DE2808003A1

DE2808003A1 - Verfahren und vorrichtung zur wiedergewinnung von bohrfluessigkeiten

Info

Publication number: DE2808003A1
Application number: DE19782808003
Authority: DE
Inventors: Gaston Labat; Jean Paul Messines; Bernard Tramier
Original assignee: Societe National Elf Aquitaine
Current assignee: Societe National Elf Aquitaine
Priority date: 1977-02-24
Filing date: 1978-02-24
Publication date: 1978-08-31
Anticipated expiration: 1998-02-25
Also published as: AU513980B2; US4192392A; IT1094216B; CA1074278A; IT7820466A0; CH619028A5; NO145801C; NL7801914A; NO145801B; BR7801112A; ES467275A1; FR2381896B1; FR2381896A1; DE2808003C2; AU3356678A; GB1590499A; NO780599L

Description

DR.-ING. WALTER ABITZ DE. DIETER F. MORF DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER

Patentanwälte

- Februar 1978

Postanschrift / Postal Address Postfach 880109, 80OO Mün

s I

dyuiJieJ

Flenzenauerstraße

Telefon Θ8 32 22 Telegramme: Chemindus München Telex: (O) 023992

8003

B.220

SOCIETE NATIONALE ELF AQUITAINE (PRODUCTION) 92400 Ccurbevoie, Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zur Wiedergewinnung von Bohrflüssigkeit en

9835/0 ORIGINAL INSK-CTED

3197 B.220

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Fluiden bzw. Flüssigkeiten, die in der Erd-Bohrtechnik verwendet werden. Sie besieht' sich insbesondere auf die Suche nach Kohlenwasserstoffen, d. h. nach Erdöl oder natürlichem Gas. Die Erfindung bezieht sich auf Bohrungen, bei denen in die Bohrlöcher weder Einbrüche von Formationswasser erfolgten, noch''Eindickungsmittel zugesetzt wurden, um die Dichte des im Kreislauf befindlichen Schlammes merklich au erhöhen; sie bezieht sich auf die zahlreichen Fälle, wo man versucht, eine Schlammdichte zu erzielen, die so gering wie möglich ist.

Es ist bekannt, daß man für die Bohrung einer bestimmten geologischen Schicht in das Bohrloch eine Lösung oder wässrige Supension eines geeigneten Mittels einspritzt, die zu einer Dichte, einer Viskosität und einer chemischen Zusammensetzung des Milieus führt, die wohl bestimmt sind, und sich der Arbeit in dieser geologischen Schicht am besten anpassen. Gegenwärtig häufig verwendete Mittel sind insbesondere der Betonit, Öl, Lignosulfonate und die Biopolymeren, d.h. Polysaccharide. Im Verlaufe der Bohrung belädt sich die Flüssigkeit mit Materialien aus dem Boden und bildet einen Schlamm, dessen Viskosität, Dichte und Zusammensetzung mit dem Verlauf der Zirkulation dieses Schlammes variieren. So steigen die Viskosität, die Dichte und die Konzentration an mineralischen Materialien ständig an und es kommt ein Zeitpunkt, wo diese Eigenschaften nicht mehr der Arbeit entsprechen: man ist dann gezwungen, mindestens einen Teil des Schlammes zu entfernen und ihn durch neues Fluid bzw. neue Flüssigkeit zu ersetzen. Jedoch erfordert diese Erneuerung eine vorhergehende Abtrennung der in dem Schlamm dispergierten Feststoffe, was man mittels Sieben, Entsandungsvorrichtungen und Vorrichtungen zur Entfernung von Schlamm bzw. Schlick bewikrt. Die unzureichend von Feststoffen abgetrennte Flüssig-

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keit weist im allgemeinen eine sehr hohe Dichte auf, was zum Zusatz einer grossen Menge an frischer Flüssigkeit führt, um sie in geeigneter Weise zu verdünnen. Jedoch weist diese Verdünnung ernstliche Machteile auf: die Bohrflüssigkeit, die die vorstehend erwähnten speziellen Mittel enthält, ist relativ kostspielig und ihr starker Verbrauch führt daher zu erhöhten Gestehungskosten. Andererseits erhöht man durch die Verdünnung das Schlammvolumen, es ist daher notwendig, häufig ziemlich grosse Mengen davon zu verwerfen, da das Fassungsvermögen des Lagerungsbehälters stark begrenzt ist. Dies macht die spätere Behandlung einer grossen Abstrommenge und die Abführung in der schwierigen Form von Bohrungs—Schlammlöchern notwendig.

