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Diese
Erfindung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zur Zurückgewinnung
von Fluidkomponenten aus bei Bohrlocharbeiten verwendeten Fluiden.
In bestimmten speziellen Ausführungsformen bezieht
sich diese Erfindung auf Systeme und Verfahren zum Zurückgewinnen
von Basisfluiden und von Zusatzfluiden aus einer Bohrlochbohrung,
wobei diese Basisfluide Wasser und lösliche Zusätze, Dieselöl, synthetische Öle, Mineralöle, Salzlaugen
bzw. Solen, Metallsalze und weitere Zusätze umfassen.
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Bei
Bohrlocharbeiten verwendete Fluide können komplexe Gemische mit
verschiedenen Komponenten sein, die in präzisen Mengen vorliegen. Beim
herkömmlichen
Rotationsbohren wird ein Bohrloch von der Erdoberfläche (oder
dem Meeresboden) durch Drehen eines Bohrstrangs mit einer Bohrerspitze
bzw. einer Bohrkrone an seinem unteren Ende nach unten vorgetrieben.
Abschnitte einer hohlen Bohrröhre
werden oben am Bohrstrang nacheinander hinzugefügt, wenn das Bohrloch schrittweise
vorgetrieben wird. Auf seinem Weg nach unten kann die Bohrerspitze
bzw. Bohrkrone durch eine Anzahl von Schichten passieren, bevor
das Bohrloch die gewünschte
Tiefe erreicht. Jeder dieser Unterbodenflächenschichten sind physikalische
Parameter zugeordnet, z.B. Fluidgehalt, Härte, Porosität, Druck, Neigung,
etc., die den Bohrvorgang zu einer konstanten Herausforderung machen.
Das Bohren durch eine Schicht erzeugt erhebliche Mengen an Abrieb und
an Reibungswärme,
die beide entfernt werden müssen,
wenn ein wirksamer Bohrvorgang aufrechterhalten werden soll. Bei
typischen Rotationsbohrvorgängen
werden Wärme
und Gesteinsbrocken durch die Verwendung eines als Bohrfluid oder
Bohrschlamm bekannten Fluids entfernt. Der Bohrschlamm wird durch
den Bohrstrang nach unten gefördert,
und zwar aus Öffnungen
in der Bohrkrone, wo der Schlamm Gesteinsbrocken und Wärme aufnimmt
und sie in den Ringraum zwischen dem Bohrstrang und der Bohrlochwand
zur Oberfläche
zurückführt. Der
Schlamm wird typischerweise an der Oberfläche gesiebt, rekonstituiert
und wieder zurück
in den Bohrstrang gepumpt.
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Der
Bohrschlamm kann in seiner Zusammensetzung so einfach wie klares
Wasser sein, wahrscheinlicher ist er aber ein kompliziertes Gemisch
verschiedener Komponenten, wie z.B. Lehm bzw. Tonerden, Verdickungsmittel
und Beschwerungsmittel. Die Eigenschaften der durchbohrten geologischen
Schichten, und bis zu einem gewissen Grad die Art der Bohrvorrichtung
bestimmen die physikalischen Parameter des Bohrfluids. Beispielsweise
muss der Bohrschlamm die Gesteinsbrocken von der Bohrstelle zur
Oberfläche
tragen können.
Schieferartige Gesteine erzeugen oft Gesteinsbrocken, die flach
sind. Bei Sandsteinen ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie flache
Gesteinsbrocken erzeugen, nicht so groß. Das Bohrfluid muss in der
Lage sein, jede Art von Gesteinsbrocken zu entfernen. Umgekehrt muss
der Bohrschlamm eine Viskosität
aufweisen, die es gestattet, ihn mit hohen Raten ohne übermäßige Schlammpumpendrücke zirkulieren
zu lassen.
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In
dem Fall, in dem eine Hochdruckschicht, z.B. eine Gasformation,
durchbohrt wird, muss die Dichte des Bohrschlamms so weit erhöht werden, dass
der hydrostatische oder hydraulische Kopf des Schlamms größer ist
als der 1ochabwärtige
Druck (oder "Formationsdruck"). Dies verhindert
ein Entweichen von Gas hinaus in den die Bohrröhre umgebenden ringförmigen Raum
und mindert die Wahrscheinlichkeit des Phänomens, das als "Blow out" bekannt ist, bei
dem der Bohrschlamm durch das Formationsgas aus dem Bohrloch herausgeschleudert wird.
Fein gemahlener Baryt (Bariumsulfat) ist der am häufigsten
eingesetzte Zusatz, um das spezifische Gewicht von Bohrschlamm zu
erhöhen,
obwohl unter speziellen Umständen
auch Eisenerz, Bleisulfit-Eisenoxid oder Titandioxid hinzugefügt werden
können.
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Bei
Schichten, die sehr porös
sind oder die natürlich
fraktioniert sind und die vergleichsweise niedrigere Formationsdrücke aufweisen
als der lokale Druck des Bohrschlamms, treten andere Probleme auf.
