DE19925502C1

DE19925502C1 - Verfahren zur Gewinnung von Öl aus Bohrschlamm und/oder ölhaltigen Bohrschlammfraktionen

Info

Publication number: DE19925502C1
Application number: DE19925502A
Authority: DE
Inventors: Guenter Luther; Heinrich Boettcher; Heino Fulfs; Manfred Mueller; Mathias Wilichowski
Original assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Current assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2001-03-01
Anticipated expiration: 2019-06-05
Also published as: WO2000075261A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Gewinnung von Öl (39) aus Bohrschlamm (11) und/oder ölhaltigen Bohrschlammfraktionen (11) vorgeschlagen. Dazu wird zunächst DOLLAR A der Bohrschlamm (11) und/oder die ölhaltige Bohrschlammfraktion homogenisiert (18) und in Wasser dispergiert. DOLLAR A Nachfolgend wird dem bzw. der homogenisierten und dispergierten Bohrschlamm (11) und/oder Bohrschlammfraktion (11) Kohlenstaub (19) zugesetzt. DOLLAR A Nachfolgend wird die entstandene Suspension gemischt und die Mischung bzw. der entstandene Stoffstrom (20) wird in eine leichte Fraktion (Oberlauf 42), eine schwere (28) und eine ölhaltige Kohlenstaubfraktion (35) aufgetrennt, wobei schließlich aus der Kohlenstaub-/Ölfraktion (35) Öl (39) durch Desorption und/oder Extraktion in einer Desorptionseinrichtung (38) bzw. Extraktionseinrichtung abgetrennt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Öl aus Bohrschlamm und/oder ölhaltigen Bohrschlammfrak tionen.

Im Zusammenhang mit der Erdöl- und Erdgasgewinnung haben Bohrschlämme die Aufgabe, das Bohrloch zu sichern, den Transport von Bohrklein an die Oberfläche sicherzu stellen und negative Eigenschaften des umgebenden Erd reichs aufgrund von Wasserzufuhr und Kavernenbildung zu kompensieren. Die Eigenschaften des Bohrschlamms werden in Abhängigkeit von dem Ort der Bohrung, ob nun unmit telbar von der Erdoberfläche aus oder im Wasser, den entsprechenden geologischen Gegebenheiten in den ver schiedenen Tiefen des Bohrlochs angepaßt.

Wenn die rheologischen Voraussetzungen für die Ausfüh rung bei einer Bohrung eingesetzten Bohrschlamms für einen ordnungsgemäßen Bohrbetrieb nicht mehr gegeben sind, beispielsweise durch die Aufnahme von Wasser oder Bohrklein, muß der Bohrschlamm ausgetauscht und entsorgt werden.

Daraus ergeben sich zwei besonders gravierende, nach teilige Probleme. Da an sich der Bohrschlamm in Abstim mung an die geologischen Gegebenheiten des Bohrlochs und der dabei einzuhaltenden rheologischen Parameter soge nannte Pseudo-Öle, das sind gradkettige Kohlenwasser stoffe, beispielsweise von n10-n40, einen wesent lichen Teil des Bohrschlamms bilden und dieses Pseudo-Öl sehr kostspielig in seiner Herstellung ist und künstlich aus entsprechenden Rohölfraktionen hergestellt werden muß, ist der Bohrschlamm an sich ein sehr kostbares Medium, das bisher aber nicht weiterverwendet werden konnte, wenn die besagten rheologischen Parameter des Bohrschlammes infolge seines Gebrauchs nicht mehr dem Gewünschten entsprechen.

Der Bohrschlamm wurde deshalb, obwohl ein sehr kostbares Medium, deponiert oder aber, was unter ökologischen Gesichtspunkten in hohem Maße schädlich ist, bei Boh rungen in der See am Meeresgrund gelagert bzw. in das Meer gelassen. Das hatte zur Folge, daß Bereiche in unmittelbarer Nähe des Bohrlochs und - durch Verfrach tungen - auch weitere Bereiche Meeresbodens aus dem biologischen Gleichgewicht gebracht wurden. Es haben sich dadurch im submarinen Bereich faktisch wüstenähn liche Areale gebildet, die keinerlei höheres biolo gisches Leben mehr zulassen.

