CN102648330A - 用于从钻屑移除和回收碳氢化合物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于从钻井泥浆中的钻屑萃取碳氢化合物的系统和方法。所述用于从钻屑萃取碳氢化合物的系统包括：至少一个萃取罐、与所述至少一个萃取罐流体连接的二氧化碳罐以及与所述至少一个萃取罐流体连通的至少一个分离罐。所述用于从钻屑萃取碳氢化合物的方法包括：将钻屑暴露在液态二氧化碳下；利用液态二氧化碳从钻屑溶解碳氢化合物；加热液态二氧化碳和溶解的碳氢化合物，以将液态二氧化碳转换为二氧化碳蒸汽；使碳氢化合物与二氧化碳蒸汽分离；以及收集分离出的碳氢化合物。

Description

用于从钻屑移除和回收碳氢化合物的方法
技术领域
在此公开的实施例总体上涉及一种用于从钻屑萃取碳氢化合物的方法。具体地讲，在此公开的实施例涉及一种用于利用液态二氧化碳从钻屑萃取碳氢化合物的方法。更具体地讲，在此公开的实施例涉及一种用于在相对较低的温度和压力下使用液态二氧化碳从钻屑萃取碳氢化合物的方法。
背景技术
在钻井中，钻头用于向地壳中钻入数千英尺。石油钻机通常采用在钻井平台上方延伸的井架。井架在钻井操作过程中在钻杆的接头端到端连接之后支撑接头。随着钻头越来越深地推入地中，附加管接头被添加到越来越长的“柱”或“钻柱”。因此，钻柱包括多个管接头。
流体“钻井泥浆”通过钻柱从钻井平台泵送到支撑在钻柱的下端或远端处的钻头。钻井泥浆润滑钻头，且随着越钻越深，将由钻头产生的井屑带走。钻屑在通过井环空的钻井泥浆的返回流中被载运，且返回到地面的钻井平台。当钻井泥浆达到平台时，钻井泥浆被采油工业中称作井屑或钻屑的小的页岩和岩石块污染。当钻屑、钻井泥浆和其他废物达到平台时，“页岩振动筛”通常用于从钻屑去除钻井泥浆，使得钻井泥浆可再被使用。残余的钻屑、废物和残留钻井泥浆然后被传送到保持槽，以进行处置。在一些情况下，例如在特定类型的钻井泥浆下，钻井泥浆不可被再次使用，因此必须处置掉它。通常，未循环的钻井泥浆从钻屑和其他废物分离而通过经由器皿向处置点运输钻井泥浆被处置掉。
钻屑和钻井泥浆的处置是复杂的环境问题。钻屑不仅包含可能污染周围环境的残留钻井泥浆物质，而且还包含特别是对环境有害的油和其他废物，尤其是当在海洋环境下钻井时。
除了振动筛，已经有人提出了用于从钻屑和钻井流体去除碳氢化合物和污染物的各种方法。然而，高的成本和设备结构的复杂性、巨大的能量浪费、有限的安全性，尤其是当在海上操作时，以及低的效率已经使得这种方法不利于从钻屑萃取碳氢化合物。
因此，始终迫切需要用于从钻屑萃取碳氢化合物的方法和系统。
发明内容
本发明涉及一种用于从钻井泥浆中的钻屑萃取碳氢化合物的系统和方法。所述用于从钻屑萃取碳氢化合物的系统包括：至少一个萃取罐、与所述至少一个萃取罐流体连接的二氧化碳罐以及与所述至少一个萃取罐流体连通的至少一个分离罐。所述用于从钻屑萃取碳氢化合物的方法包括：将钻屑暴露在液态二氧化碳下；利用液态二氧化碳从钻屑溶解碳氢化合物；加热液态二氧化碳和溶解的碳氢化合物，以将液态二氧化碳转换为二氧化碳蒸汽；使碳氢化合物与二氧化碳蒸汽分离；以及收集分离出的碳氢化合物。
从下面的描述和权利要求书中可以显见本发明的其他方面和优点。
附图说明
图1是根据在此公开的实施例的用于液态二氧化碳的包括萃取温度/压力区域的压力-温度的曲线图。
图1是根据在此公开的实施例的系统的示意图。
图2是根据在此公开的实施例的系统的示意图。
图3是根据在此公开的实施例的系统的示意图。
图4是根据在此公开的实施例的系统的示意图。
图5是根据在此公开的实施例的发电和二氧化碳收集系统的示意图。
图6A-6C是根据在此公开的实施例的加压器皿的各种视图。
图7A-7D是根据在此公开的实施例的加压器皿的各种视图
图8A-8B是根据在此公开的实施例的加压器皿的各种视图。
图9是根据在此公开的实施例的加压器皿的透视图。
具体实施方式
在一个方面，在此公开的实施例总体上涉及用于从钻屑萃取碳氢化合物的方法。具体地讲，在此公开的一些实施例涉及用于使用液态二氧化碳从钻屑萃取碳氢化合物的方法。更具体地讲，在此公开的一些实施例涉及用于使用液态二氧化碳在低温和低压下从钻屑萃取碳氢化合物的方法。
与被油污染的钻屑的处置相关的环境问题日益地需要高效的过程来清洁被油污染的钻屑，这还可使得回收和再利用宝贵的钻井泥浆。根据本公开，二氧化碳作为溶剂使用以溶解碳氢化合物可产生更为干净的钻屑，且使得可回收碳氢化合物。
碳氢化合物在液态二氧化碳中的溶解能力在低的处理温度例如-5-0℃和近似50巴的压力下比在较高的处理温度例如20-50℃和近似50巴或更高的压力下高大约10-20倍。本公开利用了在相对较低的温度和压力下对碳氢化合物高的溶解能力。例如，在50巴的压力和近似-5℃的温度下，对碳氢化合物、例如对位于钻屑上的那些碳氢化合物的溶解能力为大约0.877g油/g C02。在这种相对较低的温度下，钻屑未被冻结，从而允许便利的质量传递（即，钻屑和液态二氧化碳的混合物自由流动）。
图1示出了用于液态二氧化碳的包括萃取温度/压力区域的压力（巴）-温度（℃）的曲线图。如图所示，使用饱和液态二氧化碳从钻屑萃取碳氢化合物可在大约-20℃-大约小于20℃的温度和大约20巴-大约45巴的饱和压力下实现。在可选实施例中，压力可在大约45巴-大约65巴、大约65巴-大约85巴或大约85巴-大约105巴的范围内。从而，处于饱和点以下的温度下的二氧化碳可用于从钻屑去除碳氢化合物。二氧化碳的饱和温度是液态二氧化碳汽化为其气相时的相应的饱和压力下的温度。二氧化碳在其饱和温度下将以其液态和气态这两种形式呈现。低于饱和温度和相应压力下的二氧化碳仅为液态形式。
