BRPI0709969A2 - separador e processo para remoção de sólidos de um lìquido de perfuração, e, uso de um separador - Google Patents

Abstract

SEPARADOR E PROCESSO PARA REMOçãO DE SóLIDOS DE UM LìQUIDO DE PERFURAçãO, E, USO DE UM SEPARADOR A invenção fornece um separador para remoção de sólidos de um líquido de perfuração, o separador compreendendo um decantador de tubo (4) através do qual o líquido de perfuração pode escoar e abaixo do qual um recipiente de coleta de partículas é arranjado para coletar sólidos separados do líquido no decantador de tubo, no qual recipiente de coleta de sólidos é um recipiente transportável que é separado ou separável do decantador de tubo. A invenção ainda fornece um processo para remoção de sólidos de um líquido de perfuração utilizando um separador, em cujo processo um líquido de perfuração que compreende sólidos é colocado para escoar através de um decantador de tubo para permitir aos sólidos decantar, com isto obtendo um líquido de perfuração esgotado de sólidos e uma acumulação de sólidos. A invenção também proporciona a utilização de um separador que compreende um decantador de tubo para remover sólidos de um líquido de perfuração

Description

"SEPARADOR E PROCESSO PARA REMOÇÃO DE SÓLIDOS DE UMLÍQUIDO DE PERFURAÇÃO, E, USO DE UM SEPARADOR"

Campo da invenção

A presente invenção é relativa a um separador para remoçãode sólidos de líquido de perfuração, um processo para remoção de sólidos deum líquido de perfuração, e utilização de um separador que compreendedecantador de tubo para remover sólidos de um líquido de perfuração.

Fundamento da invenção

Ao perfurar um furo de sondagem para o interior da terra,líquidos de perfuração são utilizados para transportar particulados sólidosgerados pelos processos de perfuração, a partir de um local da perfuração furoabaixo até a superfície. Tipicamente, líquido de perfuração é bombeado parabaixo de uma coluna oca de perfuração até uma broca de perfuração. Sólidosparticulados, tais como fragmentos de rocha de perfuração gerados pela brocade perfuração, são suspensos no líquido e escoam para a superfície com olíquido através do espaço anelar ao redor da coluna de perfuração. Nasuperfície ou o líquido e os particulados arrastados devem ser lançados foraou os particulados devem ser separados do líquido para possibilitarrecirculação do líquido. No último caso, os particulados separados devem serlançados fora.

Lançar fora o líquido é muitas vezes uma opção, seja porrazões ambientais ou razões econômicas. Particularmente em áreas dehabitação humana, dano ambiental a partir de lançar fora grandes volumes delíquido que conduzem partículas, é inaceitável. Em adição, em particular, aoutilizar um líquido de perfuração caro, tal como soluções de formiato decálcio, o próprio custo do líquido torna o descarte de modo proibido caro.Uma solução de formiato de cálcio é utilizada ao perfurar através de rochas dedensidade elevada tais como granito, uma vez que partículas de granito sãosuspensas mais facilmente em um líquido de densidade elevada, tal como umasolução de formiato de cálcio.

Separação de partículas de líquidos de perfuração pode serconseguida utilizando grandes tanques ou lagoas de decantação, porém estasopções não podem ser utilizadas se espaço no local de perfuração vale umprêmio. Dispositivos de separação mecanizados, tais como separadorescentrífugos podem ser utilizados, uma vez que eles ocupam espaçorelativamente limitado, porém tais dispositivos são caros e desgastamrapidamente, em particular ao manipular partículas abrasivas e, portanto,requerem manutenção intensiva por pessoal especializado.

Existe uma necessidade de perfurar poços através de rocha dediversos tipos diferentes, em diversas circunstâncias diferentes. A presenteinvenção é particularmente aplicável a circunstância na qual procedimentosonde a perfuração produz líquido de perfuração carregado com partículaspequenas altamente abrasivas e as condições locais restringem o espaçodisponível e o nível de impacto ambiental aceitável. Tais circunstânciaspodem surgir, por exemplo, ao perfurar poços geotérmicos através de rochaígnea, tal como granito, uma vez que granito produz pequenas partículasaltamente abrasivas e poços geotérmicos são muitas vezes desejadosrelativamente próximos a habitações humanas.

Decantadores de tubo são conhecidos e amplamente utilizados,por exemplo, na indústria de água, para clarificar escoamentos de volumerelativamente elevado de água. O termo "decantador de tubo" é utilizadoneste documento para indicar um dispositivo que compreende um feixe detubos que são, durante a operação normal, inclinados com a vertical ehorizontal, e é através dos quais um líquido a ser clarificado escoa para cima,de tal modo que cada tubo atua como um vaso de decantação, e sólidosdecantados escoam para baixo dos tubos, para coleta em uma bacia abaixo dofeixe de tubos. Limpar a lama acumulada na bacia de coleta pode serconseguido, por exemplo, drenando a bacia e cavando a lama. Bacias decoleta, genericamente, são grandes estruturas permanentes, não adequadaspara aplicações onde o local é apenas ocupado de maneira temporária eespaço no local vale um prêmio.