Im Bohrschlamm selbst ist zur Einstellung der Dichte vielfach Bariumsulfat enthalten, das dem Bohrschlamm bei seiner Herstellung zugesetzt wird. Auch das Bariumsulfat ist an sich genau wie das Pseudo-Öl von großem wirt schaftlichen Interesse, es war bisher aber nicht mög lich, dieses aus dem Bohrschlamm mit überschaubarem ver fahrensmäßigen und apparativen Aufwand zu entfernen. Das gleiche gilt für das Pseudo-Öl, das eine sehr hohe Affi nität zu den im Bohrschlamm befindlichen Feststoffparti keln, gebildet aus Erdreich, Gestein, Erzen, Oxyden usw. hat.

Aus der WO-A-91/14075 ist ein Verfahren und eine Vor richtung zur Reinigung bzw. der Entfernung von in Löse mittel dispergierbaren Kontaminanten aus Feststoffteil chen, d. h. von ölkontaminierten Bohrschlämmen, bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden flüssige Lösemittel genutzt.

Aus der US-PS 4 434 028 ist eine Vorrichtung zur Rückge winnung organischer Kontaminanten aus anorganisch ange reicherten Mineralfeststoffteilchen bekannt, das für die Wiedergewinnung verflüssigtes Gas, das sich teilweise im überkritischen Zustand befindet, als Extraktionsmittel verwendet.

Aus der DE 41 40 845 C2 ist ein Verfahren und eine Vor richtung zum Reinigen kontaminierter Böden bekannt, bei dem lediglich eine Trennung zwischen Kohlenstaub und Mi neralstoff stattfindet, jedoch an keine Rückgewinnung eines Wertstoffes, beispielsweise Öl, gedacht wird.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem auf sehr effektive Weise eine Trennung des Öls aus dem Bohrschlamm bzw. ölhaltigen Bohrschlammfraktionen möglich ist, so daß ein Ablassen auf dem Meeresgrund oder in einer sonstigen Umgebung eines Bohrloches und/ oder eine Deponierung nicht erforderlich ist, wobei durch das Verfahren gewonnene Produkte wenigstens teil weise wiederum in den Aufbereitungskreislauf des Verfah rens zurückgeführt werden können, so daß weitgehend ein geschlossener Kreislauf verfahrensspezifisch verwendeter Mittel gewährleistet ist mit der Folge, daß das Verfah ren einfach und kostengünstig und sehr effektiv durchge führt werden kann.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß

a) der Bohrschlamm und/oder die ölhaltige Bohr schlammfraktion homogenisiert und in Wasser dispergiert wird,
b) daß nachfolgend dem bzw. der homogenisierten und dispergierten Bohrschlamm und/oder Bohr schlammfraktion Kohlenstaub zugesetzt wird,
c) daß anschließend die entstandene Suspension gemischt und die Mischung in eine leichte, in eine schwere und in eine Kohlenstaub/Öl-Frak tion aufgetrennt wird und schließlich
d) aus der Kohlenstaub/Öl-Fraktion Öl durch Desorption und/oder Extraktion abgetrennt wird.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht im wesentlichen darin, daß mit an sich einfachen Verfah rensschritten eine vollständige Aufarbeitung des Bohr schlamms bzw. einer ölhaltigen Bohrschlammfraktion möglich ist und somit eine Deponierung des Bohrschlamms bzw. der Bohrschlammfraktion und/oder ein unkontrol liertes Ablassen im submarinen Bereich entbehrlich ist. Abgesehen davon, daß mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr aufwendig und damit kostspielig herzu stellende Bestandteile wiedergewonnen werden können, die beim Ablassen in den submarinen Bereich sehr hohe Umweltschäden erzeugen, werden diese Mittel bzw. Medien derart rein abgetrennt, daß sie entweder einer ander weitigen Nutzung zugeführt werden können oder aber wenigstens teilweise, wie aufgabengemäß angestrebt, einer erneuten Nutzung im erfindungsgemäßen Verfahren zugeführt werden können, was beispielsweise für das verfahrensmäßig abgetrennte Pseudo-Öl und auch für den verfahrensmäßig abgetrennten Kohlenstaub gilt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Mischung der Suspension hydromechanisch und/oder hydrodynamisch, wobei auch gleichermaßen vorteilhafterweise die Trennung der Mischung mittels hydrodynamischer und/oder hydromechanischer Mittel bzw. Einrichtungen erfolgen kann. Es sind dabei grundsätzlich alle geeigneten hydromechanischen und/oder hydrodyna mischen Mittel bzw. Einrichtungen einsetzbar.

Besonders vorteilhaft ist es, die Mischung der Suspen sion in einer Kavitationszone oder in einer Strömungs kavitationsstrecke erfolgen zu lassen.

Die Auftrennung der Mischung gemäß Merkmal c. erfolgt vorteilhafterweise mit Hilfe von Hydrozyklonen und/oder Aufstromklassierern und/oder Wendelscheidern.

