CN102149644A - 用于废钻井流体脱水的系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于废钻井流体脱水的系统和方法。在一些实施方案中，脱水系统包括容纳来自井眼的废钻井流体、并从所述废钻井流体中除去至少一些固体的钻井流体回收系统；使来自钻井流体回收系统的废钻井流体与有机聚合物合并、由此形成废钻井流体中的固体与水的聚集混合物的歧管；和容纳所述聚集混合物，并将聚集混合物中的固体与水分离，由此形成固体钻井流体废物和基本上无胶体的水的离心机。

Description

用于废钻井流体脱水的系统和方法

关于联邦政府赞助的研究或开发的声明

不适用。

背景

本公开内容总体上涉及用于钻井流体脱水的系统和方法。更具体地，本公开内容涉及通过用有机聚合物调节钻井流体使废钻井流体脱水的系统和方法。

任何钻井工艺的关键要素都是钻井流体或泥浆的使用。钻井流体起到数种目的。钻井流体的密度或重量阻止地层流体或气体进入井眼，并进而控制地层压力。钻井流体还使钻屑从井眼底部悬浮并携带至表面。表面处的固体控制设备使钻井流体能够连续再循环，和/或沉积到位置与钻机泥浆罐相邻的土坑，亦称储备池内。

在钻井之前，要求钻井操作员建造和划出储备池来容纳钻屑量和数千桶水基钻井流体废物，所述废物预计由固体控制设备排放和倾卸钻井流体废物以维持最佳流体性质、水泥替置和钻机运转之前清洗机罐而产生。由于大多数采用传统实践的钻机没有运用特定类型的高效固体控制设备，因此通常遵循“倾卸和稀释”方式来控制泥浆密度、粘度和固体含量，以帮助改善钻头的机械钻速，并阻止卡钻趋势。这种“倾卸和稀释”方式意味着要消耗大量的水来减小胶态固体的浓度，并与化学添加剂重新配制，以给操作线带回最佳钻井流体性质。同时，作为定期倾泻的结果，储备池继续容纳更大体积的钻井流体废物。由于政府管理机构、市民、钻机位置、钻井成本、井的复杂性和钻井流体性能的原因，这种传统的钻井操作已经被逐步淘汰。

为了提供钻头的润滑和冷却、钻屑的去除和井的控制，钻井流体的性质必须要小心控制。当钻屑在钻井流体中累积时，钻井流体的重量和粘度便增加，从而增加了钻头上减慢机械钻速(ROP)的曳力，增加了钻孔壁上的壁垢厚度，并使井的压力更加难以控制。为了控制钻井流体的重量和粘度，从而防止井失控、ROP降低、和/或钻井部件由于壁垢厚度增加而在钻孔中被粘住，将水加入到再生的钻井流体中，以在重新注入之前对其进行调节。

为了降低与处理废钻井流体、运输清水到井场和井场恢复相关的成本，已经开发了多种用于废钻井流体脱水的技术。这些脱水技术使水能够从废钻井流体中回收，随后在注入钻柱之前与未用过的或再循环的钻井流体合并。水从废钻井流体中分离后，剩余的固体废物与脱水之前的废钻井流体相比，体积更小，重量更轻，并且可以运离井场，并以明显低的费用进行处置。

用在钻机上的固体控制设备的传统方法开始于钻井流体在流线上流出钻孔的时候。钻井流体经过线性运动振荡器，所述振荡器根据所用筛网的筛孔大小，在去除320-75μm之间大小的粗固体颗粒时能够处理100％的泥浆泵流。然后钻井流体经过除砂及除泥水力旋流器，以进一步以泥浆泵流速的大约110％的处理速率去除大小在20-74μm之间的细粉和淤泥级钻井固体颗粒。最后，流体经高速固体控制沉降式离心机处理，以泥浆泵流速的大约20％的平均处理速率除去大于5μm的超细钻井固体颗粒。

