BRPI0609145A2 - aparelho para filtragem de material, método de filtrar material contendo sólidos e fluido - Google Patents
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Abstract
APARELHO PARA FILTRAGEM DE MATERIAL, MéTODO DE FILTRAR MATERIAL CONTENDO SóLIDOS E FLUIDO. A presente invenção descreve um aparelho e um método de filtrar um material contendo um sólido e fluido, onde o material é colocado em um lado superior de um elemento de filtragem (3, 5), o material sendo pelo menos influenciado por vibrações produzidas por pelo menos uma fonte de som acústico (11), no qual pelo menos uma fonte de som acústico (11) é preparada para transmitir ondas de pressão para pelo menos uma porção de um lado inferior do elemento de filtragem.
Description
APARELHO PARA FILTRAGEM DE MATERIAL, MÉTODO DE FILTRAR MATERIAL CONTENDO SÓLIDOS E FLUIDO
A presente invenção considera um aparelho para peneirar. Mais particularmente, ela considera um aparelho e um método para peneirar ou filtrar um material tal como, mas não limitado a, um fluido de perfuração contendo lama de perfuração e partículas de perfuração ou cascalho de perfuração.
A separação de sólidos dos fluxos de fluidos pela passagem de um fluido através de uma filtração ou dispositivo de filtragem tendo perfurações de um tamanho que retenha os sólidos na superfície do filtro em vez de passá-los através dele, é uma tecnologia bem conhecida. Alguns fluxos de fluidos contêm outras substâncias que fazem sólidos se aglomerarem ou aderirem um ao outro ou a uma superfície de filtro, o que resulta na formação de pontes através das aberturas do filtro e entupimento do filtro. Estes problemas freqüentemente ocorrem durante a perfuração de poços, onde um fluido ou lama de perfuração circula dentro do poço.
Durante a perfuração, fluidos de perfuração circulam continuamente entre o furo do poço e a superfície para remover as partículas de perfuração, também chamadas de cascalhos de perfuração, da broca de perfuração. Os cascalhos de perfuração são carregados para a superfície pela lama de perfuração, onde ele é separado da lama de perfuração. A lama de perfuração é então recirculada dentro do poço, para a operação de perfuração. A lama de perfuração é dispendiosa, entre outras coisas, e é portanto desejável reutilizá-la tanto quanto possível. A lama de perfuração é mantida tão limpa e livre de contaminantes, tais como cascalhos de perfuração e matéria estranha, quanto possível. A lama de perfuração é tipicamente limpa por uma sucessão de equipamentos de vários tipos, incluindo dispositivos de filtragem vibratória geralmente chamados de "peneira vibratória'.
Quando perfurando através de seções de formações dearenito, normalmente é usado um fluido de perfuração com uma viscosidade tão alta que as peneiras vibratórias convencionais não conseguem fornecer força gravitacionai suficiente para separar a lama de perfuração dos sólidos. Isto ocorre, entre outras coisas, por que a ligação entre a lama de perfuração e os sólidos, e entre a lama de perfuração e o tecido do filtro no aparelho para peneirar, é muito forte.
Foi descoberto que oscilações de alta freqüência transmitidas para o tecido do filtro e para os materiais de perfuração conseguem separação muito mais eficiente da lama de perfuração e dos cascalhos de perfuração, e da lama de perfuração e do tecido do filtro. Além do mais, foi descoberto que tais oscilações de alta freqüência podem ser geradas por uma ou mais fontes de som acústicas tais como, mas não limitado a, uma fonte ultra-sônica.
Da patente Canadense CA 2 421 224 Al conhece um dispositivo de filtragem que transmite vibrações acústicas para o fluido a ser filtrado, de uma ou mais fontes ultra-sônicas. Na referida patente, a fonte ultra-sônica está localizada em um lado superior do fluido a ser filtrado. -
Há várias desvantagens associadas à técnica anterior acima.
A fonte de ultra-som da CA 2 421 224 Al transmite pulsos para o material a ser filtrado, e não para o tecido do filtro no qual o material foi colocado. Isto significa que o tecido do filtro é em uma grande extensão "isolado' das fontes de ultra-som, e torna-se mais difícil quebrar a ligação entre o tecido do filtro e o fluido. Também, as fontes de ultra-som têm um grau muito maior de contato com as partículas do material, o que pode resultar em mais desgaste nas fontes de ultra-som desprotegidas.
