Chaidh dearbhadh gu bheil co-phàirtean dìon pumpa a’ dìon pumpaichean bho ghainmhich agus a’ leudachadh beatha obrachaidh ESPn ann an tobraichean neo-chonnspaideach. Bidh an fhuasgladh seo a’ cumail smachd air ais-shruthadh gainmhich briste agus solidan eile a dh’ fhaodadh cus luchdan agus ùine downt adhbhrachadh. Bidh an teicneòlas comasachaidh a’ cur às do na duilgheadasan co-cheangailte ri mì-chinnt mu sgaoileadh meud gràinean.
Mar a bhios barrachd is barrachd thobraichean ola an urra ri ESPn, tha e a’ sìor fhàs cudromach beatha shiostaman pumpaidh fon uisge dealain (ESP) a leudachadh. Tha beatha obrachaidh agus coileanadh pumpaichean togail fuadain mothachail air solidan ann an lionntan a thèid a thoirt a-mach. Lùghdaich beatha obrachaidh agus coileanadh an ESP gu mòr leis an àrdachadh ann am mìrean solid. A bharrachd air an sin, bidh solidan ag àrdachadh an ùine downt tobar agus tricead obrach a dh’ fheumar gus an ESP a chuir na àite.
Am measg nan gràineanan cruaidh a bhios tric a’ sruthadh tro phumpaichean togail fuadain tha gainmheach cruthachaidh, proppants brisidh uisgeachaidh, saimeant, agus gràineanan meatailt air an creimeadh no air an creimeadh. Tha teicneòlasan sìos an toll a chaidh a dhealbhadh gus solidan a sgaradh a’ dol bho chuairtean ìosal-èifeachdais gu mogal uèir stàilinn gun staoin 3D àrd-èifeachdais. Tha innealan-sgaraidh vortex sìos an toll air an cleachdadh ann an tobraichean àbhaisteach airson deicheadan, agus tha iad air an cleachdadh sa mhòr-chuid gus pumpaichean a dhìon bho ghràineanan mòra rè cinneasachadh. Ach, tha tobraichean neo-chonnspaideach fo ùmhlachd sruthadh slug eadar-amail, a tha a’ leantainn gu bheil teicneòlas dealachaidh vortex sìos an toll a th’ ann mar-thà ag obair dìreach bho àm gu àm.
Chaidh grunn atharrachaidhean eadar-dhealaichte de scrionaichean smachd gainmhich còmhla agus innealan dì-ghainmhich vortex sìos an toll a mholadh gus ESPan a dhìon. Ach, tha beàrnan ann an coileanadh dìon agus cinneasachaidh a h-uile pumpa air sgàth na mì-chinnt ann an sgaoileadh meud agus meud nan solidan a thèid a thoirt a-mach le gach tobar. Bidh mì-chinnt ag àrdachadh fad phàirtean smachd gainmhich, agus mar sin a’ lughdachadh na doimhneachd aig an gabh an ESP a shuidheachadh, a’ cuingealachadh comas crìonadh stòrais an ESP, agus a’ toirt droch bhuaidh air eaconamas tobair. Is fheàrr doimhneachdan suidheachaidh nas doimhne ann an tobraichean neo-chonnspaideach. Ach, chuir cleachdadh innealan dì-ghainmhich agus acairean eabar fireann-plug gus co-chruinneachaidhean smachd gainmhich fada, cruaidh a chrochadh ann an earrannan casaidh le doimhneachd dogleg àrd crìoch air leasachaidhean MTBF ESP. Tha creimeadh an tiùba a-staigh na thaobh eile den dealbhadh seo nach deach a mheasadh gu leòr.
