So sieben Sie Frac-Sand

22. August 2014

„Frac-Sand“ ist hochreiner Quarzsand, der von der Erdölindustrie während des hydraulischen Frakturierungsprozesses (auch „Fracking“ genannt) verwendet wird, um zwischen Gesteinsformationen eingeschlossenes Öl und Erdgas zu extrahieren. Beim Extraktionsprozess wird der Frac-Sand mit mit Chemikalien und Verdickungsmitteln behandeltem Wasser vermischt und in ein Bohrloch gepumpt. Der Druck des Wassers führt dazu, dass das Gestein bricht. Das Wasser und der Frac-Sand werden dann tief in die Brüche gedrückt, wodurch sie sich noch weiter ausbreiten. Wenn der Druck nachlässt, zieht sich das Wasser zurück und der Bruchsand bleibt zurück, um die Risse zu „stützen“. Die erzeugten Öffnungen erleichtern die Freisetzung des Öls und der Erdgase aus dem Gestein in die Bohrung, wo sie gefördert werden können. Das in jeder Formation vorhandene Erdöl weist unterschiedliche Fließeigenschaften auf, daher muss der Frac-Sand auf das Bohrloch zugeschnitten sein. Um die Wirksamkeit des Sandes optimieren zu können, muss dieser in einheitlicher Größe, Zusammensetzung und Form zugeführt werden. Es muss außerdem über die nötige Druckfestigkeit verfügen, um dem Zerdrücken durch die Felsformationen zu widerstehen, die sich bei Druckabfall schließen. Um sicherzustellen, dass der Sand diese Anforderungen erfüllt, wird er auf Druckfestigkeit und Form untersucht. Anschließend muss er gewaschen, getrocknet und auf Größe gesiebt werden. Die Endverarbeitung von Frac-Sand erfordert eine präzise Siebung gemäß API Spec 56. Im Allgemeinen werden bei der Herstellung von Frac-Sand zwei Arten von Sieben eingesetzt: geneigte Vibrationssiebe und Kreiselsiebe oder Sichter. Die meisten geneigten Vibrationssiebmaschinen verwenden eine lineare oder elliptische Bewegung, um das Material über die Sieboberfläche zu befördern. Kreiselsiebe verwenden eine sanftere Siebbewegung und nutzen hauptsächlich horizontale Bewegungen zum Fördern des Materials. Geneigte VibrationssiebmaschinenBeginnen wir mit den geneigten Vibrationssiebmaschinen. Die Verwendung eines geneigten Siebgeräts hat sowohl Vor- als auch Nachteile. Der erste Vorteil besteht darin, dass sie relativ kostengünstig sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Schrägsiebmaschinen große Produktmengen bewältigen können. Industrielle Siebanlagen können ziemlich kostspielig sein, aber geneigte Siebmaschinen ermöglichen die Verarbeitung großer Materialmengen zu relativ geringen Kosten. Allerdings gehen mit diesen Vorteilen auch einige Nachteile einher. Der erste Nachteil besteht darin, dass geneigte Siebe eine schlechte Verteilung des Materials ermöglichen, wenn es dem Sieb zugeführt wird. Bei geneigten Bildschirmen gibt es keine seitliche Bewegung. Wenn also Material auf das Sieb fällt, neigt es dazu, in einer geraden Linie über die gesamte Länge des Siebs zu laufen. Daher erfordern diese Maschinen häufig den Einsatz einer separaten Zuführvorrichtung, die das Material so verteilt, dass es in einen Einlass über die gesamte Breite fallen kann. Dieser Feeder erhöht die Kosten, die Komplexität und die vertikale Höhe der Gesamthöhe der Maschine. Ohne den Streuer wird das Material nicht richtig verteilt und ein großer Teil der Siebfläche wird möglicherweise nicht ausreichend genutzt. Darüber hinaus nutzen sich die Siebe in den stark beanspruchten Bereichen viel schneller ab, was zu einem frühen Siebausfall führt. Der andere Nachteil von Schrägsiebmaschinen besteht darin, dass sie ungenaue Trennungen erzeugen. Aufgrund der Neigung des Siebdecks wird das Material zwei verschiedenen Öffnungen ausgesetzt – der „tatsächlich gemessenen Öffnung“ und der „effektiven Öffnung“. Die „tatsächlich gemessene Öffnung“ ist die tatsächliche