DE2808003C2

DE2808003C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Wiedergewinnung von Bohrspülung

Info

Publication number: DE2808003C2
Application number: DE2808003A
Authority: DE
Inventors: Gaston Billere Labat; Jean Paul Messines; Bernard Pau Tramier
Original assignee: Societe Nationale Elf Aquitaine Production SA
Current assignee: Societe Nationale Elf Aquitaine Production SA
Priority date: 1977-02-24
Filing date: 1978-02-24
Publication date: 1990-05-31
Anticipated expiration: 1998-02-25
Also published as: AU513980B2; US4192392A; IT1094216B; CA1074278A; DE2808003A1; IT7820466A0; CH619028A5; NO145801C; NL7801914A; NO145801B; BR7801112A; ES467275A1; FR2381896B1; FR2381896A1; AU3356678A; GB1590499A; NO780599L

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung von Bohrspülung nach dem Oberbegriff des Anspruchs ! bzw. Anspruchs 8; diese Verfahren und Vorrichtungen werden insbesondere bei der Suche nach Kohlenwasserstoffen, d. h. nach Erdöl oder natürlichem Gas verwendet. Die Erfindung steht dabei in Zusammenhang mit Bohrungen, be^; Ίεηεη in die Bohrlöcher weder Einbrüche von Formationswasser erfolgten noch Eindickungsmittel zugesetzt wurden, um die Dichte des im Umlauf befindlichen Schlammes merklich zu 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 in einer bestimmten geologischen Schicht in das Bohrloch eine Lösung oder wäßrige Suspension eines geeigneten Mittels als Bohrspülung einspritzt, die zu einer bestimmten Dichte, einer Viskosität und einer chemischen Zusammensetzung des Milieus führt, die für die Arbeit in dieser geologischen Schicht am besten geeignet sind. Gegenwärtig häufig verwendete Mittel sind insbesondere der Betonit, Öl, Lignosulfonate und die Biopolymeren, d. h. Polysaccharide. Im Verlaufe der Bohrung belädt sich die Bohrspülung 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, der 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 neue Spülung zu ersetzen. Jedoch erfordert diese Erneuerung eine vorhergehende Abtrennung der in dem Schlamm dispergierten Feststoffe, was man durch Sieben, EntsandungEvorrichtungen und Vorrichtungen zur Entfernung von Schlamm bzw. Schlick bewirkt Die unzureichend von Feststoffen abgetrennte Spülung weist im allgemeinen eine sehr hohe Dichte auf, was den Zusatz einer großen Menge an frischer Spülung zur Verdünnung notwendig macht Jedoch weist diese Verdünnung ernstliche Nachteile auf: Die Bohrspülung, 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 aas 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.

In Erdöl-Erdgas-Zeitschrift, September 1973, Seiten 329 bis 335 wird eine Vorrichtung zur Rückgewinnung ursprünglicher Bestandteile einer Bohrspülung aus der mit Bohrklein angereicherten Spülung beschrieben, die Einrichtungen zur Abtrennung von Feststoffen enthält Dabei erfolgt eine Zentrifugalbehandlung des Unterlaufs, also des Feststoffanteils eines Entsilters.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, die eine vereinfachte Wiedergewinnung von Bohrspülung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Verfahren und die im Patentanspruch 8 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst

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

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß die Elemente des gebohrten Bodens, die insbesondere für die nachteiligen Veränderungen der Theologischen Eigenschaften des Schlammes verantwortlich sind, d. h. Teilchen mit Dimensionen unterhalb von etwa 100 μπι, die durch die bei dieser Technik angewendeten Hydrocyclone größeren Ausmaß durch mechanisches Zentrifugieren entfernt werden können. Untersucht man in der Tat die Granulometrie der Materialien, die mittels der verschiedenen klassischer. Vorrichtungen, ausgehend von Bohrschlämmen, abgetrennt werden können, so findet man folgende Ergebnisse:

Vibrationssiebe bis etwa 175 μπι

Vorrichtungen zur Entsandung

(Cyclone) 150 μπι

und insbesondere 80 μπι

Hydrocyclone (»Desilters«) bis etwa 100 μιτι

und insbesondere 30 μπι

Praktisch werden die Teilchen des Bodens, insbesondere die von tonartigen Schichten kommenden, ausgehend von Dimensionen von etwa 50 μιτι und insbesondere von 30 μπι 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 μπι und insbesondere von etwa 50 μπι und weniger ist, durch Zentrifugieren mindestens den Hauptteil der Teilchen in Suspension herauszuziehen und einen leichten Abstrom zu gewinnen, der fast identisch oder wenig unterschiedlich von frischer Bohrspülung ist, was mit den vorstehend erwähnten üblichen Vorrichtungen unmöglich ist. Je nach der Art der verwendeten Zentrifuge und nach den Bedingungen ihres Betriebes, können selbst Teilchen von 20 bis etwa 2 μπι entfernt werden; im Gegensatz hierzu verbleiben die Feinteilchen von etwa 2 μπι und darunter praktisch gänzlich in der zentrifugierten Spülung, was zu einem beträchtlichen Vorteil führt, da es sich gerade um diejenigen handelt, welche die in der Bohrspülung nützlichen Elemente bilden.

Das Zentrifugieren wurde bisher zur Wiedergabegewinnung von Eindickungsmitteln, insbesondere von Bariumsulfat aus Bohrschlämmen verwendet, die zu dicht und zu viskos geworden waren. Man machte so diese Mittel, die darauf mit frischer Spülung zurückgeführt wurden, wirtschaftlicher; jedoch konnte die Spülung, 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 kostspielig 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. Darüber hinaus sind die Verfahrensbedingungen, wie sie vorgesehen werden, wie dieses Mittel, das als kostspielig erscheint, bei der Anwendung auf Bohrschlämme besonders wirtschaftlich.

Vorzugsweise steuert man die Zentrifugalbehandlung 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 Bohrspülung (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 μΐη enthält.

Handelt es sich um kleine Bohrungen, bei denen der stündliche Schlammdurchsatz etwa 25 m³ nicht überschreitet, so können die vorstehend beschriebenen Arbeitsweisen auf den gesamten in dem Bohrloch während der Bohrung umlaufenden Schlamm angewendet werden. Jedoch wird es durch die Erfindung auch möglich, in der Vielzahl der Fälle, in denen die Durchsätze diesen Wert stark überschreiten, die Zentrifugierung der Schlämme 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 D'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 Weise 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 μπι 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 Verfahrens 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 μπι liegen, & h. an dem Material, das als »entsandeter Schlamm« bezeichnet wird, im Verlaufe der vorliegenden Beschreibung bestimmt.

Die beigefügte Figur veranschaulicht schematisch die Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

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 t. 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 anschlie-Ben, die auf diesem Gebiet unter dem Namen Entsandungsvorrichtungen bekannt sind; die Gesamtanordnung 4 kann gegebenenfalls eine feinere Trennvorrichtung umfassen, des Typs, der als »desilter« bekannt ist und der dazu geeignet ist den Hauptteil der Teilchen von 100 μπι und etwa die Hälfte der Teilchen, die über 30 μπι liegen, zu entfernen. Jedoch sind die letztgenannten Vorrichtungen nicht unersetzlich, da die Zentrifuge 6 die gleiche Arbeit bis zu etwa 10 bis 20 μπι leistet

Die Feststoffe oder schweren Schlämme, die in der Anordnung 4 abgetrennt werden, werden über den Ausgang 10 entleert, während der entsandete Schlamm, der im allgemeinen keine Teilchen über 100 μπι 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 56, daß bzw. der nicht gezeigt wird, ermöglicht die Steuerung des Schlammdurchsatzes. der zentrifugiert werden solL