Thug ùghdaran pàipeir ann an 2005 seachad toraidhean deuchainneach de sgaradh gainmhich sìos an toll stèidhichte air tiùb sioclon (Figear 1), a bha an urra ri gnìomh sioclon agus grabhataidh, gus sealltainn gu bheil èifeachdas sgaradh an urra ri slaodachd ola, ìre sruthadh, agus meud gràinean. Tha iad a’ sealltainn gu bheil èifeachdas an sgaradh gu ìre mhòr an urra ri astar crìochnachaidh nam gràinean. Bidh èifeachdas sgaradh a’ lùghdachadh le ìre sruthadh a’ lùghdachadh, meud gràinean cruaidh a’ lùghdachadh, agus slaodachd ola ag àrdachadh, Figear 2. Airson sgaradh gainmhich sìos an toll le tiùb sioclon àbhaisteach, bidh an èifeachdas sgaradh a’ tuiteam gu ~ 10% mar a bhios meud nam gràinean a’ tuiteam gu ~ 100 µm. A bharrachd air an sin, mar a bhios an ìre sruthadh ag àrdachadh, tha an sgaradh vortex fo ùmhlachd caitheamh bleith, a bheir buaidh air beatha cleachdadh phàirtean structarail.
Is e an ath roghainn loidsigeach scrion smachd gainmhich 2D a chleachdadh le leud sliotan sònraichte. Tha meud agus sgaoileadh mìrean cudromach ri bheachdachadh nuair a thathar a’ taghadh scrionaichean gus solidan a shìoladh ann an cinneasachadh tobair àbhaisteach no neo-chonnspaideach, ach is dòcha nach eil fios orra. Faodaidh na solidan tighinn bhon loch-tasgaidh, ach faodaidh iad atharrachadh bho shàil gu sàil; air neo, is dòcha gum feum an scrion gainmheach a shìoladh bho bhriseadh uisgeachaidh. Anns gach cùis, faodaidh cosgais cruinneachadh, mion-sgrùdadh agus deuchainn solidan a bhith ro àrd.
Mura tèid an sgrion tiùbaidh 2D a rèiteachadh gu ceart, faodaidh na toraidhean cron a dhèanamh air eaconamachd an tobair. Faodaidh fosglaidhean sgrion gainmhich a tha ro bheag leantainn gu plugadh ro-luath, dùnadh sìos agus feum air obair-leasachaidh. Ma tha iad ro mhòr, leigidh iad le solidan a dhol a-steach don phròiseas cinneasachaidh gu saor, agus faodaidh seo pìoban ola a chreimeadh, pumpaichean togail fuadain a mhilleadh, tachdaidhean uachdar a shruthladh a-mach agus dealadairean uachdar a lìonadh, a dh’ fheumas gainmheach-spreadhadh agus faighinn cuidhteas. Tha an suidheachadh seo ag iarraidh fuasgladh sìmplidh, cosg-èifeachdach a dh’ fhaodas beatha a’ phump a leudachadh agus sgaoileadh farsaing de mheudan gainmhich a chòmhdach.
Gus coinneachadh ris an fheum seo, chaidh sgrùdadh a dhèanamh air cleachdadh cho-chruinneachaidhean bhalbhaichean ann an co-bhonn ri mogaill uèir stàilinn gun smal, nach eil mothachail air sgaoileadh nan solidan a thig às. Tha sgrùdaidhean air sealltainn gum faod mogaill uèir stàilinn gun smal le meud pore caochlaideach agus structar 3D smachd a chumail gu h-èifeachdach air solidan de dhiofar mheudan gun fhios a bhith aca air sgaoileadh meud gràinean nan solidan a thig às. Faodaidh am mogaill uèir stàilinn gun smal 3D smachd a chumail gu h-èifeachdach air gràinean gainmhich de gach meud, gun fheum air sìoladh àrd-sgoile a bharrachd.
Leigidh cruinneachadh bhalbhaichean a tha air a chuir air bonn na sgrìn leis a’ chinneasachadh leantainn gus an tèid an ESP a tharraing a-mach. Tha e a’ cur casg air ESP a bhith air fhaighinn air ais dìreach às deidh don sgrion a bhith air a dhrochaid. Bidh an sgrion smachd gainmhich in-ghabhail agus an cruinneachadh bhalbhaichean a thig às a sin a’ dìon ESPn, pumpaichean togail slat, agus crìochnachaidhean togail gas bho stuthan cruaidh rè cinneasachadh le bhith a’ glanadh sruthadh lionn agus a’ toirt seachad fuasgladh cosg-èifeachdach gus beatha Pump a leudachadh gun a bhith a’ feumachdainn feartan an stòrais atharrachadh airson diofar shuidheachaidhean.