图2示出了根据在此公开的实施例的用于从钻屑萃取碳氢化合物的系统的示意图。如图所示，该系统包括二氧化碳罐100，所述二氧化碳罐将液态二氧化碳经由传送管路10供给到萃取罐102。本领域的技术人员可以理解，液态二氧化碳储存罐可使用高强度、细晶粒碳钢、不锈钢或其他金属或它们的合金制造，且针对特定的工作压力构造和试验。传送管路101可以是能够将液态二氧化碳传送到萃取罐102的任何类型的管道，例如，不锈钢管道和陶瓷衬里不锈钢管道。本领域的技术人员可以理解，萃取罐102可由本领域公知的材料、例如不锈钢或其他类型的金属或它们的合金制成。在某些实施例中，萃取罐可包括能够承受50巴以上的压力的器皿。萃取罐102还可包括释放阀或喷嘴103，以周期性地减轻压力来防止结构损坏。萃取罐102还可包括可用于搅动萃取罐102中的钻屑的机械搅动器M。本领域的技术人员可以理解，机械搅动器M可以是螺旋件、桨、刀片或任何等效设计，其可以以搅动钻屑所需的速度转动。机械搅动器M可设置在萃取罐102中或萃取罐102上，以使得机械搅动器M接触和移动钻屑而增大钻屑暴露给液态二氧化碳的机会。萃取罐102还可包括循环泵107，所述循环泵107可提供附加的液压混合和流态化，以提高萃取罐102中的质量传递速率。循环泵107可用于使液态二氧化碳循环通过萃取罐102，从而增大二氧化碳饱含碳氢化合物的饱和度。从而，这种循环可提高系统的效率。
萃取罐102的尺寸也可变化，以提高碳氢化合物去除效率。例如，在一个实施例中，萃取罐102的长度-直径比可以为大约2∶1，在其他实施例中，萃取罐102的长度-直径比可为大约52∶1。在其他实施例中，萃取罐102的长度-直径比可为大约3.7∶1。附加地，根据萃取罐102的位置，萃取罐102可垂直地或水平地设置。
在某些实施例中，罐109可用于供给化学添加剂。本领域的技术人员可以理解，罐109可由本领域公知的材料、例如，不锈钢、其他类型的金属、或它们的合金制成。来自罐109的化学添加剂可注入到萃取罐102，或可串联地与二氧化碳在线混合。在某些实施例中，单独的管道可用于将化学添加剂提供给二氧化碳流或萃取罐102。因此，尽管图1示出了化学添加剂的串联在线添加，但化学添加剂也可通过其他各种措施、例如通过液体添加剂的直接注入、固体添加剂的定量配给、将固体添加剂与液态二氧化碳混合以及随后将该混合物注入到二氧化碳流中或直接注入萃取罐109中添加。可被添加的化学添加剂包括以下中的至少一种：共溶剂、粘度调节剂、表面活性剂、水、乙醇、聚甲基丙烯酸酯、氢化苯乙烯双烯共聚物、烯烃共聚物、乙氧基乙醇、苯乙烯聚酯或它们的组合物。萃取罐102可包括用于经由传送管路112传送水的泵111。本领域技术人员可以理解，罐109可由现有技术中公知的材料例如不锈钢、其他类型的金属、或它们的合金制作。传送管路112可为能够将水传送到萃取罐102的任何类型的管道，例如不锈钢管道和陶瓷衬里不锈钢管道。
供给到萃取罐102中的上面具有碳氢化合物的钻屑可用液态二氧化碳处理。在用液态二氧化碳处理钻屑之后，碳氢化合物和液态二氧化碳可经由传送管路104从萃取罐102传送到具有第一罐115和第二罐116的双重过滤系统，以去除任何钻屑或残留颗粒物。双重过滤系统还可包括各种类型的过滤介质，以从碳氢化合物和液态二氧化碳流中例如分离出残留颗粒物。与萃取罐102类似，双重过滤系统可以由现有技术中公知的材料、例如不锈钢、其他金属、或它们的合金制成。本领域技术人员可以理解，尽管根据本公开的实施例可包括具有第一罐115和第二罐116的双重过滤系统，但某些实施例也可包括一个或多个具有一个或多个罐的过滤系统，以去除任何钻屑或颗粒物。阀117可设置在第一罐115上，以控制碳氢化合物和液态二氧化碳向第二罐116的流动。在处理和去除钻屑之后，碳氢化合物和液态二氧化碳混合物可经由管路104传送到分离罐105，所述管路104将双重过滤系统罐115和116与分离罐105流体连接。
传送管路104可以是能够将液态二氧化碳和碳氢化合物载送到分离罐105中的任何类型的管道。与萃取罐102类似，分离罐105可由现有技术中公知的材料、例如不锈钢、任何其他金属、或它们的合金制造。本领域的技术人员可以理解，碳氢化合物随后可经由附加阀或管件（未示出）从分离罐105去除。在某些实施例中，二氧化碳冷凝器208可用于冷凝在处理过程中可能已经形成的任何二氧化碳蒸汽。本领域技术人员可以理解，二氧化碳冷凝器208可由现有技术中公知的材料、例如不锈钢、或其他类型的金属、或它们的合金制作。来自分离罐105的液态二氧化碳和二氧化碳蒸汽经由传送管路106传送到二氧化碳冷凝器208。来自二氧化碳冷凝器208的已被冷凝的液态二氧化碳可经由传送管路118传送到附加液态二氧化碳储存罐114，然后再循环以便重复使用。本领域技术人员可以理解，附加液态二氧化碳储存罐114可由现有技术中公知的材料、例如不锈钢、或其他类型的金属、或它们的合金制作。
在操作时，钻屑可通过现有技术中公知的多种输送系统导入萃取罐102中。根据给定操作的要求，导入的钻屑流可连续地或分批地被处理。在连续模式下，钻屑可通过钻屑和碳氢化合物从一个阶段到下一阶段的连续运动而被处理，同时从钻屑萃取碳氢化合物，从二氧化碳分离碳氢化合物以及二氧化碳的再循环。在分批处理中，钻屑可以选择的量处理，例如，选定量的钻屑可被处理，在此之后，操作被停止，直到要求处理随后某一量的钻屑。
接着，钻屑的表面上的碳氢化合物在萃取罐102中溶解在液态二氧化碳中。碳氢化合物和液态二氧化碳然后经由传送管路104传送到双重过滤系统，以去除残留颗粒物。碳氢化合物和液态二氧化碳传送到分离罐105，以便可进行收集和分离。在二氧化碳与碳氢化合物分离之后，液态二氧化碳和在处理过程中可能已经形成的二氧化碳蒸汽可传送到二氧化碳冷凝器208，然后传送到液态二氧化碳储存罐114，以便随后再用。在萃取循环结束时，残留液态二氧化碳可存在于萃取罐102中。水可经由传送管路112从泵111泵送到萃取罐102，以将残留液态二氧化碳从萃取箱102移送到液态二氧化碳储存罐114。向萃取罐102添加水可降低在萃取罐102的降压过程中损失的二氧化碳的量，且可进一步有助于制浆和从萃取罐102去除钻屑。