Foi proposto na Patente U.S. Número 6.171.483 utilizar umdecantador de tubo para remover partículas de água do mar em um arranjo deinjeção de água bruta submarina. Partículas separadas acumulam no fundo domar, porém são dispersadas pela turbulência natural. Assim não surge oproblema de remover partículas acumuladas abaixo do decantador de tubo.Sumário da invenção

Existe uma necessidade de fornecer um separador adequadopara a remoção de sólidos de um líquido de perfuração que permita a remoçãoeficiente de sólidos e que possa ser utilizado próximo a habitações humanas.

A presente invenção fornece um separador para a remoção desólidos de líquido de perfuração, o separador compreendendo um decantadorde tubo através do qual o líquido de perfuração pode escoar, e abaixo do qualum recipiente de coleta de partículas é arranjado para coletar sólidosseparados do líquido no decantador de tubo, no qual o recipiente de coleta desólidos é um recipiente transportável, que é separado ou separável dodecantador de tubo.

Uma vantagem do separador de acordo com a invenção é que orecipiente de coleta de sólidos é separado ou separável do decantador de tuboe transportável. Assim possibilitando transporte para fora do local earmazenagem de maneira fácil de sólidos acumulados, evitando a necessidadede grandes instalações de descarte de sólidos no local. Em particular,caçambas industriais padrão podem ser utilizadas como o recipientetransportável.

A presente invenção ainda fornece um processo para remoçãode sólidos de um líquido de perfuração utilizando um separador, em cujoprocesso um líquido de perfuração que compreende sólidos é estabelecidopara escoar através de um decantador de tubo, para permitir que os sólidosdecantem, obtendo com isto um líquido de perfuração esgotado de sólidos euma acumulação de sólidos.

O processo permite a remoção efetiva e contínua no local, desólidos de líquidos de perfuração. Depois da remoção dos sólidos o líquido deperfuração pode ser recirculado para a operação de perfuração.

Uma outra vantagem da invenção é que o decantador de tubonão sofre de desgaste abrasivo comum a processos anteriormente conhecidosque utilizam unidades de hidrociclones.

A presente invenção também é relativa à utilização de umseparador que compreende um decantador de tubo para remover sólidos deum líquido de perfuração.

Os decantadores são simples de operar e de manter, e podemser compactos quando utilizados em aplicações com produção de volumerelativamente baixo de remoção de sólidos de líquidos de perfuração. Osúnicos componentes móveis são bombas simples e válvulas que são fáceis deinstalar e manter em áreas remotas. Todos os componentes são relativamentepequenos, e podem ser facilmente transportados em transporte convencional,com equipamento convencional de manipulação de carga. Todo oequipamento pode ser montado de maneira simples, sem estradas oupavimentos, e fundações caras e que causam perturbação no local não são,portanto, requeridas.Breve descrição dos desenhos

A figura 1 é uma ilustração esquemática de um separador queinclui um decantador de tubo arranjado para depositar sólidos separados emuma caçamba facilmente transportável;

A figura 2 é uma ilustração esquemática do mecanismo deseparação ligado ao decantador de tubo da figura 1;

A figura 3 é uma vista em perspectiva de uma pequena seçãodo interior do decantador de tubo da figura 1, que mostra oito folhascorrugadas superpostas, as folhas adjacentes sendo deslocadas de modo quetubos são definidos entre cada par de folhas adjacentes;

A figura 4 é uma seção transversal através das folhasmostradas na figura 3;

A figura 5 é uma vista esquemática em perspectiva decomponentes que constituem o separador da figura 1, que mostra oscomponentes na posição operacional, com uma seção inferior do decantadorde tubo imersa em líquido de perfuração contido no recipiente de coleta desólidos;

A figura 6 corresponde à vista da figura 5, porém depois que odecantador de tubo tenha sido pivotado para uma posição retraída, e excessode líquido de perfuração tenha sido bombeado para fora do recipiente de coleta de sólidos;

A figura 7 representa de maneira esquemática etapasoperacionais tomadas para comutar o decantador de tubo entre recipientesadjacentes de coleta de sólidos; e

A figura 8 é uma representação esquemática do controleoperacional do separador da figura 1.Descrição detalhada da invenção

O separador de acordo com a presente invenção é umseparador que é adequado para remover sólidos de líquidos, em particular,remover sólidos de líquido de perfuração. O separador compreende umdecantador de tubo através do qual o líquido de perfuração pode escoar. Oseparador ainda compreende um recipiente de coleta de sólidos transportável.O decantador de tubo e o recipiente de coleta de sólidos são separados ouseparáveis, e arranjados de tal modo que o recipiente de coleta de sólidos élocalizado abaixo do decantador de tubo, de modo que ele recebe os sólidosseparados pelo decantador de tubo.O recipiente de coleta de sólidos pode ser um (que é)transportado de maneira independente do decantador de tubo. Assim,caçambas padrão de descarte de rejeitos podem ser utilizadas tanto quantorecipientes de coleta de partículas, quanto recipientes de transporte departículas de uma maneira altamente eficiente, utilizando equipamento demanipulação de caçambas montadas em veiculo padrão.