Die vorliegende Erfindung führt zu einer merklichen Verbesserung auf dem Gebiet der Erdbohrungen. Sie ermöglicht die Wiedergewinnung eines grossen Teils der eingesetzten Flüssigkeit und die beträchtliche Verringerung der Menge an in das Bohrloch einzuführender frischer Flüssigkeit. Darüberhinaus ermöglicht sie die Abführung fester in dem Bohrschlamm dispergierter Materialien, ohne die Notwendigkeit schwieriger Behandlungen zur Ablagerung in Form von Schlammpfuhlen. Sie ist auch nützlich für Bohrungen auf dem Festland, wie im Meer, da erhöhte Transportkosten für verbrauchteSchlamme sowie die Verunreinigung durch Abführung dieser Schlämme in das Meer vermieden werden.

Das neue erfxndungsgemasse Verfahren besteht darin, die Bohrschlämme einer Zentrifugierung unter derartigen Bedingungen zu unterziehen, dass die Dichte des leichten Abstroms, d. h. des der axialen Region der Zentrifuge,zwischen der des behandelten Schlammes und der der ursprünglichen Bohrflüssigkeit, die noch nicht mit Erdmaterialien beladen ist, liegt.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, dass die Elemente des gebohrten Bodens, die insbesondere für die nachteiligen

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Veränderungen der rheologischen Eigenschaften des Schlammes verantwortlich sind,.d. h. Teilchen mit Dimensionen unterhalb von etwa 100 Mikron_s die durch die bei dieser Technik angewendeten Hydrocyclone äusserst unwirksam entfernt werden, zu einem wesentlich grösseren Ausmass durch mechanisches Zentrifugieren entfernt werden können» Untersucht man in der Tat die Granulometrie der Materialien, die mittels der verschiedenen klassischen Vorrichtungen,ausgehend von Bohrschlämmen, abgetrennt werden können, so findet man folgende Ergebnisse:

Vibrationssiebe bis etwa 175 Mikron

Vorrichtungen zur Entsandung (Cyclone) 150 Mikron

und insbesondere 80 Mikron

Hydrocyclone "Entschlammungs-

vorrichtung" (die unter dem

englischen Ausdruck "desiltors"

bekannt sind) bis etwa 100 Mikron

und insbesondere 30 Mikron

Praktisch werden die Teilchen des Bodens, insbesondere die von tonartigen Schichten kommenden;, ausgehend von Dimensionen von etwa 50 Mikron und insbesondere von 30 ax und darunter, nicht mehr mit den üblichen in der Erdöltechnik verwendeten Vorrichtungen entfernt werden. Tatsächlich hinterlassen, wie vorstehend erwähnt, diese Vorrichtungen nach der Abtrennung von Feststoffen einen Schlamm, dessen Dichte und Viskosität rasch die Werte überschreiten, die noch mit der Wiederverwertung dieses Schlammes vereinbar wären.

Nach der Feststellung, die zu der vorliegenden Erfindung geführt hat, ist es möglich, aus einem Schlamm mit zu starker Dichte, der reich an Feinteilchen unter 100 Mikron und insbe- ■ sondere von etwa 50 Mikron und weniger XSt₅, durch Zentrifugie-

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ren mindestens den Hauptteil der Teilchen in Suspension herauszuziehen und einen leichten Abstrom zu gewinnen, der fast identisch oder wenig unterschiedlich von frischer Bohrflüssigkeit ist, was mit den vorstehend erwähnten üblichen Vorrichtungen unmöglich ist. Je nach der Art der verwendeten Zentrifuge und nach den Bedingungen ihres Betriebs, können selbst Teilchen von 20 bis etwa 2 Mikron entfernt werden; im Gegensatz hierzu verbleiben die Feinteilchen von etwa 2 Mikron und darunter praktisch gänzlich in der zentrifugieren Flüssigkeit, was zu einem beträchtlichen Vorteil führt, da es sich gerade um diejenigen handelt, welche die in der Bohrflüssigkeit nützlichen Elemente bilden.

Das Zentrifugieren wurde bisher zur Wiedergewinnung von Eindikkungsmitteln, insbesondere von Bariumsulfat aus Bohrschlämmen verwendet, die zu dicht und zu viskos geworden waren. Man machte so diese Mittel, die darauf mit frischer Flüssigkeit zurückgeführt wurden, wirtschaftlicher; jedoch konnte die Flüssig- . keit, die durch die Zentrifuge abgetrennt wurde, nicht wieder verwendet werden; man musste sie verwerfen und mit ihr die anderen Zusätze, die sie enthält und die übrigens ziemlich kostspie-_i lig sind.

