CN101432500B - 一种流体处理系统和方法及其使用 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于处理包含固体颗粒、液体和/或气体中的至少两种成分的系统(1)，该系统(1)由至少一个入口部分(3)和两个或者更多的出口部分(5、7、9)限定，并且该系统(1)被设置成通过至少一个筛选装置(23、25)从液体中分离超过预定尺寸的固体颗粒，然后将所述成分运送出系统(1)，用于处理流体的该系统(1)在所述至少一个入口部分(3)和出口部分(5、7、9)之间实质上流体密封，并且设有至少一个负压发生设备(11、13)，其被设置成在系统(1)中在所述至少一个入口部分(3)和出口部分(5、7、9)之间提供负压，至少一个筛选装置(23、25)被设置成将流体分离成实质上包括固体、液体和/或气体的成分，当各种成分被带出系统(1)时，流体的各种成分被保持分离。还描述了使用该系统(1)的方法。

Description

一种流体处理系统和方法及其使用
技术领域
本发明涉及一种流体处理系统。更具体地，涉及一种系统，用于将流体中超过预定尺寸的固体颗粒从流体的液体中分离出来以及分离从流体中释放的可能的气体。流体可以是例如但不限于钻探流体，其含有钻探泥浆和钻削颗粒、所谓的切屑以及液体和气体。
背景技术
通过使流体通过具有穿孔的过滤器或者筛选设备而分离流体流中的固体颗粒是众所周知的技术，穿孔的尺寸使得固体颗粒被保留在筛子表面而不从其穿过。在其它情形中，在石油生产工业中的井钻也是已知的，其中所谓的泥浆振动筛装置或者“振动筛”被用于从钻探流体中分离切屑，如此，有价值的钻探流体可以再次循环到井下。然而，在流体处理中，例如通过筛选，可能会发生不利于健康和环境的气体蒸发，这会带来额外的安全风险。还没有发现这样的方法，即其可以实际地封闭泥浆振动筛，而不把整个装置建造在单独的房间内。然而，这不能解决在运行过程中操作和维护装备的人员暴露于所述气体的问题。因此，即使泥浆振动筛根据现有技术被内置，也必须使用防护装备。
在挪威专利申请NO20053230(其发明人与本发明的相同)中，描述了一种筛选和流体分离装置，解决了除其他情形以外，所述从筛选装置挥发气体的问题。在本公开中以引用的方式加入挪威专利申请NO20053230的全文。然而，根据NO20053230的发明仅仅将从筛选装置自身中释放的气体引导开。因此，在有开放区域的处理过程中从其他点处的流体释放的气体不能被收集并以可控制的方式引导开。除其他情形以外，在海上工业，而且在其中与流体清洁有关的其他行业中，例如农业施肥过程中，也希望能够保护人员和环境免受有害健康的气体，该气体从在处理时的流体散发出来。到目前为止，还无法通过不使用防护装备而完成该愿望。
发明内容
本发明的目的是为了改善或者减少现有技术中的至少一个缺点。
通过下面的描述和权利要求中所指出的特征来达到该目的。
在第一方面，本发明由用于处理流体的系统构成，该流体包括固体颗粒、液体和/或气体中的至少两种流体成分，该系统由至少一个入口部分和两个或者更多的出口部分限定，并且该系统被设置成通过至少一个筛选装置从液体中分离超过预定尺寸的固体颗粒，然后将分离出来的固体颗粒、液体以及所述气体的至少一部分运送出该系统，用于处理流体的该系统在所述至少一个入口部分和出口部分之间实质上流体密封，并且设有至少一个负压发生设备，其被设置成在系统中在所述至少一个入口部分和出口部分之间提供负压，筛选装置被设置成将流体分离成实质上包括固体、液体和/或气体成分，当各种成分被带出系统时，流体的各种成分被保持分离。
应理解的是，液体可以包含小于所述预定尺寸的颗粒，因此它们可以通过筛选设备。
如果筛选装置是在挪威专利申请NO20053230中公开的那种，这是有利的，也就是说，筛选装置优选地包括环形筛选元件，设置在朝向筛选元件下侧部分的抽吸设备，其与负压发生设备流体连通。为了收集分离的颗粒和液体，以便在系统之外进行进一步处理，如果系统设有至少一个容器，其被设置成保持固体和液体之间的分离，这是有利的。在优选实施例中，该系统设有至少两个容器，一个用于固体和一个用于液体。所述至少一个，但优选至少两个容器既可以用作储存单元也可以用作固体和液体流体成分被进一步处理之前通过的缓冲罐，或者进入所述优选的两个容器，或者通过该成分被转送到其他合适的输送设备。优选地，当在系统中时，容器连接到系统的负压部分。
