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Le sable : A la fois remède et poison

Dans les domaines de l'ingénierie et de la médecine, il est essentiel de trouver le bon équilibre. Prenons par exemple le terme grec classique pharmakon, qui signifieà la fois "remède" et "poison", en fonction de l'intention, de l'application et des effets.

Remède et poison

Le pharmakon du boom de la fracturation est sans aucun doute le sable - un "remède" qui permet d'améliorer la production ... et... un "poison" pour les conduites d'écoulement et les équipements. 

En tant que proppant, le sable est abondant, sans danger pour l'environnement et souvent plus efficace que d'autres solutions telles que les coquilles de noix ou les billes d'acier, de verre ou de plastique. 

Pourtant, le sable qui accompagne les hydrocarbures hors de la formation et du puits de forage peut boucher et éroder les conduites d'écoulement et les équipements de production, ce qui coûte chaque année à l'industrie des millions de dollars en réparations ou en pertes. Le sable peut même endommager le puits de forage et le tubage au-delà d'un seuil critique, entraînant la disparition prématurée de puits très productifs et très rentables.

L'élimination du sable du flux de production est donc une nécessité fondamentale. Pendant des années, cette opération a été réalisée principalement à l'aide de séparateurs par gravité ou de systèmes de filtration, mais tous deux présentent de sérieux inconvénients : ils peuvent imposer des contre-pressions qui réduisent les volumes de production, et ils nécessitent une maintenance 24 heures sur 24 - vidange manuelle des séparateurs et remplacement des tamis des filtres. 

Une faiblesse supplémentaire des séparateurs par gravité est leur faible efficacité qui nécessite généralement une série d'unités encombrantes pour capturer tout le sable. La maintenance manuelle accrue exigée par les deux systèmes augmente également l'exposition au risque pour le personnel ainsi que le coût de la main-d'œuvre.

Récolter les fruits du tourbillon

Une bien meilleure solution pour le contrôle du sable est l'hydrocyclone, un dispositif innovant qui utilise la force centrifuge pour séparer les solides fins des fluides. 

Si l'on examine le diagramme ci-dessous, le flux de production entre dans le dispositif et tourbillonne à l'intérieur tandis que la forme conique inversée accélère le contenu. La vitesse est suffisante pour générer un tourbillon, ce qui entraîne la concentration des fluides (liquides et gazeux) en une colonne montante au centre et l'envol des solides plus lourds vers l'extérieur contre la paroi intérieure et vers le bas ; les fluides sortent du trop-plein par le haut tandis que les solides sortent du sous-capot par le bas.

Un hydrocyclone n'a pas de pièces mobiles, exploitant comme il le fait la vitesse du flux de production pour générer la force centrifuge. Cette conception passive élimine pratiquement toute défaillance mécanique et toute maintenance constante, mais sa simplicité, telle qu'illustrée dans le diagramme, est trompeuse.

Diagramme d'illustration de l'hydrocyclone

Pour qu'un hydrocyclone soit efficace et fiable dans la gestion du sable, il faut une ingénierie très précise - là encore, l'équilibre est essentiel. Les facteurs clés comprennent la taille du dispositif par rapport à l'angle de la section conique, les tailles de l'entrée et de la sortie, l'emplacement du détecteur de vortex et la métrique de la vanne d'apex. 

Si la vitesse est insuffisante, par exemple, la séparation sera marginale ; si elle est trop élevée, les particules fines solides éroderont rapidement les parois internes ou une unité mal construite s'effondrera, entraînant une défaillance catastrophique qui pourrait blesser le personnel. En outre, le dispositif doit être suffisamment robuste pour supporter les pressions élevées - souvent exceptionnellement élevées - des puits de pétrole et de gaz.

L'élégance de l'ingénierie : TETRA SandStorm

La technologie avancée du cyclone TETRA SandStorm est un hydrocyclone conçu avec précision, super efficace, fiable et sûr, qui prouve aujourd'hui sa valeur sur le terrain. Il n'impose pas de contre-pressions restrictives sur le flux de production et ne nécessite pas d'entretien constant.