Peneiras vibratórias convencionais nas quais o material a ser filtrado é conduzido através de um tecido do filtro rigidamente montado em uma armação vibrada por meio de, por exemplo, um peso aglutinado descentrado, são muito ruidosas etambém transferem vibrações substanciais para a base do dispositivo. Como o efeito de filtragem é conseguido pelo movimento do tecido do filtro relativo ao material que vai ser filtrado em ambos os planos horizontal e vertical, o tecido do filtro está sujeito a desgaste pesado, assim requerendo substituição freqüente. Esta substituição do tecido do filtro é uma operação relativamente consumidora de tempo. Se não há dispositivos de filtragem alternativos disponíveis o material a ser filtrado deve ser colocado em um depósito intermediário enquanto a substituição está sendo feita.
Ao filtrar o fluido de perfuração de um poço de petróleo, haverá uma evaporação de substâncias que são prejudiciais à saúde e ao meio ambiente. Ao usar peneiras vibratórias, esta evaporação ocorrerá nos arredores imediatos da peneira, já que é impraticável encerrar o dispositivo. Deste modo, funcionários requisitados para.trabalhar perto do dispositivo de filtragem podem ser expostos a vapores perigosos.
O objetivo desta invenção é eliminar ou pelo menos reduzir uma ou mais desvantagens da técnica anterior.
O objetivo é alcançado pelas características especificadas na descrição abaixo e nas seguintes reivindicações.
Indicações posicionais na presente invenção, tais como superior e inferior, base e topo ou horizontal e vertical, denotam a posição do aparelho nos desenhos seguintes, que é também uma posição de operação prática, necessária ou natural.
Em um aspecto a presente invenção é constituída por um aparelho para peneirar ou filtrar um material contendo frações de um sólido e fluido, onde o material é colocado em um lado superior do elemento de filtragem, o material pelo menos sendo afetado por vibrações geradas por pelo menos uma fonte de som acústico, na qual a fonte de som acústico é preparada para transmitir ondas de pressão para uma porção deum lado inferior do elemento de filtragem- Neste contexto, xlado inferior' significa aquele lado do elemento de filtragem que está oposto ao lado que carrega o material que está sendo filtrado.
Em uma modalidade preferida, a fonte de som acústico é disposta em um recipiente enchido com um fluido. Isto tem várias vantagens. Primeiramente, as ondas de pressão geradas por pelo menos uma fonte de som acústico serão transferidas para o fluido no recipiente e, então propagadas através do fluido fornecendo uma área maior de contato com o lado inferior do elemento de filtragem e o material no elemento de filtragem, deste modo possivelmente fornecendo uma maior eficiência de filtragem. Secundariamente, um controle de temperatura aperfeiçoado das fontes de som acústico pode ser alcançado. Uma fonte de som acústico tal como, mas não limitado a, uma fonte de ultra-som gera uma quantidade considerável de calor. A colocação da fonte de som em um recipiente de fluido que é continuamente substituído com fluido separado do material que está sendo filtrado fará o fluido esfriar a fonte de som. Na eventualidade de uma interrupção de suprimento de fluido causada, por exemplo, por uma interrupção de suprimento de material para o tecido do filtro, os controles podem, por exemplo desligar o suprimento de força para a fonte de som e/ou indicar que o processo de filtragem tornou-se instável.
Para conseguir a melhor transmissão possivel das ondas de pressão geradas pela fonte de som, pelo menos uma porção do elemento de filtragem está em uma modalidade preferida em contato com o fluido.
Em uma modalidade o elemento de filtragem é constituído por pelo menos uma correia sem-fim organizado de uma maneira que é conhecido por si, para girar ao redor de pelo menos dois cilindros ou tambores organizados essencialmente em paralelo e com espaço mútuo. Preferencialmente, as porções finais dos cilindros são acopladas com um dispositivo de tensionamento de filtragem que é conhecido por si, e que épreparado para ajustar o espaço entre os cilindros para fornecer ajuste seletivo da tensão no elemento de filtragem. Em uma modalidade preferida o aparelho para peneirar é adicionalmente dotado de um elemento de filtragem fixo preparado para receber fluido de perfuração, começar o processo de filtragem e transferir o material para o referido elemento de filtragem sem-fim para filtragem adicional,
Um arranjo de . acionamento que é conhecido por si é conectado a pelo menos um dos cilindros para girá-lo e por meio dele o elemento de filtragem.