Im Gegensatz hierzu hat man bisher das Zentrifugieren nicht auf relativ leichte Schlämme angewendet, die kein Eindickungsmittel enthielten. Man hatte nämlich die Rolle der Feinteilchen, die vorstehend besprochen wurde, nicht erkannt; zweifelsohne erschien auch die Behandlung von grossen Schlammengen wie sie im allgemeinen bei Bohrungen auftreten, mittels einer kostspieligen Behandlung^wie sie die Zentrifugierung darstellt,als ausgeschlossen. Das Verdienst der Erfindung liegt gerade darin, dass die Zentrifugierung speziell auf. Schlämme angewendet wird, die nur Feinteilchen enthalten, die zum grössten Teil durch übliche Mittel nicht abtrennbar sind. Darüberhinaus sind die Verfahrensbe-

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dingungen, wie sie vorgesehen werden, wie dieses Mittel,das als kostspielig erscheint, bei der Anwendung auf Bohrschlamme besonders wirtschaftliche

Gemäß einem ersten Merkmal der Erfindung unterwirft man einen Bohrschlamm, der aus einer ursprünglichen Flüssigkeit mit der Dichte D gebildet wurde, wenn er eine derartige Konzentration an dispergierten Teilchen erreicht hat, dass er für die Fortführung der Bohrung ungeeignet wird, einer oder mehreren bekannten Behandlungen zur Entfernung von Teilchen mit Dimensionen, die etwa 100 Mikron überschreiten» Anschliessend wird der so "entsandete" Schlamm mit der Dichte D' einer Zentrifugierung unterworfen, die derart gesteuert wird, dass der zentripetale Abstrom aus der Zentrifuge eine Dichte D aufweist, die zwischen D und D+0,5 (D'-D) liegt, worauf dieser Abstrom erneut während der Bohrung in das Bohrloch eingebracht wird«

Vorzugsweise steuert man die Zentrifugierung derart, dass ein leichter Abstrom mit einer Dichte von D bis D+0,33 (D'-D) erhalten wird. Anders ausgedrückt, toleriert man bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für den wiederzugewinnenden leichten Abstrom maximal eine Dichte, die gleich der der frischen Bohrflüssigkeit (D) ist, erhöht um ein Drittel der Differenz zwischen dieser und der Dichte des für die Wiederverwendung ungeeigneten Schlammes (D'), der nur noch Teilchen in Abmessungen unter etwa 100 Mikron enthält»

Handelt es sich um kleine Bohrungen, bei denen der stündliche

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Schlammdurchsatz etwa 25 m nicht überschreitet, so können die vorstehend beschriebenen Arbeitsweisen auf den gesamten in dem Bohrloch während der Bohrung zirkulierenden Schlamm angewendet werden,, Jedoch wird es durch die Erfindung auch möglich, in der Vielzahl der Fälle_s in denen die Durchsätze diesen Wert stark überschreiten_s die Zentrifugierung der Schlämme

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in nützlicher und wirtschaftlicher Weise anzuwenden. In diesen Fällen zentrifugiert man nur einen Teil des entsandeten Schlammes (D*) und der erhaltene leichte Abstrom wird mit dem Rest dieses Schlammes vermischt, wodurch die Dichte D' von diesem Wert auf einen Wert unter D" verringert wird, der zwischen D¹ und D liegt.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird der Anteil des ungeeigneten Schlamms (D'), der zentrifugiert wird, derart berechnet, dass das resultierende Gemisch (Dichte D") des verbleibenden Schlamms mit dem leichten, zentripetalen Abstrom in ausreichender V/eise wenig feste Teilchen enthält, so dass er für die Bohrung geeignet ist. Nimmt man an, dass die Fraktion des entsandeten Schlamms, der zentrifugiert wird, nur ein Zwanzigstel bis ein Fünftel des Gesamtdurchsatzes dieses Schlamms betragen kann, so ist es immer noch möglich, die Dichte davon bis zu dem Punkt zu verringern, wo er für die Bohrung geeignet wird.

Die Ausführungsform der Erfindung, bei der nur eine Fraktion des entsandeten Schlammes zentrifugiert wird, bietet sich besonders günstig für die kontinuierliche Arbeitsweise an. Bei dieser Ausführungsform wird der Schlamm in dem Masse, wie er aus dem Bohrloch austritt, kontinuierlich in an sich bekannter Weise zur Entfernung der festen Teilchen, die etwa 100 Mikron überschreiten, behandelt. Eine Fraktion des so "entsandeten" Abstroms wird zentrifugiert. Die zentripetale Flüssigkeit davon wird mit dem Rest dieses Abstroms vereint, der von da an in verdünnter und damit leichterer Form vorliegt und die flüssige Mischung wird kontinuierlich in die Bohrvorrichtung eingepumpt. Man gelangt auf diese Weise zur Erzielung eines stabilen Zustands, während dem das Bohrloch kontinuierlich mit einem Schlamm von konstanter Dichte während der Bohrvorgänge versorgt wird. Es versteht sich, dass die Parameter des Ver-

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fahrens derart geregelt werden, dass dieser Schlamm die erforderlichen physikalischen Eigenschaften aufweist; der Schlamm, der aufsteigt, behält ebenfalls die fixierten Charakteristika bei.

