Comment filtrer le sable de fracturation

22 août 2014

Le «sable de fracturation» est du sable de quartz de haute pureté utilisé par l'industrie pétrolière lors du processus de fracturation hydraulique (alias «fracturation») pour extraire le pétrole et les gaz naturels piégés entre les formations rocheuses. Dans le processus d'extraction, le sable de fracturation est mélangé avec de l'eau traitée avec des produits chimiques et des épaississants et pompé dans un puits foré. La pression de l'eau provoque la fracture des roches. L'eau et le sable de fracturation sont ensuite poussés profondément dans les fractures, les propageant encore plus loin. Lorsque la pression est relâchée, l'eau se retire, laissant le sable de fracturation derrière pour "étayer" l'ouverture des fractures. Les ouvertures réalisées facilitent la libération du pétrole et des gaz naturels hors de la roche et dans le puits où ils peuvent être extraits. Le pétrole présent dans chaque formation aura des caractéristiques d'écoulement différentes, de sorte que le sable de fracturation doit être adapté au puits. Afin de pouvoir optimiser l'efficacité du sable, celui-ci doit être fourni avec une taille, une composition et une forme uniformes. Il doit également avoir la résistance à la compression pour résister à l'écrasement par les formations rocheuses lors de leur fermeture lorsque la pression est réduite. Pour s'assurer que le sable répond à ces exigences, il est évalué pour sa résistance à la compression et sa forme, après quoi il doit être lavé, séché et tamisé à sa taille. Le traitement final du sable de fracturation nécessite un criblage précis conformément à la spécification API 56. Généralement, deux types de cribles sont utilisés dans la production de sable de fracturation : les cribles vibrants inclinés et les cribles ou tamis giratoires. La plupart des cribles vibrants inclinés utilisent un mouvement linéaire ou elliptique pour transporter le matériau sur la surface du crible. Les tamis giratoires utilisent un mouvement de tamisage plus doux, utilisant principalement un mouvement horizontal pour transporter le matériau. Tamis vibrants inclinés Commençons par les tamis vibrants inclinés. L'utilisation d'un crible incliné présente à la fois des avantages et des inconvénients. Le premier avantage est qu'ils sont relativement peu coûteux. L'autre avantage est que les cribles inclinés peuvent traiter de gros tonnages de produit. L'équipement de criblage industriel peut devenir assez coûteux, mais les cribles inclinés permettront le traitement de grandes quantités de matériaux pour un coût relativement faible. Cependant, ces avantages s'accompagnent de certains inconvénients. Le premier inconvénient est que les cribles inclinés permettent un mauvais étalement du matériau lorsqu'il est acheminé vers le crible. Les écrans inclinés n'ont aucun mouvement latéral. Ainsi, lorsque le matériau tombe sur le tamis, il a tendance à se déplacer en ligne droite sur toute la longueur du tamis. Par conséquent, ces machines nécessitent souvent l'utilisation d'un dispositif d'alimentation séparé qui étale le matériau afin qu'il puisse être déposé dans une entrée pleine largeur. Ce chargeur ajoute du coût, de la complexité et de la hauteur verticale à la hauteur totale de la machine. Sans l'épandeur, le matériau ne s'étalera pas correctement et une grande partie de la surface de l'écran peut être sous-utilisée. De plus, les écrans s'useront beaucoup plus rapidement dans les zones très utilisées, ce qui entraînera une défaillance précoce de l'écran. L'autre inconvénient des tamis inclinés est qu'ils produisent des séparations imprécises. En raison de l'inclinaison du plateau du crible, le matériau est exposé à deux ouvertures différentes : « l'ouverture réelle mesurée » et « l'ouverture effective ». "L'ouverture mesurée réelle" est la véritable taille d'ouverture du maillage de l'écran. Par exemple, un tamis standard US 30 a une "ouverture réelle mesurée" de 600 microns. "L'ouverture effective" résulte de l'effet de la gravité qui influence l'impact des particules sur l'écran. Par conséquent, si vous placez un tamis de 30 US sur un tamis incliné, la taille d'ouverture effective du maillage est plus petite que la taille d'ouverture réelle en raison de l'angle du tamis (voir figure A). En conséquence, les fabricants de cribles inclinés doivent "tricher" sur le choix du crible, en utilisant une ouverture plus grande que ne l'exige la distribution granulométrique. Pour vous donner quelques exemples, dans une application d'élimination des fines, un tamis incliné peut utiliser un tamis de 18 mailles de qualité commerciale (980 µ) pour effectuer une séparation de 30 US (600 µ). Au cours du processus de déplacement vers le bas du tamis, une partie du "bon" produit proche de la taille (600-980µ) est perdue dans la fraction des fines. S'ils essaient d'empêcher cette perte de produit en optant pour un maillage plus fin, ils ne seront pas en mesure d'obtenir des performances d'élimination des fines adéquates. Dans une application de scalping, vous ne pouvez généralement pas "tricher" sur l'ouverture. Un cuir chevelu de 600µ nécessite l'utilisation d'une ouverture de tamis de 600µ. L'utilisation d'un tel crible sur une machine vibrante inclinée entraînera une perte importante de bon produit car les particules d'environ 400 µ à 600 µ descendent sur le crible et sont perdues dans la fraction surdimensionnée. Tamiseurs giratoires Comme avec les cribles inclinés, les tamis giratoires ont leurs avantages et leurs inconvénients. Les tamis giratoires ont tendance à être plus chers que votre tamis incliné typique, et ils ont un débit inférieur dans la même empreinte de base par rapport aux tamis inclinés. Cependant, les tamis giratoires sont plus efficaces, produisant des coupes plus nettes et plus précises. De plus, le mouvement giratoire du tamis a tendance à étaler le matériau sur le tamis pour une utilisation plus