Das Bohrfluid migriert wegen seinem höheren hydrostatischen Kopf
hinaus in die poröse
Schicht, statt seinen Kreislauf zur Oberfläche hin zu vollenden. Diese
Erscheinung ist als "verlorene
Zirkulation" ("lost circulation") bekannt. Eine übliche Lösung dieses
Problems besteht darin, einen Zusatz für "lost circulation" hinzuzufügen, wie z.B. Dilsomit.
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Fluidverlust-Kontrollzusätze können hinzugefügt werden,
wie z.B. ein entweder Bentonitlehm enthaltender (der seinerseits
Natrium-Montmorillonit enthält)
oder Attapulvit enthaltender, das allgemein als Salzgel bekannt
sind. Falls diese Tonerden dem Bohrschlamm in geeigneter Weise hinzugefügt werden,
zirkulieren sie durch den Bohrstrang nach unten aus den Bohrkronendüsen und
an die Stelle an der Bohrlochwand, an der Flüssigkeit von dem Bohrschlamm
in die poröse
Formation migriert. Wenn sie sich dort befinden, bilden die Tonerden
bzw. Lehme, die in der Form mikroskopisch plattenartig sind, einen Filterkuchen
an der Bohrlochwand. Es sind auch polymere Fluidsteuermittel bekannt.
Solange der Filterkuchen intakt ist, geht sehr wenig Flüssigkeit
in die Formation verloren.
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Die
bei Bohrschlamm erforderlichen Eigenschaften variieren konstant
mit dem Vortrieb des Bohrlochs nach unten in die Erde. Zusätzlich zu
verschiedenen bereits angegebenen Materialien werden Stoffe, wie
z.B. Tannin enthaltende Verbindungen (um die Viskosität des Schlamms
zu mindern), Walnußschalen
(um die Schlüpfrigkeit
des lehmigen Schlamms zwischen dem Bohrstrang und der Bohrlochwand
zu erhöhen)
kolloidale Aufschwemmungen, z.B. Stärke, Gummi, Carboxymethylzellulose (um
die Tendenz des Schlamms, übermäßig dicke Filterkuchen
an der Wand des Bohrlochs zu bilden, zu mindern) sowie Ätznatron
(um den pH des lehmigen Schlamms anzupassen) hinzugefügt, wenn
Bedarf besteht.
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Das
als Bohrschlamm verwendete Fluid ist ein kompliziertes Gemisch,
das maßgeschneidert
ist, um eine Anzahl hochspezifischer Aufgaben zu erfüllen.
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Sobald
das Loch bis zur gewünschten
Tiefe gebohrt ist, muss ein Ziegel-Bohrloch für die Produktion vorbereitet werden.
Der Bohrstrang wird aus dem Bohrloch entfernt und der Prozess des
Verschalens und Zementierens beginnt.
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Ein
Bohrloch, dass einige tausend Fuß lang ist, kann mehrere unterschiedliche
Kohlenwasserstoff erzeugende Formationen sowie eine Anzahl von wassererzeugenden
Formationen durchsetzen. Das Bohrloch kann sandige oder andere instabile
Schichten durchsetzen. Es ist wichtig, dass bei der Fertigstellung
eines Bohrlochs jede produzierende Formation von jeder anderen ebenso
wie von Frischwasserformationen und von der Oberfläche isoliert
wird. Eine saubere Fertigstellung des Bohrlochs sollte das Bohrloch
für lange
Zeit stabilisieren. Eine zonengebundene Isolierung sowie eine Bohrlochstabilisierung
sind bei anderen Arten von Brunnen ebenfalls nötig, z.B. Speicherbrunnen,
Einspritzbrunnen, geothermischen Brunnen und Wasserbrunnen. Dies
wird typischerweise unabhängig
von der Art des Brunnens durch Einbringen von Metallrohren in die
Brunnenbohrung vorgenommen. Diese als "Verschalung" ("casing") bekannten Rohre
werden oft durch Gewindeverbindungen miteinander verbunden und an
Ort und Stelle zementiert.
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Der
Vorgang des Zementierens der Verschalung in der Brunnenbohrung ist
als "Primärzementierung" ("primary cementing") bekannt. Bei einem Öl oder Gasbohrloch
beginnt die Installation der Verschalung, nachdem der Bohrstrang
herausgezogen worden ist. Das Bohrloch ist immer noch mit Bohrschlamm
gefüllt.
Der Aufbau der Verschalung wird durch Einsetzen eines einzelnen
Verschalungsteils in das Bohrloch begonnen, bis nur einige Fuß über der Oberfläche verbleiben.
Ein weiteres Verschalungsteil wird auf das aus dem Loch vorstehende
Teil aufgeschraubt, und die entstehende Baueinheit wird in das Loch
abgesenkt, bis wiederum nur wenige Fuß über der Oberfläche verbleiben.
Der Prozess wird wiederholt, bis der Brunnen bzw. das Bohrloch ausreichend mit
Verschalung gefüllt
ist.