Preferivelmente o separador ainda compreende um tanque deextração. Referência aqui há um tanque de extração é a um recipiente deseparação primária para remover particulados sólidos grossos e reduzir ocarregamento de sólidos do líquido antes que ele penetre no decantador detubo. O tanque de extração pode ser utilizado para remover sólidos emexcesso para reduzir a acumulação de sólidos no decantador de tubo e reduzirdepósito no decantador de tubo. Além disto, pode ser necessário removerparticulados sólidos grossos que poderiam bloquear o decantador de tubo.

Preferivelmente o recipientes de coleta de sólidos forma otanque de extração. Quando o recipiente de coleta de sólidos forma o tanquede extração, não há necessidade por um recipiente separado adicional a seradicionado ao separador, reduzindo a projeção em planta do separador. Alémdisto, todos os sólidos são coletados no mesmo recipiente.

Preferivelmente o decantador de tubo é deslocável em relaçãoao recipiente, entre uma posição espaçada do recipiente de coleta de sólidos euma posição operacional na qual uma seção inferior do decantador de tubo élocalizada dentro do recipiente de coleta de sólidos abaixo de um nívelhorizontal no qual o recipiente de coleta de sólidos pode ser enchido comlíquido. O decantador de tubo pode ser suportado de maneira pivotante, demodo a ser pivotante entre a posição operacional e uma posição retraída naqual a seção inferior do decantador de tubo é localizada acima de uma bordasuperior do recipiente de coleta de sólidos para possibilitar a passagem daseção inferior sobre aquela borda do recipiente de coleta de sólidos. Odecantador de tubo pode ser suportado de maneira pivotante sobre umaestrutura que é deslocável em relação ao recipiente de coleta de sólidos.

Preferivelmente o decantador de tubo é constituído de umfeixe de tubos inclinados que têm uma entrada para líquido de perfuração emsua extremidade inferior, a qual durante operação normal é imersa em líquidode perfuração, e que têm uma saída em sua extremidade superior que éconectada a uma bomba de líquido, a bomba sendo operável para bombearlíquido para cima nos tubos.

Referência aqui a tubos, é para as passagens tubularesalongadas de qualquer forma geométrica de seção transversal tais como,porém não limitadas a seções transversais conformadas circulares, quadradase/ou triangulares. Preferivelmente o decantador de tubo compreende umarranjo de tubos definido por um conjunto de folhas corrugadas superpostasadjacentes, as folhas sendo deslocadas de modo que tubos são definidos entrecada par adjacente de folhas. A seção transversal e em particular a altura dostubos, é escolhida de tal modo que área superficial suficiente seja fornecidapelo feixe de tubos para sólidos decantarem, porém, também de tal modo queos tubos não sejam bloqueados por sólidos durante operação normal.Dimensões típicas da seção transversal são tais que a seção transversalabrange um círculo que tem um diâmetro na faixa de desde 0,01 até 0,10metros, preferivelmente desde 0,02 até 0,06 metros, em particular 0,04metros.

O feixe de tubos pode ser abrigado dentro de uma carcaça ouqualquer outra configuração adequada. Tal configuração pode melhorar amanipulação do feixe de tubos e aumentar a robustez do decantador de tubo.

Os tubos no feixe de tubos estão em uma posição inclinada emrelação ao eixo horizontal. Referência aqui a posição inclinada é ao ânguloentre o eixo horizontal e o eixo longitudinal dos tubos. Preferivelmente ainclinação de tubo está entre 30 e 60° tal como 45°. A posição inclinada dostubos pode promover as propriedades de auto-limpeza do decantador de tubo.

Preferivelmente uma bomba de escorva é fornecida paraevacuar a extremidade superior do feixe de tubos. Uma válvula de quebra deaspiração pode ser fornecida, a qual, se atuada, abre a seção superior dacarcaça para a atmosfera. Um sensor pode monitorar o teor de partículas delíquido na seção superior da carcaça, para possibilitar a uma unidade decontrole que responde a uma saída do sensor reduzir a vazão de líquidoatravés do decantador de tubo se o teor sensoreado excede um nívelpredeterminado.

Separadores que compreendem um decantador de tubo sãoparticularmente adequados para remover sólidos de líquidos de perfuraçãotais como líquidos de perfuração utilizados para perfurar poços geotérmicos.Como mencionado aqui acima, decantadores de tubo são robustos, nãorequerem talentos operacionais aprimorados, e são fáceis de montar. Alémdisto, tais separadores não sofrem de desgaste abrasivo comum a processospreviamente conhecidos que utilizam unidades de hidrociclones.

Portanto, a presente invenção também pertence à utilização deseparadores que compreendem um decantador de tubo para remover sólidosde um líquido de perfuração.