efficace de la zone du tamis. Plusieurs attributs doivent être pris en compte lors du choix d'un tamis giratoire. Tout d'abord, le mouvement du tamis doit être pris en compte. Gardez à l'esprit que les tamis giratoires n'utilisent qu'un mouvement horizontal. Certains tamis ont un mouvement circulaire entièrement giratoire ; d'autres ont un mouvement giratoire alternatif. Le mouvement circulaire giratoire produit le même mouvement sur toute la surface du crible, créant une efficacité égale sur toute la surface du crible. Ce mouvement est possible car le système d'entraînement est situé au centre de gravité de la machine. C'est ce type de mouvement qui aide à répartir uniformément le matériau sur l'écran. Le mouvement aide également à produire une action de balle plus efficace sur les ponts à balles autonettoyants. Le mouvement giratoire-alternatif est une combinaison de mouvements circulaires et rectilignes. Cela se produit lorsque le lecteur est situé à l'extrémité d'alimentation de la machine. Le plateau du crible se déplace sur une trajectoire circulaire à l'extrémité d'alimentation de la machine et se déplace dans un mouvement linéaire à l'extrémité de décharge. Le mouvement circulaire permet une répartition uniforme du matériau, mais le mouvement linéaire n'est pas aussi efficace pour l'action de la balle dans les ponts à billes, provoquant un aveuglement de l'écran à l'extrémité de décharge, ce qui réduit à son tour l'efficacité et le débit. Un autre attribut qui doit être pris en compte est la course et la vitesse du tamis. Certains tamis ont une course courte et un mouvement à vitesse plus élevée, ce qui est optimal pour la séparation des particules fines. D'autres tamis ont une course plus longue avec un mouvement à basse vitesse, ce qui produit un mouvement trop actif pour la séparation des particules fines. Ce type de mouvement est mieux adapté aux applications plus grossières comme le criblage de grains. Les deux mouvements peuvent être efficaces dans différentes applications. C'est juste une question de ce qui fonctionne le mieux dans votre processus. Enfin, la longueur du pont du tamis doit être prise en compte lors du choix d'un tamis giratoire. Les longueurs de plate-forme de criblage varient d'un fabricant à l'autre et sont généralement disponibles dans des tailles de crible de 7 à 12 pieds de longueur. Les tamis avec des plateaux de tamis plus courts ont une empreinte plus compacte, mais ils ont également un temps de rétention plus court pour le matériau sur le tamis (voir pièce B). Plus de temps de rétention pour le matériau se traduit par une meilleure exposition des particules de taille proche aux ouvertures de l'écran et un criblage plus précis. De plus, des plateaux de criblage plus longs sont plus avantageux lorsque vous filtrez avec plusieurs configurations de plateaux de criblage (voir l'illustration C). Au fur et à mesure que le matériau se déplace sur la longueur du plateau de criblage supérieur, le plus petit matériau tombe sur le plateau de criblage suivant et commence son voyage vers le bas de ce crible. Cela continue à se produire jusqu'à ce que le plus petit des matériaux atteigne le tamis le plus bas et tombe dans le bac inférieur. Sur les plateaux de criblage plus courts, le plus petit matériau n'a souvent pas assez de temps de rétention sur le crible pour tomber sur le plateau inférieur. Cela conduit à des inefficacités de criblage ou à un mélange de produit sous-dimensionné avec les fractions de matériau plus importantes. Le seul moyen d'y remédier serait de ralentir la vitesse d'alimentation, ce qui conduit à une réduction de capacité. Les longueurs de plate-forme plus longues peuvent gérer cela plus facilement car elles ont des écrans plus longs et une plus grande surface d'écran. Comme vous pouvez le constater, il existe de nombreux facteurs à prendre en compte et des options parmi lesquelles choisir lors de l'achat d'un équipement de criblage pour votre procédé. Lors de la détermination du mouvement de criblage le mieux adapté à votre procédé, gardez à l'esprit que le mouvement giratoire est de loin supérieur au mouvement linéaire ou elliptique lorsque l'efficacité et la précision des coupes sont requises. De plus, le mouvement circulaire giratoire aidera à la propagation du matériau sur la zone du tamis tout en favorisant un nettoyage supérieur du tamis. Lorsque vous choisissez le tamis giratoire qui vous convient, gardez à l'esprit que la course et la vitesse de la machine ont un impact sur la séparation des particules fines, et que la longueur du plateau est essentielle lorsqu'il s'agit d'applications à plusieurs plateaux. Pour vous faciliter la vie et aider votre fabricant d'équipement à fournir le bon équipement pour l'application, il y a trois règles à prendre en compte. Premièrement, connaissez votre processus. Qu'est-ce que vous essayez d'accomplir? Quelle est votre exigence de taux? Quelle est la spécification de votre produit ? Que se passe-t-il avant et après l'opération de dépistage ? Deux, connaissez votre produit. Est-ce que ça coule librement ? Quelle est la teneur en humidité ? Quelle est la densité apparente ? Si possible, connaître la distribution granulométrique (PSD) du matériau d'alimentation. Et troisièmement, exiger et participer à des tests de laboratoire. Avoir toutes les informations sur les processus et les produits ainsi que les tests vous assurera que vous êtes sur la bonne voie lors de la sélection de l'équipement de criblage. Impliquez votre fournisseur d'équipement de contrôle le plus tôt possible dans le processus et suivez ces règles, et vous améliorerez considérablement la probabilité que vous vous retrouviez avec une installation réussie. Jeff Dierig est directeur du marketing mondial chez SWECO (Florence, KY), une unité commerciale de MI LLC. Pour plus d'informations, appelez le 800-807-9326 ou visitez www.sweco.com.

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