Da es schwierig ist, von physikalischen Eigenschaften, insbesondere der Dichte und Viskosität in einem derart stark heterogenen Milieu, wie einem Bohrschlamm am Austritt des Bohrloches zu sprechen, werden diese Eigenschaften im Rahmen der vorliegenden Erfindung nach der Abtrennung von kornartigem Material und Teilchen, die über~>100 Mikron liegen, d» h. an dem Material, das als "entsandeter Schlamm" bezeichnet wird, im Verlaufe der vorliegenden Beschreibung bestimmt«

Die beigefügte Figur veranschaulicht schematisch die Anordnung eines erfindungsgemassen Systems»

In diesem Schema bedeutet 1 das Bohrloch, 2 die Hohlwelle der Bohrvorrichtung, 3 die Kanalisation, bestehend aus einer nicht dargestellten Pumpe für den Austritt des Schlamms aus dem Bohrloch 1. Unter 4 befinden sich die klassischen bzw. üblichen Vorrichtungen zur Abtrennung von in dem Schlamm dispergierten Feststoffen: es handelt sich dabei im allgemeinen um vibrierende Siebe, an die sich ein oder mehrere Cyclone anschliessen, die auf diesem Gebiet unter dem Namen Entsandungsvorrichtungen bekannt sind; die Gesamtanordnuna 4 kann gegebenenfalls eine feinere Trennvorrichtung umfassen, des Typs, der unter dem englischen Namen "desiltor" bekannt ist und der dazu geeignet ist_s den Hauptteil der Teilchen von 100 Mikron und etwa die Hälfte..·· der Teilchen, die über 30 vu liegen, zu entfernen. Jedoch sind die letztgenannten Vorrichtungen nicht unersetzlich, da die Zentrifuge 6 die gleiche Arbeit bis zu etwa 10 bis 20 /a leistet.

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Die Feshsfcoffe oder schweren Schlämme, die in der Anordnung 4 abgetrennt werden, werden über 10 entleert, während der entsandete Schlamm, der im allgemeinen keine Teilchen über 100/u mehr enthält, durch die Leitung 5 wiedergewonnen wird. Letztere teilt sich in zwei Zweige auf, 5a und 5b. 5a steht in Verbindung mit der Recyclisierungskanalisation bzw. -leitung 9, die den entsandeten Schlamm in das Ansaugsystem für die Rückführung in die Bohrvorrichtung 2 führt. 5b hingegen führt einen Teil ' dieses Schlammes zu der Zentrifuge 6. Ein geeignetes Ventil bzw. ein geeigneter Schieber in diesem Zweig 5b, das bzw. der nicht gezeigt v/ird, ermöglicht die Steuerung des Schlammdurchsatzes,der zentrifugiert werden soll.

Die Feststoffe, die durch die Zentrifugalkraft in 6 abgetrennt werden, werden durch 7 verworfen, während die zentripetale Flüssigkeit, d. h. ein stark erleichterter Schlamm, über· die Rohrleitung 8 zur Vermischung mit dem schweren Schlamm zu einem gemischten Schlamm in die Rückführungskanalisation 9 geleitet wird.

Wie vorstehend bezeichnet man mit D· die Dichte des entsandeten Schlammes, der aus der Anordnung 4 durch 5 austrittj D ist die Dichte des leichten zentripetalen Abstroms, der aus der Zentrifuge 6 durch 8 kommt. Die Dichte des Schlammgemisches, das durch Verdünnen des Schlamms D¹ mit dem leichten Abstrom D gebildet wird, wird mit D" bezeichnet. Da das praktischste Kriterium für die Qualität eines Bohrschlamrre seine Dichte ist, erfolgt die Steuerung des erfindungsgemässen Systems auf der Basis der Dichten der vorhandenen Schlämme.

Das kontinuierliche erfindungsgemässe Verfahren führt man vorzugsweise derart durch, dass der entsandete Schlamm sich noch

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nicht an seiner kritischen Grenze für die Verwertbarkeit befindet :anders ausgedrückt bleibt die Dichte D" unter der Grenze für die Dichte, von der ab eine unvollkommene Bohrung erfolgen würde. Man regelt daher den Durchsatz der Schlämme mit der Dichte D , so dass die Dichte D" des wieder in das Bohrloch (Kanalisation 9 in dem Schema) eingeführten Gemischs ausreichend niedrig ist und die deutliche Wiedergewinnung der gleichen-Dichte D' ermöglicht, nachdem dieses Gemisch_?das sich mit Materialien von der Erdbohrung beladen hat, seinerseits in der Anordnung der Vorrichtungen 4 entsandet wurde»