Die Feststoffe, die durch die Zentrifugalkraft in 6 abgetrennt werden, werden durch den Ausgang 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 austritt; D_c ist die Dichte des leichten zentripetalen Abstroms, der aus der Zentrifuge 6 durch 8 kommt Die Dichte des Schlammgemisches, das durch Verdünnen des Schlamms D' mit dem leichten Abstrom D_c gebildet wird, wird mit D" bezeichnet Da das praktischste Kriterium für die Qualität eines Bohrschlamms 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 nicht an seiner kritischen Grenze für die Verwertbarkeit befindet: anders ausgedrückt es 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 D₀, 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 ö'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 ist, da er nur sehr geringe Flüssigkeitsverluste mit sich bringt und die Zentrifuge nur von einem geringen Anteil des Gesamtstroms der Schlämme durchlaufen wird.

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

X = \00(D'-D");(D'-Dc)

Da die Erfindung insbesondere auf Bohrungen mit Schlämmen anwendbar ist, deren Dichten 1,25 und deren Viskositäten 80 mPa · s nicht überschreiten, basiert das folgende Beispiel auf einem kontinuierlichen Ansatz mit einem Schlamm, dessen Dichte in der Vorrichtung unter diesem Wert liegt.

Man führt eine Bohrung mit Bentonitspülung durch, deren ursprüngliche Dichte D 1,03 beträgt. Die Grenze für die Dichte Du von der an die Funktionsfähigkeit mangelhaft wird, beträgt 1,22, was selbstverständlich an entsandetem Schlamm gemessen wurde.

Bei einer Dichte D' die zwischen D und D_L liegt, von 1,12 sind die Theologischen 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 entsendeten Schlammes von 1,12 |

auf 1,11 einstellen muß, um ihn wiederverwenden zu können, d. h. ihn unter Bezugnahme auf das Schema durch die Kanalisation 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 D' von 1,12 auf 1,05 (D_c) durch wirtschaftliches Zentrifugieren zu erleichtern; die erfindungsgemäße Bedingung D_c = Dbis 0,33 (D'-D)wird so voll befriedigt, da I

25 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:

D' = 1,12
D_c = ',05
D" = 1,11

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

X = 100 (D'-D"): (D'-Dc)
= 100 χ 0,01 :0,07 = 14,3

So genügen 143% an zentrifugiertem Schlamm, um die Schlammbehandlung kontinuierlich mit einer konstanten 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 lsi wichtig, die Zentrifugicrur.g, die eine wesentliche Phase des erfindungseemäßen Verfahrens darstellt, derart durchzuführen, daß praktisch keine Teilchen mehr in den zentripetalen Abstrom gelassen werden, die 20 μπι überschreiten. Daher sollte die angewendete Zentrifugalkraft im allgemeinen 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 Rotationsgeschwindigkeit 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 veranschaulicht, wohingegen die Beispiele 6 und 7 die unterschiedlichen Resultate der Einwirkung einer Zentrifuge und der eines kräftigen Hydrocyclones zeigen.

Beispiel 1

im Verlauf einer Erdbohrung bei der Suche nach Erdöl mit einer Spülung auf Bentonit-Basis, bei der die Dichte des im Umlauf befindlichen Schlammes auf einen Wert von 1,09 gehalten wird, mußten 40 m³ frisches Fluid zugesetzt werden, nach Abtrennung der Feststoffe in einer Entsandungsvorrichtung klassischer Art und zwar nach 24stündigem Betrieb, wobei das Fortscheiten der Bohrung 33 m betrug.

Bei der gleichen Bohrung, durchgeführt unter den gleichen Bedingungen, jedoch unter Wiedergewinnung des leichten Abstroms im Verlauf einer Zentrifugalbehandlung von 12 Stunden (von den 24 Gesamtbetriebsstunden) genügten lediglich 21m³ frischer Spülung für das gleiche Fortschreiten von 33 m.

Beispiel 2

Das erfindungsgemäße Verfahren wird als Versuchsansatz bei einer Bohrung unter Verwendung eines Bentonitschlamms durchgeführt Die Behandlung erfolgt mittels einer handelsüblichen Zentrifuge.