参看图3，示出了根据在此公开的实施例的用于从钻屑萃取碳氢化合物的系统的一个可选的示意图，其中，相同的部件与图2以相同的附图标记表示。如图所示，该系统包括钻屑储存罐200，其中，钻屑储存和传送到萃取罐102。储存罐的例子可包括：坑、收集桶、储存器皿和蓄存器，在某些实施例中，其可作为钻机基础结构的一部分。钻屑储存罐200经由传送管路201连接到萃取罐102。传送管路201可以是能够将钻屑传送到萃取容器102的任何类型的管道。这种传送管路201也可以包括输送装置，例如螺旋钻、皮带或能够允许气动传送的管道。液态二氧化碳经由传送管路101从液态二氧化碳储存罐100传送到萃取罐102。萃取罐可经由打开释放阀103周期性地被释放压力，以减压，从而防止损坏萃取罐的结构。萃取罐102还包括用于去除钻屑203的出口202。钻屑可通过出口202，然后可被收集以进行处置。萃取罐102可包括机械搅动器M，以搅动萃取罐102中的钻屑。萃取罐102可包括循环泵107，所述循环泵107还可提供附加液压混合和流态化，以提高萃取罐102中的质量传递速率。在某些实施例中，罐109可用于供给化学添加剂。来自罐109的化学添加剂可注入到萃取罐102，或可串联地与二氧化碳在线混合。可添加的化学添加剂包括以下中的至少一种：共溶剂、粘度调节剂、表面活性剂、水、乙醇、聚甲基丙烯酸酯、氢化苯乙烯双烯共聚物、烯烃共聚物、乙氧基乙醇、苯乙烯聚酯、或它们的组合。萃取罐102可包括用于经由传送管路112传送水的泵111。本领域的技术人员可以理解，罐109可由现有技术中公知的材料、例如不锈钢、其他类型的金属、或它们的合金制作。传送管路112可为能够将水传送到萃取罐102的任何类型的管道，例如不锈钢管道和陶瓷衬里不锈钢管道。
在该实施例中，碳氢化合物和液态二氧化碳可经由传送管路104从萃取罐102传送到过滤系统115，以从碳氢化合物和二氧化碳混合物中去除残留钻屑或颗粒物。与萃取罐102类似，过滤系统115可由现有技术中公知的材料、例如不锈钢、其他金属、或它们的合金制造。本领域技术人员可以理解，某些实施例可包括一个或多个具有一个或多个罐的过滤系统，以从碳氢化合物和二氧化碳混合物中去除残留钻屑或颗粒物。阀117可设置在过滤系统115上，以控制碳氢化合物和液态二氧化碳向分离罐105的流动。在该实施例中，传送管路104流体连接到二氧化碳加热器204，以将液态二氧化碳转换为二氧化碳蒸汽。二氧化碳加热器204经由传送管路205流体连接到分离罐105。分离罐105也可具有用于将碳氢化合物去除到碳氢化合物收集罐207的出口206。
来自分离罐105的液态二氧化碳和二氧化碳蒸汽混合物可经由传送管路106传送到二氧化碳冷凝器208。在冷凝二氧化碳蒸汽之后，液态二氧化碳可经由传送管路118传送到附加液态二氧化碳储存罐114，然后再循环以便随后使用。
在操作过程中，钻屑通过现有技术中公知的多种输送系统经由传送管路201从钻屑储存罐200导入萃取罐102中。根据给定操作的要求，钻屑流以恒定速率或分批地传送。液态二氧化碳然后经由传送管路101传送到萃取罐102。在萃取罐102中，钻屑的表面上的碳氢化合物溶解在液态二氧化碳中。干净的钻屑203然后可通过出口202从萃取罐102移除。
接着，具有从钻屑溶解的碳氢化合物的液态二氧化碳流经由传送管路104传送到过滤系统115，以去除残留钻屑和/或颗粒物。碳氢化合物和液态二氧化碳然后传送到二氧化碳加热器204，在二氧化碳加热器处，液态二氧化碳被加热，以形成二氧化碳蒸汽，从而，在二氧化碳加热器204中释放可溶解的碳氢化合物。碳氢化合物和二氧化碳蒸汽然后经由传送管路205输送到分离罐105。碳氢化合物然后可通过出口206从分离罐105去除到收集罐207中。碳氢化合物可借助于现有技术中公知的多种系统通过出口206从分离罐105去除以再使用。二氧化碳蒸汽然后传送到二氧化碳冷凝器208，其中，二氧化碳蒸汽被冷却以形成液态二氧化碳。液态二氧化碳传送到附加液态二氧化碳罐114，然后被再循环以便随后使用。在萃取循环结束时，残留的液态二氧化碳可存在于萃取罐102中。水可经由传送管路112从泵111被泵送到萃取罐102，以将残留的液态二氧化碳从萃取罐102转移到液态二氧化碳储存罐114。向萃取罐102添加水可降低在萃取罐102的减压过程中损失的二氧化碳的量，且可进一步有助于制浆和从萃取罐102去除钻屑。
参看图4，示出了根据在此公开的实施例的用于从钻屑萃取碳氢化合物的系统的一个可选的示意图，其中，相同的部件与图1和2以相同的附图标记表示。如图所示，该系统包括钻屑储存罐200，其中，钻屑储存和传送到萃取罐102、306和307。钻屑储存罐200经由传送管路201、302和303连接到萃取罐102、306和307。液态二氧化碳经由传送管路101、300和301从液态二氧化碳储存罐100传送到萃取罐102、306和307。萃取罐可经由打开释放阀103、304和305被周期性地释放压力，以减压，从而防止对萃取罐产生任何结构损坏。