A invenção ainda proporciona um processo para remoção desólidos de um líquido de perfuração, em particular a um processo que utiliza oseparador de acordo com a invenção. Neste processo, um líquido deperfuração que compreende sólidos é estabelecido para escoar através dodecantador de tubo. Dentro dos tubos do decantador de tubo, sólidos sãodeixados decantar sob gravidade e são depositados no lado de baixo dostubos. Assim é obtido um líquido de perfuração esgotado de sólidos e umaacumulação de sólidos. Devido à posição inclinada dos tubos no feixe detubos, a acumulação de sólidos no lado de baixo do tubo desliza no sentido daextremidade inferior do feixe de tubos.Referência aqui a líquidos de perfuração, é a líquidosutilizados para remover ao mesmo tempo calor e fragmentos de rocha dacabeça de uma perfuração ao perfurar poços. Um exemplo de um líquido deperfuração adequado é uma solução de salmoura aquosa. A solução desalmoura pode ser qualquer solução salina aquosa tal como, por exemplo,água do mar ou solução de formiato de cálcio.

Referência aqui a sólidos, é a qualquer material sólido,tipicamente material particulados sólido, particularmente fragmentos de rochade perfuração tais como, por exemplo, areia, minerais, granito. Tipicamente,os sólidos podem ter um diâmetro de partícula na faixa de desde 1xlO"7 até1x10" m, em particular desde 1x10" até 5x10" m, mais em particular dedesde 5x10"6 até 75x10"6 m, no qual a última faixa é uma faixa que pode sermanipulada de maneira adequada por um decantador de tubo.

Preferivelmente o líquido de perfuração passa através de umtanque de extração antes de escoar através do decantador de tubo. No tanquede extração sólidos em excesso são removidos, em particular particuladossólidos grossos. Será apreciado que a extração requerida está relacionada àconfiguração específica do separador. Tipicamente, ao utilizar líquidos deperfuração, sólidos com um diâmetro de partícula acima de 75x10"6 m sãoremovidos nos tanques de extração.

Preferivelmente a acumulação de sólidos é coletada norecipiente de coleta de sólidos. Coletando os sólidos em um recipiente decoleta de sólidos, os sólidos podem ser removidos do processo e transportadospara fora do local.

Preferivelmente uma pluralidade de recipientes de coleta desólidos é fornecida e o decantador de tubo é alternadamente aplicado aosrecipientes de coleta de sólidos. Os recipientes de coleta de sólidos podem ser,por exemplo,, caçambas industriais padrão. As caçambas são baratas,facilmente disponíveis, e permitem um transporte fácil e barato dos sólidosNo processo de acordo com a presente invenção, um líquido deperfuração é estabelecido para escoar através do decantador de tubo. Olíquido de perfuração pode escoar para cima ou para baixo através dodecantador de tubo. Preferivelmente o líquido de perfuração escoa para cima.Tipicamente, a extremidade inferior do feixe de tubos é imersa no líquido deperfuração que compreende os sólidos, e a extremidade superior do feixe detubos comunica com a bomba de líquido de perfuração, a bomba sendooperável para bombear líquido para fora da extremidade superior do feixe detubos, de tal modo que líquido é feito escoar para cima nos tubos. Os sólidosdecantam sobre o lado de baixo dos tubos no feixe de tubos. Referência aqui adecantação, é ao deslocamento vertical dos sólidos no líquido de perfuração,no sentido do lado de baixo do tubo. A velocidade na qual os sólidosdecantam é, entre outras coisas, influenciada pela temperatura do líquido deperfuração. A temperatura influencia a viscosidade do líquido de perfuração.Preferivelmente o líquido de perfuração tem uma temperatura na faixa dedesde 20 até 90°C. Como uma temperatura elevada tem um efeito positivo naviscosidade, será apreciado que qualquer resfriamento desejado do líquido deperfuração deva ter lugar a jusante do separador.

Será apreciado que a velocidade de escoamento máximapermissível do líquido de perfuração dentro dos tubos está relacionada àvelocidade de decantação das partículas sólidas e ao comprimento dos tubos.Além disto, é preferido que a condição de escoamento do líquido deperfuração dentro dos tubos seja aproximadamente laminar. Preferivelmente avelocidade de escoamento do líquido de perfuração no decantador de tubo éescolhida de tal modo que o Número de Reynolds do líquido de perfuraçãoseja 2000 ou mais baixo, preferível 400, ou mais baixo. Preferivelmente, avelocidade de escoamento do líquido de perfuração no decantador de tubo éescolhida de tal modo que o Número de Froude do líquido de perfuração seja10"-5 ou mais elevado.

Tipicamente, o líquido de perfuração compreende sólidos nafaixa de 0,1 até 5% em volume, com base no líquido de perfuração, emparticular de desde 0,2 até 1,5% em volume, mais em particular de desde 0,5até 1% em volume.

O separador e processos de acordo com a invenção descritosacima, têm diversos aspectos comercialmente atraentes, em particular emaplicações onde é necessário manipular pequenos particulados sólidosaltamente abrasivos como, por exemplo, são gerados ao perfurar granito.