研究显示，水基钻井流体的胶体含量，钻头的钻速越快。胶态固体的最小化有助于降低钻井流体的塑性粘度，从而促使钻头的马力更大。然而，如果胶态在钻井流体中连续再循环时允许胶态固体累积和进一步降解，那么，除去胶态固体即使并非不可能，也会变得困难。粒度大于5μm或更大的胶态固体通过用带高阳离子电荷/低分子量有机聚合物进行粒子电荷脱稳，从钻井流体废物中去除，并且通过加入阴离子电荷可变/高分子量有机聚合物聚集在一起，形成“硬絮体”。

为了进一步提高这些传统脱水工艺的总效率，常常在进入离心机之前向钻井流体中加入无机聚合电解质或聚合物。钻井流体是产自土地或商业化生产的各种大小的固体和水的悬浮液。所述固体颗粒携带着导致它们彼此相互排斥的电荷，从而使所述固体能够悬浮在水中。由于这些排斥力和胶体/超细固体的浓度，钻井流体脱水将需要相当多的时间，以致这种自然工艺成为了不实用的方法。为了加快脱水过程，在钻井流体被传送通过离心机之前，将钻井流体用无机凝结剂处理。通常，无机凝结剂，如硫酸铝、聚氯化铝、氯化铁、氢氧化钙或酸首先被添加到钻井流体中，以使混合物的悬浮固体去稳定化。本文所用的去稳定化是指将悬浮在胶体混合物或钻井流体中的固体的电荷中和，以减小或破坏其排斥力的过程。

在固体去稳定化之后，将有机絮凝剂加入到钻井流体中，使去稳定化的固体聚集，以便在钻井流体通过离心机时，去稳定化并且随后聚集的固体不会破裂开并导致离心液或再生水变得高度混浊，然后卸去湿的饼状固体。有机絮凝剂带有吸引去稳定化的固体的电荷，从而导致固体自己附着到絮凝剂上。去稳定化的固体在有机絮凝剂上的附着形成了去稳定化固体的聚集网状结构，称为絮体。通过使固体去稳定化然后聚集成絮体，胶体混合物或钻井流体中的固体和水可以在离心机中更容易且更有效地分离，从而提高脱水工艺的总效率。

无机凝结剂被用在传统脱水技术中主要是因为这些物质都是通过其它常见化学工艺产生的副产物或废物，因此相对便宜。即便如此，它们的使用也不是没有弊端。首先，一些无机凝结剂，如酸，是无效的去稳定剂。当用作唯一的去稳定凝结剂时，脱水工艺产生的水仍然含有显著水平的胶态固体。其次，胶体混合物的pH水平太高时，无机凝结剂将不与该混合物中的悬浮固体发生反应。钻井流体，如泥浆，通常具有高pH水平。因此，为了用无机凝结剂使钻井流体去稳定，钻井流体必须首先用酸处理，以将混合物的pH水平降低至一定范围，在该范围内，无机凝结剂在加入到处理过的混合物中时与混合物中的悬浮固体发生反应。以这种方式加入酸增加了脱水工艺的总费用。第三，胶体混合物如钻井流体中无机凝结剂的加入导致混合物内产生了难以过滤、脱水、并且常常具有腐蚀性的固体。此外，无机凝结剂的使用向钻井流体所含的水中引入了氯化物。这就需要在再使用之前将水用添加剂，如氢氧化钠处理，以调节水的pH水平。最后，无机凝结剂与有机絮凝剂一起添加会产生小到中等大小的聚集的去稳定化固体，或絮体，它们是脆弱的，对剪切速率敏感，并且可能在离心机内破裂开来，再次变成悬浮在胶体混合物中。为了避免这种情况，可能有必要降低离心机的进给速率，而这又减缓了脱水生产速率。

本公开内容的实施方案涉及寻求克服现有技术的这些和其它局限性的脱水系统和方法。

优选实施方案概述

用于废钻井流体脱水的系统和方法。在一些实施方案中，脱水系统包括钻井流体回收系统，其容纳来自井眼的废钻井流体，并从所述废钻井流体中除去至少一些固体；歧管，其使来自钻井流体回收系统的废钻井流体与有机聚合物合并，由此形成废钻井流体中的固体与水的聚集混合物；和离心机，其容纳所述聚集混合物，并将聚集混合物中的固体与水分离，由此形成固体钻井流体废物和基本上无胶体的水。