Dealbhadh dìon pumpa den chiad ghinealach. Chaidh co-chruinneachadh dìon pumpa a’ cleachdadh scrionaichean clòimhe stàilinn gun smal a chleachdadh ann an tobar drèanaidh grabhataidh le taic smùid ann an taobh an iar Chanada gus an ESP a dhìon bho stuthan cruaidh rè cinneasachadh. Bidh scrionaichean a’ sìoladh stuthan cruaidh cronail bhon lionn cinneasachaidh fhad ‘s a thèid e a-steach don t-sreang cinneasachaidh. Taobh a-staigh an t-sreang cinneasachaidh, bidh lionntan a’ sruthadh chun in-ghabhail ESP, far am bi iad air am pumpadh chun uachdar. Faodar pacairean a ruith eadar an scrion agus an ESP gus dealachadh criosach a thoirt seachad eadar an raon cinneasachaidh agus an toll-tobair àrd.
Thar ùine cinneasachaidh, bidh an t-àite fàinneach eadar an sgrion agus an còmhdach buailteach a bhith a’ drochaid le gainmheach, a tha ag àrdachadh strì an aghaidh sruthadh. Mu dheireadh, bidh an fhàinne a’ drochaid gu tur, a’ stad an t-sruthadh, agus a’ cruthachadh eadar-dhealachadh cuideam eadar an toll-tobair agus an t-sreang cinneasachaidh, mar a chithear ann am Figear 3. Aig an ìre seo, chan urrainn don lionn sruthadh tuilleadh chun an ESP agus feumar an t-sreang crìochnachaidh a tharraing. A rèir grunn chaochladairean co-cheangailte ri cinneasachadh solidan, is dòcha gum bi an ùine a dh’ fheumar gus stad a chuir air sruthadh tron ​​​​drochaid solidan air an sgrion nas giorra na an ùine a leigeadh leis an ESP an lionn làn solidan a phumpadh - an ùine chuibheasach eadar fàilligidhean - chun na talmhainn, agus mar sin chaidh an dàrna ginealach de phàirtean a leasachadh.
An dàrna ginealach de cho-chruinneachadh dìon pumpa. Tha an scrion smachd gainmhich in-ghabhail PumpGuard* agus an siostam co-chruinneachaidh bhalbhaichean crochte fon phump REDA* ann am Figear 4, eisimpleir de chrìochnachadh ESP neo-chonnspaideach. Cho luath ‘s a bhios an tobar a’ dèanamh cinneasachadh, bidh an scrion a’ sìoladh nan solidan ann an cinneasachadh, ach tòisichidh e mean air mhean a’ drochaid leis a’ ghainmhich agus a’ cruthachadh eadar-dhealachadh cuideam. Nuair a ruigeas an diofar cuideam seo cuideam sgàineadh suidhichte a’ bhalbha, bidh am bhalbha a’ fosgladh, a’ leigeil le lionn sruthadh gu dìreach a-steach don t-sreang tiùbaidh chun an ESP. Bidh an sruth seo a’ co-ionannachadh an eadar-dhealachaidh cuideam thar an sgrion, a’ leigeil às greim nam pocannan gainmhich air taobh a-muigh an sgrion. Tha gainmheach saor airson briseadh a-mach às an fhàinne, a lughdaicheas strì an aghaidh sruthadh tron ​​sgrion agus a leigeas le sruthadh ath-thòiseachadh. Mar a thuiteas an diofar cuideam, bidh am bhalbha a’ tilleadh chun t-suidheachadh dùinte aige agus bidh suidheachaidhean sruthadh àbhaisteach ag ath-thòiseachadh. Dèan a-rithist an cearcall seo gus am bi e riatanach an ESP a tharraing a-mach às an toll airson seirbheiseachadh. Tha na sgrùdaidhean cùise a tha air an comharrachadh san artaigil seo a’ sealltainn gu bheil an siostam comasach air beatha a’ phump a leudachadh gu mòr an taca ri bhith a’ ruith crìochnachadh sgrìonaidh leis fhèin.