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Ein
beweglicher Stopfen, der außen
oft in der Form anpassbare Wischelemente aufweist, wird dann von
oben in die Verschalung eingeführt,
und eine Zementschlämme
wird hinter dem Stopfen in die Verschalung gepumpt. Der Startpunkt
für eine
Anzahl von bei dieser Schlämme
verwendeten Bohrlochzementen ist Portlandzement, mit genau der gleichen Zusammensetzung,
die zuerst durch Joseph Aspdin, einen Bauunternehmer aus Leeds,
England 1826 patentiert wurde. Portlandzement enthält Tricalciumsilikat,
Dicalciumsilikat, Tricalciumaluminat, Tetracalciumaluminoferrit
und andere Oxide. Zemente der API-Klasse ABCG und II sind alle Beispiele
von bei Brunnen-bzw. Bohrlochanwendungen verwendeten Portlandzementen.
Unvermischte Zementschlämmen
können
unter bestimmten Umständen
verwendet werden; falls jedoch spezielle physikalische Parameter
erforderlich sind, kann eine Anzahl von Zusätzen in die Schlämme aufgenommen
werden. Je mehr Zement eingepumpt wird, um so mehr wird das Bohrfluid
in den ringförmigen
Raum zwischen der Verschalung und der Bohrlochwand nach außen und
zur Oberfläche
verdrängt.
Wenn der bewegliche Stopfen einen Punkt an oder nahe dem Boden der
Verschalung erreicht, wird er zerbrochen und Zement wird durch den
Stopfen in den Raum zwischen der Verschalung und der Bohrlochwand
gepumpt. Zusätzliche
Zementschlämme
wird in die Verschalung zu dem Zweck gepumpt, dass sie den Bohrschlamm
in dem ringförmigen
Raum verdrängt.
Wenn der Zement aushärtet,
sollte jede bei der Herstellung beteiligte Formation permanent isoliert
sein, wodurch eine Fluidverbindung von einer Formation zur anderen
unterbunden wird. Die zementierte Verschalung kann dann selektiv
durchlöchert
werden, um Fluide aus bestimmten Schichten hervorzuholen.
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Die
Verdrängung
von Schlamm durch die Zementschlämme
aus dem ringförmigen
Raum ist aber selten vollständig.
Dies trifft wegen mehrerer Gründe zu.
Der erste kann intuitiv erkannt werden. Die Bohrlochwand ist nicht
glatt, sondern hat stattdessen viele Spalte und Einkerbungen. Bohrschlamm
verbleibt in diesen Ausnehmungen, wenn die Zementschlämme daran
vorbeiläuft.
Ferner können,
wie oben bemerkt wurde, Tonerden dem Bohrschlamm zugesetzt werden,
um Filterkuchen bei porösen
Formationen zu bilden. Die Tatsache, dass eine Zementschlämme am Filterkuchen
vorbeiströmt,
gewährleistet
nicht, dass der Filterkuchen von der Schlämme verdrängt wird. Der zwischen dem
Bohrlochfluid und der Formation bestehende Differentialdruck tendiert
dazu, den Kuchen an Ort und Stelle zu halten. Wegen der Zusammensetzungen
sowohl des Bohrschlamms als auch der Zementschlämme ist schließlich das
Vorhandensein einer Nicht-Newton'schen
Strömung
zu erwarten. Der Bohrschlamm kann zusätzlich thixotropische Eigenschaften
aufweisen, das heißt,
seine Gelfestigkeit nimmt zu, wenn er stillsteht, und die Gelfestigkeit
nimmt dann ab, wenn er in Bewegung versetzt wird.
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Die
Verwendung von Bohrfluiden hat die Bohrgeschwindigkeiten verbessert
und den Umfang an Bohrlochproblemen in Zusammenhang mit dem Bohrvorgang
und zusätzlichen
Fluiden reduziert. Die kontrollierte Entfernung von unerwünschten
Feststoffen während
der Bohr- und Fertigstellungsvorgänge hält Fluidparameter spezifizierungsgemäß.
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Der
Stand der Technik offenbart eine breite Vielfalt von Systemen und
Verfahren zum Reinigen von Bohrlochfluiden, zum Entfernen unerwünschter Komponenten,
zum Trennen von Fluidkomponenten und zum Aufrechterhalten eines
gewünschten
Gemischs von Fluidkomponenten.
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Das
US-Patent 5190645 offenbart ein Bohrschlammsystem, bei dem Bohrschlamm
durch eine Pumpe in eine Bohrröhre
und aus dieser über
Düsen in
einer Bohrkrone gepumpt wird. Der Schlamm kühlt und reinigt die Schneidelemente
der Bohrkrone und strömt
dann nach oben durch den Bohrlochring, wobei er Verschnitt mit sich
herausspült.
