Méthodes de séchage du sable de fracturation : rotatif ou lit fluidisé

11 juin 2015

Pour atteindre le gaz que l'on pensait auparavant inaccessible, la pression est utilisée pour fracturer les formations rocheuses profondément sous terre afin de permettre un meilleur écoulement du gaz à travers un puits. Lorsque la pression est supprimée, la fracture s'effondre, ce qui diminue considérablement son efficacité. Un type spécial de sable raffiné est utilisé comme "agent de soutènement" pour maintenir les revêtements de puits ouverts après l'injection de boue à base d'eau dans le tubage. La fracturation hydraulique, ou « fracturation », est une technique d'exploitation minière qui améliore considérablement la productivité des puits de pétrole et de gaz et est déployée de manière agressive dans le monde entier, et en Amérique du Nord en particulier. Le sable reste dans la fracture lorsque la pression est supprimée, maintenant la fracture maintenue ouverte et permettant au gaz de continuer à s'écouler à travers le puits. Grâce à la Formation de Marcellus Shale, la région du Nord-Est a récemment connu un boom économique. Ce revirement est survenu après les progrès technologiques réalisés dans le forage horizontal et la fracturation hydraulique. Bien que la fracturation ait été utilisée par l'industrie pétrolière dans les années 1860 avec de la nitroglycérine liquide dans des puits peu profonds, ce n'est que lorsque la version moderne de cette ancienne technique a été développée, dans laquelle l'extraction de poches plus profondes de gaz naturel est devenue une réalité. un sable de quartz de haute pureté avec des grains ronds très durables, et est un matériau résistant à l'écrasement produit pour être utilisé par l'industrie pétrolière. Les États-Unis sont le plus grand consommateur et producteur de sable de fracturation, et selon le Wall Street Daily, environ 25 à 30 millions de tonnes métriques sont utilisées pour approvisionner les 1,1 million de puits de gaz et de pétrole actifs aux États-Unis. L'American Petroleum Institute (API) détermine les spécifications du sable de fracturation qui incluent la taille des grains, la sphéricité, la résistance à l'écrasement et la solubilité. Les sociétés minières sont donc désireuses de ne vendre que du sable de fracturation qui répond à ces spécifications API à leurs clients exploitants de puits. Pour assurer une qualité acceptable du sable, les sociétés minières le lavent et le sèchent pour éliminer toutes les impuretés possibles. Deux types de séchoirs industriels sont idéalement conçus pour répondre aux exigences strictes auxquelles les sociétés d'extraction de sable doivent se conformer, afin de fournir en permanence du sable de la plus haute qualité à leurs clients producteurs d'énergie. Ces sécheurs sont à lit fluidisé et rotatifs. En surface, un sécheur à lit fluidisé est similaire à de nombreux autres types d'équipements de séchage. Il traite des matériaux granulaires à écoulement libre à des températures de produit allant de 140 à 300 °F, et les matériaux appropriés comprennent le sable, les minéraux, les argiles, les sels organiques, le charbon et les produits chimiques spécialisés. Mais les similitudes s'arrêtent là. Dans un lit fluidisé, le matériau en cours de séchage est suspendu et complètement entouré par l'air ou le gaz de séchage, ce qui fait que ce matériau se comporte comme un fluide. En plus de maintenir le matériau dans un état apparemment liquide, le flux de gaz est le moyen d'échange de chaleur et de masse. En raison du contact intime gaz-solides, des taux de transfert de chaleur très élevés sont atteints pendant que les grains de sable sont manipulés avec douceur. La plaque d'assise permet la distribution uniforme du flux de gaz pendant le fonctionnement et supporte le lit de matériau pendant l'arrêt. Un sécheur à lit fluidisé permet de réduire les coûts d'équipement lors de l'installation et de réduire les coûts d'exploitation tout au long de la durée de vie de la machine, y compris la réduction des coûts de filtre à manche et d'épurateur, tout en augmentant la productivité. Comme il n'y a pas de pièces mobiles à l'intérieur du lit fluidisé, les coûts de maintenance sont considérablement réduits par rapport à d'autres systèmes. En revanche, les sécheurs rotatifs traitent une gamme beaucoup plus large de matériaux, quelles que soient leurs caractéristiques de transport et de manutention. Que le processus nécessite le séchage de poudres fines et poussiéreuses, de solides grumeleux, de semi-plastiques collants, de boues, de granulés, d'agglomérats ou même d'un mélange de tout ce qui précède, un séchoir rotatif accomplira sa tâche avec succès. Un séchoir rotatif est un cylindre rotatif, ou coque, légèrement incliné par rapport à l'horizontale, et sa longueur peut être de quatre à dix fois son diamètre. La matière est introduite à une extrémité du cylindre et, en raison de sa rotation et de sa pente ainsi que de l'effet de tête de la matière, et elle sort en continu par l'extrémité opposée. L'intérieur de la coque est équipé d'ailettes spécialement conçues qui font avancer le matériau d'alimentation dans la zone active de la coque et exposent efficacement le matériau à la source de chaleur. Une détermination importante est l'utilisation de la chaleur directe ou indirecte dans le processus de séchage. Les séchoirs rotatifs utilisent soit un transfert de chaleur par convection directe, soit un transfert de chaleur indirect, qui dépend des surfaces chaudes à l'intérieur du séchoir pour fournir de la chaleur par conduction et rayonnement. La détermination de la chaleur directe par rapport à la chaleur indirecte dépend des propriétés du matériau à sécher, des conditions du procédé et du produit final souhaité. La méthode optimale de séchage du sable de fracturation est la chaleur directe, l'air chaud entrant dans la coque rotative à une extrémité, la traversant et sortant à l'autre extrémité. Les volées soudées aux parois internes de la coque soulèvent et arrosent le sable humide, le mettant en contact direct avec l'air chaud. La configuration des vols dépend des caractéristiques du matériau traité, et la longueur et le diamètre de la coque dépendent de la capacité de séchage. Le séchage par chaleur indirecte est le plus souvent utilisé pour les produits avec de petites tailles de particules qui pourraient entraîner une génération excessive de poussière. L'industrie du sable de fracturation utilise les deux types de séchoirs. Les séchoirs rotatifs sont les plus chers des deux, mais ils sont plus indulgents et permettent une plus grande capacité de ralentissement du processus. Les sécheurs à lit fluidisé coûtent moins cher, sont plus efficaces sur le plan thermique et nécessitent un entretien minimal en raison du nombre réduit de pièces mobiles. Lorsque l'on tient compte de certaines exigences de séchage du sable de fracturation qui doivent rester constantes tout au long du processus, telles que le débit, la taille des particules et la teneur en humidité, le séchage en lit fluidisé est la méthode optimale. Cependant, les séchoirs rotatifs offrent une plus grande polyvalence, ce qui permet au marché du sable de fracturation de mieux s'adapter aux besoins de son industrie. David Phillips est directeur du marketing et des communications, Heyl & Patterson Inc., Carnegie, Pennsylvanie. Fondée en 1887 à Pittsburgh, Heyl & Patterson est un leader de l'industrie dans la conception et la construction d'équipements de transfert en vrac et de traitement thermique pour des clients dans un large éventail d'industries, y compris la chimie, l'acier, la biomasse, l'énergie, les ports et les mines et minéraux. Pour plus d'informations, visitez www.heylpatterson.com.

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