在一些实施方案中，脱水系统包括的歧管具有去稳定区和位于去稳定区下游的聚集区。去稳定区适合使无机凝结剂与废钻井流体合并，由此使悬浮在废钻井流体中的固体去稳定化，并形成去稳定化固体的去稳定化混合物。聚集区适合使有机絮凝剂与去稳定化混合物合并，藉此，去稳定化固体聚集起来，形成多个絮体，并且形成絮体和水的聚集混合物。

使得以预先选择的流速流动的废钻井流体脱水的一些方法包括使容器中的废钻井流体样品旋转以形成涡旋，向样品中加入一定量的有机凝结剂直至样品出现凝结，其中样品含有的固体被去稳定化，向样品中加入一定量的有机絮凝剂直至出现聚集，其中形成多个絮体，根据加入到容器中的凝结剂的量、加入到容器中的废钻井流体的数和预先选择的废钻井流体流速，来计算凝结剂的流速，以及根据加入到容器中的絮凝剂的量、加入到容器中的废钻井流体的量和预先选择的废钻井流体流速，来计算絮凝剂的流速。

因此，本发明的实施方案包含了能够大大增强结合的特征和优点的组合。阅读以下对本发明的优选实施方案的详细描述和参考附图后，本发明的这些和各种其它特征和优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。

附图简述

为了更详细地理解优选实施方案，参考了附图，其中，

图1是符合本文所公开原则的脱水系统的示意图；

图2是图1的去稳定和絮凝歧管的示意图；

图3是在废钻井流体脱水过程中要添加的有机凝结剂和有机絮凝剂的最佳体积流速的定量方法；

图4描述了人机界面(HMI)的实施方案。

图5描绘了图4的HMI内的钻井流体流量的控制模块；

图6描绘了图4的HMI内的酸流量的控制模块；

图7描绘了图4的HMI内的有机凝结剂流量的控制模块；和

图8描绘了图4的HMI内的有机絮凝剂流量的控制模块。

符号和术语

以下说明书和权利要求中使用了某些术语来指示特定系统组件。本文并不打算区分名称不同而不是功能不同的组件。此外，制图不一定按比例进行。本发明的某些特征可以扩大比例或以概略的形式显示，为了清楚和简明，常规元件的一些细节没有显示出来。

在以下的讨论和权利要求中，术语“包含”以开放的形式使用，因此应被解释为表示“包括但不限于......”。而且，术语“结合(couple)”旨在表示间接或直接的连接。因此，当第一个装置与第二个装置结合时，这种连接可以通过直接连接，或者通过经由其它装置或连接物的间接连接。

优选实施方案详述

现在参考图1，其显示了符合本文所公开原则的钻井流体回收系统和脱水系统的示意图。钻井流体回收系统100包括筛网振荡器105，除砂及除泥水力旋流器110，和与管道系统180结合的沉降式离心机115。从井场的井孔回收的废钻井流体135通过管道系统180传送到筛网振荡器105和筛网振荡器105下游的再生系统100的组件。退出再生系统100后，废钻井流体135在废钻井流体贮罐140中储存。在再生系统100的一些实施方案中，过量钻井流体也可以传送至并储存在罐140中。

将筛网振荡器105、水力旋流器110和沉降式离心机115各自配置用于当废钻井流体135从中通过时，可以从废钻井流体135中除去在规定尺寸范围内的固体颗粒。在此示例性实施方案中，筛网振荡器105去除了尺寸在75-320μm范围内的固体。水力旋流器110去除了尺寸在20-74μm范围内的相对较小的固体。沉降式离心机115去除了尺寸大于5μm的颗粒，而高速离心机125则去除了更小的颗粒。因此，当废钻井流体135分别通过这些相应装置105、110和115时，更多的固体从废钻井流体135中被渐进地去除，从而减少了悬浮在钻井流体135中的固体的浓度。