萃取罐102、306和307还分别包括相应的出口202、308和309，以去除已被清洁的钻屑203、310和311。钻屑可通过出口202、308和309，且可然后被收集以用于处置。萃取罐102、306和307可包括机械搅动器M，以搅动萃取罐102、306和307中的钻屑。本领域的技术人员可以理解，机械搅动器M可以是螺旋件、桨、刀片或任何等效设计，其可以以搅动钻屑所需的速度转动。萃取罐102、306和307还可包括循环泵107，所述循环泵107可提供附加的液压混合和流态化，以提高萃取罐102中的质量传递速率。在某些实施例中，罐109可用于供给化学添加剂。来自罐109的化学添加剂可注入到萃取罐102，或可串联地与二氧化碳在线混合。可被添加的化学添加剂包括以下中的至少一种：共溶剂、粘度调节剂、表面活性剂、水、乙醇、聚甲基丙烯酸酯、氢化苯乙烯双烯共聚物、烯烃共聚物、乙氧基乙醇、苯乙烯聚酯、或它们之间的组合。萃取罐102可包括经由传送管路112传送水的泵111。本领域的技术人员可以理解，罐109可由现有技术中公知的材料、例如不锈钢、或其他类型的金属、或它们的合金制成。传送管路112可以是能够将水传送到萃取罐102的任何类型的管道，例如，不锈钢管道和陶瓷衬里不锈钢管道。
传送管路104、312和313流体连接到过滤系统115。碳氢化合物和液态二氧化碳经由传送管路104、312和313传送到过滤系统115，以去除残留钻屑和/或颗粒物。本领域的技术人员可以理解，某些实施例可包括一个或多个具有一个或多个罐的过滤系统，以去除任何钻屑或残留颗粒物。阀117可设置在过滤系统115上，以控制碳氢化合物和液态二氧化碳向二氧化碳加热器204的流动。碳氢化合物和液态二氧化碳然后传送到二氧化碳加热器204，以将液态二氧化碳转换为二氧化碳蒸汽。二氧化碳加热器204经由传送管路205流体连接到分离罐105。分离罐105还可具有用于将碳氢化合物去除到碳氢化合物收集罐207的出口206。分离罐105还经由传送管路106连接到二氧化碳冷凝器208。已被冷凝的二氧化碳然后传送到附加二氧化碳储存罐114且被循环以随后再用。
在操作过程中，钻屑通过现有技术中公知的多种输送系统经由传送管路201、302和303从钻屑储存罐200导入萃取罐102、306和307中。水可经由传送管路112从泵111泵送到萃取罐102。钻屑流可以恒定速率或分批地传送，如上所述。被污染的钻屑在表面上具有大量碳氢化合物。在萃取罐102、306和307中，钻屑的表面上的碳氢化合物溶解在液态二氧化碳中。干净的钻屑203、310和311然后可通过出口202、308和309分别从萃取罐102、306和307去除。接着，具有从钻屑溶解的碳氢化合物的液态二氧化碳流传送到过滤系统115，以去除任何残留颗粒物。碳氢化合物和液态二氧化碳然后传送到二氧化碳加热器204，在所述二氧化碳加热器204处，液态二氧化碳被加热以形成二氧化碳蒸汽，从而在二氧化碳加热器204中释放可溶解的碳氢化合物。碳氢化合物和二氧化碳蒸汽经由传送管路205传送到分离罐105。碳氢化合物通过出口206被从分离罐105移除到收集罐207中。碳氢化合物可借助于多种现有技术中公知的系统通过出口206从分离罐105移除以便再用。二氧化碳蒸汽然后可传送到二氧化碳冷凝器208，其中，二氧化碳蒸汽被冷却以形成液态二氧化碳，所述液态二氧化碳然后再循环以便随后使用。在一些实施例中，该系统可包括多个分离罐。多个分离罐可经由多个传送管路单独地连接到二氧化碳加热器204，且碳氢化合物可从每个分离罐移除。在其他实施例中，多个分离罐可串联地连接，使得流体从二氧化碳加热器204行进通过至少两个分离罐，且碳氢化合物可从每个分离罐移除。在萃取循环结束时，残留液态二氧化碳可出现于萃取罐102中。水可经由传送管路112从泵111泵送到萃取罐102，以将残留的液态二氧化碳从萃取罐102转移到液态二氧化碳储存罐114。向萃取罐102添加水可降低在萃取罐102的降压过程中损失的二氧化碳的量，且可进一步有助于制浆和从萃取罐102去除钻屑。
根据上述实施例，储存在钻屑储存器皿中的钻屑可能是干燥的，或可能是湿的。湿的钻屑包含水和/或油，且如此可自由流动、不可自由流动或浆状的。在某些实施例中，钻屑可通过涡流烘干机被预干燥，以产生明显干燥的钻屑，在一些方面，所述明显干燥的钻屑可以是自由流动固体，所述自由流动固体遵守牛顿流动定律。
如上所述，根据本公开的方法使用处于至少50巴的压力下的液态二氧化碳。在一些实施例中，所述方法可包括使用处于大约0巴-大约50巴的压力下的液态二氧化碳。在其他实施例中，所述方法可包括使用处于50巴以上的压力下的液态二氧化碳。在此处公开的特殊实施例中，所述方法可包括使用处于小于10℃的温度下的二氧化碳，其中，在其他实施例中，所述方法可包括使用处于大约-20℃-小于20℃的温度下的液态二氧化碳。
根据上述实施例，所述方法可包括添加粘度调节剂，以改变液态二氧化碳中的钻屑的粘度，其中，所述粘度调节剂可例如包括聚甲基丙烯酸酯(PMA)、氢化苯乙烯双烯共聚物、烯烃共聚物、苯乙烯聚酯等。
根据上述实施例，所述方法可包括添加添加剂，例如共溶剂、粘度调节剂、表面活性剂、和它们的组合，所述添加剂可被添加到钻屑或液态二氧化碳，以改变液态二氧化碳中的钻屑的特性。根据上述实施例，添加剂可包括例如水、乙醇、聚甲基丙烯酸酯、氢化苯乙烯双烯共聚物、烯烃共聚物、乙氧基乙醇、苯乙烯聚酯、和它们的组合。
根据上述实施例，在该方法中，处理所需的能量成本可得到降低。例如，使用液态二氧化碳从具有大约15%的重量百分比的油的大约100kg钻屑萃取碳氢化合物所需的能量在大约5℃和大约50巴下为大约30kW，而在大约25℃和大约70巴下为大约360kW。热解吸附的能量需求在大约500℃下可以为大约800kW或大于大约800kW。
参看图5，示出了根据本公开的实施例的发电和二氧化碳回收系统。这种系统可安装在海上钻机上，从而提供了一种用于从钻屑萃取碳氢化合物的方法。海上钻机可具有柴油发电机作为初始钻机基础结构的一部分。由柴油发电机和/或锅炉系统发电的副产品是二氧化碳；然而，发电的副产品可能产生相对较低的二氧化碳含量。