Nachdem der Schlamm aus dem Bohrlochring entfernt worden ist, wird
er behandelt, bevor er wieder in das Rohr zurückgepumpt wird. Zunächst tritt
der Schlamm in einen Gesteinsrüttler
ein, wo relativ großer
Verschnitt entfernt wird. Der Schlamm tritt dann in einen Entgaser
ein, in dem Gase entfernt werden, falls nötig. Der Entgaser kann automatisch
je nach Bedarf in Reaktion auf ein elektrisches oder ein anderes
geeignetes Signal, das von einem Computer erzeugt wird und dem Entgaser
vermittelt wird, ein- und ausgeschaltet werden. Der Computer erzeugt
das Signal als Funktion von Daten von einer Sensoranordnung, die
dem Gesteinsrüttler
zugeordnet ist. Die Daten von der Sensoranordnung werden dem Computer übermittelt.
Der Schlamm passiert dann in einen Entsander (oder einen sog. Desilter)
zur Entfernung von kleineren, im Bohrloch enthaltenen Feststoffen.
Der Schlamm läuft
als nächstes
zur einer Behandlungsstation durch, an der, falls nötig, Konditionierungsmedien
wie z.B. Baryt hinzugefügt
werden können.
Geeignete Strömungssteuereinrichtungen
steuern die Strömung
der Medien. Ventile können
durch ein elektrisches oder ein anderes geeignetes Signal, das von dem
Computer in Abhängigkeit
von den Daten von der Sensoranordnung erzeugt wird, automatisch
betätigt
werden, wobei ein solches Signal dem Ventil übermittelt wird. Der Schlamm
wird in einen Behälter geleitet,
von dem aus eine Pumpe ihn heraussaugt, damit er durch das Bohrloch
recycelt wird. Das System kann zusätzliche Behandlungsstationen
und Zentrifugen aufweisen.
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US-A
3737037 offenbart ein Verfahren zum Zurückgewinnen einer Komponente
aus einem Bohrloch-Fluidgemisch. Das Verfahren verwendet eine Dekantierzentrifuge
und eine Sekundärzentrifuge, um
die unerwünschte
Feststoffmenge in einem Bohrloch-Fluidgemisch zu reduzieren.
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Es
hat lange ein Problem bei der Behandlung und Verarbeitung von gefährlichem
Abfallmaterial gegeben, das mit dem Betrieb bestimmter Bohrlochfluidsysteme
und -verfahren verbunden ist. Es bestand seit langem ein Bedarf
an einem effizienten und wirksamen Bohrlochfluid-Behandlungssystem
und einem Verfahren hierfür.
Seit langem hat ein Bedarf an einem System und einem Verfahren zum
effizienten und wirksamen Zurückgewinnen
von Fluidkomponenten und anderen Komponenten aus einem Bohrloch-Fluidgemisch
bestanden.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Verfahren zum Zurückgewinnen
einer Komponente aus einem Bohrloch-Fluidgemisch bereitgestellt, umfassend:
Mischen
des Bohrloch-Fluids in einem Behälter
zum Beibehalten der Homogenität,
Mindern
der Viskosität
des Bohrloch-Fluidgemischs,
Zuführen des Bohrloch-Fluidgemischs
zu einer Dekantier-Zentrifuge,
wobei das Bohrloch-Fluidgemisch mindestens eine flüssige Komponente
sowie unerwünschte
Feststoffe enthält,
Trennen
der unerwünschten
Feststoffe von dem Bohrloch-Fluidgemisch
mit der Dekantier-Zentrifuge zur Erzeugung eines Zwischenfluids,
das die mindestens eine flüssige
Komponente und eine reduzierte Menge an unerwünschten Feststoffen enthält,
Zuführen des
Zwischenfluids zu einer Sekundärzentrifuge
zum Erzeugen eines Endfluids, das die mindestens eine flüssige Komponente
und eine weiter reduzierte Menge an unerwünschten Feststoffen enthält, und
Filtern
des Endfluids, wodurch das Endfluid dann als Bohrloch-Fluid wiederverwendbar
ist,
wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch Mindern der
Viskosität
des Zwischenfluids vor dem Zuführen
des Zwischenfluids zu der Sekundärzentrifuge.
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Vorzugsweise
umfasst das Verfahren ferner Merkmale, wie sie in den abhängigen Ansprüchen 2 bis
10 definiert sind.
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In
bestimmten Ausführungsformen
lehrt die vorliegende Erfindung ein System zum Zurückgewinnen
von Komponenten aus einem Bohrlochfluid, wobei das System Vorrichtungen,
wie z.B. eine Zentrifuge, eine Dekantierzentrifuge, ein Heizelement
und einen Wärmetauscher
zum Entfernen von Material, wie z.B. Schiefer, Sand, Muschelkalk
und anderen Feststoffen aus dem Fluid aufweist. Eine Dekantierzentrifuge
kann dazu verwendet werden, sowohl Feststoffe mit hohem spezifischem
Gewicht als auch niedrigem spezifischen Gewicht aus dem Fluid zu
entfernen. Ein Flüssigkeits-Flüssigkeits-Separator
kann zum Entfernen von Flüssigkeiten
verwendet werden, z.B. von Sole und Wasser aus dem Fluid, ist jedoch
nicht darauf beschränkt.
