براءة اختراع لأرامكو السعودية لدمج المواد اللامعدنية وتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد

في ابتكار فريد من نوعه، تمكن المهندسون في إدارة الخدمات الاستشارية، من حل مشكلة التآكل المزمنة بفعل مياه البحر، وذلك بدمج المواد اللامعدنية وتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، مما قد يوفر للشركة ما يقارب 16 مليون دولار على مدى عشرين عامًا.

تكمن المشكلة في نظام الترشيح في محطة مياه البحر في القُرية حيث يحدث التآكل في الأنابيب الداخلية للمرشحات الرملية وأنابيب الترشيح الجانبية (أنابيب جانبية أفقية صغيرة)- وهذا التآكل يعني دخول الرمال إلى شبكة حقن مياه البحار. حيث أثر دخول الرمال على عمل المرشح ونظام منع التآكل مما أدى إلى تعطيل النظام بصور متكررة لإصلاح التسربات.

وعجزت التقنيات التقليدية لإنتاج المواد اللامعدنية عن إنتاج أنابيب ترشيح جانبية أو عمل شقوق مباعدة جانبية نظرًا لأنها تُقاس بالميكرومترات (مليون جزء من المتر ومتناهية الصغر في حجمها).

التفكير المبتكر

أصبحت المواد اللامعدنية هي المواد المفضل استخدامها في تطبيقات مختلفة نظرًا لما تتميز به من خواص مقاومة للتآكل وقدرتها الوظيفية وتنوع استخداماتها، كما تسمح الطباعة ثلاثية الأبعاد التي تستخدم المواد اللامعدنية بطباعة تصاميم فريدة وتقدم مرونة من المستحيل على الطرق التقليدية تقديمها سواء من الناحية العملية أو النظرية.

كان الحل هو مادة مزيج من البولي كربونات ومادة بوليمرية من أكريلونتريل بوتادين ستايرين المناسبة للطباعة ثلاثية الأبعاد والمتوافقة من الناحية الميكانيكية مع شروط تشغيل نظام ترشيح مياه البحر في ظروف مسببة للتآكل.

واستطاع المهندسون صناعة أنابيب ترشيح جانبية من مواد لامعدنية بالطباعة ثلاثية الأبعاد بفتحات ثقوب شديدة الدقة بلغ قطرها 150 ميكرون. وعلى وجه المقارنة، يبلغ قطر شعرة الإنسان ما بين 40 إلى 90 ميكرون.

وبالاستفادة من مفهوم الهندسة العكسية الدقيقة للأنابيب الجانبية المثقبة الفولاذية، تم عمل نموذج ثلاثي الأبعاد وتحليله باستخدام تحليل الجزيئات المحددة للتأكد من ثبات الهيكل التركيبي.

وفورات ضخمة

تم فحص أبعاد النموذج الأولي وقورنت مؤشراته الخاصة بتدفق السوائل مع مؤشرات أنابيب الترشيح الجانبية المصنوعة من المعدن بإجراء اختبار ضمان التدفق. بعد نجاح المرحلة الهندسية، طُبع 90 أنبوب ترشيح جانبي بالطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام 20 طابعة في إحدى المرافق التجارية المحلية.

ويتوقع من المواد اللامعدنية بفعل قدرتها الممتازة على مقاومة التآكل، مقترنة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، توفير طريقة اقتصادية التكاليف لإنتاج أنابيب الترشيح الجانبية. سيوفر الاستخدام واسع النطاق لهذه التقنية في المرشحات الرملية المتبقية ما لا يقل عن 20 عامًا من الخدمة مع توفير متوقع للتكاليف يبلغ أكثر من 16 مليون دولار.

براءة اختراع

أسفر هذا الجهد التعاوني بين إدارة حقن مياه البحر، وإدارة الخدمات الاستشارية، عن حماية للملكية الفكرية بالحصول على براءة اختراع مسجلة في مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي.

يجرى تعزيز قدرات أرامكو السعودية في الطباعة ثلاثية الأبعاد داخل الشركة لتمكين طباعة الكمية المتبقية المطلوبة من أنابيب الترشيح الجانبية للمحطة. وستمهد هذه المبادرة الطريق لمزيد من فرص استخدام هذا التصميم الحاصل على براءة اختراع والتسويق لهذه التقنية على المستوى الدولي. واستطاعت هذه الفكرة الإبداعية التي دمجت أحدث التقنيات المضافة التصنيعية للطباعة ثلاثية الأبعاد مع المواد اللامعدنية، حل مشكلة التآكل المزمنة وأدت إلى وفورات جوهرية في تكاليف دورة الحياة.

يُذكر أن محطة القُرية التي تقع على ساحل الخليج العربي، تعالج ماء البحر الذي يُنقل بعد ذلك بالأنابيب إلى الحقول الجنوبية حيث يُحقن في الأرض للمساعدة على دفع النفط للخروج لسطح الأرض. ويحل ماء البحر المحقون محل النفط المستخرج من المكمن.

وصف الصورة أعلى الصفحة: يُتوقع من المواد اللامعدنية بفعل قدرتها الممتازة على مقاومة التآكل، مقترنة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، توفير طريقة اقتصادية التكاليف لإنتاج أنابيب الترشيح الجانبية.