为了从具有低的二氧化碳含量的气流、例如锅炉废气流中回收二氧化碳，一种解决方案是，利用合适的溶剂例如水、单乙醇胺、环丁砜或碳酸钾清洗含有稀少二氧化碳的气体混合物，溶解二氧化碳，然后从如此获得的溶液中除去二氧化碳；即另一流体导入系统中，以实现所需的分离。二氧化碳然后可被压缩、干燥、冷却和通过部分冷凝或蒸馏而进一步被净化。用于回收和/或净化二氧化碳的其他各种方法公开于美国专利No.4,602,477、4,639,257、4,762,543、4,936,887、6,070,431和7,124,605等中。
在二氧化碳被捕获、压缩、干燥、冷却和处理之后，二氧化碳然后可被储存以在钻机上进一步使用，例如，通过上述的碳氢化合物萃取方法使用。图5示出了一种回收作为发电的副产品的二氧化碳和在碳氢化合物萃取方法中再使用二氧化碳的方法。如图所示，燃料和空气混合物可导入锅炉510中，从而，产生可传送到洗气塔530的各种气体。在所述洗气塔530中，碱洗可用于去除酸性物质。包括二氧化碳的一部分气体然后可传送到吸附塔535，其中，二氧化碳可被溶解，以分离各种气体、例如氮气、氧气和甲烷。二氧化碳然后可传送到热交换器597，在所述热交换器597处，二氧化碳被转换为液相。液态二氧化碳然后可传送到汽提塔515，在所述汽提塔处，二氧化碳被从溶剂中析出。气相二氧化碳然后可传送到气体冷却器520和冷凝物分离器525。
在洗气塔530中分离的某些生产出的酸可通过洗气水罐和泵540被传送，其中，各种碱剂可从碱罐545被泵送。已被处理的酸然后可通过一个或多个冷却器550泵送且返回到洗气塔530。
被捕获的二氧化碳在通过二氧化碳过滤器570和经由冷凝器575解压缩之前可通过一个或多个压缩机555从冷凝物分离器525被泵送通过净化器560且被干燥565。被压缩的液态二氧化碳然后可储存在储存罐580中，以最终用于从钻屑萃取碳氢化合物。本领域的技术人员可以理解，可使用各种分离和冷凝二氧化碳的方法。某些系统可在储存二氧化碳以用于碳氢化合物萃取之前包括多个步骤：压缩、干燥、净化等。如图5所示，这种系统可包括其他各种构件，例如一个或多个冷却塔585、进料泵590、制冷剂泵595、制冷剂冷凝器596等。这种回收系统还可包括各种压力释放阀598和根据操作的特定设计方面可能需要的其他泵。也可根据本公开的实施例使用的二氧化碳产生器和回收系统的例子包括市场上可从德国的BuseGastek GmbH & Co.KG公司获得的系统。
在二氧化碳被捕获和处理之后，二氧化碳可用于碳氢化合物萃取系统中，例如上面参看图2-3所示的那些碳氢化合物萃取系统。二氧化碳可经由管道599从二氧化碳储存罐580传送。在某些实施例中，也可使用附加的二氧化碳源，例如在钻井过程中产生的气体。
在其他实施例中，通过使用一个或多个加压器皿而可便于钻屑向萃取器皿的导入。从而，在海上钻机上已经可获得的加压器皿可用于将待处理的钻屑从储存位置传送到萃取容器。附加性地，加压器皿可用于储存和/或传送被处理过的钻屑。可根据本公开的实施例使用的加压器皿的例子下面将详细地说明。
参看图6A-6C，示出了根据本公开的实施例的也称作加压容器、加压钻屑储存器皿或在某些实施例中为钻屑储存器皿的加压器皿。本领域的技术人员可以理解，根据该段中的描述，在此引用时，加压容器、加压钻屑储存器皿和钻屑储存器皿可互换地使用。图6A是加压容器的顶视图，图6B和6C是侧视图。可根据在此公开的方面使用的一种加压器皿包括ISO-PUMPTM，其在市场上可从德克萨斯州的休斯顿市的M-I LLC公司获得。在这种实施例中，加压容器600可被装在支撑结构601内。支撑结构601可保持加压容器600，以保护和/或允许容器从例如一个供给船传送到生产平台。通常，加压容器600包括具有倾斜的下区段603的器皿602，以便于材料在加压容器600与其他处理和/或传送设备（未示出）之间的流动。对可用于本公开的实施例的加压容器600的进一步描述描述于同属于本申请的申请人的美国专利No.7,033,124中，该专利通过引用包含在本说明书中。本领域的技术人员可以理解，在本公开的某些实施例中，也可使用具有其他可选几何形状的加压容器600，包括那些具有不是圆锥形的下区段的加压容器。
加压容器600还包括用于接收材料的材料入口604以及用于将空气注入到器皿602中和在传送过程中将空气抽到周围环境的空气入口和出口605。某些容器可具有从空气入口606，使得小的爆冲空气可注入器皿602中，以爆开由于沉淀可能压实的干的材料。除了入口604、605和606以外，加压容器600还包括出口607，干的材料可通过所述出口607从器皿602排出。出口607可连接到挠性软管，从而使得加压容器600可在加压容器600与处于大气下的容器之间传送材料。
参看图7A-7D，示出了根据本公开的实施例的加压容器700。图7A和7B示出了加压容器700的顶视图，图7C和7D示出了加压容器700的侧视图。
现具体参看图7A，示出了根据本公开的一个方面的加压容器700的示意性顶视图。在该实施例中，加压容器700具有圆形外部几何形状和多个用于排放材料的出口701。此外，加压容器700具有用于将流引导到特定出口701的多个内导流部702。例如，当材料传送到加压容器700中时，材料可被分成多个分离的流，使得一定体积的材料通过多个出口701中的每个排放。从而，具有与每个出口701分别对应的多个导流部702的加压容器700可提高从加压容器500排放材料的效率。
在操作过程中，传送到加压容器700中的材料可能具有塑性且开始聚结。在具有单个出口的传统传送器皿中，聚结的材料可堵塞出口，从而阻止材料从其的流动。然而，本实施例被构造成：即使单个出口701被聚结材料阻塞，但材料从加压容器700的流出不会被完全阻止。而且，导流部702被构造成有助于防止材料聚结。当材料通过加压容器700向下流动时，材料将接触导流部702，且被分成分离的材料流。因此，将材料分成多个分离的材料流的导流部可进一步防止材料聚结和堵塞其中一个或多个出口701。
