Skalering

Den skalering er avsetning av skalaen på et objekt eller inne i en rørledning.

Den vann , eller andre væsker som inneholder vann fra kjelleren i elver, innsjøer, brønner eller vann fra springen, inneholder mer eller mindre store mengder av oppløste mineraler i form av salter , slik som ioner kalsium , magnesium , kalium og mange andre mineraler.

Under visse forhold (plutselig depresjon av væsker mettet med mineraler , økning i temperatur , passende katalysatorer eller krystallisasjonskjerner , bakterier ), kan disse mineralene presipitere , krystallisere eller brukes av bakterielle biofilmer , som det er tilfellet med tannstein . Når tykkelsen på tartar er viktig, snakker vi om "  bioconcretion  " .

I rørene

Vekten dannes vanligvis av kalsiumsalter avsatt i rør. Det kan bli:

• kalsiumkarbonat  ;
• kalsiumoksalat  ;
• kalsiumfosfat  ;
• silikater .

Forebygging / behandlinger

Skalering kan bekjempes forebyggende eller etterpå:

• Forebyggende ved å kontrollere mineraliseringen av væsker, når det er mulig, for eksempel ved demineralisering av vannet som sirkulerer i rørene, men med risiko for at det er mer etsende og at det blir belastet med metalliske sporstoffer (spesielt kobber, sink) eller kalsium tatt fra sementrørene);
• Når det gjelder dype borehull (geotermisk energi), begrenser opprettholdelsen av vannet under meget høyt trykk krystallisering og forhindrer koking, men er en kilde til fare og risiko som skal kontrolleres for installasjonene og personellet (se risiko). Eksplosjon, alvorlig eller dødelige forbrenninger fra vann eller damp).
• deretter ved avkalking .
  Sistnevnte kan være mekanisk og / eller bruke kjemikalier som kalles avkalkingsmidler , som noen ganger også kan være en kilde til korrosjon eller forenklet skalering (hvis det for eksempel nedbryter glatte overflater).

Innsatser

Under visse omstendigheter i industrien eller vannforsyningen kan det oppstå spesielle risikoer og farer for varer og mennesker, som kan elimineres eller minimeres ved å forutse problemer og håndtere risikoen riktig.

Tekniske og industrielle spørsmål

I sammenheng med vannopptak og distribusjon, men også i ulike industrielle sammenhenger , gir skalering mange problemer (effektivitet, kostnadsvedlikehold) (sammen med korrosjon) en stor kilde til risiko for ulykker.

Områdene det gjelder er for eksempel:

• innsamling, distribusjon, sprinkling, injeksjonsnettverk, etc. vann (drikke eller industri), så snart dette vannet er mineralisert;
• systemer (rør, siler, pumper, ventiler, tanker, filtre, sifoner, sensorer osv.) for transport av vandige væsker eller av organisk opprinnelse rik på mineraler eller organiske partikler eller næringsstoffer som kan mate bakterier som er i stand til å danne biofilm og / eller innkapsling ;
• kjeler og varmevekslersystemer , når de involverer mineralisert vann (oppvarming og koking av slikt vann forårsaker avleiring av skalaen , noe som er problematisk i vekslere eller geotermiske installasjoner for transport av kalorier med mineralisert og veldig varmt vann og / eller under høyt trykk  ;
• den fraktureringsfluidet (for eksempel i tilfelle av oljeboring eller dyp gass, eller geotermisk boring av dype ...);
• filtreringsanlegg (som vi er i ferd med å gjøre "selvrensende" eller enklere rengjøring så langt som mulig, alternativt være fullstendig endring av filteret når det er skalert opp);
• industrielle eller husholdningsprosesser ved bruk av perkolering og / eller fordampning eller sublimering av vann eller skaleringsvæsker;

Forebygging eller bedre styring av skalering tillater forbedret og mer bærekraftig drift av de aktuelle systemene og utstyret, generelt med betydelige økonomiske besparelser. Noen effektive kortsiktige løsninger (f.eks. Demineralisering av vann med " mykner " eller rengjøring med syre og biocider ) kan også nedbryte metalldelene til en installasjon (eller andre materialer som er følsomme for syrer) eller til og med fremme mer motstandsdyktige biofilmer.

Med den tekniske utviklingen innen dypboring, står operatører som arbeider på flere kilometer dyp overfor væsker som er mye tettere, varmere, mer etsende og rikere på uønskede stoffer (kvikksølv, arsen, radionuklider, gass eller oppløste kondensater osv. .) så vel som ved høyere trykk. I tillegg, ved temperaturer som noen ganger overstiger 200  ° C , fungerer ikke sensorene som er tilgjengelige på markedet lenger, og visse risikoer må derfor styres blindt fra overflaten, på grunnlag av modellering og analyse av den stigende væsken og med litt forsinkelse og noe upresisjon. I noen tilfeller er det en risiko for "  sprengning  ".