In einer speziellen Ausführungsform
offenbart die vorliegende Erfindung ein solches System zum Entfernen
von wiederverwendbarem Baryt aus dem Bohrfluid. Dieses System umfasst nach
einem Aspekt ein Baryt-Behandlungssystem, eine Baryt-Rückgewinnungszentrifuge
und einen Baryt-Rückgewinnungsbehälter.
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Nach
einer weiteren speziellen Ausführungsform
offenbart die vorliegende Erfindung ein System zum Zurückgewinnen
von Komponenten aus einem Bohrlochfluid nach obiger Beschreibung
zum Zurückgewinnen
von Sole bzw. Lauge aus dem Bohrfluid. Nach einem Aspekt umfasst
dieses System eine Filtervorrichtung und einen Laugen-Rückgewinnungsbehälter.
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Daher
ist es ein Vorteil zumindest bestimmter bevorzugter Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, dass sie bereitstellen:
neue, nützliche,
einzigartige, effiziente,
unkonventionelle Systeme und Verfahren
zum Zurückgewinnen
von Komponenten (Feststoffe und/oder Flüssigkeit) aus Bohrlochfluiden,
zum Zurückgewinnen
von Baryt aus Bohrlochfluiden und zum Zurückgewinnen von Lauge bzw. Sole
aus Bohrlochfluiden,
Systeme, die wirksam Feinpartikel aus
Bohrlochfluiden entfernen, und
Systeme und Verfahren, die wiederverwendbares, recycelfähiges Material
erzeugen.
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Bestimmte
Ausführungsformen
dieser Erfindung sind nicht auf irgendein spezielles, hier offenbartes
Einzelmerkmal beschränkt,
sondern umfassen Kombinationen von diesen, die sich vom Stand der
Technik in ihren Strukturen und Funktionen unterscheiden. Merkmale
der Erfindung sind ausführlich beschrieben
worden, damit die detaillierten Beschreibungen, die folgen, besser
verständlich
sind, und damit die Beiträge
dieser Erfindung zum Stand der Technik besser eingeschätzt werden
können.
Sie sind natürlich
zusätzliche
Aspekte der unten beschriebenen Erfindung, die in den Gegenstand
der Ansprüche
dieser Erfindung aufgenommen werden können. Fachleute, die diese
Erfindung, ihre Lehren und Vorschläge nutzen, werden erkennen,
dass die Konzepte dieser Offenbarung als kreative Basis zur Gestaltung
anderer Strukturen, Verfahren und Systeme zur Durchführung und
Praktizierung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Die Ansprüche dieser
Erfindung sind so auszulegen, dass sie alle legal äquivalenten
Vorrichtungen oder Verfahren mit einbeziehen, die nicht vom Schutzumfang
der vorliegenden Erfindung abweichen.
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Die
vorliegende Erfindung erkennt und bewältigt die vorher erwähnten Probleme
und seit langem bestehenden Bedürfnisse
und liefert eine Lösung
für diese
Probleme und eine zufriedenstellende Erfüllung dieser Bedürfnisse
in ihren verschiedenen möglichen
Ausführungsformen
und deren Äquivalenten.
Einem Fachmann, der über
die Vorteile der Ausführungen,
Lehren, Offenbarungen und Vorschläge dieser Erfindung verfügt, wird
aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die zum Zweck
der Offenbarung angegeben sind, in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen
weitere Zielsetzungen und Vorteile erkennen. Details in diesen Beschreibungen
sind nicht vorgesehen, um die Zielsetzung dieses Patents, die Erfindung
zu beanspruchen, zu durchkreuzen, unabhängig davon, wie andere Personen
später
diese durch Variationen in der Form oder Hinzufügungen oder weitere Verbesserungen
verschleiern könnten.
Eine speziellere Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung,
die oben kurz zusammengefasst wurde, erfolgt durch Bezugnahme auf
die Ausführungsformen, die
in den Zeichnungen, die einen Teil dieser Patentbeschreibung bilden,
in einer keineswegs einschränkenden
Weise als Beispiel gezeigt sind. Diese Zeichnungen veranschaulichen
bestimmte bevorzugte Ausführungsformen
und sind nicht dazu zu verwenden, in ungeeigneter Weise den Schutzumfang
der Erfindung einzuschränken,
die andere gleichfalls wirksame oder legal äquivalente Ausführungsformen haben
könnten.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung,
und
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2 eine
schematische Ansicht eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 1 gezeigt ist, weist ein System 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Schlammbehälter 11 auf,
der Bohrschlamm enthält,
welcher ein Gemisch aus flüssigem
Bohrfluid und/oder Barytmaterial ist. Beliebige bekannte Mischer
oder Mischsysteme 9 können
in dem Behälter 11 verwendet werden,
um die Homogenität
des Inhalts der Behälter aufrechtzuerhalten.