Em uma modalidade preferida dois ou mais aparelhos são arranjados para serem colocados de modo que pelo menos parcialmente sobreponham-se no plano vertical. Em tal modalidade, cada aparelho pode vantajosamente e de um modoque é conhecido por si, ser dotado de elementos de filtragem tendo aberturas ou tamanhos de rede diferentes, as aberturas do elemento de filtragem para um aparelho para peneirar inferior sendo menores do que as aberturas do elemento de filtragem para um aparelho para peneirar superior. Em uma modalidade o aparelho é adicionalmente dotado de
pelo menos um oscilador que é conhecido por si, e que é preferencialmente colocado em contato com uma porção do elemento de filtragem e é arranjado para transmitir oscilações para uma porção de um lado inferior do elemento de
filtragem. Testes mostraram que pelo menos um oscilador é efetivo na liberação de liquido que não foi liberado do elemento de filtragem pela fonte de som acústico, e que ainda está localizado no elemento de filtragem.
Em uma modalidade preferida o aparelho para peneirar é dotado de um aparelho de limpeza preparado para soltar partículas que não caiam do elemento de filtragem quando sujeitas somente a forças gravitacionais. Em uma modalidade o aparelho de limpeza compreende bocais dos quais é solto um jato fluido que é dirigido através do elemento de filtragem, preferencialmente quando este está entre e dentro de uma porção inferior dos referidos cilindros.Em uma modalidade, o aparelho para peneirar é dotado de um invólucro de vedação que fornece a possibilidade de controlar a evaporação que ocorrerá do material transportado através do aparelho para peneirar. Em uma modalidade preferida, pressão negativa é criada no invólucro através do uso da sucção, que elimina essencialmente o problema da exposição de funcionários a vapores desvantajosos em relação à saúde.
A seguir é descrito um exemplo não limitador de uma modalidade preferida ilustrada nos desenhos que a acompanham, nos quais partes similares ou equivalentes são indicadas pelo mesmo número de referência, e nos quais:
A figura 1 é uma vista em seção transversal através de um plano vertical de um aparelho para peneirar de acordo com a presente invenção.
A figura 2 é uma vista superior do aparelho de acordo com a presente invenção.
A figura 3 é uma vista parcialmente seccionada do aparelho de acordo com a presente invenção.
A figura 4 é uma vista em perspectiva de uma porção C do aparelho para peneirar na Figura 3, em uma escala maior.
A figura 5 é uma vista em perspectiva de uma porção D do aparelho para peneirar na figura 3, em uma escala maior.
Nas figuras, o número de referência 1 indica um aparelho para peneirar preparado para separar por exemplo partículas de perfuração da lama de perfuração, e que inclui dois conjuntos de dispositivos de filtragem 2, cada qual constituído por um tecido de filtragem de entrada, fixo 3 e um tecido de filtragem sem-fim 5. Os dois dispositivos de filtragem 2 são dispostos um sobre o outro. Cada tecido de filtragem 5 é montado entre um primeiro tambor 7 e um segundo tambor 9. Embaixo de uma seção de cada tecido de filtragem 3,5 há fontes de ultra-som 11 dispostas em recipientes 13 e 15, respectivamente.
Uma pessoa versada na técnica notará que o aparelho 1 das modalidades está ilustrado somente por desenhosesquemáticos, e que o aparelho em uma situação de operação deve ser conectado a um sistema de controle e a um suprimento de força que são conhecidos por si. Embora o aparelho 1 seja mostrado como tendo dois dispositivos de filtragem 2, entende-se que aquele aparelho igualmente pode compreender um dispositivo de filtragem ou três ou mais dispositivos de filtragem. Do mesmo modo, entende-se que um ou mais tecidos de filtragem sem-fim 5 podem ser substituídos por elementos de filtragem fixos, através dos quais o material a ser filtrado é transportado por meios mecânicos (não-mostrado) ou pela gravidade.