Öffnungsgröße des Siebgewebes. Beispielsweise hat ein 30-US-Standardsieb eine „tatsächlich gemessene Öffnung“ von 600 Mikrometern. Die „effektive Öffnung“ ergibt sich aus der Wirkung der Schwerkraft, die den Aufprall der Partikel auf das Sieb beeinflusst. Wenn Sie also ein 30-US-Sieb auf einer Schrägsiebmaschine anbringen, ist die effektive Maschenöffnungsgröße aufgrund des Siebwinkels kleiner als die tatsächliche Öffnungsgröße (siehe Abbildung A). Daher müssen Hersteller von Schrägsiebmaschinen bei der Siebauswahl „schummeln“, indem sie eine größere Öffnung verwenden, als die Partikelgrößenverteilung erfordert. Um Ihnen ein paar Beispiele zu nennen: Bei einer Anwendung zur Feinteilentfernung kann ein Schrägsieber ein Sieb mit einer Maschenweite von 18 Marktgüte (980 µ) verwenden, um eine Trennung von 30 US (600 µ) zu erreichen. Beim Hinunterwandern durch das Sieb geht ein Teil des „guten“ Produkts mit nahezu großer Größe (600–980 µ) an die Feinteilfraktion verloren. Wenn sie versuchen, diesen Produktverlust zu verhindern, indem sie auf ein feineres Sieb umsteigen, werden sie nicht in der Lage sein, eine ausreichende Feinteilentfernungsleistung zu erzielen. Bei einer Scalping-Anwendung können Sie die Eröffnung normalerweise nicht „schummeln“. Eine 600µ-Kopfhaut erfordert die Verwendung einer 600µ-Sieböffnung. Die Verwendung eines solchen Siebs auf einer geneigten Vibrationsmaschine führt zu einem erheblichen Rückstand des guten Produkts, da die Partikel von ca. 400 µ–600 µ das Sieb hinunterrennen und in der Überkornfraktion verloren gehen. Kreiselsiebe Wie geneigte Siebe haben Kreiselsiebe ihre Vorteile und Nachteile. Kreiselsiebe sind tendenziell teurer als herkömmliche Schrägsiebmaschinen und haben im Vergleich zu Schrägsiebmaschinen einen geringeren Durchsatz bei gleicher Grundfläche. Kreiselsiebe sind jedoch effizienter und erzeugen sauberere und genauere Schnitte. Darüber hinaus verteilt die Kreiselbewegung des Siebes das Material auf dem Sieb und sorgt so für eine effektivere Nutzung der Siebfläche. Bei der Auswahl eines Kreiselsiebs müssen mehrere Eigenschaften berücksichtigt werden. Zunächst muss die Bewegung des Siebes berücksichtigt werden. Bedenken Sie, dass Kreiselsiebe nur eine horizontale Bewegung nutzen. Einige Siebe verfügen über eine vollständig kreisende Kreisbewegung; andere haben eine kreisende Hin- und Herbewegung. Die kreisende Kreisbewegung erzeugt die gleiche Bewegung über die gesamte Siebfläche und sorgt so für eine gleichmäßige Effizienz im gesamten Siebdeck. Diese Bewegung ist möglich, weil sich das Antriebssystem im Schwerpunkt der Maschine befindet. Diese Art der Bewegung trägt dazu bei, das Material gleichmäßig auf dem Bildschirm zu verteilen. Die Bewegung trägt auch zu einer effektiveren Ballbewegung auf den selbstreinigenden Balldecks bei. Die kreisende Hin- und Herbewegung ist eine Kombination aus kreisförmigen und geradlinigen Bewegungen. Dies geschieht, wenn sich der Antrieb am Einzugsende der Maschine befindet. Das Siebdeck bewegt sich am Einlaufende der Maschine auf einer kreisförmigen Bahn und am Auslaufende in einer linearen Bewegung. Die kreisförmige Bewegung ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung des Materials, aber die lineare Bewegung ist für die Kugelwirkung in den Kugeldecks nicht so effektiv, was zu einer Verstopfung des Siebes am Austragsende führt, was wiederum die Effizienz und den Durchsatz verringert. Ein weiteres zu berücksichtigendes Merkmal ist der Hub und die Geschwindigkeit des Siebes. Einige Siebe verfügen über einen kurzen Hub und eine höhere Bewegungsgeschwindigkeit, was für die Feinpartikelabscheidung optimal ist. Andere Siebe haben einen längeren Hub und eine langsamere Bewegung, was zu einer zu aktiven