在优选实施例中，负压发生设备以这样的方式设置：例如但不限于产生空气的流体流，其可以移动流体通过用于处理流体系统的至少几部分。负压发生设备优选地包括本身已知的真空泵。
本发明的第二方面是提供一种分离流体的方法，该流体包括固体颗粒、液体和/或气体中的至少两种成分，在系统中设有至少一个入口部分和两个或者更多的出口部分，该系统被设置成通过至少一个筛选装置将超过预定尺寸的固体颗粒从液体中分离，并随后将从流体、液体和所述气体的至少一部分中分离出来的颗粒运送出系统，用于处理流体的方法包括下列步骤：在所述至少一个入口部分和出口部分之间设置实质上流体密封的系统；通过至少一个负压发生设备在所述至少一个入口部分和出口部分之间提供负压；引导流体通过所述至少一个入口部分进入，通过所述至少一个筛选装置，其中流体被分离成各种成分，其实质上包括固体、液体和/或气体中的至少两种成分；以及通过各个出口部分保持将流体的各种成分分离出该系统。
附图说明
接下来描述了优选实施例的非限定性示例，其在附图中可见，其中相同或者相应部件实质上采用同一附图标记指出，并且其中：
图1示出了根据本发明的用于钻探流体的流体处理系统的原理图；
图2以放大的比例示出了包括在图1示出的系统中的第一筛选装置；
图3以放大的比例示出了包括在图1示出的系统中的第二筛选装置；
图4示出了用于清洁海洋中的底部沉积物的流体处理系统的原理图。
图中，附图标记1表示用于分离流体的固体、液体和气体成分的流体处理系统。流体处理系统1在接下来被称作系统1。
具体实施方式
图1示出了用于处理石油工业中的钻探流体的系统1的原理图，被该专利申请覆盖的系统1通过虚线限定示出。本领域技术人员能够马上理解，原理图中所示出的单个元件不是按比例绘出。
系统1包括入口部分3和三个出口部分5、7、9，分别用于分开的固体、液体和气体。
入口部分3连接到升降器5上的所谓泥浆返回嘴或者“钟形嘴”。
真空泵11形式的负压发生设备和相关的真空罐13连接到管道系统15，该管道系统将真空罐13连接到两个容器17、19之内；分别地，输送容器17被设置成脱离连接并输送出系统1之外，中间储存容器19被设置成连接到传输系统52。传输系统52由管道系统构成，该管道系统用于将容器19的内容物封闭传输到船形件54。在示意性实施例中，示出的船形件54设有处于真空泵56形式的抽吸设备，其带有相关的真空罐58，用于将中间储存容器19的内容物抽到船形件54上。然而，可以理解，也可以使用其他本身已知的用于从中间储存容器19输送到船形件54内的其他设备。
容器17、19中的任一个连接到另外的管道21。管道21设置成引导已从钻探流体中分离出来的固体颗粒至第一筛选设备23和第二筛选设备25。为了清楚起见，下面用“固体线路”21指代管道21。第一筛选设备23被设置成，在其他情况中，用于分离钻探流体中携带的粗颗粒，并且，为了清楚起见，接下来用“粗颗粒分离器23”指代。粗颗粒分离器23在参考图2时进行详细描述。
第二筛选设备25是挪威专利申请NO20053230包括的那种筛选设备，其包括环形、旋转筛选元件，或者筛网，其中与负压发生设备11、13流体连通的抽吸设备设置成朝向筛选元件下侧的一部分。第二筛选设备25被设置成将返回液体与被保持在所述旋转筛网上的钻探流体中的固体颗粒分离。接下来，第二筛选设备被称作“精细筛子”25并通过参考图3进行更详细地描述。
粗颗粒分离器23经由流动线路24被连接至精细筛子25并且与其流体连通，如此，通过粗颗粒分离器23的筛子237的部分钻探流体被运送到精细筛子25的入口部分251。
通过未示出的分配设备的控制，从粗颗粒分离器23和精细筛子25运送来的固体颗粒经由固体线路21被分配到输送容器17和中间储存容器19。
借助至少一个抽吸设备257’在精细筛子25中被从钻探流体分离出来的返回液体通过负压经由线路27被运送到真空罐13内。接下来，线路27被称作“返回液体线路”27。从钻探流体分离出来的返回液体从真空罐13以受控制的方式并借助已知的泵设备(未示出)被泵送出系统1进入容器29内，用于激活钻探液体。通过高压钻探液体泵31，激活的钻探液体以本身已知的方式从容器29经由喷射线路33被泵送到井内。