脱水系统190包括去稳定和絮凝歧管120以及脱水离心机125，两者通过管道系统130串联连接。贮罐140中容纳的再生废钻井流体135由泵145经管道系统130传送至歧管120和脱水离心机125。在此示例性实施方案中，泵145是螺杆进料泵。然而，在其它实施方案中，泵145也可以是本行业已知的其它等同类型的泵。

脱水离心机125向通过它的废钻井流体135施加离心力。该离心力产生的压力负荷施加在废钻井流体135上，导致其中含有的水被迫与也包含在钻井流体135中的废弃固体分离。在一些实施方案中，脱水离心机125去除了尺寸小于5μm的颗粒。为了提高高速脱水离心机125从通过它的废钻井流体135中除去颗粒的容易度和有效性，将废钻井流体135在进入脱水离心机125之前于凝结和絮凝歧管120内用有机聚合物150进行处理或调节。

现在转到图2，歧管120包括去稳定区200和聚集区205。废钻井流体135通过泵145从钻井废物贮罐140首先传送至歧管120的去稳定区200。在去稳定区200内，有机凝结剂210被引入废钻井流体130中，使在废钻井流体135中保持悬浮的固体去稳定化，并且随后在去稳定化固体之间形成桥接，从而形成胶体网。胶体网是形成硬絮体的基本结构单元，所述硬絮体在通过歧管120和脱水离心机125时，不管遇到怎样的切应力和剪切速率，都一直保持，即，不破裂开来。

有机凝结剂210具有电荷和低分子量，所述电荷起到的作用是中和悬浮在钻井流体135中的固体的电荷。在一些实施方案中，有机凝结剂210是阳离子型的，其具有的分子量在1000-1,000,000范围内。有机凝结剂210的正电荷中和了钻井流体中悬浮的固体的电荷，因此减小或破坏了它们相互之间的排斥力。换句话说，有机凝结剂210使钻井流体中的固体去稳定化。与常规使用的无机凝结剂所提供的相比，有机凝结剂210的低分子量使得固体能够更快速地去稳定化，并且使得废钻井流体135中留存的水的粘度更低。有机凝结剂210可以是粉末、乳液或液体的形式，在一些实施方案中，是聚酰胺凝结剂，如Kem-Tron，Inc.公司生产的“Color-Katch-7”。

由于凝结剂210的有机性质，废钻井流体135在引入去稳定区200之前不需要预处理，例如，用酸来降低其pH水平。与无机凝结剂不同，有机凝结剂210与高pH流体中悬浮的固体发生反应。因此，有机凝结剂210是高pH流体、如废钻井流体135的有效去稳定剂，其不需通过预处理使有机凝结剂210能够与钻井流体135中的固体发生反应。还与无机凝结剂不同的是，在使钻井流体135中的固体去稳定化后，有机凝结剂210促进了形成网状去稳定化固体的网络，其在于脱水离心机125内加工的过程中更容易与钻井流体135中余留的水分离。有机凝结剂210这种促进去稳定化固体的形成这样的胶体网的能力增加了脱水系统190的总体效率。

废钻井流体135中保留的固体被去稳定化后，钻井流体135由去稳定区200进入歧管120的聚集区205。在聚集区205内，有机絮凝剂215被引入进废钻井流体135中，使其中含有的去稳定化固体聚集，以形成多个大的圆形絮体。去稳定化固体的聚集使这些固体能够承受在于高速离心机125内加工的过程中传递给它们的剪切力，而不会使固体破裂开来并导致这些固体再次变成在废钻井流体135的水中分散或悬浮。