参看图7B，示出了根据本公开的一个方面的图7A的加压容器700的剖视图。在该方面中，示出的加压容器700包括多个出口701和用于将材料流引导通过加压容器700的多个内导流部702。在该方面，每个出口701被构造成通到排放管路703中。因此，当材料流过加压容器700时，它们可接触其中一个或多个导流部702，并分成分离的材料流，然后通过与一个或多个导流部702对应的特定的出口701输出。这种实施例可使得更高效地通过加压容器700传送材料。
现参看图7C，示出了根据本公开的一个实施例的加压容器700的示意性顶视图。在该实施例中，加压容器700具有圆形外部几何形状和用于排放材料的多个出口701。此外，加压容器700具有用于将材料流引导到其中一个特定的出口701的多个内导流部722。例如，当材料传送到加压容器700中时，材料可被分成多个分离的材料流，使得一定体积的材料通过多个出口701中的每个出口排放。具有分别与一个出口701对应的多个导流部702的加压容器700可用于从加压容器700排放材料。
参看图7D，示出了根据本公开的一个方面的图7C的加压容器700的剖视图。在该方面，示出的加压容器700包括多个出口701和用于将材料流引导通过加压容器700的多个内导流部502。在该实施例中，每个出口701被构造成单独地通到排放管路703中。因此，当材料流过加压容器700时，它们接触其中一个或多个导流部702，并分成分离的材料流，然后通过与其中一个或多个导流部702对应的特定出口701排出。这种实施例可使材料更高效地通过加压容器700传送。
由于出口701在与排放管路703连接之前未组合在一起，因此，可进一步降低由于聚结的材料而阻塞一个或多个出口701的可能性。本领域的技术人员可以理解，导流部702和出口701的特定结构可在不脱离本公开的范围内变化。例如，在一个实施例中，可使用具有两个出口701和单个导流部702的加压容器700，而在其他实施例中，可使用具有三个或更多个出口701和导流部702的加压容器700。此外，导流部702和/或在加压容器700内产生的分离的材料流的数量可与出口701的数量不同。例如，在一个方面中，加压容器700可包括与两个出口701对应的三个导流部702。在其他实施例中，出口701的数量可大于导流部702的数量。
而且，本领域的技术人员可以理解，导流部702的几何形状可根据给定加压容器700的设计要求变化。在一个方面中，导流部702可以三角形几何形状构造，而在其他实施例中，导流部702可为大致圆柱形、圆锥形、截头锥形、棱锥形、多边形或不规则的几何形状。而且，导流部702在加压容器700中的布置也可以变化。例如，导流部702可绕着加压容器700的中心点同中心地设置，或可随意地设置在加压容器700内。而且，在某些实施例中，导流部702的布置可成蜂窝布置方式，以进一步增强通过它的材料流。
本领域的技术人员可以理解，导流部702在加压容器700内的精确结构可根据传送操作的要求变化。随着导流部702的几何形状变化，与导流部702对应的出口701的几何形状也可变化。例如，如图7A-7D所示，出口701具有大致圆锥形几何形状。在其他实施例中，出口701可具有截头圆锥、多边形、圆柱形或允许出口701与加压容器702中的材料流对应的其他几何形状。
现请参看图8A-8B，示出了根据本公开的多个方面的可选的加压容器。具体地讲，图8A示出了加压容器的侧视图，图8B示出了加压容器的端视图。
在该方面，加压容器800包括设置在支撑结构802内的器皿801。器皿801包括多个圆锥形区段803，所述圆锥形区段终止于平顶部804中，从而形成多个输出储料器部分805。加压容器800还包括空气入口806和材料入口807，所述空气入口806被构造成用于接收空气流，所述材料入口807被构造成接收材料流。在向和/或从加压容器800传送材料的过程中，空气注入到空气入口806中，且通过过滤元件808。过滤元件808使得可清洁空气，从而，在空气流与器皿801内的材料接触之前从空气流中去除灰尘颗粒和杂质。处于顶部804处的阀809然后可被打开，从而可使材料从器皿801通过出口810流动。水平设置的加压容器800的例子详细地描述于属于Brian Snowdon的美国专利公开No.2007/0187432中，该专利通过引用包括在本说明书中。
现参看图9，示出了根据本公开的实施例的加压传送装置。加压传送装置900可包括进料槽901，材料可通过该进料槽依靠重量供给。在材料已经装载到装置的本体902中之后，入口阀903被关闭，从而，在入口周围产生压力紧密密封。一旦密封，本体被加压，且压缩空气可通过空气入口904注入，使得本体902中的干燥的材料分批地从加压传送装置排放。在某些方面，加压传送装置900还可包括与进料槽901连通设置的从空气入口905和/或振动装置（未示出），以便通过破开聚结材料而便于材料通过进料槽901传送。
在操作过程中，加压传送装置900可流体连接到加压容器，例如如上所述的加压容器，从而使得材料可在它们之间传送。由于材料以分批模式传送，因此，材料通过连接到加压传送装置的出口906的软管以材料块或分批材料行进。这种传送方法是密相传送的形式，从而，材料以材料块行进，而不是像传统的疏相材料传送那样自由流过软管。
例子
以下的例子示出了本公开的实施例，且可提供显示根据本公开的方法和系统的优点的有意义的比较结果。
