EA016117B1 - Питающий бункер для поршневых насосов - Google Patents

Abstract

Устройство транспортировки бурового шлама, содержащее насос, имеющий входной канал для приема бурового шлама и выходной канал для выгрузки бурового шлама, и питающий бункер, сообщающийся с входным каналом насоса, при этом питающий бункер содержит по меньшей мере одно воздушное сопло, выполненное с возможностью подачи потока воздуха на буровой шлам.

Description

Настоящее изобретение относится к устройству, системам и способам транспортировки материалов на буровых площадках. Более конкретно, описываемые варианты относятся к устройству, системам и способам транспортировки бурового шлама между хранилищем шлама и установками по очистке бурового шлама на морских точках бурения.

Предшествующий уровень техники

При бурении или заканчивании скважин в подземных формациях в скважине для различных целей используют разнообразные жидкости (скважинные жидкости). Эти скважинные жидкости обычно применяются для смазки и охлаждения режущих поверхностей буровой коронки при бурении ствола скважины или при вскрытии пласта (т.е. при добуривании скважины в нефтеносном пласте), для транспортировки бурового шлама (частиц породы, срезанных зубьями буровой коронки) на поверхность, для управления давлением пластового флюида для предотвращения фонтанирования, для поддержания стабильности скважины, для создания в скважине взвеси твердых частиц, для минимизации потерь флюида в пласте и для стабилизации пласта, сквозь который бурится скважина, для гидроразрыва пласта рядом со скважиной, для вытеснения одной жидкости в скважине другой жидкостью, для очистки скважины, для испытания скважины, для введения пакерной жидкости при ликвидации скважины или при подготовке скважины к ликвидации и для других видов обработки скважины или пласта.

Как указано выше, одна из задач, которые выполняют скважинные жидкости, заключается в удалении частиц породы (шлама) из пробуриваемого пласта. Однако поскольку в извлеченном шламе содержится нефть, особенно когда буровой раствор основан на нефти или на углеводородах, такой шлам представляет опасность для окружающей среды, и его утилизация является проблемой. Т.е. нефть из бурового раствора (а также нефть из пласта) связывается с поверхностью частиц шлама или адсорбируется частицами шлама.

Когда скважинная жидкость выносит шлам на поверхность, буровой шлам подвергают обработке, подвергая смесь различным механическим операциям (вибрационной обработке, центрифугированию и пр.) для отделения шлама от пригодной для повторного использования скважинной жидкости. Однако отделенный шлам, все еще содержащий некоторое количество адсорбированной нефти из скважинной жидкости, имеет форму очень плотной тяжелой пасты, что создает трудности при обращении и транспортировке. Таким образом, часто при морских операциях в плотную пасту бурового шлама для получения суспензии добавляют жидкость-носитель, обычно жидкость на основе нефти, для облегчения прокачивания пасты бурового шлама и обращения с ней.

Перенос бурового шлама между оборудованием для утилизации отходов, включающим, например, вибраторы, центрифуги, емкости для хранения и установки термического разложения, можно облегчить гравитационными питателями, насосами, пневматическими транспортерами и другими средствами для переноса бурового шлама на буровой площадке. Один такой способ переноса бурового шлама заключается в использовании насосов. Однако когда буровой шлам попадает в питающий бункер насоса, этот буровой шлам часто забивает впускные отверстия насоса, что приводит к плохим характеристикам работы насоса и низкому КПД транспортирующей системы.

Соответственно имеется потребность улучшения в области транспортировки и обработки бурового шлама.