有机絮凝剂215具有吸引钻井流体135中的去稳定化固体的电荷，和高分子量。有机絮凝剂215的电荷导致去稳定化固体自己附着到有机絮凝剂215上，从而产生聚集的去稳定化固体的大的圆形絮体。有机絮凝剂215的高分子量使去稳定化固体的大的圆形絮体能够承受在高速离心机125的加工过程中传递给絮体的剪切力。在一些实施方案中，有机絮凝剂215具有的分子量在13,000,000-15,000,000的范围内。此外，与使用常规无机絮凝剂可得到的较小较粗糙的絮体相比，絮凝剂215的有机性质能够使得去稳定化固体的絮体更大更硬更圆。通过增加絮体尺寸，可以使絮体更加耐受剪切力，因此在高速离心机125中更不容易破裂开来。照这样，在离心机125的加工过程中就不太需要减慢离心机125的速度以确保絮体保持完好。此外，絮体的圆形构型促进了一些本应在离心机125中破裂开来的固体重聚集。因此，更大更圆的絮体提高了脱水系统190的总效率和生产率。

有机絮凝剂215可以是粉末、乳液或液体的形式，在一些实施方案中，是聚丙烯酰胺絮凝剂，如Kem-Tron，Inc生产的“K-Floc”，“Kan-Floe”，或“Kat-Floc”。另外，在一些实施方案中，有机絮凝剂215是掺合的聚丙烯酰胺絮凝剂，其包含一定量的具有特定电荷密度的絮凝剂例如“Kan-Floe”与另一种量的具有不同电荷密度的相同絮凝剂的混合物。例如，有机絮凝剂215可以包括电荷密度为2％的Kan-Floe和电荷密度为23％的的Kan-Floe的等体积掺合物。本文所用的电荷密度是指聚合物链上被给予电荷的位点的百分比。例如，2％的电荷密度表示聚合物链上有2％的位点被给予负或阴离子的电荷，而剩余98％的位点上没有电荷。试验已经表明，掺合的聚丙烯酰胺絮凝剂比电荷密度约等于该掺合物中包含的两种电荷密度的平均值的非掺合聚丙烯酰胺絮凝剂更有效。换句话说，继续上面的例子，含有等量体积的2％电荷密度的Kan-Floe和23％电荷密度的Kan-Floe的掺合聚丙烯酰胺絮凝剂比相同体积的14％电荷密度的Kan-Floe更有效。

废钻井流体135中存留的去稳定化固体聚集后，钻井流体135由聚集区205进入脱水离心机125，如上文所述及图1所示，在那里，余留在钻井流体135中的水在来自施加到流体135的离心力的压力下，被迫从流体135中去稳定化固体的絮体中分离。在高速离心机125中的加工完成后，从离心机125中排出两种产物：无胶体水或清水155，其可以再利用，例如，在钻井流体注入向下钻眼之前对其进行调节；和饼状固体160，其可以运离井场进行处置。

本文所公开脱水系统和方法，包括脱水系统190，使无胶体水或清水155能够以比常规系统和方法可能具有的更快的生产率生产。此外，在脱水工艺中使用有机凝结剂产生的无胶体水或清水可以再利用而不需要对其进行处理，如在再利用之前改变其pH。换句话说，有机凝结剂210的使用不改变废钻井流体130中的水的pH水平，这样，一旦与流体130中悬浮的固体分离，水在再利用之前需要处理或调节。这与采用无机凝结剂的常规脱水系统和相关方法所产生的水具有较高水平的胶态固体相反。这样的“灰水”在再利用之前通常必须进行处理，以降低其pH，而这种行为增加了钻井时间和费用。而且，由本文所公开的脱水系统和方法，包括脱水系统190，所产生的饼状固体160比通过常规脱水系统和方法产生的饼状固体具有更低的含水量。通过减少含水量，固体160的重量更轻，并且占用的体积比它们原本占用的更小，从而使得它们能够以相对而言较低的成本运离井场和处置。

尽管在废钻井流体135的脱水中使用有机聚合物提供了上述改善和利益，但本文所公开的脱水方法还可以通过小心控制脱水过程中引入的有机凝结剂210和有机絮凝剂215的相对量来进一步改良，甚至优化。转向图3，其描述了使给定体积流速的废钻井流体135脱水所需要的有机凝结剂210和有机絮凝剂215的最佳体积流速的定量方法。方法300，本文称之为“Reardon旋涡烧杯试验(the Reardon Vortex Beaker Test)”或简称“该试验”，能够使图1和图2所示脱水系统190和相关方法得以优化。