En fait, la technologie est facilement associée au système de contrôle automatisé TETRA BlueLinx pour une solution de gestion du sable qui permet non seulement d'atteindre une efficacité de séparation du sable de 99,4 %, mais aussi de réduire considérablement la main-d'œuvre et la maintenance.

Nous le savons parce que dans des applications répétées sur les sites de nos clients, des unités TETRA SandStorm ont été installées à côté de pièges cycloniques concurrents, tous deux avec des systèmes de filtrage de deuxième étage positionnés en aval pour capturer tous les sables qui passent à travers le premier étage. Encore et encore, les filtres montrent que le TETRA SandStorm élimine 97 à 99 % du sable du flux de production et qu'il est nettement plus performant que les cyclones concurrents.

Étude de cas n° 1 : taux de production dans les Appalaches

Dans la zone de schiste de Marcellus, au nord-est des États-Unis, un opérateur possédant un certain nombre de puits de gaz a cherché une meilleure solution pour récupérer le sable dans le flux de fracturation. Le défi était le débit très élevé des puits, jusqu'à 45 MMCFD, et la taille variable des particules de sable. Ni un séparateur ni un système de filtrage n'étaient acceptables en raison de leurs contraintes sur le débit de production.

Le TETRA SandStorm a été proposé et, à la demande de l'opérateur, la technologie a été installée en parallèle avec celle d'un concurrent. Les deux puits avaient le même débit, le même volume de sable et la même taille de particules de sable, ce qui a permis une comparaison équitable, côte à côte, de l'efficacité de la récupération du sable, de l'impact sur le débit de production et du temps nécessaire pour rincer les sables capturés (flushrate).

Le système de gestion du sable de TETRA a surpassé celui du concurrent, récupérant 99,4 % du sable avec un débit non contraint atteignant 42 MMCFD. En fait, l'efficacité du TETRA SandStorm était telle qu'un deuxième étage s'est avéré inutile et que le flux de retour en aval n'a subi aucun lavage, ce qui a permis d'éviter les dommages causés par l'abrasion au flux de retour et à l'équipement de production et d'économiser à l'opérateur jusqu'à 10 000 dollars par puits.

Outre son efficacité inégalée, le système TETRA a apporté d'autres avantages notables. Tout d'abord, parce qu'il est quatre fois plus petit que le système concurrent, le TETRA SandStorm a simplifié le transport et la mise en place sur site. Deuxièmement, sa conception à la fois simple et robuste a pratiquement éliminé le risque de défaillance des composants, la maintenance pratique, ainsi que les risques et les temps d'arrêt qui en découlent. Enfin, le temps nécessaire pour vider le sable du TETRA SandStorm était inférieur à cinq minutes, soit nettement moins que les 45 minutes nécessaires pour rincer le système du concurrent.

Étude de cas n° 2 : Gestion des sables permiens 

Une autre comparaison côte à côte a été effectuée dans le bassin permien de l'ouest du Texas. Comme dans le cas précédent, deux puits ont été équipés de systèmes de gestion du sable et de filtres en aval afin d'évaluer leur efficacité, mais dans ce cas, le contraste était encore plus marqué.

La technologie de l'hydrocyclone TETRA SandStorm a capturé en moyenne 96,63 % du sable de 132 889 barils de fluides, avec un pic de 100 % en une journée et plusieurs jours à 98 % et 99 %. En revanche, le désableur concurrent n'a capturé en moyenne que 45,55 % du sable de 126 472 barils de fluide, avec un pic de 60 % sur une journée. La solution TETRA était également deux fois plus petite que celle du concurrent, ce qui a permis de doubler l'efficacité et de réduire l'encombrement de moitié.

Résolution

À l'instar des volumes croissants d'eau produite, les volumes de sable continueront d'augmenter. 

En plus des sables que nous utilisons pour fracturer la roche et améliorer la production, des latéraux plus longs et des réservoirs plus profonds et non consolidés entraînent une plus grande quantité de sable à la sortie du puits. Les séparateurs par gravité et les systèmes de filtration resteront des outils utiles dans certaines situations, mais lorsque la gestion du sable est essentielle, l'approche la plus sage consiste à considérer la solution comme un investissement pour la sauvegarde de l'équipement et du volume de production. 

La technologie cyclonique avancée TETRA SandStorm constitue un investissement judicieux.

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