Airson an stàlaidh o chionn ghoirid, chaidh fuasgladh cosgais-stiùirichte a thoirt a-steach airson dealachadh sgìre eadar mogal uèir stàilinn gun smal agus an ESP. Tha pacair cupa a tha a’ coimhead sìos air a chuir suas os cionn earrann an sgrion. Os cionn a’ phacair cupa, tha tollan tiùba meadhanach a bharrachd a’ toirt seachad slighe sruthadh airson lionn a chaidh a thoirt a-mach gus gluasad bhon taobh a-staigh den sgrion chun àite fàinneach os cionn a’ phacair, far am faod an lionn a dhol a-steach do in-ghabhail an ESP.
Tha grunn bhuannachdan aig an criathrag mogaill uèir stàilinn gun smal a chaidh a thaghadh airson an fhuasglaidh seo thairis air seòrsachan mogaill 2D stèidhichte air beàrnan. Bidh criathragan 2D an urra sa mhòr-chuid air mìrean a’ dol thairis air beàrnan no sliotan criathrag gus pocannan gainmhich a thogail agus smachd gainmhich a thoirt seachad. Ach, leis nach urrainnear ach aon luach beàirn a thaghadh airson an sgrion, bidh an sgrion gu math mothachail air sgaoileadh meud mìrean an leaghan a thèid a thoirt a-mach.
An coimeas ri sin, tha leabaidh mogaill thiugh sìoltachain mogaill uèir stàilinn gun staoin a’ toirt seachad porosity àrd (92%) agus raon sruthadh fosgailte mòr (40%) airson an lionn toll-tobair a thèid a thoirt a-mach. Tha an sìoltachan air a thogail le bhith a’ teannachadh mogaill clòimhe stàilinn gun staoin agus ga phasgadh gu dìreach timcheall air tiùb meadhanach tollta, agus an uairsin ga chuartachadh taobh a-staigh còmhdach dìon tollta a tha air a thàthadh ris an tiùb meadhanach aig gach ceann. Tha sgaoileadh nam pores anns an leabaidh mogaill, an treòrachadh ceàrnach neo-èideadh (bho 15 µm gu 600 µm) a’ leigeil le gràinean gun chron sruthadh air slighe sruthadh 3D a dh’ionnsaigh an tiùba mheadhanaich às deidh do ghràineanan nas motha agus cronail a bhith glaiste taobh a-staigh a’ mhogaill. Sheall deuchainnean gleidhidh gainmhich air sampallan den chriathar seo gu bheil an sìoltachan a’ cumail suas treòiteachd àrd leis gu bheil lionn air a chruthachadh tron ​​chriathar. Gu h-èifeachdach, faodaidh an sìoltachan “meud singilte” seo dèiligeadh ri gach sgaoileadh meud gràin de lionntan a thèid a thoirt a-mach a choinnicheas. Chaidh an sgrion clòimhe stàilinn gun staoin seo a leasachadh le prìomh obraiche anns na 1980n gu sònraichte airson crìochnachadh sgrion fèin-chumanta ann an stòran-tasgaidh air am brosnachadh le smùid agus tha clàr farsaing de stàlaidhean soirbheachail aige.
Tha co-chruinneachadh nam bhalbhaichean air a dhèanamh suas de bhalbha luchdaichte le fuaran a leigeas le sruthadh aon-shligheach a-steach don t-sreang phìoban bhon raon cinneasachaidh. Le bhith ag atharrachadh ro-luchd an earraich coilich mus tèid a stàladh, faodar am bhalbha a ghnàthachadh gus an cuideam sgàineadh a tha thu ag iarraidh airson an tagraidh a choileanadh. Mar as trice, thèid bhalbha a ruith fo mhogal uèir stàilinn gun staoin gus slighe sruthadh àrd-sgoile a thoirt seachad eadar an stòr-tasgaidh agus an ESP. Ann an cuid de chùisean, bidh iomadh bhalbha agus mogaill stàilinn gun staoin ag obair ann an sreath, leis a’ bhalbha mheadhanach le cuideam sgàineadh nas ìsle na am bhalbha as ìsle.