Die ursprüngliche Bentonit-haltige Spülung weist vor ihrem Einbringen in das Bohrloch eine Dichte von 1,03 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 1,06 erzielt

Die folgende Tabelle mit Ergebnissen zeigt wie die Dichte dieses zentripetalen Abstroms mit der angewendeten Zentrifugalkraft variiert

Tabelle I

Absolute Relative g

Geschwindigkeit Geschwindigkeit

₂₅ U/min U/min

2500 i ^{46 90}°

²⁵⁰⁰ 1 15 900

3000 18 1300

3500 20 1800

4000 24 2300

Durchsatz	Dichte des	Trockenheit
am Eintritt	leichten Abstroms	des Sediments
i/Stunde		%
1070	1,0765	69,5
1070	1,0675	73
1070	1,059	73,25
1070	1,052	74
1070	1,046	75
1680	1,051	754

3500 20 1800 1070 1,052 74 I

Es ist ersichtlich, daß die gewünschte Dichte des zentripetalen A.bstroms für Geschwindigkeiten über 3000 U/ | min erreicht wird, d.h. 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 weist 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 einer Spülung mit Biopolymeren erhalten wurde. Die Dichte der Spülung vor deren Anwendung betrug 1,01. Der Schlamm wird behandelt bis er eine Dichte von 1,075 erreicht. In der folgenden Tabelle II sind die erhaltenen Ergebnisse aufgeführt

Tabellen

Absolute Relative g Durchsatz Dichte des Trockenheit Restlicher

J₀ Geschwindigkeit Geschwindigkeit am Eintritt leichten des Sediments Bodensatz

U/min U/min I/Stunde Abstroms % im Konzentrat

	3000	18	1300
55	3500	20	1800
	4000	24	2300

900	1,01	74,25	1
900	1,01	744	0
1080	1,01	744	0
900	1,01	75,4	0

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 J, 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 dieser 0,2 m³ pro Stunden dar und ist leicht abzuführen.

Die Zentrifuge wird mit 6 m³ pro Stunde beschickt. Die Zentrifugalkraft beträgt etwa 1500 g.

Im Verlauf der Arbeitsvorgänge genügte es, etwa 10 m³ frische Abströme dem im Umlauf befindlichen Schlamm anstelle von 40 m³ 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 horizontalem Gefäß (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:

Zentrifuge

Hydrocydon

1,08-1,10	1,08-1,10
1,03-1,04	unverändert
1,80	1,15
50%	3,5O/o

Dichte des Schlammes vor der Behandlung Dichte des Schlammes nach der Behandlung etwaige Dichte des schweren entfernten Abstroms Ausbeute (Volumen des Erdaushubs/gesamtes entferntes Volumen)

Da der behandelte Schlamm nur wenige Teilchen von über 100 μΐη 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 μηι verblieben und eine beträchtlich erleichterte Flüssigkeit erhalten wurde.

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

Beispiel

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:

Zentrifuge

Hydrocyclon ₃₅

Anzahl der Betriebstage

tatsächliche Zeit in Stunden Umdrehungsgeschwindigkeit in U/min Zentrifugalkraft

Stündlich behandeltes Schlammvolumen in m³ Stündlich entferntes Schlammvolumen in m³ Gesamtmenge der durch Zentrifugenwirkung entfernten Feststoffe

Volumen der Erdaushübe (trocken) in m³, die durch die Zentrifugenwirkung entfernt wurden Volumen des Schlamms mit einer Dichte von 1,10, Verlust-m³ Gesamtmenge der entfernten Feststoffe (trocken) durch Zentrifugeneinwirkung in Tonnen Verdünnung mit neuem Schlamm pro Bohrmeter (darin enthalten ist das Fortschreiten)