Auf diese Weise wird ein Betrieb mit konstanter oder etwa konstanter Dichte D' ermöglicht, der sehr wirtschaftlich ist₉ da er nur sehr geringe Flussxgkeitsverluste mit sich bringt und die Zentrifuge nur von einem geringen Anteil des Gesamtstroms der Schlämme durchlauf en wird»

Das Volumen X (des leichten Abstroms D ), das zur Erzielung von 100 Volumina des. gemischten Schlammes D" durch Vermischen mit 100-X Volumina entsandetem Schlamm D'_s nötig ist, kann . nach der folgenden klassischen Verdünnungsgleichung berechnet werden:

X = 100 (D^l-D"):(D«-D_c)

Da die Erfindung insbesondere auf Bohrungen mit Schlämmen anwendbar ist, deren Dichten 1,25 und deren Viskositäten 8OcP ' nicht überschreiten, basiert das folgende Beispiel auf einem kontinuierlichen Ansatz mit einem Schlamm₉ dessen Dichte in der Vorrichtung unter diesem Wert liegt»

Man führt eine Bohrung mit Bentonitflüssigkeit durch, deren ursprüngliche Dichte D 1,03 beträgt. Die Grenze für die Dichte D_T, von der an die Funktionsfähigkeit mangelhaft wird, beträgt

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1,22, was selbstverständlich an entsandetem Schlamm gemessen wurde.

Bei einer Dichte D¹, die zwischen D und D_L liegt, von 1,12
sind die rheologischen Eigenschaften des Schlammes noch sehr gut. Man stellt daher D· auf diesen Wert ein.

Man führt die Bohrung und den Schlammdurchsatz derart fort,
dass man ausgehend von der Konzentration an Feststoffen, die von diesen Schlämmen mitgeschleppt werden, die Dichte des entsandeten Schlammes von 1,12 auf 1,11 einstellen muss, um ihn wiederverwenden zu können, d. h. ihn unter Bezugnahme auf das Schema durch 9 wiedereinführen kann und am Austritt der Anordnung 4 den Wert 1,12 vorfindet.

Andererseits ist es,- wie später aus dem Beispiel 3 ersichtlich, möglich, den entsandeten Schlamm mit einer Dichte D¹ von 1,12 auf 1,05 (D ) durch wirtschaftliches Zentrifugieren zu erleichtern; die erfindungsgemässe Bedingung D = D bis 0,33 (D'-D) wird so voll befriedigt, da

1,05 = 0,118 (1,12-1,03)

wobei der Koeffizient 0,118 genau zwischen 0 und 0,33 liegt. So funktioniert die Bohrung mit den Dichten:

D¹ = 1,12
D_c = 1,05
D" = 1,11

Unter diesen Bedingungen ist das Volumen X des zentripetalen Abstroms D ,der mit dem entsandeten Schlamm D* zu vermischen ist, um 100 Volumina zurückzuführenden Schlamm D" zu erhalten:

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JS

X = 100 (D*-Ε/¹) :(D'-D_c) = 100 χ 0,01 : 0,07 = 14₉3»

So genügen 14,3 % an zentrifugiertem Schlamm, um die Schlammbehandlung kontinuierlich mit einer konsbanten Dichte von 1,12 am Austritt der Abscheider 4 betreiben zu können»

Der Ausgangsbentonit verbleibt zum grössten Teil in dem in Umlauf befindlichen Schlamm; seine Verluste werden auf den geringen Anteil dieses Mittels reduziert, der von den in 7 und 10 entfernten Feststoffen festgehalten wird.

Interessanterweise lässt sich zu dem vorstehenden Beispiel feststellen, dass eine geringe Korrektur der Dichte .
(D'- D" =.0,01) genügt, um ein perfektes Funktionieren der Bohrung bei konstanter Dichte sicherzustellen. Ohne die erfindungsgemässe Behandlung würde die Dichte im Verlauf von 3 Stunden um 0,01 ansteigen und man würde so in kurzer Zeit einen Teil des Schlammes verwerfen müssen und den Rest mit frischer Bohrflüssigkeit verdünnen müssen=

Es ist wichtig, die Zentrifugierung, die eine wesentliche· Phase des erfindungsgemässen Verfahrens darstellt, derart durchzuführen, dass praktisch keine Teilchen mehr in den zentripetalen Abstrom gelassen werden, die 20 Mikron überschreiten. Daher sollte die angewendete Zentrifugalkraft im al ige-—-·- -\ meinen mindestens 1300 g für die Schlämme mit einer Dichte unter 1,25 betragen. Vorzugsweise liegt sie bei 1500 g bis 2500 g, je nach der Natur des behandelten Schlamms und der Art der verwendeten Vorrichtung.

