Investigation of the fundamental assumptions relating compression‐permeability data with filtration

A recently reported investigation indicates several inaccuracies in the methodology of compression-permeability (C-P) testing which suggest that previously reported agreement between C-P and filtration data may be fortuitous. Until now, there has been no separate and direct confirmation of each of the two assumptions necessary to obtain a unique correspondence between C-P and filtration data. The first assumption that the specific filtration resistance is a function solely of cumulative-drag-stress is generally accepted. Direct proof requires that the parabolic filtration equation, which is derived primarily on this assumption, describes both incompressible and compressible cake behavior. Most materials produce compressible cakes and “a priori” screening to find an incompressible cake requires identification of a material (Geon) that produces a cake with a linear axial pressure distribution. Results show that the parabolic filtration equation fits both types of cake behavior but an equation based on constant filtration resistance describes only incompressible cake behavior. To engineering accuracy and for dilute slurries, the assumption is verified. The second assumption that the cumulative-drag-stress equals the cake pressure drop is a macroscopic force balance and experimental verification requires a filter chamber designed to measure both of these quantities. A theoretical development, based on integral averaging, and experimental results both indicate that the ratio of cumulative-drag-stress to cake pressure drop correlates extremely well with cake porosity. A unique one-to-one correspondence between C-P and filtration data is not possible without “a priori” knowledge of filter cake porosity. Previously reported agreement between C-P and filtration data can probably be attributed to the L/D dependence of C-P specific filtration resistances. Consequently, C-P data can be used as a research tool to simulate filtration data but predicted filtration times based solely on C-P data can be in considerable error. Une etude qu'on a presentee recemment signale certaines inexactitudes dans la methodolige des essais de compression et de permeabilite (C-P); elle porte a croire que la concordance qu'on a deja rapportee entre les resultats de C-P et ceux de la filtration pouvait bien ěetre fortuite. On n'a obtenu jusqu'ici aucune confirmation separee et directe des deux suppositions necessaires pour obtenir un rapport unique entre les resultats de C-P et ceux de la filtration. On accepte generalement la premiere supposition a l'effet que la resistance a la filtration est fonction seulement des facteurs cumulatifs contrainte et resistante a la traǐnee. Une preuve directe exige que l'equation parabolique de filtration, qui decoule surtout de ladite supposition, decrive le comportement des blocs (cakes) incompressibles et compressibles. La plupart des materiaux produisent des blocs compressibles, et un triage “a priori” pour trouver un bloc incompressible exige l'identification d'un materiau (Geon) qui produit un bloc avec une distribution lineaire de pression axiale. Les resultats indiquent que l'equation parabolique de filtration s'adapte au comportement des deux types de blocs, mais qu'une equation basee sur une resistance constante a la filtration ne decrit que le comportement du bloc incompressible. La supposition est verifiee a une exactitude technologique et pour les suspensions diluees. La seconde supposition a l'effet que l'ensemble de la resistance a la traǐnee et de la contrainte egale la chute de pression du bloc est un equilibre de forces macroscopiques, et sa verification experimentale exige une chambre de filtration concue pour mesurer ces deux valeurs. Un developpement theorique base sur la moyenne des integrales, et les resultats experimentaux indiquent qu'il y a une correlation extremement bonne entre, d'une part, le rapport entre l'ensemble de la resistance a la traǐnee et de la contrainte et, d'autre part, la porosite du bloc. Il est impossible d'obtenir un rapport unique de 1:1 entre C-P et les resultats de la filtration, a moins qu'on n'ait une connaissance “a priori” de la porosite du filtre-bloc. On peut probablement attribuer, a la dependance du rapport L/D des resistances a la filtration specifique de C-P, la concordance deja rapportes entre C-P et les resultats de la filtration; par consequent, on peut utiliser les resultats relatifs a C-P comme un instrument de recherche pour reproduire les resultats de la filtration, mais il peut se glisser une erreur considerable dans les temps de filtration prevus et bases seulement sur les resultats relatifs a C-P.