建立了试验工场，其具有两个试验器皿，以确定操作参数来通过使用液态二氧化碳从钻屑去除碳氢化合物。一个器皿具有26升容量，且长度与直径比（L∶D）为2∶1。第二器皿具有20.5升的容量，L∶D为52∶1。在试验的过程中，钻屑始终保留在萃取器皿中，而二氧化碳连续地流入试验器皿中。器皿及其容纳物的温度主要通过二氧化碳向试验器皿的流动控制，其中，如果需要可具有加热套。在起动过程中，试验器皿被加压到期望的萃取条件，从而使钻屑可调节到二氧化碳流的操作温度。根据期望温度、压力和使用的器皿规格，用长达一个小时加压，平均时间为近似45分钟。
为了在每个道次过程中确定油萃取速率，下游过滤器用于捕获回收的油，从而可相对于二氧化碳流量测量收集的油的体积。
下面的表1列出了在三个样本上执行的萃取试验结果。
表1
Figure BDA00001732228300171
试验结果显示，在亚临界范围（试验1）下和低温范围（试验2和3）下使用液态二氧化碳，钻屑的碳氢化合物的含量减小到1.6%w/w（试验1）、1.0%w/w（试验2）和1.2%w/w（试验3）。
有利地，在此公开的实施例可提供用于以增大的效率处理钻屑的系统和方法。此外，这种系统和方法可产生具有低的能量要求的操作。这种方法和系统还可使得在海上和陆地钻井位置均可回收碳氢化合物，其中，这种碳氢化合物可用于再形成钻井泥浆。
尽管参看有限数量的实施例描述了本公开，但本领域的技术人员在该公开的帮助下可以理解，可采用不脱离在此公开的本发明的范围的其他实施例。相应地，本发明的范围应仅由权利要求书限制。

Claims (56)

1.一种用于从钻屑萃取碳氢化合物的系统，所述系统包括：
至少一个萃取罐；
与所述至少一个萃取罐流体连接的二氧化碳罐；以及
与所述至少一个萃取罐流体连通的至少一个分离罐。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括钻屑储存罐。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括多个萃取罐。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个萃取罐包括用于去除干净的钻屑的出口。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个萃取罐包括机械搅动器。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述至少一个萃取罐流体连通的至少一个泵，以提供二氧化碳萃取循环。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述至少一个萃取罐流体连接的至少一个二氧化碳加热器。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括多个分离罐。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述至少一个分离罐连通的至少一个二氧化碳冷凝器，其中，所述至少一个二氧化碳冷凝器被构造成将二氧化碳蒸汽转换为液态二氧化碳。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述至少一个分离罐流体连通的收集罐。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括液态二氧化碳，其中，液态二氧化碳低于二氧化碳的饱和温度。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，液态二氧化碳处于大约-20℃-大约20℃的温度下。
13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与萃取罐流体连通的水泵。
14.如权利要求1所述的系统，其特征在于，二氧化碳罐与发电机流体连通。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，二氧化碳罐与废气流流体连通。
16.如权利要求1所述的系统，其特征在于，萃取罐与加压器皿流体连通，其中，加压器皿被构造成用于给萃取罐提供钻屑。
17.一种用于从钻屑萃取碳氢化合物的方法，所述方法包括：
将钻屑暴露在液态二氧化碳下，其中，液态二氧化碳低于二氧化碳的饱和温度；
利用液态二氧化碳从钻屑溶解碳氢化合物；
加热液态二氧化碳和溶解的碳氢化合物，以将液态二氧化碳转换为二氧化碳蒸汽；
使碳氢化合物与二氧化碳蒸汽分离；以及
收集分离出的碳氢化合物。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将二氧化碳蒸汽从分离罐输送到二氧化碳冷凝器，以及将该二氧化碳蒸汽转换为液态二氧化碳。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将水泵送到萃取罐中，以转移残留的液态二氧化碳。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，液态二氧化碳被再循环。
21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，液态二氧化碳处于大约45巴的压力下。
22.如权利要求17所述的方法，其特征在于，液态二氧化碳处于大约0巴-大约50巴的压力下。
23.如权利要求17所述的方法，其特征在于，液态二氧化碳处于小于20℃的温度下。
24.如权利要求17所述的方法，其特征在于，液态二氧化碳处于大约-20℃-小于大约20℃的温度下。
25.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括添加以下中的至少一种：共溶剂、粘度调节剂、表面活性剂、和它们的组合。
