CN101243238A - 一种改进的钻屑处理 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于净化从井眼中产生的钻屑的设备。钻屑(11)在由网孔材料制成的传送带(13)上被输送到净化区域，在净化区域，有机物料和一些水在低压和高温下一同被除去。为了使该过程更容易，设置厚度闸门(14)以控制传送带(13)上的钻屑(11)的厚度。有机物料可以收集起来重新利用或者可选择地被烧掉。一旦钻屑(11)被净化后，它们可以被安全地排出或被作为钻探过程的一部分重新利用。为了使处理过程更容易，可以包含清洁传送带(13)并消除压实区域以防止网孔发生阻塞的装置(112，113)。还可以包括热交换器(18)以回收在净化区域中所用的热能。
Description
技术领域
本发明涉及适合处理钻屑以降低其污染程度的设备和方法。所述设备和方法尤其适合离岸使用，比如在石油钻塔上使用。
背景技术
众所周知，当在油井或天然气井中进行钻探时，会产生大量的废料，如钻屑。钻屑主要是周围地层的泥土或是岩石，而且经常被有机物料污染，这些有机物料主要是脂肪族烃和芳烃，它们会在钻探过程中使用润滑剂时产生或是从石油或天然气储层中产生。
由于受到污染，钻屑不能被轻易地处理，因为法律禁止从离岸钻塔向船外倾倒有机相含量大于1％w/w的钻屑。
为了克服这个困难，最普遍采用的方法是收集钻屑并将它们运送到岸上处理设备，在处理设备中有机物料被去除，然后在传统的填埋场中处理净化的钻屑。然而这种方法很昂贵，部分是由于运费，而且也给当地填埋场造成了负担。
WO03/104607公布了一种方法，其中是用流动的液体通过摩擦来洗擦钻屑。这种方法对于岸上和离岸都适用。
发明内容
本发明的目的就是针对上述问题并提供一种用于处理钻屑的改进的设备和方法。
根据本发明的第一方案，提供了一种用于从钻屑中净化有机污染物的设备，该设备包括：
输送装置，其包含网孔材料的环形传送带以运送钻屑通过净化区域；
降低钻屑周围压力并吸引空气通过钻屑和网孔的装置，所述空气在通过钻屑之前被加热器加热，从而除去了一定比例的有机污染物和水；厚度闸门，其控制传送带上的钻屑的厚度。
该设备以一种快速有效的方式降低了污染物的水平。
有利地，有机污染物和水被收集在冷凝器中。从而有机物料能被重新使用或安全地处理掉。作为另一种选择，该设备可以包括燃烧装置以直接燃烧有机污染物。
优选地，该设备包括第二环形网带以在钻屑进入净化区域之前接收钻屑。第二传送带能完成最初的预处理。
可选择地，所述第二传送带的形式为圆筒，其可以围绕该圆筒的主轴旋转。优选包括降低压力并吸引空气通过钻屑和第二传送带的装置。第二传送带上的钻屑厚度由第二厚度闸门控制。
第一和第二传送带的网孔尺寸大于5μ比较适宜。更有利的是，第二传送带的网孔比第一传送带的小。更大的网孔可以更经济地提供耐用的传送带。
优选地，包含气流传感器以确定通过其中一条或两条传送带的气流。特别有利地，该气流传感器通过控制单元与带速和床厚度闸门(beddepth gate)产生联系。
优选地，包括压力传感器来确定钻屑当前所受的压力。有利地，该压力传感器通过控制单元与带速和床厚度闸门产生联系。
有利地，温度维持在120-140C。
钻屑所承受的降低的压力优选为18-35英寸水柱(38-39cm)。
该设备可选择地在钻屑和冷凝器之间包括热交换器来去除充满污染物的气流中的多余热量。
该设备优选地包括清洁装置以清洁所述传送带或每条传送带。该清洁装置可选择地从具有旋转或线性刷动作的刷子、或者气体喷嘴中选择一个或多个。因此，传送带的网孔保持清洁而且有利于空气流动。作为更进一步的选择，使用两个以上的清洁装置的地方，至少其中两个在传送带的相反的两侧。
更有利地，包括气体喷口来翻动传送带上的钻屑，从而使更大比例的钻屑暴露在表面并且阻止在传送带上产生压实区。
附图说明