As figuras 1 e 3 mostram uma vista lateral e uma vista parcialmente seccionada, respectivamente, de um aparelho 1 em uma configuração na qual o tecido de filtragem de entrada, fixo 3 é preparado para receber material contendo lama de perfuração e partículas de perfuração, e separar pelo menos alguma lama de perfuração .das.partículas de perfuração. Isto é conseguido pelas fontes de ultra-som 11, que são dispostas no recipiente 13 (veja Figura 5), gerando pulsos acústicos que são transmitidos para o tecido de filtragem de entrada 3 e o material. Testes mostraram que nesta configuração, os pulsos acústicos são altamente eficazes na separação da lama de perfuração de sólidos, e que uma peneira vibratória convencional equivalente teria que gerar forças gravitacionais da ordem de 20G, o que é aproximadamente quatro vezes maior do que aquela que é possível através do uso de peneiras vibratórias convencionais. Assim, os pulsos acústicos agindo no tecido de filtragem 3, são altamente eficazes quando vêm a se quebrar os elos entre a lama de perfuração e partículas de perfuração, e lama de perfuração e o tecido de filtragem 3. A lama de perfuração que é liberada do material no tecido de filtragem 3 e escoa através deste, é coletada por uma bandeja coletora 17 disposta no lado inferior do tecido de filtragem de entrada 3, e que direciona a lama de perfuração separada para tratamento adicional (não-mostrado) do lado de fora do aparelho parapeneirar 1. O material de perfuração é transportado para frente através do tecido de filtragem sem-fim 5, agora com um conteúdo reduzido de lama de perfuração devido à passagem pelo tecido de filtragem de entrada 3. Em uma seção perto do primeiro tambor 7 fontes ultra-sônicas 11 são fornecidas em um recipiente 15. As fontes de ultra-som geram pulsos acústicos que agem no tecido de filtragem 5 e no material de perfuração, fazendo partes substanciais da lama de perfuração ainda retida ao material de perfuração recebido no tecido de filtragem 5 serem liberadas das partículas do material de perfuração, e escoarem através do tecido de filtragem 5 e serem colhidas em uma bandeja coletora 17', para serem retiradas do aparelho para peneirar 1 para tratamento adicional. O material de perfuração transportado no tecido de filtragem do primeiro tambor 7 para o segundo tambor 9 cai do tecido de filtragem 5 no segundo tambor 9, e é retirado do aparelho para peneirar 1 via uma bandeja de descarga 19 e subseqüente coleta para transporte para eliminação em terra.
Como é visto melhor nas Figuras 4 e 5, as fontes de ultra-som dispostas tanto embaixo do tecido de filtragem 3 como do tecido de filtragem 5 são colocadas em recipientes abertos 13 e 15, respectivamente. O propósito disto é encher os recipientes com lama de perfuração separada do material de perfuração. Isto tem pelo menos duas vantagens visíveis: primeiramente, transmitir os pulsos das fontes de ultra-som 11 por via da lama de perfuração para os tecidos de filtragem 3,5 provou ser eficiente. Secundariamente, a lama de perfuração fluindo continuamente dentro dos recipientes 13, 15 durante o processo de peneiração oferece esfriamento das fontes de ultra-som 11. Isto oferece uma boa oportunidade para controlar o processo; se o suprimento do material de perfuração for reduzido ou interrompido, a substituição da lama de perfuração refrigerante nos recipientes 13, 15, será reduzida ou interrompida, e conseqüentemente a temperatura da lama de perfuração nos recipientes 13, 15, aumentará. Ao usar um sensor e sistema de alerta que são conhecidos por si, atemperatura da lama de perfuração nos recipientes 13,15 pode desempenhar uma parte importante no monitoramento e controle do processo de peneiração.
A Figura 4 também mostra dois rolos de nivelamento 16 dispostos rotativamente no recipiente 15. Em uma modalidade preferida, os rolos de nivelamento são montados rotativamente (não-mostrado) em relação a duas paredes laterais do recipiente 15 e têm os seguintes propósitos: atuar como uma vedação de liquido para liquido entre os rolos 16, fornecer uma distância controlada entre o lado inferior do tecido de filtragem 5 e as fontes de ultra-som 11, e absorver qualquer carga irregular no tecido de filtragem 5.
Embora as figuras mostrem somente dois recipientes 13, 15 com fontes ultra-som 11 para cada conjunto de dispositivos de filtragem 2, entende-se que a presente invenção também inclua o uso de um outro número que não seja o número dos recipientes 13,15 com fontes ,de ultra-som 11 mostradas.
Na Figura 1 um aparelho de limpeza em forma de bocais de limpeza 20 colocados contra uma porção inferior do tecido de filtragem sem-fim 5, é indicado. O propósito dos bocais é direcionar um jato de fluido, preferencialmente ar, através de uma porção do tecido de filtragem 5 para liberar material na forma de partículas que tenha ficado preso ao tecido de filtragem 5. O uso de tais bocais de limpeza permitirá que o tecido de filtragem 5 mantenha sua capacidade de filtragem no maior grau possível. Isto não será mais discutido na presente invenção, já que o aparelho necessário para fornecer tais bocais de limpeza 20 será conhecido pela pessoa versada na técnica.