26.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括添加以下中的至少一种：水、乙醇、聚甲基丙烯酸酯、氢化苯乙烯双烯共聚物、烯烃共聚物、乙氧基乙醇、苯乙烯聚酯、和它们的组合。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，粘度调节剂被添加，以改变液态二氧化碳中的钻屑的粘度。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，粘度调节剂包括从以下组中选择的至少一种：聚甲基丙烯酸酯、氢化苯乙烯双烯共聚物、烯烃共聚物和苯乙烯聚酯。
29.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：使液态二氧化碳的至少一部分再循环。
30.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：搅动钻屑。
31.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：以气动方式传送钻屑。
32.一种用于从钻屑萃取碳氢化合物的方法，所述方法包括：
将钻屑暴露在液态二氧化碳下；
利用液态二氧化碳从钻屑溶解碳氢化合物；
将水泵送到萃取罐，以转移残留的液态二氧化碳；
加热液态二氧化碳和溶解的碳氢化合物，以将液态二氧化碳转换为二氧化碳蒸汽；
使碳氢化合物与二氧化碳蒸汽分离；以及
收集分离出的碳氢化合物。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将二氧化碳蒸汽从分离罐输送到二氧化碳冷凝器，以及将二氧化碳蒸汽转换为液态二氧化碳。
34.如权利要求32所述的方法，其特征在于，液态二氧化碳被再循环。
35.如权利要求32所述的方法，其特征在于，液态二氧化碳处于大约45巴的压力下。
36.如权利要求32所述的方法，其特征在于，液态二氧化碳处于大约0巴-大约50巴的压力下。
37.如权利要求32所述的方法，其特征在于，液态二氧化碳处于小于10℃的温度下。
38.如权利要求32所述的方法，其特征在于，液态二氧化碳处于大约-20℃-小于大约20℃的温度下。
39.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：添加以下中的至少一种：共溶剂、粘度调节剂、表面活性剂、和它们的组合。
40.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述方法还包括添加以下中的至少一种：水、乙醇、聚甲基丙烯酸酯、氢化苯乙烯双烯共聚物、烯烃共聚物、乙氧基乙醇、苯乙烯聚酯、和它们的组合。
41.如权利要求39所述的方法，其特征在于，粘度调节剂被添加，以改变液态二氧化碳中的钻屑的粘度。
42.如权利要求41所述的方法，其特征在于，粘度调节剂包括从以下组中选择的至少一种：聚甲基丙烯酸酯、氢化苯乙烯双烯共聚物、烯烃共聚物和苯乙烯聚酯。
43.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：使液态二氧化碳的至少一部分再循环。
44.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：搅动钻屑。
45.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：以气动方式传送钻屑。
46.如权利要求32所述的方法，其特征在于，液态二氧化碳处于小于20℃的温度下。
47.一种用于从钻屑萃取碳氢化合物的方法，所述方法包括：
从发电机回收二氧化碳；
将钻屑暴露在二氧化碳下；
利用液态二氧化碳从钻屑溶解碳氢化合物；
将水泵送到萃取罐中，以转移残留的液态二氧化碳；
加热液态二氧化碳和溶解的碳氢化合物，以将液态二氧化碳转换为二氧化碳蒸汽；
使碳氢化合物与二氧化碳蒸汽分离；以及
收集分离出的碳氢化合物。
48.如权利要求47所述的方法，其特征在于，二氧化碳从废气流回收。
49.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述回收包括：
将气相二氧化碳压缩为液相。
50.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述回收包括：
溶解二氧化碳；以及
从溶剂析出二氧化碳。
51.如权利要求47所述的方法，其特征在于，钻屑暴露在液态二氧化碳下。
52.如权利要求51所述的方法，其特征在于，液态二氧化碳处于小于20℃的温度下。
53.如权利要求51所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将二氧化碳蒸汽从分离罐输送到二氧化碳冷凝器，以及将二氧化碳蒸汽转换为液态二氧化碳。
54.一种用于从钻屑萃取碳氢化合物的方法，所述方法包括：
将钻屑暴露在液态二氧化碳下；
使液态二氧化碳的至少一部分再循环；
利用液态二氧化碳从钻屑溶解碳氢化合物；
加热液态二氧化碳和溶解的碳氢化合物，以将液态二氧化碳转换为二氧化碳蒸汽；
使碳氢化合物与二氧化碳蒸汽分离；以及
收集分离出的碳氢化合物。
55.如权利要求54所述的方法，其特征在于，液态二氧化碳处于小于20℃的温度下。
56.如权利要求54所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将二氧化碳蒸汽从分离罐输送到二氧化碳冷凝器，以及将二氧化碳蒸汽转换为液态二氧化碳。
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