Thar ùine, bidh mìrean cruthachaidh a’ lìonadh an àite fàinneach eadar uachdar a-muigh sgrion cruinneachaidh dìonadair a’ phump agus balla a’ chòmhdaich cinneasachaidh. Mar a bhios an cuas a’ lìonadh le gainmheach agus na mìrean a’ daingneachadh, bidh an tuiteam cuideim thairis air a’ phoca gainmhich ag àrdachadh. Nuair a ruigeas an tuiteam cuideim seo luach ro-shuidhichte, bidh am bhalbha còn a’ fosgladh agus a’ leigeil le sruthadh dìreach tron ​​​​​​bheul-a-steach pumpa. Aig an ìre seo, tha an sruthadh tron ​​​​​​phìob comasach air a’ ghainmhich a chaidh a dhaingneachadh roimhe a bhriseadh suas air taobh a-muigh sìoltachan an sgrion. Mar thoradh air an eadar-dhealachadh cuideim nas lugha, tòisichidh an sruthadh a-rithist tron ​​​​​​sgrion agus dùinidh am bhalbha in-ghabhail. Mar sin, chan fhaic am pumpa an sruthadh gu dìreach bhon bhalbha ach airson ùine ghoirid. Bidh seo a’ leudachadh beatha a’ phump, leis gur e a’ mhòr-chuid den t-sruthadh an lionn a thèid a shìoladh tron ​​​​​​sgrion gainmhich.
Chaidh an siostam dìon pumpa a ruith le pacairean ann an trì tobraichean eadar-dhealaichte ann an Linne Delaware anns na Stàitean Aonaichte. Is e am prìomh amas an àireamh de thòiseachadh is stad ESP a lughdachadh air sgàth cus luchdan co-cheangailte ri gainmheach agus ruigsinneachd ESP a mheudachadh gus cinneasachadh a leasachadh. Tha an siostam dìon pumpa crochte bho cheann ìosal sreang ESP. Tha toraidhean an tobair ola a’ sealltainn coileanadh pumpa seasmhach, crith agus dian sruth nas lugha, agus teicneòlas dìon pumpa. Às deidh an siostam ùr a stàladh, chaidh an ùine downt co-cheangailte ri gainmheach agus solidan a lùghdachadh 75% agus mheudaich beatha pumpa barrachd air 22%.
Tobar. Chaidh siostam ESP a stàladh ann an tobar drileadh is brisidh ùr ann an Siorrachd Mhàrtainn, Texas. Tha am pàirt dhìreach den tobair mu 9,000 troigh a dh'fhaid agus tha am pàirt chòmhnard a' leudachadh gu 12,000 troigh, doimhneachd tomhaiste (MD). Airson a' chiad dà chrìochnachadh, chaidh siostam dealachaidh gainmhich vortex sìos an toll le sia ceanglaichean lìnidh a stàladh mar phàirt riatanach de chrìochnachadh an ESP. Airson dà stàladh leantainneach a' cleachdadh an aon seòrsa de dealachaidh gainmhich, chaidh giùlan neo-sheasmhach nam paramadairean obrachaidh ESP (dian an t-sruth agus crith) fhaicinn. Nochd mion-sgrùdadh dì-chruinneachadh an aonaid ESP a chaidh a tharraing air ais gu robh cruinneachadh dealachaidh gas vortex air a bhacadh le stuth cèin, a chaidh a dhearbhadh mar ghainmhich leis gu bheil e neo-mhagnaiteach agus nach eil e ag ath-bhualadh gu ceimigeach le searbhag.
Anns an treas stàladh ESP, chaidh mogaill uèir stàilinn gun smal a chur an àite an dealaiche gainmhich mar dhòigh air smachd a chumail air gainmheach ESP. Às dèidh an siostam dìon pumpa ùr a stàladh, sheall an ESP giùlan nas seasmhaiche, a’ lughdachadh raon atharrachaidhean sruth motair bho ~19 A airson stàladh #2 gu ~6.3 A airson stàladh #3. Tha an crith nas seasmhaiche agus tha an gluasad air a lùghdachadh 75%. Bha an tuiteam cuideim seasmhach cuideachd, ag atharrachadh glè bheag an taca ris an stàladh roimhe agus fhuair e 100 psi a bharrachd de thuiteam cuideim. Tha dùnadh sìos cus cuideim ESP air an lùghdachadh 100% agus tha ESP ag obair le crith ìosal.