Die beiden wesentlichen Faktoren, auf die man einwirkt,, um die gewünschte Dichte des leichten Abstroms (zentripetal) zu erhalten, sind die Zentrifugalkraft oder die Rotationsgeschwin-

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digkeit und der Durchsatz am Eintritt in die Zentrifuge. So gewinnt man beispielsweise in einem Versuchsansatz für den speziellen Fall eines Bentonitschlammes mit einer Dichte von 1,12, der mit 3500 U/min mit einer Zentrifugalkraft von 1800 g zentrifugiert wird, eine zentripetale Flüssigkeit mit einer Dichte von 1,05, wenn man die Zentrifuge mit 1070 l/Stunde bespeist, wohingegen die Dichte auf 1,063 ansteigt, wenn man die Einspeisung auf 1150 l/Stunde anhebt. Es ist daher ersichtlich, dass es zweckmässig ist, die infrage stehenden beiden Faktoren zu steuern, um die gewünschte Dichte zu erzielen.

Die Durchführung der Zentrifugenbehandlung wird durch die folgenden Beispiele 1 bis 5, die keine Einschränkung darstellen, sollen, veranschaulicht, wohingegen die Beispiele 6 und 7 die unterschiedlichen Resultate der Einv/irkung einer Zentrifgue und der eines kräftigen Hydrocyclones zeigen.

Beispiel 1

Im Verlauf einer Erdbohrung bei der Suche nach Erdöl mit einem Fluid bzw. einer Flüssigkeit auf Bentonit-Basis, bei der die Dichte des im Umlauf befindlichen Schlammes auf einem Wert von

3 1,09 gehalten wird, mussten 40 m frisches Fluid zugesetzt

werden, nach Abtrennung der Feststoffe in einer Entsandungsvorrichtung klassischer;Art und zwar nach 24-stündigem Betrieb, wobei das Fortschreiten der Bohrung 33 m betrug.

Bei der gleichen Bohrung, durchgeführt unter den gleichen Bedingungen, jedoch unter Wiedergewinnung des leichten Abstroms im Verlauf einer Zentrifugenbehandlung von 12 Stunden (von den 24 Gesamtbetriebsstunden) genügten lediglich 21 m frischen Fluids für das gleiche Fortschreiten von 33 m.

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Beispiel 2

Das erfindungsgemässe Verfahren wird als Versuchsansatz bei
einer Bohrung unter Verwendung eines Bentanitschlamms durchgeführt. Die Behandlung erfolgt mittels einer Zentrifuge vom
Typ D 26, einem Handelsprodukt der Societe Guinard.

Die ursprüngliche Bentonit-haltige Flüssigkeit weist vor ihrem Einbringen in das Bohrloch eine Dichte von I₅03 auf. Der im
Umlauf befindliche Schlamm wird zentrifugiert, bis seine Dichte 1,123 erreicht und die Zentrifuge wird so eingestellt, dass man einen leichten Abstrom mit einer Dichte von 1,05 bis 1,05
erzielt.

Die folgende Tabelle mit Ergebnissen zeigt wie die Dichte dieses zentripetalen Abs.troms mit der angewendeten Zentrifugalkraft variiert.

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TABELLE I

co ι

Absolute Geschwindigkeit U/min

2500

4000

Relative Geschwindigkeit U/min q

46

24

Durchsatz am Eintritt l/Stunde

1 070 ■

1 070

1 680

Dichte das
leichten Abstrorns

1,0765

1,046
1,051

Trockenheit
des Sediments

69,5

	15	900	1 070	1,0675	73
3000	18	1300	1 070	1,059	73,25
3500	20	1800	1 070	1,052	74

75,5

OO CD CD OO

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Es ist ersichtlich, dass die gewünschte Dichte des zentripetalen Abstroms für Geschwindigkeiten über 3000 U/min erreicht wird j d. ho bei Zentrifugalkräften von über 1300 g„

Man stellt fest, daß die optimale so erhaltene Dichte etwa 94% der Grenze für die Dichte des behandelten Schlammes beträgt. Das abgetrennte Sediment v/eist eine gute Trockenheit auf und kann direkt ohne jegliche vorausgehende Behandlung abgeführt werden.