Nyere arbeid har vist at i Alsace på en dybde på 5000  m , er en del av de naturlige forholdene (temperatur, trykk, mineralisering av væsker) for krystallisering av karbonater og til og med kvarts som danner venene og inneslutningene observert i dyp naturlig bergart. (Her “  Soultz granitt ”) er identiske med de som er satt opp av en dyp geotermisk installasjon; “Formasjonstemperaturene til kvarts og ankeritt er lik temperaturen som for øyeblikket er registrert i borehullet. Karbonater og kvarts utfalt derfor under de samme forholdene, som virker generelle på skalaen til stedet for de forskjellige forandringsfasiene til granitten og formes absolutt fremdeles i dag. Dataene som er innhentet antyder at væsken sirkulerer pulserende ” .

Sikkerhetsproblemer

Selv når vannet er veldig svakt mineralisert, i visse følsomme installasjoner (for eksempel varmeveksler ved bruk av damp for eksempel), kan lav skalering raskt forringe ytelsen til installasjonen og dens funksjon, noen ganger med direkte innvirkning på sikkerheten. Installasjoner).

Av disse grunner prøver vi å modellere disse fenomenene bedre og bedre forstå rollen som biofilmer og veggene (som skalaen holder seg mer eller mindre til) eller turbulens spiller.

• I kjernefysisk sektor er for eksempel skalering av rør eller ventiler uforenlig med sikkerhet.

• Det samme gjelder dyp olje- og gassboring .
  Selvskalering ( "selvskalering" for engelsktalende) av brønner, rør og sikkerhetsventiler er vanlig og ofte der. Imidlertid utgjør det svært forverrede problemer under utnyttelse av såkalte ekstreme olje- eller gassfelt (eller "HP / HT" , det vil si ved høyt trykk og høy temperatur av to grunner;
  1 °) fordi trykkendringene ( kilde ved mer enn 1000 bar generelt) og temperatur (kilde ved ca. 200  ° C for eksempel) fremmer raskere krystallisering av salter i "skala";
  2 °) fordi saltinnholdet i væsker ofte er høyere på disse dypene. For eksempel nærmer den seg 300,0  g per liter i Elgin-reservoaret ( Nordsjøen ), eller mer enn 8,5 ganger mer salter enn i sjøvann).
  Dette problemet må påregnes og håndteres riktig fordi skalering av sikkerhetssystemer, juletre eller ventiler bringer sikkerheten til hele installasjonen i fare . Selvskalering kan også forårsake kostbare fall i utbyttet, eller til og med produksjonsstopp eller forsinkelser, og krever ofte kostbar rengjøring eller foryngelse av brønnen.
  Brønner gravd i dype borehull kan støte på lommer med sterkt mineralisert vann (hypersalin) og uventede mineraler som gir skala som er motstandsdyktig mot vanlige behandlinger. Dermed hadde de forberedende studiene for utnyttelse av det dype olje- og gassfeltet i Elgin-Franklin (i utnyttelse siden 2001) vurdert denne risikoen som lav for kalsiumkarbonatinnkapslingen i brønnens øvre rør (på grunn av den lave forventet vann; mindre enn 100 m3 / dag i henhold til prognoser). Det var heller NaCl som bekymret ingeniørene, fordi den kunne krystallisere seg både i den øvre delen av brønnen og i bunnen, og fra starten av brønnen på tidspunktet for dekompresjon og fordampning av hypersalinvann som var tilstede i de små reservoarene. oppstrøms Fulmar og Pentland (estimert starttemperatur: 200  ° C og trykk på 1100 bar). I virkeligheten inneholder skalaen også blysulfid og sinksulfid importert med gass og oljekondensat. Disse to metallene og deres sulfider har raskt blitt en bekymring i visse HP / HT-gassfelt. I midten av 2002 ble de første hindringene ved skalering (a priori hovedsakelig forårsaket av kalsiumkarbonat ( CaVSO 3) og salt (NaCl)) dukket opp på bunnen av flere Total dype brønner, noe som førte til et gradvis fall i produksjonen. Og bly- og sinksulfidinnhegning ble identifisert på overflaten på brønn G6 på Elgin-Franklin-plattformen på nivået med en sikkerhetsventil som er viktig for kontrollen av brønnen (overflatestyrt underjordisk sikkerhetsventil eller "SCSSV") oppstrøms jul. tree , den viktigste sikkerhetsinnretningen, som innebærer stenging av ventilen i 2004 fram til implementeringen av et "passende sanitær- og forebyggingsprogram" .
  Test av korrosjon og rengjøringstester av disse saltene (inkludert oppløsning) utført av Total i laboratoriet viste at disse saltene hemmer brønnens produktivitet. Forskjellige væsker ble valgt for å rengjøre bunnen av brønnen og SCSSV-ventilen; Syrerengjøring av brønnbunnen har vist seg å være effektiv for å øke brønnproduktiviteten. Og den øvre delen av "  ferdigstillelse  " av G6-brønnen ble i midten av 2005 frigjort av skalaen ved hjelp av en " spiralrør " som var i stand til å trenge gjennom rørene ved å rengjøre dem, noe som gjorde det mulig å gjenopprette integriteten av SCSSV-ventilen I dette tilfellet ble en komparativ analyse ( benchmarking ) av hemmere av kjemisk skala produsert av fire leverandører utført av et uavhengig laboratorium i mer enn to år, under anaerobe forhold . Skala ble beholdt og brukt av Total, men gruppens ingeniører estimerte i 2007 at fremdeles måtte gjøres for å forhindre ”  eksotisk skala  ” som kunne dannes i ekstrem boring.