Baryt ist als flüssige
Schlämme vorhanden
(z.B. Stücke
mit einer größten Dimension von
192 Mikron oder weniger). Dieser Schlamm wird von dem Behälter 11 über eine
Zuflussleitung 21 (z.B. von einer Pumpe gepumpt) einer
verbesserten Baryt-Rückgewinnungs-Behandlungsvorrichtung 12 zugeführt. In
der Vorrichtung 12 kann Fluid erhitzt werden (z.B. von
einer Umgebungstemperatur bis auf 330°F oder mehr, ist jedoch nicht
darauf beschränkt), Luftblasen
können
eingeleitet werden, um die Fluidviskosität zu senken, zurückgewonnenes
Fluid kann hinzugefügt
werden, um die Viskosität
zu reduzieren, Fluid kann abgeschert werden und/oder mit Ultraschall
behandelt werden. Das behandelte Fluid wird dann über eine
Zuführleitung 22 einer
Baryt-Rückgewinnungszentrifuge 13 zugeführt (z.B.
das im Handel erhältliche
Mould 414 von Alfa Laval Company). Nach einem Aspekt wird eine Doppel-Rückwärtsantrieb-Zentrifuge
(wie das Modell 414) benutzt. In der Zentrifuge 13 werden
Baryt-Feststoffe
aus dem Fluid getrennt und strömen
in einen Baryt-Rückgewinnungsbehälter 18.
Nach bestimmten Aspekten werden etwa 50 bis 99 Gewichtsprozent des
Baryt aus dem Fluid entnommen.
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Das
Fluid strömt
dann von der Zentrifuge 13 über eine Zuführleitung 23 zu
einer Behandlungsvorrichtung 14 zur Feststoffentfernung
(wie z.B. ein im Handel von Gordon Piaff Company erhältliches
Modell 512-60-50). In der Vorrichtung 14 kann das Fluid erhitzt
werden (z.B. auf bis zu 300°F
oder mehr, ist jedoch nicht hierauf beschränkt), und zusätzliches
Fluid (bis zu etwa 50%) (z.B. von dem System zurückgewonnenes Fluid, ist jedoch
nicht hierauf beschränkt) kann
hinzugefügt
werden, um die Viskosität
zu reduzieren. Andere in der Vorrichtung 14 mögliche Behandlungen
umfassen ein Abscheren, ein Erhitzen, ein Vermischen, einen Wärmeaustausch
und/oder eine Ultraschallbehandlung.
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Das
Fluid wird dann über
eine Leitung 24 einer Dekantierzentrifuge 15 zugeführt, wie
z.B. dem von Sharples Company erhältlichen Modell 3400, das nach
einem Aspekt eine Doppel-Rückantriebszentrifuge
ist. Die Zentrifuge 15 entfernt unerwünschte Feststoffe, wie z.B.
Schlick, Sand, Baryt und Formations-Feinstoffe aus dem in die Zentrifuge
eintretenden Fluid. Nach einem Aspekt strömen diese Feststoffe einem
Sammelbehälter
zu, wie z.B. einer Feststoff-Abfallbox 16. Alternativ können sie
zur Entsorgung abgezogen werden.
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Das
dekantierte Fluid strömt
dann von der Zentrifuge 15 zu einem Flüssigkeits-Flüssigkeits-Separator
(in den Zeichnungen nicht gezeigt) zum Trennen sehr kleiner Feststoffpartikel
von dem Fluid und/oder zum Trennen von Öl-/Sole-Flüssigkeit aus unerwünschter
Flüssigkeit.
Eine im Handel erhältliche
Zentrifuge mit "ultrahohem
G"-Düsenstrahl" wie z.B. das Modell
24HB, das im Handel von Dorr Oliver Company erhältlich ist, kann als Separator
eingesetzt werden. Nach einem Aspekt trennt die Düsenstrahlzentrifuge
unerwünschte
Feststoffpartikel (z.B. Partikel mit einer größten Dimension von etwa 75
Mikron) von dem Fluid. Typische Pumpen und Behälter (nicht dargestellt) können zusammen
mit dem Separator verwendet werden, z.B. solche, die mit einer Zentrifuge
mit ultrahohem G-Düsenstrahl
eingesetzt werden. Ein Strom mit unerwünschten Feststoffen strömt in der
Leitung 29 zu der Vorrichtung 14, oder er könnte alternativ
direkt in die Zentrifuge 15 eingeleitet werden.
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Von
dem Separator behandeltes Fluid strömt in einer Leitung 27 zu
einem Rückgewinnungsbehälter 19.
Typischerweise ist dieses gereinigte Fluid Öl und/oder enthält dieses
Fluid Zusätze,
Solen bzw. Laugen und minimal Feststoffe.
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Vorzugsweise
befindet sich dieses Fluid in einem Zustand der Wiederverwendung
bei Bohrlocharbeiten oder, mit einer zusätzlichen Behandlung, der Erzeugung
eines verwendbaren Bohrfluids in einem Wiederverwendungszustand.