O separador de acordo com a invenção como descrito, se apóiaem uma estrutura vertical no solo para suportar o decantador de tubo em suaposição operacional sobre um recipiente de coleta de sólidos, por exemplo,uma caçamba. Configurações alternativas são possíveis. Por exemplo, odecantador de tubo poderia ser suportado em uma estrutura que pode serarmazenada no terreno porém é levantada por um empilhadeira para repousarsobre as bordas de uma caçamba quando em posição operacional. Admitindoa utilização de caçambas de tamanho padrão e configuração padrão, talabordagem poderia assegurar uma profundidade de penetração predizível dodecantador de tubo na caçamba.

O separador de acordo com a invenção como descrito, se apóiaem aspiração para retirar líquido de perfuração para o interior do decantadorde tubo. Como uma alternativa, seria possível aplicar pressão ao líquido deperfuração no recipiente de coleta de sólidos para forçar líquido de perfuraçãopara cima, para o interior do decantador de tubo. Por exemplo, uma saiainflável flexível poderia ser fornecida ao redor do decantador de tubo, a qualpoderia ser utilizada para formar um recinto vedado entre o decantador detubo e o recipiente de coleta de sólidos e cujo recinto poderia então serpressurizado para encher o decantador de tubo.

O separador e processo de acordo com a invenção comodescritos, requerem deslocamento do decantador de tubo para o interior de umrecipiente de coleta de sólidos para conseguir imersão da extremidade inferiordo feixe de tubos em líquido contido na caçamba. Será apreciado que em umarranjo alternativo o decantador de tubo poderia ser fixado em posição e umrecipiente de coleta de sólidos levantado a partir de baixo do decantador detubo para alcançar a imersão necessária. E preferido contudo, fazer odecantador de tubo deslocável, uma vez que o decantador de tubo é muitomenos pesado do que um recipiente de coleta de sólido cheio de sólidos.

E possível incorporar na extremidade superior do feixe detubos do decantador de tubo um arranjo de remoção de óleo para reduzir orisco de contaminação por óleo. Por exemplo, um pescador de óleo pode serincorporado no separador de acordo com a invenção.

A capacidade de produção do decantador de tubo é umafunção da área de seção transversal do arranjo de tubos. Esta está limitada aotamanho do recipiente de coleta de sólidos para o interior do qual odecantador de tubo deve se ajustar. Será apreciado, contudo, que dois ou maisdecantadores de tubo operando em paralelo em caçambas adjacentespoderiam ser fornecidos para alcançar requisitos de produção relativamenteelevados.

A limpeza do decantador de tubo, devido à sua construçãosimples, não é um problema, particularmente quando uma unidade dedecantador de tubo poderia ser retirada de serviço de maneira temporária paralimpeza, e ser simplesmente substituída por uma outra devido à simplicidaderelativa do arranjo.

Descrição detalhada das figuras

Uma configuração da presente invenção será descrita agora àguisa de exemplo com referência aos desenhos que acompanham, nos quais:

Fazendo referência à figura 1, líquido de perfuração quecompreendem sólidos é distribuído através de uma entrada 1 para umrecipiente de coleta de sólidos 2, por exemplo uma caçamba. A caçamba éenchida com líquido de perfuração até o nível indicado pela linha 3.

Uma seção inferior de um decantador de tubo é imersa nolíquido de perfuração na caçamba. O decantador de tubo tem uma seçãoprincipal inclinada 4 cheia com uma pilha de folhas corrugadas 5 e uma seçãocaixa cabeçote superior 6, as seções principal e superior sendo envolvidas emuma carcaça comum. Uma dimensão típica de cada folha 5 na direçãoindicada pela linha 7 pode ser 1,8 m, porém tubos mais curtos ou mais longostambém podem ser utilizados, tais como entre 0,5 e 5 m. As folhas sãodeslocadas de modo que tubos abertos são definidos entre folhas adjacentes.As folhas podem ser inclinadas com a vertical por exemplo por 45 graus.

A seção superior 6 define o espaço aberto que se comunicacom uma saída 8 e com os tubos definidos entre as folhas corrugadas, e aseção principal 4 é aberta no fundo de modo que líquido de perfuração podeescoar a partir da caçamba para o interior dos tubos definidos entre as folhascorrugadas.

A saída 8 se estende até um acoplamento 9 que é conectadopor meio de um condutor flexível (não mostrado) a uma bomba de aspiração(não mostrado). Uma válvula de quebra de aspiração 10 é conectada à saída 7e pode ser aberta manualmente puxando a corrente 11 para abrir a saída para aatmosfera.