Краткое описание изобретения

Согласно одному аспекту настоящего изобретения описываемые ниже варианты относятся к устройству транспортировки бурового шлама, содержащему насос, имеющий входной канал для приема бурового шлама и выходной канал для выпуска бурового шлама; и питающий бункер, сообщающийся по текучей среде с входным каналом насоса, при этом питающий бункер содержит по меньшей мере одно воздушное сопло для потока воздуха в буровом шламе.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения описываемые ниже варианты относятся к системе обработки бурового шлама, содержащей емкость для хранения, выполненную с возможностью приема загрязненного бурового шлама; поршневой насос, имеющий питающий бункер, сообщающийся по текучей среде с емкостью для хранения, при этом питающий бункер имеет по меньшей мере одно воздушное сопло, выполненное с возможностью создавать поток воздуха в загрязненном буровом шламе; и устройство для обработки бурового шлама, сообщающееся с поршневым насосом.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения описываемые ниже варианты относятся к способу транспортировки бурового шлама, содержащему этапы, при которых перемещают буровой шлам в питающий бункер; нагнетают поток воздуха в питающий бункер для диспергирования бурового шлама; приводят в действие поршневой насос, сообщающийся по текучей среде с питающим бункером, и создают поток бурового шлама на операцию по очистке бурового шлама.

Другие аспекты или преимущества настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего описания и приложенной формулы.

- 1 016117

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - схематический вид поршневого насоса по одному варианту настоящего изобретения.

Фиг. 2 - вид в перспективе в увеличенном масштабе питающего бункера поршневого насоса по одному варианту настоящего изобретения.

Фиг. 3 - вид в перспективе в увеличенном масштабе воздушных сопел в питающем бункере поршневого насоса по одному варианту настоящего изобретения.

Фиг. 4 - вид в перспективе в увеличенном масштабе питающего бункера поршневого насоса по одному варианту настоящего изобретения.

Фиг. 5 - схематический вид устройства транспортировки бурового шлама по одному варианту настоящего изобретения.

Фиг. 6 - схематический вид системы по одному варианту настоящего изобретения.

Фиг. 7 - схематический вид емкости под избыточным давлением по одному варианту настоящего изобретения.

Фиг. 8 - схематический вид емкости под избыточным давлением по другому варианту настоящего изобретения.

Фиг. 9 - схематический вид реактора по одному варианту настоящего изобретения.

Фиг. 10 - схематический вид системы по другому варианту настоящего изобретения.

Подробное описание

Согласно одному аспекту настоящего изобретения описанные здесь варианты относятся к устройству, системам и способам транспортировки материала на буровых площадках. Более конкретно, описанные варианты относятся к устройству, системам и способам транспортировки бурового шлама между хранилищем шлама и операциями обработки на морских местах бурения.

Как показано на фиг. 1, устройство 100 транспортировки бурового шлама содержит насос 101 и питающий бункер 102. В этом варианте насос 101 имеет входной канал 103 для приема бурового шлама и выходной канал 104 для выпуска бурового шлама. По существу, насос 101 является устройством, используемым для перемещения жидкостей, пульпы или твердых частиц; в этом варианте насос 101 является поршневым насосом. Поршневой насос 101 создает поток бурового шлама путем захвата фиксированного количества бурового шлама в камере 105 и путем вытеснения захваченного объема бурового шлама через выходной канал 104. К примерам поршневого насоса могут относиться роторные насосы, многороторные насосы, диафрагменные насосы, насосы, совершающие вращательное или возвратнопоступательное движение.

Специалистам понятно, что настоящее изобретение может дать преимущества любому типу поршневого насоса 101.

Питающий бункер 102 является приемной зоной, так чтобы буровой шлам можно было переносить из расположенных до него устройств по восстановлению, очистке или из емкостей для хранения (не показаны) в насос 101. На фиг. 2 в увеличенном масштабе показан питающий бункер 102, сообщающийся с поршневым насосом 101. В этом варианте питающий бункер 102 имеет выпускное отверстие 106 бункера, которое сообщается с входным каналом (не показан) насоса 101. Таким образом, по мере того как буровой шлам подается в питающий бункер 102, он может, по существу, течь вниз в выпускное отверстие 106 бункера, через входной канал насоса (не показан) и в камеру (не показана) насоса 101.