现在将参照附图描述本发明，所述附图仅作为示例显示了钻屑处理设备的三个实施例。在所述附图中：
图1为设备的第一个实施例的示图；
图2为设备的第二个实施例的示图；以及
图3为设备的第三个实施例的示图。
具体实施方式
在图1中，显示了钻屑处理中所用的设备的第一个实施例。简言之，该设备为将要通过待处理的钻屑物料层的热空气作准备。热空气引起物料中的挥发性有机成分和水的挥发，随后污染物和水通过冷凝器单元而从热空气流中除去。因为净化的钻屑现在在法律规范内，所以它们可以通过，比如，倾倒入海的方式被处理掉。收集在冷凝器中的有机混合物可以通过加到钻孔以帮助钻探过程而得到进一步利用或者通过传统方法处理。
更详细地说，钻屑被输送到初始真空单元，该单元是以可旋转安装的鼓轮10的形式存在。在此处，钻屑可以包含高达20％w/w的有机烃。典型地，通过传统方式将钻屑从泥浆振动筛传送到该设备。在有螺丝钻或管链式输送机的情况下，这种装置可以是机械的。作为选择，可以使用真空或正压力法。
鼓轮10能够引起穿过钻屑的初始空气流而且包括形式为圆筒的细筛，该圆柱体可旋转地围绕其中心轴安装。提供了真空用来吸引空气通过钻屑和网筛进入鼓轮10的内部空间。为了控制网筛上的钻屑11的层厚度，提供了厚度闸门12以控制来自进料器的钻屑的流动。
初始处理完成了双重功能。首先，它使下面所述的第二厚度闸门的设置高度得到确定。其次，含有相对较高比例的有机烃的细泥浆可以通过网筛被运到泥浆接收器23。初始处理之后，有机物水平通常会减少到4-5％w/w左右。
钻屑从鼓轮10传递到多孔编织网带13。这种传送带在工业上是众所周知的，并且常常包括通常由3mm的钢丝形成的厚达1cm的网孔。另外，钻屑层的厚度在此通过第二厚度闸门14来控制。传送带13将钻屑运送到空气分配管16下的蒸发区域，传送带13的运动是由电动机15驱动的。为了防止传送带13松垂，尤其是在大量钻屑、气流状况和压力差的组合作用之下，传送带13被支撑在钢制导向装置上(未图示)。
在蒸发区域中，钻屑承受低压和通过真空风扇17吸入的热空气流。该风扇能够在传送带上传送400Cfm的空气。这些空气处在足够的温度和压力下以从钻屑11中快速地去除大多数可挥发的有机化合物以及大量的水。这种过程是由一个事实支持的，即通常大多数有机物料位于或接近于钻屑粒子表面上而不在粒子内部空间。
空气和有机物料以及水一起从真空风扇17首先被传到热量回收单元18，然后从那里传到冷凝器19。在冷凝器19中，从钻屑11脱去的不同成分被分成不同的小部分。水通过排水泵20而有机物通过排油泵21。可以看出在此很多不同沸点的部分有待于收集，因而可以进一步包括冷凝器/泵。
作为一种选择，有机物可以通过燃烧装置(未图示)以将它们转化为无害的二氧化碳和水。
任何进入冷凝器19的来自钻屑的泥浆粒子被收集在冷凝器19的底部然后经由排泥泵22抽吸到泥浆接收器23中。如果有必要，可以利用真空泵24来协助进入接收器23的泥流。泥浆接收器23也接收通过鼓轮10的而且通常含有大量有机成分的初始物料中的细粉。接收器23收集的泥浆可以周期性地排出而且可以在钻机上被重新利用。可选地，这些泥浆可以通过泥浆再注喷嘴33再注入到环形传送带13上。在此阶段，环形传送带13上的物料是结块形式的物料，因而防止细泥穿过传送带。
鼓轮10和传送带13上的钻屑层的厚度由钻屑层允许空气通过的能力来控制。空气流由分别涉及鼓轮10和传送带13的气流传感器25和26决定。气流传感器25和26将测量结果传送给监视该设备功能的PLC控制面板27。尽管取决于正在处理的特定的钻屑，操作员可以选择和调整空气流值，但是已经发现适当的空气流约为14ls-1。一旦该值已被设定，PLC控制面板27会调整厚度闸门12、14的高度来增加或限制在鼓轮10或传送带13上的钻屑流。钻屑厚度越大，气流越低。PLC控制面板27也决定鼓轮10或传送带13的速度，该速度也控制气流。