Em operação, líquido de perfuração é recebido no recipientede coleta de sólidos (caçamba) 2 onde uma primeira decantação dosparticulados sólidos grossos pode ter lugar. A caçamba 2, portanto, forma umtanque de extração. Líquido de perfuração que contém os sólidos finosrestantes, é trazido por aspiração para os tubos definidos entre as folhascorrugadas e para o interior da seção superior 6 para o nível indicado pelalinha 12. Os escoamentos através da entrada 1 e saída 8 são substancialmenteequalizados de modo que níveis dentro do arranjo permanecemsubstancialmente como mostrado. Devido a controle apropriado da velocidadena qual o líquido de perfuração escoa através dos tubos do decantador detubo, particulados sólidos decantam sobre os lados superiores das folhascorrugadas. Como resultado, líquido de perfuração esgotado de sólidos édistribuído para a seção superior do decantador de tubos como indicado pelaseta 13, e sólidos deslizam para baixo das folhas corrugadas para caírem nacaçamba, como indicado pela seta 14. Um corpo 15 de sólidos decantados seacumula na caçamba 2.

A figura 2 ilustra a acumulação e escoamento para baixo desólidos acumulados em dois tubos adjacentes definidos entre as folhascorrugadas. As extremidades inferiores dos tubos são enchidas com líquido deperfuração que compreende sólidos e as extremidade superiores são enchidascom o líquido de perfuração esgotado de sólidos, a partir do qual a maiorparte dos particulados sólidos foi removida. O teor de sólidos do líquido deperfuração que escoa para fora dos tubos é uma função da vazão através dostubos.

A figura 3 ilustra o arranjo deslocado das folhas corrugadasque dão origem a um arranjo altamente compacto de tubos paralelos, tambémreferido como interceptor de placa corrugada. A figura 4 fornece uma vistaem seção transversal do arranjo de folhas corrugadas. Cada um dos tubos atuacomo uma região de decantação independente. As folhas corrugadas podemser simplesmente inseridas na carcaça que define a seção principal 4 dodecantador de tubo. Folhas plásticas baratas facilmente disponíveis podem serutilizadas. Tais folhas podem ser substituídas ou removidas para limpeza porequipe não treinada, e manutenção conseqüente não é um problema.

A figura 5 mostra como o decantador de tubo pode sersuportado em uma simples estrutura de andaime 16. Como mostrado, acarcaça da seção principal 4 do decantador de tubo suporta eixos 17 que sãomontados de maneira pivotante sobre o andaime 16. Os eixos 17 sãoposicionados de modo que o conjunto é substancialmente equilibrado enenhuma grande força é requerida para mover o conjunto sobre os eixos.Admitindo que o decantador de tubo esteja inicialmente cheio com o líquidode perfuração como mostrado na figura 1, e que é desejado levantar odecantador de tubo para fora do líquido de perfuração na caçamba 2,primeiramente a válvula de quebra de aspiração 10 é aberta de modo que todoo líquido de perfuração no decantador de tubo escoa de volta para a caçamba2. O decantador de tubo pode então ser oscilado desde a posição operacionalmostrada na figura 5 para uma posição retraída, como mostrado na figura 6. Quando posicionado como mostrado na figura 6, ou a caçamba 2 pode serpuxada livre do decantador de tubo, ou o decantador de tubo pode ser puxadopara trás a partir da caçamba. Em ambos os casos isto torna possível levantara caçamba sobre um veículo para transporte da caçamba para um local dedescarte de partícula. Nenhuma manipulação direta mecânica ou manual dossólidos é requerida.

A figura 7 ilustra um processo que minimiza o tempo deparada e maximiza a utilização de movimentos de veiculo. Este métodorequer o movimento do decantador de tubo entre caçambas adjacentes.Movimento do decantador de tubo pode ser facilmente conseguido, porexemplo, utilizando uma empilhadeira para levantar e transportar o conjuntodo decantador de tubo e o andaime 16, ou montando a estrutura de andaime16 em rodas traváveis (não mostrado) que podem ser destravadas para tornarpossível rodar o conjunto para onde ele é requerido.

Como mostrado na figura 7, uma primeira caçamba 18 foipreviamente enchida com sólidos utilizando o decantador de tubo 4, 6carregado na estrutura 16. O decantador de tubo 4, 6 foi então movido sobreuma segunda caçamba 19 e a separação de sólidos continua com sólidosacumulando na caçamba 19. Um veículo é então chamado com uma outracaçamba vazia 20, que é colocada como mostrado no lado oposto ao dacaçamba 19 à caçamba 18. O mesmo veículo pode então remover a caçamba18 levando a caçamba até um local apropriado de descarte de sólidos. Quandoa caçamba 19 está cheia, o decantador de tubo 4, 6 pode ser movido sobre acaçamba 20 e um outro veículo pode ser chamado para substituir a caçamba18 e remover a caçamba 19. O processo pode assim prosseguir com somenteparadas curtas no processo de decantação.