Beispiel 3

Es wurden Versuche analog denen des vorhergehenden Beispiels mit einem Schlamm durchgeführt, der aus einem Fluid mit Biopolymeren erhalten wurde» Die Dichte des Fluids bzw. der Flüssigkeit vor deren Anwendung betrug l_s01„ Der Schlamm wird behandelt, bis er eine Dichte von l_?075 erreicht» In der folgenden Tabelle II sind die erhaltenen Ergebnisse aufgeführt*

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TABELLE II ο

Absolute Ge- Relative Ge- Durchsatz Dichte des Trockenheit Restlicher geschwindigkeit geschwindigkeit am Eintritt Abstroms des Sediments Bodensatz im U/min U/min q 1/stunde %

3000 18 1 300 900 1,01 , 74,25

09 900 1,01 74,5

O 3500 20 1 800

«> ■ 1 080 1,01 74,5 0

¹^- 4000 24 2 300 900 1,01 75,4 0

GO ' '

'JS

ω τι π O

O) CD OO O O OO

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Es ist ersichtlich, dass eine Dichte von 1,01 des leichten Abstroms bereits bei einer Zentrifugalkraft von 1300 g erzielt werden kann.

Beispiel 4

Bei einem Baustellenbetrieb, gleich dem des Beispiels 1, verwendet man eine Zentrifuge, deren Schale einen Durchmesser von 33 cm aufweist, während lediglich 13 Stunden pro Tag» Diese Vorrichtung wird direkt mit dem Bohrschlamm bespeist, ohne vorheriges Durchlaufen der "Desiltoren".

Der leichte Abstrom aus der Zentrifuge weist eine Dichte von 1,04 auf; seine Rückführung in den umlaufenden Schlamm ermöglicht es, dessen Dichte auf einem praktisch konstanten Wert von 1,08 bis 1,09 zu halten. Was den schweren Abstrom mit einer Dichte von 1,72 bis 1,78 betrifft, der teigartig ist, so stellt die-

3 ser 0,2 m pro Stunden dar und ist leicht abzuführen.

Die Zentrifuge wird mit 6 m pro Stunde beschickt. Die Zentrifugalkraft beträgt etwa 1500 g.

Im Verlauf der Arbeitsvorgänge genügte es, etwa 10 m frische , Abströme dem im Umlauf befindlichen Schlamm anstelle von 40m zuzusetzen, die nach üblichen Verfahrensweisen wie aus dem Beispiel 1 ersichtlich notwendig wären.

Beispiel 5

Bei einem Baustellenversuch wurde eine gleiche Menge an Bohrschlamm mit einer Dichte von 1,08 bis 1,10 einerseits der Einwirkung eines Hydrocyclones mit einem Kegel von 102 mm (vom als "Desiltor" bezeichneten Typ) und andererseits der Einwirkung einer kontinuierlichen Zentrifuge mit horzontalem Gefäss

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(Guinard D 33, der grösste Durchmesser beträgt 330 mm) unterworfen. Die Zentrifuge wurde bei 3200 U/min mit einer Kraft von 2100 g betrieben. Man erhielt folgende Ergebnisse:

Dichte des Schlammes vor der Behandlung

Zentrifuge Hydrocyclon

1,08-1,10 l,08-l_r10

Dichte des Schlammes nach der Behandlung

1,03-1,04 unverändert

etwaige Dichte des schweren entfernten Abstroms 1,80

Ausbaute (Volumen des Erdaushubs/ gesamtes entferntes Volumen) 50

1,15

Da der behandelte Schlamm nur wenige Teilchen von über 100 Ai enthielt, war die Wirkung des Hydrocyclons minimal. Im Gegensatz hierzu entfernte die Zentrifuge einen grossen Anteil der Feststoffe, wobei in dem Schlamm nur Teilchen von unter 10 Mikron verblieben und eine beträchtlich erleichterte Flüssigkeit erhalten wurde.

Aus diesem Vergleich ist die neue Rolle ersichtlich, die die Zentrifugenbehandlung anstelle des Hydrocyclones spielt.

Beispiel 6

Die beiden Vorrichtungen des Beispiels 5 wurden vergleichsweise zur Behandlung des gleichen Schlamms wie im Beispiel 5 verwendet, jedoch im Verlauf einer Bohrphase von 311 mm. Im folgenden sind die Bedingungen der Versuche und die erhaltenen Ergebnisse der beiden Versuchsreihen aufgeführt:

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Zentrifuge Hydrocyclon

Anzahl der Betriebstage 18

tätsächliche Zeit in Stunden 301

301

Umdrehungsgeschwindigkeit in U/min 200

Zentrifugalkraft

100 g

Stündlich behandeltes Schlammvolumen in m

3,8

200

Stündlich entferntes Schlammvolumen in m³

Gesamtmenge der durch Zentrifugenwirkung entfernten Feststoffe °>²²⁶

300

82

3 Volumen der Eraushübe (trocken) m, die durch die Zentrifugenwirkung ent fernt wurden

34

10

Volumen des Schlamms mit einer Dichte von 1,10, Verlust- m³ 34

291

Gesamtmenge der entfernten Feststoffe (trocken) durch Zentrifugeneinwirkung in Tonnen

25

Verdünnung mit neuem Schlamm pro Bohrmeter (darin enthalten das Fortschreiten) 605 l/m

900 l/m

Die Vorteile der Zentrifugenbehandlung eines Schlammes mit geringer Dichte gehen aus diesen Ergebnissen deutlich hervor.