从被泵送的流体释放的气体和在粗颗粒分离器23处被引入系统1内的空气一起通过负压发生设备11、13，经由通气线路16排入露天环境。可以理解，可选择地，为了进一步的处理，气体可以被收集到合适的容器(未示出)内，以便可以在排入大气之前被清洁。
图2以放大的尺寸和进一步的细节示出了图1原理图中示出的粗颗粒分离器23的透视图。为了清楚原因，部分粗颗粒分离器23被透明示出。然而，可以理解，粗颗粒分离器23是封装的。钻探流体被从升降器50的泥浆返回嘴运送通过入口231，入口231被放置在外壳233内。外壳233被固定地布置在筛选设备235上，其包括环形筛网237，其被悬挂在三个偏转滚轴之间并且绕其(仅示出一个)旋转。
被引导进入粗颗粒分离器23的钻探泥浆被分离成不能通过筛网237的粗颗粒，该粗颗粒被在其上输送并且落到粉碎机238内，用于将粗颗粒或粗屑切碎。粉碎机238由马达239驱动。在粉碎机238中，切屑被粉碎成小颗粒。从粉碎机238，切屑在封闭系统中被从粉碎机出口部分238’运送进入固体线路21并经由未示出的分配站进一步进入输送容器17和/或中间储存容器19。
通过筛网237的那部分钻探泥浆经由筛子出口部分237’进入流体线路24并进一步进入精细筛子25的入口部分251(参见图3)。
在负压发生设备11、13和未示出的用于供应空气的控制阀作用下，粗颗粒分离器25处于内部负压。所述的控制阀被布置在粗颗粒分离器25的一部分中。通过所述控制阀和负压发生设备11、13产生的空气流会影响钻探泥浆的输送。此外，空气流可以用作钻探泥浆的冷却剂，其接着还能用于减少有毒部分的挥发。
图3以放大的尺寸和进一步的细节示出了图1原理图中示出的精细筛子25的透视图。为了清楚，示出的精细筛子25部分透明。然而，可以理解，精细筛子25是封装的。挪威专利申请NO20053230更详细的描述了精细筛子25。通过上面提到的粗颗粒分离器23中的筛网237的钻探泥浆经由流体线路24被运送进入布置在外壳253中的入口部分251。外壳253被固定地布置在筛选设备255上，其包括环形筛网257，环形筛网被悬挂在四个偏转滚轴256(示出两个)之间并绕其旋转。
在筛网257的一部分的下面可以放置两个间隔开的抽吸喷嘴257’。抽吸喷嘴257’和负压发生设备11、13流体连通。抽吸喷嘴257’抽吸液体、以及通过筛网257的开口的颗粒，并将它们经由返回液体线路27带到真空罐13内，如上面所述。
在一个实施例(未示出)中，精细筛子25进一步设有声源，例如超声源，进一步作用液体从固体物质中的分离。这样的声源在挪威专利申请NO20051433中被详细描述，其发明人与本申请的发明人相同，在本公开中以引用的方式加入其全文。
图4示出了根据本发明的流体处理系统的流程图，用于处理从海底(例如盆地)抽吸上来的流体。因此，该过程实质上和图1中所示以及上面所描述的过程相应，在该过程中钻探流体被分离成固体、钻探液体和气体成分，但是，其中该流体处理系统仅有两个出口，一个通过返回线路33和一个(未示出)通过输送或者中间储存容器17、19。要被清洁的流体通过泵50’被泵送到系统内。
本发明在清洁陆地上的被污染的物质方面也非常有用，例如被油污染的沙土。可以向被污染的物质加入化学物质，以利于污染物的溶解，而流体的组成成分，例如固体(沙子)、液体(化学物质和油)以及气体(来自化学物质和油)可以以受控制的方式收集并且可以进行进一步的处理。
本发明的另一个应用领域是肥料的分离，其中其可以被分离成固体物质、液体和气体成分。固体物质可以被用作生产沼气或者可以用作生产用于土壤改进的颗粒。液体，可能也和气体一起，可以非常适于被注入地内，这被证明是有效的土地肥沃化形式。
基于本发明的负压系统，在设计方面，可以用更小安全系数的装备，从而比设计用于压力的相应设备更小/更轻，在负压系统中可能崩溃的后果比相应的压力负载装备的更小。
因此，本发明提出了一种处理流体的方式，其中完全控制流体的各种成分，在清洁过程本身期间，相对于现有技术中关于健康和环境两方面，其代表了非常大的优势。此外，本发明开创了用于清洁包含固体、液体和可能的气体的流体的新的可能。

Claims (10)

