältöä. Nopeus riittää luomaan pyörteen, jolloin nesteet (sekä neste että kaasu) keskittyvät keskellä olevaan nousevaan pylvääseen ja raskaammat kiintoaineet lentävät ulospäin sisäseinämää vasten ja kulkeutuvat alaspäin; nesteet poistuvat ylivirtauksesta ylhäällä, kun taas kiintoaineet poistuvat alivirtauksesta alhaalla.
Hydrosyklonissa ei ole liikkuvia osia, vaan se hyödyntää tuotantovirran nopeutta keskipakovoiman tuottamiseen. Passiivisen rakenteen ansiosta mekaaniset vikaantumiset ja jatkuva käsin tehtävä huolto voidaan käytännössä välttää, mutta sen yksinkertaisuus, kuten kaaviossa on esitetty, on harhaanjohtava.
Jotta hydrosyklonista tulisi tehokas ja luotettava hiekan käsittelyssä, tarvitaan paljon tarkkaa suunnittelua - tasapaino on jälleen kerran ratkaiseva tekijä. Keskeisiä tekijöitä ovat laitteen koko suhteessa kartiomaisen osan kulmaan, tulo- ja poistovirtauksen koot, pyörteentunnistimen sijoittaminen ja kärkiventtiilin metriikka.
Jos nopeus on liian pieni, erottuminen jää vähäiseksi; jos nopeus on liian suuri, kiinteät hienot hiukkaset syövyttävät nopeasti sisäseinämiä tai heikosti rakennettu yksikkö lentää hajalle ja aiheuttaa katastrofaalisen vian, joka voi aiheuttaa henkilövahinkoja. Lisäksi laitteen on oltava riittävän kestävä, jotta se kestää öljy- ja kaasulähteiden korkeat - usein poikkeuksellisen korkeat - paineet.
Engineering Elegance: TETRA SandStorm
Tarkkaan suunniteltu, erittäin tehokas, luotettava ja turvallinen hydrosykloni, joka on nyt osoittanut arvonsa kentällä, on TETRA SandStorm kehittynyt syklonitekniikka. Se ei aiheuta rajoittavia vastapaineita tuotantovirtaan eikä vaadi jatkuvaa käsilläpitoa.
Teknologia on helppo yhdistää TETRA BlueLinx -automaattiohjausjärjestelmään, jolloin saadaan hiekanhallintaratkaisu, joka ei ainoastaan tuota jopa 99,4 %:n hiekanerotustehokkuutta, vaan myös vähentää merkittävästi työvoimaa ja huoltoa.
Tiedämme tämän, koska toistuvissa asiakaskohteissa TETRA SandStorm -yksiköt on asennettu kilpailevien syklonisten loukkujen rinnalle, ja molemmissa on ollut toisen vaiheen suodatinjärjestelmät, jotka on sijoitettu virtaussuuntaan ja jotka keräävät ensimmäisen vaiheen läpi luisuvan hiekan. Suodattimet osoittavat kerta toisensa jälkeen, että TETRA SandStorm poistaa 97-99 prosenttia hiekasta tuotantovirrasta ja että se päihittää merkittävästi kilpailevat syklonit.
Tapaustutkimus 1: Appalakkien tuotantonopeus
Koillis-Yhdysvalloissa sijaitsevalla Marcellus Shale -alueella eräs toimija, jolla oli useita kaasukaivoja, etsi parempaa ratkaisua hiekan talteenottoon murtoveden takaisinvirtauksesta. Haasteena oli kaivojen erittäin suuri virtausnopeus, jopa 45 MMCFD, ja hiekan vaihteleva partikkelikoko. Erotin- tai suodatinjärjestelmä ei ollut hyväksyttävä, koska ne rajoittivat tuotantovirtausta.
TETRA SandStorm -järjestelmää ehdotettiin, ja operaattorin pyynnöstä tekniikka perustettiin rinnakkain kilpailijan tekniikan kanssa. Molemmissa kaivoissa oli sama virtausnopeus, hiekan määrä ja hiekan partikkelikoko, mikä mahdollisti oikeudenmukaisen rinnakkaisvertailun hiekan talteenoton tehokkuudesta, vaikutuksesta tuotantovirtaukseen ja talteenotetun hiekan huuhteluun kuluvasta ajasta (flushrate).
TETRAn hiekanhallintajärjestelmä oli kilpailijan järjestelmää parempi, sillä se sai talteen 99,4 % hiekasta, kun virtaama oli 42 MMCFD ilman rajoituksia. TETRA SandStorm oli itse asiassa niin tehokas, että toista vaihetta ei tarvittu, ja virtaussuunnan loppupään takaisinvirtauksessa ei esiintynyt lainkaan huuhtelua, mikä esti takaisinvirtaus- ja tuotantolaitteiston hiontavahingot ja säästi toiminnanharjoittajalle jopa 10 000 dollaria kaivoa kohti.
TETRA-järjestelmä tarjosi vertaansa vailla olevan tehokkuutensa lisäksi muitakin merkittäviä etuja. Ensinnäkin, koska TETRA SandStorm on neljä kertaa pienempi kuin kilpailijan järjestelmä, se yksinkertaisti kuljetusta ja sijoitusta paikan päällä. Toiseksi, sen yksinkertainen mutta vankka rakenne poisti käytännössä komponenttien vikaantumisen mahdollisuuden, käytännön huollon ja siihen liittyvät riskit ja seisokkiajat. Kolmanneksi hiekan tyhjentämiseen TETRA SandStormista kului alle viisi minuuttia, mikä on huomattavasti vähemmän kuin kilpailijan järjestelmän huuhteluun tarvittava 45 minuuttia.
Tapaustutkimus 2: Permin hiekan hallinta
Toinen rinnakkaisvertailu tehtiin Länsi-Teksasin Permian-altaassa. Kuten edellä mainitussa tapauksessa, kaksi kaivoa varustettiin hiekanhallintajärjestelmillä ja suodattimilla niiden tehokkuuden arvioimiseksi, mutta tässä tapauksessa kontrasti oli vielä jyrkempi.
TETRA SandStorm -hydrosyklonitekniikka keräsi keskimäärin 96,63 % hiekasta 132 889 tynnyrissä olevasta nesteestä, ja yhden päivän huippulukema oli 100 % ja useina päivinä 98 % ja 99 %. Sitä vastoin kilpaileva hiekanpoistolaite keräsi keskimäärin vain 45,55 prosenttia hiekasta 126 472 tynnyrissä olevasta nesteestä, ja yhden päivän huippu oli 60 prosenttia. TETRA-ratkaisu oli myös kaksi kertaa pienempi kuin kilpailijan ratkaisu, joten loppujen lopuksi se sekä kaksinkertaisti tehokkuuden että puolitti tilantarpeen.
Päätöslauselma
Kuten tuotetun veden, myös hiekan määrän kasvu jatkuu.
Sen lisäksi, että käytämme hiekkaa kallion murtamiseen ja tuotannon tehostamiseen, pidemmät sivuputket ja syvemmät, lujittumattomammat varannot johtavat siihen, että kaivosta tulee enemmän hiekkaa. Painovoimaerottimet ja suodatinjärjestelmät ovat edelleen hyödyllisiä työkaluja tietyissä tilanteissa, mutta kun hiekan hallinta on kriittistä, viisainta on pitää ratkaisua investointina laitteiden ja tuotantomäärän turvaamiseksi.
Viisas investointi on TETRA SandStorm kehittynyt syklonitekniikka.