A figura 8 ilustra um arranjo de controle para controlar aoperação do decantador de tubo mostrado nas figuras 1 até 6, que opera comodescrito com referência à figura 7. Na figura 8 as seções principal e superiordo decantador de tubo são representadas como uma única caixa 4, 6 esensores HH e LL monitoram o nível do líquido de perfuração dentro dacaçamba entre níveis superior (não exceder para evitar perda de líquido deperfuração da caçamba) e inferior (manter acima para manter imersão daextremidade inferior do decantador de tubo). Estes sensores podem sermontados no próprio decantador de tubo para evitar confiança emcomponentes montados em caçamba. A caçamba 2 pode ser colocada em umarepresa 21 projetada para reter qualquer perda inadvertida de líquido deperfuração. Uma bomba 22 é conectada em série com uma válvula deisolamento 23 entre a saída 8 e uma torre de perfuração (não mostrado)através da qual o líquido de perfuração é bombeado para carregar particuladosde volta para a superfície. O líquido de perfuração que conduz sólidos deretorno é distribuído através da entrada 1 para a caçamba 2.

Um medidor de turbidez 24 monitora o teor de sólidos dolíquido de perfuração que escoa através da saída 8. Uma válvula de desvio debomba 25 fornece um contorno ao redor da bomba 22. Uma bomba deescorva 26 é conectada à saída 8 para possibilitar que ar seja bombeado demaneira eficiente para fora do decantador de tubo. Uma válvula 28 éconectada entre uma fonte de complementação 29 de líquido de perfuração euma entrada auxiliar para a caçamba. Os sensores de nível HH e LL e omedidor de turbidez 24 fornecem entradas para uma unidade de controle 28.A unidade de controle fornece saídas para as válvulas 25 e 27.

No arranjo descrito, a bomba principal 22 é suplementada poruma bomba de escorva 26. Dependendo da natureza da bomba 22, a bomba26 pode não ser requerida, porém é preferido utilizar uma bomba de escorvade capacidade de vácuo relativamente elevada e de capacidade volumétricarelativamente baixa 26 para assegurar que ar suficiente é removido parapossibilitar à bomba 22 circular líquido de perfuração através do decantadorde tubo. O nível de líquido de perfuração na seção superior 6 do decantadorde tubo poderia ser monitorado para ligar a bomba 26 se a quantidade de ar nodecantador de tubo excede um limite predeterminado.

Admitindo que as condições iniciais sejam uma caçamba vazia2, com o decantador de tubo em sua posição operacional (figura 5), válvulas10, 23, 25 e 27 fechadas, e as bombas 22 e 26 desligadas, então o primeirorequisito é encher a caçamba até que o fundo do decantador de tubo estejaimerso. Isto é conseguido por meio da unidade de controle 28 que abre aválvula 27 e distribui líquido de perfuração até que o limite superiorsensoreado pelo sensor HH seja alcançado. A válvula 27 é então fechada, e abomba 26 é energizada para bombear para fora ar a partir do decantador detubo. Isto faz com que o nível de líquido de perfuração na caçamba caia,porém o sensor LL faz com que a válvula 27 abra quando requerido, paramanter o nível de líquido de perfuração na caçamba alto o suficiente paramanter o decantador de tubo parcialmente imerso na caçamba. A bomba 26 édesligada uma vez que o líquido de perfuração a alcance, para indicar que odecantador de tubo está cheio de líquido de perfuração.

A remoção de sólidos de líquido de perfuração pode entãoprosseguir. A válvula 23 é aberta e a bomba 22 é energizada acionando olíquido de perfuração através da torre de perfuração, da coluna de perfuração,do poço 30 e de volta para a caçamba. Quando a perfuração prossegue, maislíquido de perfuração é requerido para manter o nível de líquido de perfuraçãorequerido na caçamba. Este é fornecido através da válvula 27, em resposta àsaída do sensor LL. A turbidez do líquido de perfuração na saída (produção)do decantador de tubo 8 como monitorada pelo medidor 24, possibilita que aunidade de controle 28 ajuste a válvula 25 de modo que a vazão através dodecantador de tubo não seja tão grande de modo a lavar quantidadessubstanciais de sólidos através do decantador de tubo.

Quando a caçamba 2 está cheia até a extensão em que o fundodo decantador de tubo está se tornando obstruído por sólidos acumulados, abomba 22 é parada e a válvula 23 é fechada. Uma bomba (não mostrado) éentão despejada na caçamba 2 e é utilizada para bombear líquido deperfuração livre para a próxima caçamba a ser utilizada. A válvula de quebrade aspiração 10 é então aberta, fazendo com que líquido de perfuração nodecantador de tubo lave de volta para a caçamba 2. Este líquido de perfuração é também bombeado para fora, para a próxima caçamba e o decantador detubo é então transferido para a próxima caçamba. O ciclo é então repetido.

A figura 8 se refere a um monitoramento da turbidez doescoamento de saída a partir do decantador de tubo. Será apreciado quedependendo do grau de controle da qualidade daquele escoamento de saída, diversos outros parâmetros poderiam ser monitorados e utilizados paracontrolar condições do arranjo. Por exemplo, seria possível monitorar acontagem de partículas, tamanho de partícula, velocidade de escoamento,temperatura e vazão volumétrica.