Die drei Fraktionen, die gemäß Verfahrensschritt c. gebildet werden, enthalten beträchtliche Wasseranteile. Eine weitere Bearbeitung dieser drei Fraktionen bzw. deren Weiterbehandlung, um zumindest Anteile der Frak tionen wieder dem Verfahren zuzuführen, ist ohne wei teres nicht möglich. Um jedoch eine Weiterverarbeitung bzw. -bearbeitung der drei durch Auftrennung der Mi schung erhaltenen drei Fraktionen zu ermöglichen, werden diese vorteilhafterweise jeweils gesondert entwässert.

Grundsätzlich kann die Entwässerung der drei Fraktionen auf an sich beliebige geeignete Weise erfolgen. Es hat sich jedoch als sehr vorteilhaft herausgestellt, für das Entwässern die Methode des Dekantierens zu wählen, bei dem die Trennung flüssiger und fester Bestandteile der Fraktionen durch Abgießen der Flüssigkeit erfolgt.

Wie eingangs erwähnt, ist der Kohlenstaub als dem Verfahren zu dessen Ausführung zugeführtes Medium insbesondere auch aufgrund der verhältnismäßig großen zugeführten Mengen ein kostspielig bereitzustellendes Gut. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, daß der gemäß Merkmal d, verbleibende Kohlenstaub der aufgetrennten Fraktion dem Verfahren gemäß Merkmal e. wenigstens teilweise erneut zugeführt wird.

Für die Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich insbesondere Kohlenstäube, die einen vorbe stimmten Korngrößenbereich aufweisen. Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in den Verfah rensschritten Mischen und Trennen die Suspension bzw. die Mischung hydromechanisch und/oder hydrodynamisch beeinflußt, was auch einen unmittelbaren Einfluß auf die Partikel des verfahrensmäßig zugeführten Kohlenstaubs hat. Das hat zur Folge, daß nicht aller Kohlenstaub am Ende des Verfahrens, nachdem dieser aus der Kohlen staub-Öl-Fraktion abgetrennt worden ist, wiederum zur Ausführung seiner bestimmungsgemäßen Funktion dem Verfahren erneut zugeführt werden kann. Sowohl der primär dem Verfahren zugeführte Kohlenstaub als auch der, der am Ende des Verfahrens zurückgenommen wird, sollten vorzugsweise eine Korngröße von 1 bis 100 µm aufweisen.

Das einen Teil des Bohrschlamms bildende Pseudo-Öl, das primär zur Herstellung des Bohrschlamms einmal diesem zugeführt worden war, erfährt bei der Ausführung des Bohrvorganges im Bohrloch aufgrund mechanischer, ther mischer und auch chemischer Einflüsse in einer gewissen Quantität eine chemische Veränderung. Vorteilhaft wird beim Bohrschlamm das Pseudo-Öl durch geradkettige Kohlenwasserstoffe gebildet, beispielsweise im Bereich n 10 bis n40. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, daß das gemäß Merkmal d. verbleibende Öl einem Raffinie rungsprozeß unterworfen wird, wobei die Ölfraktion, die Kohlenwasserstoffe im Bereich von n10 bis n40 enthält, erneut zur Herstellung von Bohrschlämmen verwendet werden kann.

Wie eingangs erläutert, enthält der Bohrschlamm, je nach geologischen und rheologischen Erfordernissen neben Wasser, Öl und anderen Bestandteilen beispielsweise Bariumsulfat. Bariumsulfat wird den Bohrschlämmen zugemischt, um eine hohe Dichte der Bohrschlämme zu erreichen, der die Bohrlöcher von Gesteinsbrocken freihält. Dadurch wird der Transport des Bohrkleins an die Oberfläche ermöglicht. Neben dem am Ende des Ver fahrens wiedergewonnenen Öl ist auch grundsätzlich die Wiedergewinnung von Bariumsulfid aus den Bohrschlämmen bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens von wirtschaftlichem Interesse. Aus diesem Grunde ist es schließlich vorteilhaft, die schwere Fraktion gemäß Merkmal c., die Bariumsulfat enthält, von Bariumsulfat zu trennen und das abgetrennte Bariumsulfat zur Her stellung von Bohrschlämmen erneut zu verwenden.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nach folgende einzige schematische Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles im einzelnen beschrieben. Diese zeigt
in Form eines Blockschaltbildes eine Anlage bzw. eine Vorrichtung, mit der das erfin dungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.