已经发现通过单独地或结合地对闸门高度和带速进行调整，可以对气流进行良好的控制。控制气流量的主要参量是钻屑的粒子尺寸。通常，钻屑的平均粒子尺寸越小，可以容许的钻屑层就越薄。为了提供热空气以快速将钻屑加热到期望温度，此设备包括加热器包28，其可以加热被进气风扇29吸入的空气，典型的是到130C左右的温度。然后空气被进气风扇29推动从而通过钻屑，该进气风扇29经由空气分配管16与真空风扇17结合地运转。在设备的这个部分中，发现18-35″(38-89cm)水柱的真空值是有效的，典型的是使用28″(71cm)水柱。
为了辅助加热过程，已经发现此设备包括空气预热器30比较有利。在图1所示的实施例中，来自热量回收单元的热量用于补充空气预热器30中提供的热量。为了降低和限制在空气预热器30或加热器包28中任何汽相爆炸的机率和造成的损害，此设备包含防火阀31。防火阀31包含气体检测器以检测有害的有机物。
在离开该设备时，当前处于干燥和自由流动条件的钻屑，在传送带13经过滚筒34时从传送带13上松动了。
利用上述设备，热空气的流动和应用的真空结合在一起意味着大多数有机物已经被除去，而且通过该设备一次可以达到＜1％w/w的水平。
实验1
预处理的钻屑样品通过图1中所示设备的第二部分，物料被加在第二传送带13上。在预处理之后，钻屑最初有4028mg/kg左右的脂肪族烃成分和307mg/kg的芳烃成分，总共有4335mg/kg的碳氢化合物成分。
受热空气的温度设定在130C，真空度为20英寸水柱(64cm)，空气速度为12-14ms-1。在2kg的上述预处理钻屑初始样品中，通过蒸发区域后，总的烃成分减少到0.43％w/w。当按比例增加，这相当于每平方米传送带每小时处理大约2公吨待处理的物料。
尽管可以使用振动或犁式机构以翻动钻屑层并因此增加每个粒子周围的气流，但是要注意这种机构本身不能打碎粒子。粒子的破碎不会引起设备的功能故障，然而会增加能量消耗或增加将有机物水平降到容许值所需的时间。如上所述，钻屑粒子内部空间不会包括有机物。因此打碎粒子增加了粒子的表面积而没有增加热的有机物的可获取性，因此是无效的。
脱离传送带13的钻屑被周期性地分析来确定残余有机成分。这种分析可以通过传统的方式比如FTIR或GCMS完成。如果有必要，这些可以传入设备做进一步处理。为了保持传送带13处于可用的状态，本设备包含传送带清洁刷32，该清洁刷32为传统的类型。
已经发现用于鼓式过滤器和带式过滤器的网孔尺寸不同更为有利，鼓式过滤器的网孔大小为50μ左右比较合适。通常，尽管两条传送带的网孔大小可以基本相似，一般第二传送带的网孔要大于鼓式过滤器或下述实施例中描述的预处理传送带的网孔。
图2示出用于处理钻屑的设备的第二实施例，它只需要一个单独的传送带。和上述第一实施例一样，该设备包括蒸发区域，在这里利用真空泵101将来自加热器100的热空气吸引通过钻屑层。钻屑在由支承滚筒103A、103B保持运转的环形传送带102上被运送通过蒸发区域。一旦挥发物和任何水从钻屑中除去，它们会在冷凝器104中凝结并最终通过泵105排出。
钻屑通过进料斗运送到设备并送到环形传送带102上。为了控制传送带上钻屑层的厚度，床厚度闸门106可以在PLC控制面板(未图示)的控制之下升高或降低。正如前面的实施例，床厚度层由将信息传送到PLC控制面板的真空传感器107A、107B来决定。
为了除去最初的有机部分，钻屑承受传送带下面的局部真空。该真空由第二真空泵108提供，第二真空泵108可操作地将第二冷凝器109串联到设备的运送区域。收集管确保来自钻屑的蒸汽直接进入冷凝器。为了帮助挥发过程，压缩气体清洗喷嘴110位于运送区域上以便向钻屑喷射一个或多个气束。气束首先用来翻动钻屑层以防止压紧，同时也带走来自钻屑的蒸汽。另外，气束阻止传送带102的网孔被物料阻塞。
通过运用带式振荡器111进一步改进了传送带102和钻屑翻动的过程。一旦钻屑在处理后从传送带102上被除去了，旋转刷112结合压缩气体清洗喷嘴113在传送带的相反两侧作用来清洁传送带102。