通过测量一定量的需要脱水的混匀钻井流体135的密度(磅/加仑)、粘度(秒/夸脱)、pH、氯化物水平和硬度，开始试验300(步骤305)。当测得的密度超过9.2磅/加仑，并且测得的粘度超过40秒/夸脱时，将100ml混匀钻井流体135样品置于容器中，例如但不限于烧杯中(步骤310)。在一些实施方案中，烧杯的体积为400ml。或者，当测得的密度小于9.2磅/加仑，或者测得的粘度小于40秒/夸脱时，将150ml混匀钻井流体135样品置于烧杯内(步骤315)。由于下文所述理由，在步骤310或步骤315中加入烧杯的钻井流体135的体积(mL)在本文中用符号V_DF表示。

根据步骤305中测得的pH水平，钻井流体样品可能需要进行酸处理，以调节其pH。当测得的pH水平超过11.5时，向放置在烧杯中的钻井流体样品中加入少量酸(步骤320)。然后搅拌该钻井流体样品，用pH计测量其pH水平(步骤325)。重复进行此过程，即步骤320和325，直至钻井流体样品的pH水平为约8.5。

接下来，将第一量的有机凝结剂210和第二量的有机絮凝剂215分别吸入到第一注射器和第二注射器中(步骤330)。在一些实施方案中，这些量分别为3cc和10cc。当在步骤320中测得的氯化物水平和硬度水平分别超过2500ppm和400mg/L时，应为步骤330及所有后续步骤选择高分子量的有机絮凝剂215。当有机聚合物被抽入其各自的注射器时，在其中抽入其它聚合物之前，将被俘获在任一注射器内的任何空气从受影响的注射器中挤出。

然后使其中容纳有钻井流体样品的烧杯旋转，以使钻井流体样品在烧杯内形成涡旋(步骤335)。当以这种方式旋转烧杯时，将第一注射器中容纳的有机凝结剂210逐步加入到烧杯中容纳的钻井流体样品中(步骤340)。一旦钻井流体样品略微变稠，提示钻井流体样品凝结，便停止添加有机凝结剂210，以毫升(立方厘米)为单位记录加入到烧杯中的有机凝结剂210的总体积Voc。通过烧杯旋转形成的涡旋提高了看出烧杯中所容纳的钻井流体样品的凝结的能力。

继续旋转烧杯时，将第二注射器中所容纳的有机絮凝剂215缓慢加入到烧杯中所容纳的当前已凝结的钻井流体样品中(步骤345)。当钻井流体形成大而光滑的絮体，所述絮体各自的直径为约3/8”至3/4”，并且具有在烧杯周围滑动而不破裂开来的能力时，停止添加有机凝结剂215，以cc为单位记录加入到烧杯中的有机絮凝剂215的总体积V_OF。在试验300的这个时候，烧杯中容纳的聚集的去稳定化钻井流体固体的大而光滑的絮体基本上与同样容纳在其中的水分离。

如果步骤345中所获得的絮体的尺寸和强度和/或水的澄清度不是所预期的那样，或者在步骤345中加入的有机絮凝剂215比预期的多，则应重复步骤305到345。在重复步骤305至345的过程中，在步骤340应加入不同量的——或更多或更少——的有机凝结剂210。步骤305至345可以一直重复，直到获得预期的絮体尺寸和强度以及水的澄清度为止(步骤350)。

当令人满意地完成步骤305至345时，对于给定钻井流体135样品的有机凝结剂210和有机絮凝剂215的最佳体积比就已经确定了。这些比率可以根据令人满意地完成步骤305至350所需要的有机凝结剂210、有机絮凝剂215和钻井流体135的体积来确定。接着将该信息转化为体积流速，所述体积流速表明了在流体135的脱水过程中，为提供无胶体水或清水155(图1)和固体钻井流体废物160(图1)的最佳生产，应向特定体积流速的钻井流体135中加入有机凝结剂210和有机絮凝剂215的速率。