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Nach
einem Aspekt wird das System 10 dazu verwendet, Baryt aus
Bohrfluid zurückzugewinnen. Das
aus dem Behälter 11 entfernte
Fluid wird z.B. in einer Retorten-Partikelgrößenanalyse und einem Dichtetest
getestet, um ein Rückgewinnungsverhältnis und
die Einstellungen der Anlage zu bestimmen. Ein solcher Test gibt
eine Behandlung bzw. Behandlungen an, die in der Behandlungsvorrichtung 12 vorzunehmen
sind. In der Leitung 23 von der Zentrifuge 13 strömendes Fluid
wird auf ähnliche
Weise getestet. Ein solcher Test kann die Art und die Einstellungen
für die
Vorrichtung 14 angeben, z.B. Temperatur, Feststofflast
und optimale Betriebsparameter für
diese, wie z.B. Viskositäts-
und Verhältniseinstellungen. Das
von der Zentrifuge 15 ausströmende Fluid tritt in einen
(nicht gezeigten) Aufschwemmungs-Separator ein. Mit einer geeigneten
Düsen-
und Scheibenauswahl für
eine Zentrifuge mit ultrahohem G-Düsenstrahl als Separator wird
eine Diffusion feiner Lehme und anderer Feststoffpartikel in Submikron-Bereich in dem Fluid
beschleunigt, was behandelbare größere Partikel erzeugt. Unterströmungsfluid,
das z.B. Feststoffe mit erhöhter
Dimension oder Konzentration enthält, wird zur Vorrichtung 14 zur
Nachbehandlung zurückgeführt. Überstömfluid,
das weniger Feststoffe enthält,
wird in den Behälter 19 eingespeist.
Ein Teil des Überströmfluids
(z.B. 1% bis 99%) kann in der Leitung 28 zum Behälter 18 geleitet
werden (z.B. um ein schwergewichtiges Fluid zur Wiederverwendung in
einem leichtgewichtigeren System zu vermischen (z.B. 19,5 Teile
pro Gallone vermischt mit 6,7 Teilen pro Gallone).
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Ein
System 50 gemäß 2 ist
auf die Entfernung von Sole bzw. Lauge aus einem Bohrfluid gerichtet.
Lauge enthaltendes Bohrfluid wird in einem Behälter 51 homogen gehalten
(der ein System 9 wie in 1 aufweisen
kann); die Feststoffentfernungsbehandlungsvorrichtung 54 ist
wie die Vorrichtung 14 von 1. Die Zentrifuge 55 ist
wie die Aufschwemmungszentrifuge 15 von 1.
Ein zweiter Separator (in den Zeichnungen nicht gezeigt) ist wie
der oben beschriebene erste Separator, aber kann modifiziert werden,
um schwere Flüssigkeiten,
z.B. mittels einer Boosterpumpe, einem Flügelrad und einer anders dimensionierten
Düse zu
behandeln.
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Gereinigtes
Fluid aus dem zweiten Separator wird über eine Zuführleitung 65 einer
Filtervorrichtung (nicht gezeigt) zugeführt, in der sehr feine Partikel
(z.B. mit einer größten Abmessung
von 10 Mikron oder weniger) entfernt werden. Nach einem Aspekt ist
die Filtervorrichtung eine Filterpresse des Modells JVVI 1200N-25-110-108-SYHS,
im Handel erhältlich von
JWI Company. Nach einem Aspekt werden Perlit oder Kieselgur dem
System zugeführt.
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Zurückgewonnenes
Fluid strömt
von der Filtervorrichtung in einen Behälter 59. Vorzugsweise
ist ein solches Fluid zur Wiederverwendung bereit. Alternativ kann
ein solches Fluid weiterbehandelt werden, z.B. thermisch oder durch
Oberflächenfilterung, Umkehrosmose
und/oder chemischen Breakdown. Ein solches Fluid ist dann zum Recyceln
und zur Wiederverwendung geeignet.
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Konzentrierte
Feststoffe und/oder Polymere strömen
in der Leitung 64 vom zweiten Separator zur Vorrichtung 54 oder
alternativ zur Zentrifuge 55.