In der Figur ist die Einrichtung bzw. Vorrichtung 10 zur Gewinnung von Öl aus Bohrschlamm 11 und/oder ölhaltigen Bohrschlammfraktionen 11 dargestellt. Es sei zunächst darauf hingewiesen, daß die Vorrichtung 10 hier nur als eine mögliche Variante angesehen wird, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann. Auch andere Vorrichtungen 10 mit anderen Einrichtungen sind prinzipiell möglich, soweit das erfindungsgemäße Ver fahren mit den Verfahrensschritten a. bis d. ausgeführt werden kann.

Der aufzubereitende Bohrschlamm 11 wird auf hier nicht gesondert dargestellte Weise vom Bohrloch entfernt, gesammelt und in einen Behälter 12 überführt. Der Bohrschlamm 11 enthält neben den Feststoffen, die durch gemahlenes Gestein, gemahlenes Erz bzw. Erdreich schlechthin gebildet werden, Öl (Pseudo-Öl), Wasser und gelöste Salze sowie Bariumsulfat und andere Beimi schungen. Im Behälter 13 wird der Bohrschlamm durch Zusatz von Wasser so lange gemischt und im Kreis gefah ren, bis eine homogene Suspension entsteht, wobei dieses in einem mit dem Behälter verbundenen, gesonderten Homogenisierer 13 geschehen kann. Die Suspension 14 wird auf eine Siebeinrichtung 15 gegeben, in der die Suspen sion in eine Grobstoffraktion mit Korngrößen von < 500 µm zerlegt wird und in eine Feinfraktion 16. Die Grob stoffraktion 17. wird abgeführt.

Die Feinfraktion 16 wird in einen Mischtank 18 gegeben, wo der Feinfraktion 16 Kohlenstaub 19 zugeführt wird. Die Korngröße des zugeführten Kohlenstaubes 19 beträgt dabei 10 bis 100 µm. Die weiteren Zuführungspfeile zum Mischtank 18 deuten an, daß auch über weitere Leitungen bzw. Zuführungen Kohlenstaub in den Mischtank 18 geführt wird, worauf im einzelnen noch weiter unten eingegangen wird. Es wird angestrebt, daß ein Verhältnis von zwei Gewichtsteilen Kohlenstaub pro einem Gewichtsteil Öl, das in der Feinfraktion 16 enthalten ist, erreicht ist.

Nach dem Mischen des Kohlenstaub 19 und der Feinfraktion 16 im Mischtank 18 durchläuft der gemischte und homoge nisierte Stoffstrom ein Aufbereitungssystem, das aus ei nem Hydrozyklon 21 und einem Aufstromklassierer 22 besteht. Der Oberlauf 23 des Hydrozyklons 21 und der Oberlauf 24 des Aufstromklassierers 22 werden zusammen geführt. Der Unterlauf 25 des Aufstromklassierers 22 enthält die Bariumfraktion.

Zur Abtrennung der ölhaltigen Kohlenstaubsuspension wird ein Wendelscheider 26 nachgeschaltet. Die mittlere Fraktion 27 des Wendelscheiders 26 wird an den Eingang des Hydrozyklons 21 zurückgeführt.

Die schwere Fraktion 28 besteht im wesentlichen aus Wasser, Grobstoffen und dem Bariumsulfat. Diese Fraktion wird mit einem Dekanter 29 entwässert, abgeführt und anschließend gelagert.

Die leichte Fraktion 23, 24 aus den Oberläufen des Hydrozyklons 21 und des Aufstromklassierers werden einem weiteren Hydrozyklon 30 zugeführt. Das Hydrozyklon 30 ist mit einem weiteren Hydrozyklon 31 verbunden, wobei der Oberlauf 32 des Hydrozyklons 30 auf den Eingang des Hydrozyklons 31 geht, wohingegen der Unterlauf 33 des Hydrozyklons 31 wiederum auf den Eingang des Hydro zyklons 30 geführt wird, auf den auch die leichte Fraktion, gebildet durch die Oberläufe 23, 24, geleitet wird. Hydrozyklon 30 und Hydrozyklon 31 bilden ein miteinander verschachteltes System. Der Unterlauf 34 des Hydrozyklons 30 enthält die Kohlenstaubfraktion. Diese Kohlenstaubfraktion wird mit der Kohlenstaubfraktion 35 aus dem Wendelscheider 26 zusammengeführt. Beide Stoff ströme zusammen erhalten adsorptiv gebunden an den Kohlenstaub das zu gewinnende Öl.