Bewegung für die Feinpartikelabscheidung führt. Diese Art der Bewegung eignet sich besser für gröbere Anwendungen wie das Sieben von Getreide. Beide Bewegungen können in verschiedenen Anwendungen wirksam sein. Es kommt nur darauf an, was in Ihrem Prozess am besten funktioniert. Schließlich muss bei der Auswahl eines Kreiselsiebs auch die Länge des Siebdecks berücksichtigt werden. Die Siebdecklängen variieren von Hersteller zu Hersteller und sind typischerweise in Siebgrößen von 7 bis 12 Fuß Länge erhältlich. Sichter mit kürzeren Siebdecks haben eine kompaktere Stellfläche, aber auch eine kürzere Verweilzeit des Materials auf dem Sieb (siehe Abbildung B). Eine längere Verweilzeit des Materials führt zu einer besseren Exposition von Partikeln mit nahezu großer Größe gegenüber den Sieböffnungen und zu einer genaueren Siebung. Darüber hinaus sind längere Siebdecks vorteilhafter, wenn Sie mit mehreren Siebdeckkonfigurationen sieben (siehe Abbildung C). Während sich das Material entlang des oberen Siebdecks bewegt, fällt das kleinere Material zum nächsten Siebdeck durch und beginnt dort seine Reise nach unten. Dies geschieht so lange, bis das kleinste Material das unterste Sieb erreicht und in die untere Wanne fällt. Bei kürzeren Siebdecks hat das kleinere Material oft nicht genügend Verweilzeit auf dem Sieb, um auf die Bodenwanne zu fallen. Dies führt zu Siebungsineffizienzen oder dazu, dass sich untergroße Produkte mit den größeren Materialfraktionen vermischen. Die einzige Möglichkeit, hier Abhilfe zu schaffen, wäre eine Verlangsamung der Zufuhrgeschwindigkeit, was zu einer Verringerung der Kapazität führt. Die längeren Decklängen können dies leichter bewältigen, da sie über längere Siebe und mehr Siebfläche verfügen. Wie Sie sehen, gibt es beim Kauf von Siebgeräten für Ihren Prozess viele Faktoren zu berücksichtigen und Optionen zur Auswahl. Bedenken Sie bei der Entscheidung, welche Siebbewegung für Ihren Prozess am besten geeignet ist, dass die Kreiselbewegung der linearen oder elliptischen Bewegung weit überlegen ist, wenn Effizienz und genaue Schnitte erforderlich sind. Darüber hinaus unterstützt die kreisende Kreisbewegung die Verteilung des Materials über den Siebbereich und fördert gleichzeitig eine hervorragende Siebreinigung. Bedenken Sie bei der Wahl des für Sie geeigneten Kreiselsiebs, dass der Hub und die Geschwindigkeit der Maschine Auswirkungen auf die Feinpartikelabscheidung haben und dass die Decklänge bei Anwendungen mit mehreren Decks von entscheidender Bedeutung ist. Um Ihnen das Leben zu erleichtern und Ihrem Gerätehersteller dabei zu helfen, die richtige Ausrüstung für die Anwendung bereitzustellen, müssen drei Regeln beachtet werden. Erstens: Kennen Sie Ihren Prozess. Was wollen Sie erreichen? Wie hoch ist Ihr Tarifbedarf? Wie lautet Ihre Produktspezifikation? Was passiert vor und nach der Screening-Operation? Zweitens: Kennen Sie Ihr Produkt. Ist es frei fließend? Wie hoch ist der Feuchtigkeitsgehalt? Was ist die Schüttdichte? Wenn möglich, kennen Sie die Partikelgrößenverteilung (PSD) des Futtermaterials. Und drittens: Labortests verlangen und daran teilnehmen. Wenn Sie über alle Prozess- und Produktinformationen sowie über Tests verfügen, sind Sie bei der Auswahl der Siebausrüstung auf dem richtigen Weg. Beziehen Sie Ihren Siebmaschinenlieferanten so früh wie möglich in den Prozess ein und befolgen Sie diese Regeln. Dadurch erhöhen Sie die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Installation erheblich. Jeff Dierig ist Global Marketing Manager bei SWECO (Florence, KY), einer Geschäftseinheit von MI LLC. Für weitere Informationen rufen Sie 800-807-9326 an oder besuchen Sie www.sweco.com.

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