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Die
vorliegende Erfindung offenbart daher nach bestimmten Aspekten ein
Verfahren zur Rückgewinnung
einer Komponente aus einem Bohrlochfluidgemisch, das umfasst: Zuführen eines
Bohrlochfluidgemischs zu einer Dekantierzentrifuge, wobei das aufgeschwemmte
Bohrlochfluid mindestens eine flüssige
Komponente und unerwünschte
Feststoffe enthält,
Trennen unerwünschter
Feststoffe aus dem Bohrlochfluidgemisch mit der Dekantierzentrifuge, Erzeugen
eines Zwischenfluids, das die mindestens eine flüssige Komponente sowie eine
geringere Menge der unerwünschten
Feststoffe enthält,
und Einspeisen des Zwischenfluids in eine Sekundärzentrifuge, Erzeugen eines
Endfluids, das die mindestens eine flüssige Komponente sowie eine
weiter reduzierte Menge an unerwünschten
Feststoffen enthält; ein
solches Verfahren, beim dem mindestens einige der unerwünschten
Feststoffe Barytstücke
sind, wobei die Barytstücke
eine größte Dimension
von nicht mehr als 192 Mikron aufweisen, wobei mindestens 50 Gewichtsprozent
der aufgeschwemmten Barytstücke
entfernt werden, und/oder wobei mindestens 99 Gewichtsprozent der
aufgeschwemmten Barytstücke entfernt
werden, ein beliebiges solches Verfahren, bei dem losgetrennte unerwünschte Feststoffe
eine größte Dimension
von mindestens 75 Mikron aufweisen, ein beliebiges solches Verfahren,
bei dem das Bohrlochfluid Bohrschlamm ist, ein beliebiges solches
Verfahren, bei dem mindestens eine flüssige Komponente des Bohrlochfluids
Sole bzw. Lauge enthält,
ein beliebiges solches Verfahren, das ferner die Filterung des Endfluids
zum Reinigen der Lauge in diesem umfasst, ein beliebiges solches
Verfahren, welches die Entfernung von Partikeln mit einer größten Abmessung
von nicht mehr als 10 Mikron aus dem Endfluid aufweist, und ein
beliebiges solches Verfahren, bei dem das aufgeschwemmte Endfluid als
Bohrlochfluid wiederverwendbar ist.
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Die
vorliegende Erfindung offenbart nach bestimmten Aspekten ein Verfahren
zum Zurückgewinnen
einer Komponente aus einem Bohrlochfluidgemisch, wobei das Verfahren
das Zuführen
eines Bohrlochfluidgemischs zu einer Dekantierzentrifuge umfasst,
wobei das Bohrlochfluid mindestens eine flüssige Komponente, Barytstücke und
unerwünschte
Feststoffe enthält,
das Trennen von unerwünschten
Feststoffen aus dem aufgeschwemmten Bohrlochfluidgemisch mit einer
Aufschwemmungs-Dekantierzentrifuge, das Erzeugen eines die mindestens
eine flüssige
Komponente und eine reduzierte Menge der unerwünschten Feststoffe enthaltenden Zwischenfluids,
das Zuführen
des Zwischenfluids zu einer Sekundärzentrifuge, und das Herstellen
eines die mindestens eine flüssige
Komponente und eine weiter reduzierte Menge der unerwünschten
Feststoffe enthaltenden Endfluids, wobei die Barytstücke eine
größte Dimension
von nicht mehr als 192 Mikron aufweisen und mindestens 00 Gewichtsprozent
der Barytstücke
aus dem Bohrlochfluid entfernt werden.
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Die
vorliegende Erfindung offenbart nach bestimmten Aspekten ein Verfahren
zum Zurückgewinnen
einer Komponente aus einem Bohrlochfluidgemisch, wobei das Verfahren
das Mischen des Bohrlochfluids in einem Behälter umfasst, um Homogenität aufrechtzuerhalten,
das Zuführen
eines Bohrlochfluidgemischs zu einer Dekantierzentrifuge, wobei das
Bohrlochfluid mindestens eine flüssige
Komponente und unerwünschte
Feststoffe enthält,
das Trennen unerwünschter
Feststoffe aus dem Bohrlochfluidgemisch mit der Dekantierzentrifuge,
das Erzeugen eines Zwischenfluids, das die mindestens eine flüssige Komponente
und eine reduzierte Menge der unerwünschten Feststoffe enthält, das
Zuführen
des Zwischenfluids zu einer Sekundärzentrifuge, das Erzeugen eines
Endfluids, das die mindestens eine flüssige Komponente und eine weiter
reduzierte Menge der unerwünschten
Feststoffe enthält,
wobei die mindestens eine flüssige
Komponente des Bohrlochfluids Lauge bzw. Sole enthält, und
das Filtern des Endfluids, um die Lauge zu entfernen, wobei das Endfluid
dann als Bohrlochfluid wiederverwendbar ist.
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Die
US-Anmeldung Nr. 09/024206 mit dem Titel "Waste Water Treatment Systems" ist hier beigefügt und für alle Zwecke
hier mit einbezogen.
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Zusammenfassend
ist zu ersehen, dass die vorliegende Erfindung und die offenbarten
sowie die von den beigefügten
Ansprüchen
abgedeckten Ausführungsformen
gut geeignet sind, um die Zielsetzungen auszuführen und die gestellten Aufgaben
zu erfüllen.
Bestimmte Änderungen
können
im Gegenstand vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang dieser Erfindung
abzuweichen. Es ist zu erkennen, dass Änderungen innerhalb des Schutzumfangs dieser
Erfindung möglich
sind, und ferner ist vorgesehen, dass jedes Element oder jeder Schritt,
der in irgendeinem der folgenden Ansprüche aufgeführt ist, so zu verstehen ist,
dass er sich auf alle äquivalenten Elemente
oder Schritte bezieht. Die folgenden Ansprüche sollen die Erfindung so
breit wie legal möglich
und in jeder Form, in der sie angewandt werden kann, abdecken. Die
hier beanspruchte Erfindung ist neu und neuartig. Die hier beanspruchte
Erfindung ist nicht naheliegend.