对于泵送通过脱水系统、如脱水系统190(图1)的钻井流体135以加仑/分钟为单位的特定体积流速FR_DF，有机凝结剂210和有机絮凝剂215应该分别以如下的体积流速FR_OC和FR_OF添加到例如去稳定区200(图2)和聚集区205(图2)的钻井流体135中(步骤355)：

无乳液聚合物浓缩单元的标准脱水

FR_OC＝V_OC/V_DR*FR_DR

FR_OF＝V_OF/V_DR*2.5*FR_DR

有乳液和液体聚合物浓缩单元的标准脱水

FR_OC＝V_OC/V_DR*FR_DR

FR_OF＝V_OF/V_DR*2.0*FR_DR

如果钻井流体135通过脱水系统的体积流速FR_DF改变，或者可能期望改变，应根据上述公式调节有机凝结剂210的体积流速FR_OC和有机絮凝剂的体积流速FR_OF，以继续提供最佳的钻井流体135脱水(步骤360)。

尽管Reardon涡旋烧杯试验是在上文对规定流速的废钻井流体135的有机凝结剂210和有机絮凝剂215的最佳流速进行定量的情况下进行描述的，但是该试验也可以用来确定关于无机凝结剂、无机絮凝剂、和/或可能在废钻井流体135的脱水过程中引入的其它添加剂的类似信息。换句话说，该试验适用于有机和无机脱水添加剂。

有机凝结剂210的体积流速FR_OC和有机絮凝剂215的体积流速FR_OF，以及脱水系统如脱水系统190(图1)的其它参数的调整可以利用界面来完成，所述界面被配置用于接收操作人员的输入，并产生按照输入调整脱水系统的组件的信号。图4至8描绘的人机界面(HMI)可用于限定、控制和调节引入脱水系统的钻井流体135的体积流速FR_DR，有机凝结剂210的体积流速FR_OC和有机絮凝剂215的体积流速FR_OF，以及其它参数。

转向图4，HMI 400是允许操作人员通过具有触摸感应显示屏的计算机监控器输入预期流速405和影响脱水工艺的其它参数的计算机化界面。然后，输入被转化为修正受影响的子系统410的信号。在此示例性实施方案中，HMI 400能够如图5、6、7和8分别所示，分别控制通过脱水系统的钻井流体135的体积流速FR_DR 500、酸的体积流速600、有机凝结剂210的体积流速FR_OC 700，和/或有机絮凝剂215的体积流速FR_OF 800。操作人员在脱水过程中可以根据需要调节这些流速500、600、700和800。在一些实施方案中，他或她所做的调整根据参考图3进行描述并通过图3示出的Reardon烧杯试验进行。此外，在一些实施方案中，HMI 400可以包括储存可执行程序的计算机，所述程序生成信号，以按照存储程序中规定的指令自动调节这些流速500、600、700和800。所述计算机程序存储在非易失性存储器例如硬盘驱动器，易失存储器例如随机存取存储器，或其组合中。指令可以是对操作员提供的输入的补充或替换。

尽管已经显示和描述了各种优选实施方案，但是本领域技术人员可以在不背离其中的精神和教示的条件下对其进行修饰。本文中的实施方案只是例示性的而非限制性的。本文所公开仪器的许多变体和修改都是可能的，并且都在本发明的范围内。因此，保护范围不受到上述说明书的限制，而仅由所附权利要求书限定，所述范围包括权利要求主题的所有等同体。

Claims (20)