Experimental

A invenção está ilustrada pelos dados a seguir para umaexperiência de simulação relacionada ao projeto de um decantador de tubopara líquido de perfuração que compreende sólidos, que é capaz demanipular 3.000 l/min ao mesmo tempo em que remove no mínimo 98% desólidos com um diâmetro acima de 22 micra. Os resultados estão mostradosna Tabela 1.

Tabela 1.

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Claims (21)

1. Separador para remoção de sólidos de um líquido deperfuração, caracterizado pelo fato de compreender um decantador de tuboatravés do qual o líquido de perfuração pode escoar e abaixo do qual umrecipiente de coleta de partículas é arranjado para coletar sólidos separados dolíquido no decantador de tubo, no qual o recipiente de coleta de sólidos é umrecipiente transportável que é separado ou separável do decantador de tubo.

2. Separador de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de o separador ainda compreender um tanque de extração.

3. Separador de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de o recipiente de coleta de sólidos formar o tanque de extração.

4. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1até 3, caracterizado pelo fato de o decantador de tubo ser deslocável emrelação ao recipiente entre uma posição espaçada do recipiente e uma posiçãooperacional na qual uma seção inferior do decantador de tubo é localizadadentro do recipientes abaixo de um nível horizontal no qual o recipiente podeser enchido com líquido.

5. Separador de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopelo fato de o decantador de tubo ser suportado de maneira pivotante, demodo a ser pivotante entre a posição operacional e uma posição retraída naqual a seção inferior do decantador de tubo é localizada acima de uma bordasuperior do recipiente para possibilitar a passagem da seção inferior sobreaquela borda do recipiente.

6. Separador de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato de o decantador de tubo ser suportado de maneira pivotante sobreuma estrutura que é deslocável em relação ao recipiente de coleta.

7. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de o decantador de tubo compreender umfeixe de tubos inclinados que têm uma entrada para líquido de perfuração emsua extremidade inferior e que durante operação normal é imersa em líquidode perfuração, e que têm uma saída em sua extremidade superior que éconectada a uma bomba de líquido, a bomba sendo operável para bombearlíquido para cima nos tubos.

8. Separador de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de compreender uma bomba de escorva para evacuar parcialmente aextremidade superior do feixe de tubos.

9. Separador de acordo com a reivindicação 7 ou 8,caracterizado pelo fato de compreender uma válvula de quebra de aspiraçãoque, se atuada, abre a seção superior da carcaça para a atmosfera.

10. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de compreender um sensor arranjado paramonitorar o teor de particulados de líquido na seção superior da carcaça, euma unidade de controle que responde a uma saída do sensor para reduzir avazão de líquido através do decantador de tubo se o teor sensoreado excedeum nível predeterminado.

11. Separador de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de o decantador de tubo compreender umarranjo de tubos formado por um conjunto de folhas corrugadas superpostasque são deslocadas de modo que tubos são definidos entre cada par de folhasadjacentes.

12. Processo para remoção de sólidos de um líquido deperfuração que utiliza um separador, caracterizado pelo fato de que umlíquido de perfuração que compreende sólidos é estabelecido para escoaratravés de um decantador de tubo para permitir aos sólidos decantar, obtendocom isto um líquido de perfuração esgotado de sólidos e uma acumulação desólidos.

13. Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato de a acumulação de sólidos ser coletada em um recipiente de coletade sólidos abaixo do decantador de tubo.

14. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizadopelo fato de uma pluralidade de recipientes de coleta de sólidos ser fornecidae o decantador de tubo ser aplicado alternadamente aos recipientes de coletade sólidos.

15. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações-12 a 14, caracterizado pelo fato de o líquido de perfuração ser estabelecidopara passar através de um tanque de extração antes de escoar através dodecantador de tubo.

16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações-12 a 15, caracterizado pelo fato de o líquido de perfuração compreendersólidos na faixa de desde 0,1 até 5% em volume com base no líquido deperfuração, preferivelmente desde de 0,2 até 1,5% em volume, maispreferivelmente 0,5 até 1% em volume.

17. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações-12 a 16, caracterizado pelo fato de o líquido de perfuração compreendersólidos que têm um diâmetro de partícula na faixa de desde 1x10"7 até 1x10"2m, em particular desde 1x10" até 5x10" m, mais em particular de desde 5x10"-6 até 75x10"6 m.

18. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesdo 12 a 17, caracterizado pelo fato de a velocidade de escoamento do líquidode perfuração no decantador de tubo ser escolhida de tal modo que é oNúmero de Reynolds do líquido de perfuração é 2.000 ou mais baixo,preferível 400 ou mais baixo.

19. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesdo 12 a 18, caracterizado pelo fato de a velocidade de escoamento do líquidode perfuração no decantador de tubo ser escolhida de tal modo que o Númerode Froude do líquido de perfuração ser 10"5 ou mais elevado.

20. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações-12 a 19, caracterizado pelo fato de o separador ser um separador comodefinido nas reivindicações 1 a 11.

21. Uso de um separador que compreende um decantador detubo, caracterizado pelo fato de ser para remover sólidos de um líquido deperfuração.