Tobar B. Ann an aon tobar faisg air Eunice, Meagsago Nuadh, bha ESP air a stàladh ann an tobar neo-chonnspaideach eile ach gun dìon pumpa. Às deidh a’ chiad tuiteam tòiseachaidh, thòisich an ESP a’ nochdadh giùlan neo-riaghailteach. Tha atharrachaidhean ann an sruth agus cuideam co-cheangailte ri spìcean crith. Às deidh na cumhaichean sin a chumail suas airson 137 latha, dh’fhàillig an ESP agus chaidh fear eile a chuir a-steach. Tha an dàrna stàladh a’ toirt a-steach siostam dìon pumpa ùr leis an aon rèiteachadh ESP. Às deidh don tobar ath-thòiseachadh air cinneasachadh, bha an ESP ag obair gu h-àbhaisteach, le amperage seasmhach agus nas lugha de chreathadh. Aig àm foillseachaidh, bha an dàrna ruith de ESP air ruighinn còrr air 300 latha de dh’ obrachadh, leasachadh mòr air an stàladh roimhe.
Tobar C. Bha an treas stàladh den t-siostam air an làraich ann am Mentone, Texas, le companaidh speisealta ola is gas a dh’fhiosraich briseadh-sìos agus fàilligidhean ESP mar thoradh air cinneasachadh gainmhich agus a bha airson ùine-obrachaidh pumpa a leasachadh. Mar as trice bidh luchd-obrachaidh a’ ruith dealadairean gainmhich sìos an toll le lìnigeadh anns gach tobar ESP. Ach, aon uair ‘s gu bheil an lìnigeadh air a lìonadh le gainmheach, leigidh an dealadair leis a’ ghainmhich sruthadh tron ​​​​earrann pumpa, a’ creimeadh ìre a’ phump, giùlan agus siaft, agus mar thoradh air sin bidh call togail ann. Às deidh an siostam ùr a ruith leis an dìonadair pumpa, tha beatha obrachaidh 22% nas fhaide aig an ESP le tuiteam cuideam nas seasmhaiche agus ùine-obrachaidh nas fheàrr co-cheangailte ri ESP.
Lùghdaich an àireamh de dhùnadh sìos co-cheangailte ri gainmheach is stuthan cruaidh rè obrachaidh 75%, bho 8 tachartasan cus cuideim anns a’ chiad stàladh gu dhà san dàrna stàladh, agus mheudaich an àireamh de ath-thòiseachadh soirbheachail às deidh dùnadh sìos air sgàth cus cuideim 30%, bho 8 san chiad stàladh. Chaidh 12 tachartas gu h-iomlan, airson 8 tachartasan gu h-iomlan, a dhèanamh san dàrna stàladh, a’ lughdachadh cuideam dealain air an uidheamachd agus a’ meudachadh beatha obrachaidh an ESP.
Tha Figear 5 a’ sealltainn an àrdachadh obann ann an comharradh cuideam an in-ghabhail (gorm) nuair a bhios am mogal stàilinn gun smal dùinte agus an co-chruinneachadh bhalbhaichean fosgailte. Faodaidh an comharradh cuideam seo èifeachdas cinneasachaidh a leasachadh tuilleadh le bhith a’ ro-innse fàilligidhean ESP co-cheangailte ri gainmheach, agus mar sin faodar obrachaidhean ath-chur le rigichean obrach a dhealbhadh.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, “Mion-sgrùdadh deuchainneach air tiùb cuairteachaidh mar inneal dì-ghalarachaidh sìos an toll,” Pàipear SPE 94673-MS, air a thaisbeanadh aig Co-labhairt Innleadaireachd Peatrail Ameireagaidh Laidinn agus a’ Charibbean SPE, Rio de Janeiro, Braisil, 20 Ògmhios – 23 Gearran, 2005. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Tha an t-artaigil seo a’ gabhail a-steach eileamaidean bho phàipear SPE 207926-MS, a chaidh a thaisbeanadh aig Taisbeanadh is Co-labhairt Eadar-nàiseanta Peatrail Abu Dhabi ann an Abu Dhabi, UAE, 15-18 Samhain 2021.
Tha a h-uile stuth fo ùmhlachd laghan dlighe-sgrìobhaidh teann, leugh na Cumhachan is Cùmhnantan againn, Poileasaidh nam Briosgaidean agus Poileasaidh Dìomhaireachd mus cleachd thu an làrach seo.