Питающий бункер 102 может иметь любое количество внутренних компонентов, таких как шнеки (не показаны), для облегчения движения через бункер бурового шлама. Дополнительно, питающий бункер 102 может иметь любую геометрию, известную специалистам. Примеры геометрии питающего бункера 102 могут включать приемный участок 107 с наклонными боковыми стенками, чтобы буровой шлам перемещался через питающий бункер, по существу, вниз. Таким образом, движению бурового шлама через питающий бункер 102 сначала может способствовать сила тяжести. Однако как описано выше, по мере того как частицы бурового шлама начинают слипаться у выпускного отверстия 106, расход шлама на насосе 101 может уменьшиться.

На фиг. 3 и 4 в увеличенном масштабе показано воздушное сопло 108, расположенное на поверхности питающего бункера 102. Как показано на фиг. 3, воздушное сопло 108 расположено как интегральная часть питающего бункера 102 и лежит заподлицо с корпусом питающего бункера 102. В альтернативных вариантах воздушное сопло 108 может быть отверстием, выступающим из корпуса питающего бункера, или может содержать углубленный участок корпуса питающего бункера. В зависимости от требований к операции бурения и от типа транспортируемого шлама, геометрия и тип используемых воздушных сопел 108 может меняться. Иллюстративные типы воздушных сопел могут включать продвигающие сопла, сдувающие сопла, гибкие сопла, круглые сопла, плоские сопла, сопла Лаваля, импульсные воздушные сопла или ножевые сопла. В некоторых вариантах плоские воздушные сопла, создающие широкий и плоский воздушный поток, могут повысить дисперсию бурового шлама в питающем бункере 102. Однако в альтернативных вариантах могут быть полезными сопла Лаваля, которые могут создавать концентрированный воздушный поток и направлять буровой шлам к выпускному отверстию 106 питающего бункера.

Специалистам понятно, что в описываемых вариантах можно использовать сопла любого типа, которые могут образовать выпускной канал для сжатого воздуха.

- 2 016117

В некоторых вариантах можно использовать множество воздушных сопел 108 для дальнейшего увеличения дисперсионной эффективности системы. Как показано на фиг. 4, на корпусе питающего бункера 102 можно расположить группами множество сопел 1-8. Согласно одному аспекту питающий бункер 102 может содержать две группы воздушных сопел. Первая группа, содержащая воздушные сопла 108а, может быть расположена на одной стороне питающего бункера 102, а вторая группа, содержащая воздушные сопла 108Ь, может быть расположена на другой стороне. Изменяя расположение воздушных сопел 108 на питающем бункере 102, можно получить конкретную траекторию потока воздуха по питающему бункеру 102. Специалистам понятно, что создавая поток воздуха в таком направлении, чтобы буровой шлам двигался к выпускному отверстию 106, можно повысить рабочий КПД устройства транспортировки бурового шлама.

В альтернативных вариантах питающий бункер 102 может содержать одну, две или любое количество групп воздушных сопел 108. Дополнительно, воздушные сопла 108 могут быть расположены для создания потока воздуха в любом направлении, которое может диспергировать слипшиеся частицы бурового шлама. Специалистам понятно, что воздушные сопла 108 могут быть выполнены с возможностью создания управляемого потока воздуха определенной длительности, или, в альтернативных вариантах, они могут быть выполнены с возможностью создания, по существу, непрерывного потока воздуха. Конкретные типы потока воздуха более подробно будут описаны ниже, но, по существу, согласно настоящему изобретению можно использовать любой тип потока воздуха, которые позволяет диспергировать буровой шлам.

На фиг. 5 приведен схематический вид устройства 100 транспортировки бурового шлама. В этом варианте устройство 100 транспортировки бурового шлама содержит питающий бункер 102, сообщающийся с насосом 101 путем соединения входного канала 103 насоса с выходным отверстием 106 питающего бункера. На питающем бункере 102 расположено множество воздушных сопел 108, на которые воздух подается от источника 109 воздуха по воздушной магистрали 110. Источником 109 воздуха может быть воздушный компрессор или любое другое известное устройство для создания воздушного потока.