在这个实施例中，选择制造传送带的材料时必须注意，要确保它能有效除去细粉，而不会主要由于蒸发区域热量的作用经受破坏性的变形。
图3中所示的第三实施例和前两个实施例大体上以类似的方式运作。主要的不同是提供了两条运送钻屑的传送带200、201。处理方式再一次分两个阶段进行，这个实施例中的第一个阶段发生于物料在第一传送带200上运送时，在该传送带200上通过从喷嘴202发射的压缩气体来翻动钻屑。
当然应当理解，本发明不限于这里只通过举例给出而描述的特定细节，而是在附加的权利要求书范围内的各种修改和变更都是可能的。
Claims (21)
1、一种用于从钻屑中净化有机污染物的设备，该设备包括：
输送装置，其包含网孔材料的环形传送带(13)以运送钻屑(11)通过净化区域；
降低钻屑周围压力并吸引空气通过钻屑(11)和网孔的装置(17)，所述空气在通过钻屑(11)之前被加热器(31)加热，从而除去了一定比例的有机污染物和水；
厚度闸门(14)，其控制传送带(13)上的钻屑(11)的厚度。
2、根据权利要求1所描述的设备，其中，所述有机污染物和水被收集于冷凝器(19)中。
3、根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述设备包括燃烧装置以直接燃烧有机污染物。
4、根据前面任何一项权利要求所述的设备，其中，所述设备包括第二环形网孔传送带(10)以在钻屑进入净化区域之前接收钻屑(11)。
5、根据权利要求4所述的设备，其中，所述设备包括降低压力并吸引空气通过钻屑(11)和第二传送带(10)的装置(24)。
6、根据权利要求5或6所述的设备，其中，所述第二传送带(10)的形式为圆筒，其可以围绕该圆筒的主轴旋转。
7、根据权利要求4-6中任何一项所述的设备，其中，第二传送带(10)上的钻屑厚度由第二厚度闸门(12)控制。
8、根据前面任何一项权利要求所述的设备，其中，所述传送带或每条传送带的网孔尺寸大于5μ。
9、根据权利要求4-8所述的设备，其中，第二传送带(10)的网孔尺寸小于第一传送带(13)的网孔尺寸。
10、根据权利要求4-9所述的设备，其中，包括气流传感器(25，26)以确定通过其中一条或两条传送带的空气流量。
11、根据权利要求10所述的设备，其中，所述气流传感器(25，26)通过控制单元(27)与带速和床厚度闸门产生联系。
12、根据前面任何一项权利要求所述的设备，其中，包括压力传感器以确定钻屑要承受的压力。
13、根据权利要求12所述的设备，其中，所述压力传感器通过控制单元与带速和床厚度闸门产生联系。
14、根据前面任何一项权利要求所述的设备，其中，受热空气的温度保持在120-140C。
15、根据前面任何一项权利要求所述的设备，其中，钻屑所承受的降低的压力为18-35英寸水柱(38-89cm)。
16、根据前面任何一项权利要求所述的设备，其中，在钻屑(11)和冷凝器(19)之间包括热交换器(18)，用以从充满污染物的气流中除去多余热量。
17、根据前面任何一项权利要求所述的设备，包括清洁装置(32)以清洁所述传送带或每条传送带。
18、根据权利要求17所述的设备，其中，所述清洁装置是从具有旋转或线性刷动作的刷子(112)、或气体喷口(113)中选择的一个或多个。
19、根据权利要求17或18所述的设备，其中，使用两个以上的清洁装置的地方，至少其中两个在传送带的相反两侧上。
20、根据前面任何一项权利要求所述的设备，包括喷嘴(33)用以发射出气体喷射流并翻动传送带上的钻屑，从而使更大比例的钻屑暴露在表面并且阻止在传送带上产生压实区。
21、一种在此参考附图并如附图所示而充分描述的设备。
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Open date: 20080813 |