1.一种用于处理和输送流体的系统(1)，该流体包括固体颗粒、液体和气体中的至少两种成分，该系统(1)由至少一个与流体源(50)流体连通的入口部分(3)和至少一个出口部分(5、7、9)限定，该流体被从该系统的入口部分(3)移动至对于每种所述成分的出口部分(5、7、9)，该系统(1)包括：至少一个筛选设备(23、25)；管道系统(3、15、21、24)，就流体而言，其将所述入口部分连接至所述筛选设备(23、25)以及所述出口部分(5、7、9)，该管道系统(3、15、21、24)引导流体及其各种成分通过该系统，其特征在于，该系统包括至少一个设置成接收该流体的固体成分的容器(17、19)，并且该至少一个容器(17、19)与连接到该系统(1)上的负压发生设备(11、13)流体连通。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该负压发生设备(11、13)通过管道系统(15)被连接至该至少一个容器(17、19)之内。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个筛选设备(23、25)中的至少一个包括环形、旋转筛选元件(237、257)，其中抽吸设备(257’)还与负压发生设备(11、13)流体连通，该抽吸设备被设置成朝向筛选元件(237)下侧的一部分。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，形成该负压发生设备(11、13)的一部分的真空罐(13)被设置成该流体的液体成分的中间容器。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括至少一个用于气体的容器。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，负压发生设备(11、13)被设置成提供足以将该流体的各种成分从该入口部分(3)移动至该至少一个容器(13、17、19)的流动。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该流体是来自油井的返回钻探流体。
8.一种分离和输送流体的方法，该流体包括固体颗粒、液体和气体中的至少两种成分，该流体被从系统(1)的入口部分(3)移动，该封闭系统(1)由至少一个与流体源(5)流体连通的入口部分(3)以及用于每个所述成分的至少一个出口部分(5、7、9)限定，系统(1)包括：至少一个筛选设备(23、25)；输送流体及其各种成分通过该系统(1)的管道系统(3、15、21、24)，其特征在于，该方法包括：
-在所述至少一个入口部分(3)和出口部分(5、7、9)之间设置实质上流体密封的系统(1)；
-通过至少一个负压发生设备(11、13)，在所述至少一个入口部分(3)和出口部分(5、7、9)之间提供系统(1)中的负压；
-引导流体从流体源(50)经由入口部分(3)至至少一个筛选设备(23、25)，其中流体被分离成所述至少两种成分；
-在系统(1)中设置至少一个容器(17，19)，该容器设置用于接受流体的固体成分，将每种成分分开地以受控制的方式经由容器(17、19)带出系统(1)；以及
-提供在所述用于固体成分的至少一个容器(17，19)和负压发生设备(11、13)之间的流体连通，该容器通过各自的出口部分(5、7、9)与负压发生设备(11、13)流体连通。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括将该负压发生设备(11、13)通过管道系统(15)被连接至该至少一个容器(17，19)之内。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括将所述至少一个筛选设备(23、25)中的至少一个设置成环形、旋转筛选元件(237、257)，其中抽吸设备(257’)还被设成与负压发生设备(11、13)流体连通，并且其中该抽吸设备(257’)被设置成朝向筛选设备(237)下侧的一部分。
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