18	—
301	301
3200
2100 g
3,8	200
0,226	1
300	82
34	10
34	291
90	25

l/m

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wiedergewinnung von Bohrspülung aus einer mit Feststoffen angereicherten, im wesent-■ liehen von Beschwerstoffen freigehaltenen Spülung, bei dem die Feststoffe unter Einbeziehung einer nachfol-

genden Zentrifugalbehandlung aus der angereicherten Spülung abgetrennt und der erhaltene Überlauf in den Spülungsumlauf zurückgeführt wird, wobei die ursprünglich verwendete Spülung eine Dichte D aufweist und die Abtrennung der Feststoffe zu einem Schlamm mit einer Dichte U führt, der noch Teilchen mit Abmessungen unter etwa 100 μπι enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlauf der vor der Zentrifugalbehandlung erfolgenden Feststoff-Abtrennstufe der Zentrifugalbehandlung unterzogen und diese dabei derart gesteuert wird, daß der zentripetale Abstrom eine Dichte D_c zwischen D und D + 0,5 (D'-D) aufweist

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zentrifugalbehandlung derart regelt, daß die Dichte D₀ des zentripetalen Abstroms einen Wert von D bis D + 033 (D'-D) aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zentripetale Abstrom der Zentrifugalbehandlung so gesteuert wird, daß er nur noch Feststoffteilchen mit Abmessungen unter 20 μπι, insbesondere Teilchen von etwa 2 μπι und kleiner enthält

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Grenze der Dichte, von der ab die aus dem Bohrloch austretende Spülung nicht mehr verwendbar ist 1-25 oder weniger beträgt und die Dicht D' nach der Abtrennung der festen Teilchen von mehr als etwa 100 Mikron bei 1,07 bis 1,12 liegt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zentrifugalbehandlung 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 lediglich ein Teil der aus dem Bohrloch austretenden Spülung, der der Abtrennung von Feststoffen mit mehr als etwa 100 Mikron unterzogen und so auf die Dichte D'zurückgeführt wird, zentrifugiert und dabei eine zentripetaler Abstrom mit einer Dichte D_c erhalten wird, der mit dem Rest der Spülung mit einer Dichte D' vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die dabei gebildete, leichtere Spülung mit einer Dichte D", die zwischen der der ursprünglichen Flüssigkeit (D) und D'liegt in den Spülungsumlauf zurückführt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß man ein Zwanzigstel bis ein Fünftel des Durchsatzes der Spülung mit einer Dichte von D'zentrifugieri.

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 zu behandelnden Spülung in die Zentrifugalbehandlung derart steuert, daß man die gewünschte Dichte D₀ des zentripetalen Abstroms erhält.

8. Vorrichtung zur Wiedergewinnung von Bohrspülung aus einer mit Feststoffen angereicherten, im \ 35 wesentlichen von Beschwerstoffen freigehaltenen Spülung, mit den üblichen Einrichtungen (4) zur Abtrennung von Feststoffen, Leitungen (3) zur Bespeisung der Einrichtungen (4) mit der angereicherten Spülung, einer Rückführungsleitung (5-5a-9), einer Abzweigung (5b) an dieser Rückführungsleitung zur Beschickung einer den üblichen Einrichtungen (4) nachgeschalteten Zentrifuge (6) zur Abtrennung weiterer Feststoffe aus der Spülung, mit einer Leitung (8), die den zentripetalen Abstrom der Zentrifuge (6) aufnimmt und mit dem Rückführungskreislauf (5-5a-9) stromab von dem Punkt verbunden ist, von dem die Abzweigung (5b) zur Beschickung der Zentrifuge (6) abgeht, dadurch gekennzeichnet daß die Leitung (5) zur Aufnahme des Überlaufs (5) der üblichen Einrichtungen (4) zur Abscheidung der Feststoffe aus der mit Feststoffen angereicherten Spülung vorgesehen ist.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Durchsatzes der Zentrifuge (6) in der Abzweigung (5b) zur Beschickung der Zentrifuge (6) entsprechende Steuereinrichtungen vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtungen aus einem oder mehreren Sieben, Dekantiervorrichtungen und/oder Hydrocyclonen bestehen.