Skalering i dype brønner kan oppdages ved målinger av trykkfall ved brønnhodet (trykk, fall i strømningshastigheter) og ved in-situ dimensjonale kontroller (grundig måling av kolonnens indre diametre) utført ved å logge spesifikk

Helseproblemer

I noen tilfeller, i gamle hjem i regioner der vannet er veldig "hardt" (fattige land eller regioner osv.), Reduserer skalering kraftig strømningshastigheten eller tetter rørene. Tilgang til drikkevann kan da reduseres eller gjøres umulig (med økt risiko for dehydrering , forgiftning og vannbårne sykdommer (når dårlig lagret regnvann eller forurenset vann brukes osv.)) I vanskeligstilte befolkninger.

Hvis skalering er indusert av biofilmer som består av klorresistente bakterier eller som har blitt resistente mot andre desinfeksjonsmidler, og hvis sistnevnte er patogene, kan de være kilder til nosokomiale sykdommer indusert av antibiotikaresistente bakterier .
Hvis disse bakteriene ikke er patogene, men har blitt resistente mot visse biocider, i visse sammenhenger, kan de overføre sine resistente gener til andre bakterier, muligens mer uønskede.

Se også

Relaterte artikler

• Mineralsalter
• Mineral
• Vannhardhet
• Biofilm
• Fouling
• Piping
• Dental tannstein
• Skalering (dental)
• Skala

Referanser

1. Jean Aubouin, Michel Dubois, Béatrice Ledésert, Jean-Luc Potdevin, Sébastien Vançon (2000), Bestemmelse av karbonatutfellingsforholdene i en endringssone av Soultz-granitt (kjeller i den renske grøften, Frankrike): opptaket av inneslutningsfluider Bestemmelse av dannelsesbetingelsene for karbonater i en endringssone av Soultz-sous-Forêts-granitt (Rhine Graben): væskeinkluderingsregisteret  ; Geodynamikk / Geodynamikk; Regnskap fra Académie des Sciences - Series IIA - Earth and Planetary Science; Volum 331, utgave 4, august 2000, sider 303–309
2. Barsamian, HR og YA Hassan, 1996. Stor virvel-simulering av rørbuntgeometrier ved hjelp av den dynamiske skalemodellen. Thermal Science of Advanced Steam Generators / Heat Exchangers, ASME NE-Vol. 19, s.  49-56 .
3. Zaragola, MV og AJ Smits, 1998. Gjennomsnittlig strømningsskalering av turbulent rørføring. J. Fluid Mech., 373, s.  33-79 .
4. DM McEligot og GE McCreery Scaling Studies and Conceptual Experiment Designs for NGNP CFD Assessment  ; Idaho National Engineering and Environmental Laboratory, Bechtel BWXT Idaho, LLC; ref: INEEL / EXT-04-02502 (studie bestilt av US Department of Energy og US Department of Energy Office of Nuclear Energy, Science and Technology); publisert 2004-11-30. 79 sider
5. K. Orski, B. Grimbert, C. Menezes & E. Quin (2007), Fighting Lead and Zinc Sulphide Scales on a North Sea HP / HT Field; Total E&P UK Ltd. ; European Formation Damage Conference, 30. mai - 1. juni 2007, Scheveningen, Nederland; ( ISBN  978-1-55563-160-4 ) Society of Petroleum Engineer ( sammendrag ); “Bly og sinksulfider hadde ikke blitt forutsagt under de første skaleringsstudiene. Mens flere publikasjoner nevner disse på HP / HT-felt, er det lite informasjon tilgjengelig om nedhullsinhibitor-klemme .
6. Stéphane Sainson, korrosjonslogger. Datainnsamling og tolkning . Ed. Lavoisier. 2010. ( ISBN  978-2743012014 ) . 547 s.