Material de perfuração a partir da perfuração de um poço de petróleo pode conter substâncias que são perigosas para a saúde de uma pessoa. Algumas dessas substâncias são liberadas do material de perfuração durante o processo de peneiração. Uma grande vantagem do aparelho para peneirar 1 de acordo com a presente invenção é o fato de que o aparelho pode ser encerrado, permitindo que gases e vapores liberados durante oprocesso de peneiração sejam coletados de uma maneira controlada, por exemplo, pelo uso de pressão negativa, e escoados do aparelho para peneirar para tratamento adicional ou liberados na atmosfera, longe, dos funcionários. A configuração de um sistema de ventilação de pressão negativa 12 tal qual indicado na Figura 1 será conhecido por uma pessoa versada na técnica, e como tal não será discutido em maiores detalhes na presente invenção.
A Figura 2 mostra uma vista superior do aparelho 1. A vista mostra uma das placas laterais 22, afastada a uma distância do aparelho 1, que será necessária quando executar por exemplo manutenção ou substituição do tecido de filtragem 5. A Figura 2 também mostra um motor de acionamento 24 conectado a um primeiro tambor 7. O motor de acionamento 24 pode ser qualquer motor eletricamente, hidraulicamente ou pneumaticamente acionado. Um dispositivo de tensionamento 26 para ajustar o espaço entre o . primeiro 7 e segundo 9 tambores, e conseqüentemente a montagem do tecido de filtragem 5, é disposto em cada uma das placas laterais 22.A presente invenção como descrita acima oferece grandes
vantagens sobre os dispositivos de filtragem conhecidos. As vantagens estão relacionadas ambas a capacidade do aparelho para peneirar 1 em termos de separação de liquido de sólidos, e aspectos ambientais relacionados a vibrações, ruido e remoção de gases nocivos liberados do fluido de perfuração durante o processo de limpeza no aparelho para peneirar 1. Testes mostraram um aparelho para peneirar, de acordo com a presente invenção, como sendo capaz de limpar de 2000-3000 litros de fluido de perfuração por minuto de uma maneira satisfatória, o que está bem além da capacidade de aparelhos para peneirar conhecidos.
Claims (13)
1. Aparelho para filtragem de material, contendo frações de um sólido e fluido, onde o material é colocado em um lado superior de um elemento de filtragem (3, 5), o material pelo menos sendo influenciado por vibrações geradas por pelo menos uma fonte de som acústico (11) preparado para transmitir- ondas de pressão para pelo menos uma porção de um lado inferior do elemento de filtragem (3, 5), caracterizado pelo fato de que pelo menos uma fonte de som acústico (11) é 10 disposta em um recipiente (13, 15) enchido com fluido.
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo uma porção do elemento de filtragem (3, 5) está em contato com o fluido.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, 15 caracterizado pelo fato de que o elemento de filtragemconsiste em pelo menos uma correia sem-fim (5) preparada para . - girar em torno "de pelo menos dois rolos (7, 9) dispostos essencialmente em paralelo e com espaço mútuo.
4. Aparelho, de acordo com qualquer uma das 20 reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que oelemento de filtragem consiste em pelo menos um tecido de filtragem fixo(>) •
5. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que dois ou mais dispositivos de filtragem (2) são preparados para serem colocados de modo que pelo menos parcialmente se sobreponham no plano vertical.
6. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o aparelho é equipado adicionalmente com pelo menos um oscilador colocado em contato com uma porção do elemento de filtragem (3, 5).
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos um oscilador é preparado para transmitir vibrações para um lado inferior do elemento de filtragem (3, 5) .
8. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o aparelho (1) é equipado adicionalmente com um aparelho de limpeza (20) preparado para limpar o elemento de filtragem (5) de material constituído de partículas localizado nele.
9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o aparelho de limpeza inclui pelo menos um. bocal (20) direcionado.a uma porção do elemento de filtragem (5), um jato de fluido descarregando do bocal e sendo dirigido através de pelo menos uma porção do elemento de filtragem (5) quando este está localizado entre e preferencialmente em uma porção inferior dos referidos rolos (7, 9) .
10. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o.aparelho(1) é equipado adicionalmente com um invólucro.
11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o invólucro é conectado a um dispositivo para gerar uma pressão negativa.
12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que pelo menos uma fonte de som acústico (11) é uma fonte de ultra-som.
13. Método de filtrar material contendo sólidos e fluido, onde o material é colocado em um lado superior de um elemento de filtragem (3, 5) , o material pelo menos sendo influenciado por vibrações produzidas por pelo menos uma fonte de som acústico (li) que transmite ondas de pressão, pelo menos para uma porção de um lado inferior do elemento de filtragem (3, 5) , caracterizado pelo fato de que pelo menos uma fonte de som acústico (11) é colocada em um recipiente (13, 15) enchido com um fluido.
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