1.一种用于废钻井流体脱水的系统，该系统包含：

歧管，其包含：

去稳定区，其适于使有机凝结剂与废钻井流体合并，由此使悬浮在废钻井流体中的固体去稳定化，并且形成去稳定化固体的去稳定化混合物；和

去稳定区下游的聚集区，该聚集区适于使有机絮凝剂与去稳定化混合物合并，由此使去稳定化固体聚集以形成多个絮体，并且形成絮体与水的聚集混合物。

2.权利要求1的系统，其中有机凝结剂为粉末、乳液和液体形式中的至少一种。

3.权利要求2的系统，其中有机凝结剂是聚酰胺凝结剂。

4.权利要求1的系统，其中有机絮凝剂为粉末、乳液和液体形式中的至少一种。

5.权利要求4的系统，其中有机絮凝剂是掺合的聚丙烯酰胺絮凝剂。

6.权利要求1的系统，其还包含离心机，所述离心机适于容纳所述聚集混合物，并将絮体与水分离，以形成固体钻井流体废物和基本上无胶体的水。

7.权利要求6的系统，其还包含筛网振荡器、除砂和除泥水力旋流器、和沉降式离心机中的至少一种。

8.一种用于废钻井流体脱水的系统，该系统包含：

钻井流体回收系统，其容纳来自井眼的废钻井流体，并从所述废钻井流体中除去至少一些固体；

歧管，其使来自钻井流体回收系统的废钻井流体与有机聚合物合并，由此形成废钻井流体中的固体与水的聚集混合物；和

离心机，其容纳所述聚集混合物，并将聚集混合物中的固体与水分离，由此形成固体钻井流体废物和基本上无胶体的水。

9.权利要求8的系统，其中钻井流体回收系统包含：

筛网振荡器；

除砂和除泥水力旋流器；和

沉降式离心机。

10.权利要求9的系统，其中筛网振荡器被配置用于去除具有第一最小尺寸的固体，水力旋流器被配置用于去除具有小于第一最小尺寸的第二最小尺寸的固体，和沉降式离心机被配置用于去除具有小于第一和第二最小尺寸的第三最小尺寸的固体。

11.权利要求8的系统，其中歧管包含：

去稳定区，其适于使有机凝结剂与废钻井流体合并，由此使悬浮在废钻井流体中的固体去稳定化，并且形成去稳定化固体的去稳定化混合物；和

去稳定区下游的聚集区，该聚集区适于使有机絮凝剂与去稳定化混合物合并，由此使去稳定化固体聚集以形成多个絮体，由此形成聚集混合物，其中聚集混合物包括絮体和水。

12.权利要求11的系统，其中有机凝结剂为粉末、乳液和液体形式中的至少一种。

13.权利要求12的系统，其中有机凝结剂是聚酰胺凝结剂。

14.权利要求11的系统，其中有机絮凝剂为粉末、乳液和液体形式中的至少一种。

15.权利要求14的系统，其中有机絮凝剂是掺合的聚丙烯酰胺絮凝剂。

16.权利要求8的系统，其还包含容纳来自钻井流体回收系统的废钻井流体并向歧管供给废钻井流体的贮罐。

17.一种用于将以预先选择的流速流动的废钻井流体脱水的方法，该方法包括：

旋转容器中的废钻井流体样品以形成涡旋；

向样品中加入一定量的有机凝结剂直至出现样品凝结，其中样品中含有的固体被去稳定化；

向样品中加入一定量的有机絮凝剂直至出现聚集，其中形成多个絮体；

根据加入到容器中的凝结剂的量、加入到容器中的废钻井流体的量和预先选择的废钻井流体流速，来计算凝结剂的流速；和

根据加入到容器中的絮凝剂的量、加入到容器中的废钻井流体的量和预先选择的的废钻井流体流速，来计算絮凝剂的流速。

18.权利要求17的方法，其还包括：

以预先选择的流速将废钻井流体传送通过具有去稳定区和聚集区的歧管；

以计算出的流速向去稳定区的废钻井流体中加入凝结剂，其中悬浮在废钻井流体中的固体被去稳定化，并且形成去稳定化固体的去稳定化混合物；和

以计算出的流速向聚集区的去稳定化混合物中加入絮凝剂，其中去稳定化固体聚集形成多个絮体，并且形成絮体和水的聚集混合物。

19.权利要求18的方法，其还包括：

在离心机中分离絮体和水，其中形成固体钻井流体废物和基本上无胶体的水。

20.权利要求18的方法，其还包括：

使用筛网振荡器、除砂和除泥水力旋流器、和沉降式离心机中的至少一种，将固体从废钻井流体中分离。

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