ORIGINAL INSPECTED

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wiedergewinnung von Bohrflüssigkeit durch Abtrennung der Feststoffe aus dem aus Bohrlöchern austretenden Schlamm, in dem die ursprünglich verwendete Flüssigkeit eine Dichte D aufweist, die Abtrennung der Feststoffe zu einem Schlamm mit einer Dichte D' führt, der noch Teilchen mit Abmessungen unter etwa 100 Mikron enthält, wobei der letztgenannte Schlamm einer Zentrifugenbehandlung unterzogen wird und der Abstrom in die Bohrvorrichtung zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet,dass■die Zentrifugenbehandlung derart gesteuert wird, dass der zentripetale Abstrom eine Dichte D zwischen D und D + 0,5 (D'-D) aufweist.

2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zentrifugenbehandlung derart regelt, dass die Dichte D des zentripetalen Abstroms einen Wert von D bis D + 0,33 (D'-D) aufweist.

3. Verfahren zur Wiedergewinnung von Bohrflüssigkeit durch Zentrifugieren von Schlämmen und Wiedereinbringung des zentripetalen Abstroms der Zentrxfugenbehandlung, der nur noch Feststoffteilchen mit Abmessungen unter 20 Mikron, und insbesondere Teilchen von etwa 2 Mikron und kleiner enthält,

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in die Bohrvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass man die Dichte des Abstroms gemäss Anspruch 1 oder 2 steuert.

4. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Grenze der Dichte, von der ab der aus dem Bohrloch austretende Schlamm nicht mehr verwendbar ist, 1,25 oder weniger beträgt und die Dichte D¹ nach der Abtrennung der festen Teilchen von mehr als etwa 100 Mikron bei 1,07 bis 1,12 liegt, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zentrifugenbehandlung so durchführt, dass man einen zentripetalen Abstrom mit einer Dichte von 1,01 bis 1,06 erhält.

5. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ledig—" lieh ein Teil des aus dem Bohrloch austretenden Schlammes, der der Abtrennung von F-eststoffen mit mehr als etwa 100 Mikron unterzogen und so auf die Dichte D' zurückgeführt wird, zentrifugiert wird, derart, dass ein zentripetaler Abstrom mit einer Dichte D erhalten wird und dieser Ab-

strom mit dem Rest des Schlammes D¹ vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass man so einen leichteren Schlamm mit einer Dichte D", die zwischen der der ursprünglichen Flüssigkeit (D) und D· liegt, bildet, der in die Bohrvorrichtung zurückgeführt werden kann.

6. Verfahren gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Zwanzigstel bis ein Fünftel des Durchsatzes des Schlammes mit einer Dichte von D' zentrifugiert.

7. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem man mit mindestens 1300 g und insbesondere 1500 bis 2500 g zentrifugiert, dadurch gekennzeichnet, dass man die Einspeisung der Zentrifuge mit zu behandelnden. Schlamm derart steuert, dass man die gewünschte Dichte D des zentripetalen

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Absfcroms erhält.

8. Vorrichtung zur. Wiedergewinnung von Bohrflüssigkeit aus Bohrschlämmen, die aus Bohrlöchern austreten, umfassend übliche Einrichtungen (4 )zur Abtrennung von Feststoffen, wobei diese Einrichtungen beschickt werden (3), mit dem aus dem Bohrloch austretenden Schlamm 2, während ihre flüssige Phase

(5) ,'die von Feststoffen (10 )abgetrennt ist, mit dem Eintritt in die Bohrvorrichtung 2 mittels einer Rückführungsleitung (5-5a-9) und einer Abzv/eigung (5b) an dieser letzten Leitung verbunden ist, die zur Beschickung einer Zentrifuge (p ) führt, gekennzeichnet durch eine Kanalisation bzv/. Leitung (8), die den .zentripetalen Abstrom aus der Zentrifuge aufnimmt und mit dem Rückführungskreislauf(5-5a-9) stromab von dem Punkt,von dem die Abzweigung (5b )abgeht, verbunden ist.

9. Vorrichtung gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zur Steuerung des Schlammdurchsatzes zur Beschickung in die Zentrifuge 6 in der Abzweigung 5b vorgesehen sind.

10. Vorrichtung zur Wiedergewinnung von Bohrflüssigkeit, in der die Trenneinrichtungen aus einem oder mehreren Sieben, Dekantiervorrichtungen und/oder Hydrocyclonen bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass sie entsprechend den Ansprüchen 8 oder 9 ausgebildet ist.

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