Diese Fraktion wird auf einen Dekanter 36 geführt und dort entwässert. Die entwässerte Fraktion 37 wird zur Ölrückgewinnung einer Desorptionseinrichtung 38 zuge führt und dort aufgearbeitet. Das gewonnene Öl 39 wird gesammelt.

Der den Dekanter 36 verlassende Kohlenstaub 40 wird, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Wasserauf bereitungseinrichtung 41 und nach Einstellung des erforderlichen Korngrößenbereiches des Kohlenstaubs, dem Mischtank 18 erneut zugeführt.

Der Oberlauf 42 des Hydrozyklons 31 wird auf eine Dekantierungseinrichtung 43 geführt und dort entwässert. Das dabei entstehende Wasser 44 wird zusammen mit den noch enthaltenen Inhaltsstoffen als Kreislaufwasser dem Homogenisierer 13 zugeführt, wohingegen der in der Dekantierungseinrichtung 43 anfallende Feststoff 45 als gereinigter Schluff einer industriellen Verwendung zugeführt werden kann, beispielsweise im Tiefbau.

Die Abwässer aus dem Dekanter 36, d. h. aus der entwäs serten Kohlenstaubfraktion und aus der Entwässerung der schweren Fraktion 28 (Bariumsulfatfraktion), werden über eine Wasseraufbereitungseinrichtung geführt. Das aus tretende Prozeßwasser dient als Aufstromwasser für den Aufstromklassierer 22 und als Ansetzwasser 46 für das Mischen im Mischtank 18. Anfallendes Überschußwasser 47 kann als Abwasser an ein Kanalnetz abgegeben werden.

Bezugszeichenliste

10

Vorrichtung/- Einrichtung

11

Bohrschlamm/- Bohrschlammfraktion

12

Behälter

13

Homogenisierer

14

Suspension

15

Siebeinrichtung

16

Feinfraktion

17

Grobstoffraktion

18

Mischtank

19

Kohlenstaub

20

Stoffstrom

21

Hydrozyklon

22

Aufstromklassierer

23

Oberlauf

24

Oberlauf

25

Unterlauf

26

Wendelscheider

27

Mittlere Fraktion

28

Schwere Fraktion

29

Dekanter

30

Hydrozyklon

31

Hydrozyklon

32

Oberlauf

33

Unterlauf

34

Unterlauf/- Kohlenstaubfraktion

35

Kohlenstaubfraktion

36

Dekanter

37

Entwässerte Fraktion

38

Desorptionseinrichtung

39

Öl

40

Kohlenstaub

41

Wasseraufbereitungs einrichtung

42

Oberlauf

43

Dekantierungseinrichtung

44

Wasser

45

Feststoff

46

Ansetzwasser

47

Überschußwasser

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung von Öl aus Bohrschlamm und/oder ölhaltigen Bohrschlammfraktionen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Bohrschlamm und/oder die ölhaltige Bohrschlammfraktion homogenisiert und in Wasser dispergiert wird,
b) daß nachfolgend dem bzw. der homogenisierten und dispergierten Bohrschlamm und/oder Bohr schlammfraktion Kohlenstaub zugesetzt wird,
c) daß anschließend die entstandene Suspension gemischt und die Mischung in eine leichte, in eine schwere und in eine Kohlenstaub/Öl-Frak tion aufgetrennt wird und schließlich
d) aus der Kohlenstaub/Öl-Fraktion Öl durch Desorption UND/oder Extraktion abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischen der Suspension hydromechanisch und/oder hydrodynamisch erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung der Mischung hydromechanisch und/oder hydrodynamisch erfolgt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der Suspension in einer Kavitationszone einer Strömungska vitationsstrecke erfolgt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrennung der Mischung gemäß Merkmal c. mit Hilfe von Hydrozyklonen und/oder Aufstromklassierern und/oder Wendelscheidern erfolgt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Auf trennung der Mischung erhaltenen drei Fraktionen ent wässert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwässerung durch Dekantierung erfolgt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der gemäß Merkmal d. verbleibende Kohlenstaub dem Verfahren gemäß Merkmal c. wenigstens teilweise erneut zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der dem Verfahren primär zugeführte Kohlenstaub einen Korngrö ßenbereich von 1 bis 100 µm aufweist.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das gemäß Merkmal d. verbleibende Öl raffiniert wird, wobei die Ölfraktion, die Kohlenwasserstoffe im Bereich von n10 bis n40 enthält, zur Herstellung von Bohrschlämmen erneut nutzbar ist.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die schwere Fraktion gemäß Merkmal c. Bariumsulfat enthält, das zur Herstel lung von Bohrschlämmen erneut nutzbar ist.