Дополнительно, в некоторых вариантах для управления потоком воздуха на воздушные сопла на магистрали 110 можно установить или интегрально с источником 109 воздуха выполнить устройство 111 для модуляции потока воздуха. Устройство 111 для модуляции потока воздуха может содержать любое количество электромагнитных клапанов (не показаны), переключателей (не показаны) и клапанов (не показаны) для управления проходящим сквозь них потоком воздуха. Согласно одному аспекту настоящего изобретения устройство 111 модуляции воздуха может содержать систему воздушных импульсов, которое обеспечивает заданную длительность и интенсивность воздушного потока. Согласно такому аспекту устройство 111 модуляции воздуха может содержать контроллер с программируемой логикой или другое управляющее средство для модуляции воздуха в соответствии с требованиями операции бурения или в соответствии с командами бурового мастера. Буровой мастер может выбрать профиль подачи воздуха, определяющий конкретную длительность и задержки в подаче воздуха, для создания оптимизированного воздушного потока между источником 109 воздуха и соплами 108. Специалистам понятно, что модулируя поток воздуха можно более эффективно диспергировать слипшийся буровой шлам и улучшить работу устройства 100 транспортировки бурового шлама.

В одном варианте устройство 100 транспортировки бурового шлама также может содержать множество датчиков, расположенных в питающем бункере 102 или в насосе 101, для измерения, например, потока бурового шлама через систему. К примерам датчиков относятся датчики плотности, датчики проводимости и расходомеры. Такие датчики могут быть оперативно соединены с контроллером с программируемой логикой так, чтобы можно было контролировать состояние устройства 100 транспортировки бурового шлама. Согласно одному аспекту настоящего изобретения датчики могут передавать на контроллер с программируемой логикой данные, указывающие на то, что расход упал ниже оптимальной величины. Контроллер с программируемой логикой может, в этом случае, информировать бурового мастера о том, что возникло состояние, указывающее на малый расход. Буровой мастер в таком случае может активировать воздушные сопла для диспергирования слипшихся частиц бурового шлама в питающем бункере 102, тем самым увеличивая расход и устраняя такое состояние.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения контроллер с программируемой логикой автоматически запускает последовательность диспергирования, подавая команды на источник 109 воздуха и/или на устройство 111 модуляции потока воздуха. Таким образом, контролер с программируемой логикой может выдавать команды на подачу потока воздуха для диспергирования слипшегося бурового шлама. Подобным образом, когда датчики передают на контроллер с программируемой логикой данные, указывающие на достижение оптимального расхода, контроллер с программируемой логикой может подать команду на отключение воздушного потока. Таким образом, можно использовать один или более датчик и/или контроллер с программируемой логикой для определения состояния бурового шлама в питающем бункере 102 так, чтобы модулировать поток воздуха в соответствии с этим состоянием.

Контроллер с программируемой логикой также можно использовать для создания конкретного профиля воздушного потока. Например, в устройстве 100 транспортировки бурового шлама, имеющем систему импульсной подачи воздуха, поток воздуха можно модулировать так, чтобы слипшийся буровой

- 3 016117 шлам диспергировали чередующиеся импульсы воздуха конкретной продолжительности. В других системах в питающий бункер 102 можно подавать, по существу, непрерывный воздушный поток. В других вариантах можно использовать комбинации, по существу, непрерывного воздушного потока и пульсирующего воздушного потока, чтобы и диспергировать, и направлять буровой шлам через питающий бункер 102 в насос 101. Таким образом, специалистам понятно, что воздушный профиль можно регулировать для создания оптимизированного потока бурового шлама через устройство 100 транспортировки бурового шлама.

Возвращаясь к фиг. 5, при работе буровой шлам может сначала попадать в питающий бункер 102 по трубопроводу 112. По мере того как буровой шлам попадает в питающий бункер 102, он может начать проявлять пластичные свойства и слипаться ко дну питающего бункера 102. Когда буровой шлам образует массу вокруг выходного отверстия 106 питающего бункера, поток шлама через это отверстие может прекратиться. Когда возникает такое состояние, в питающий бункер 102 через сопла 108 можно нагнетать поток воздуха для диспергирования массы бурового шлама. Затем можно привести в действие насос 101 и восстановить поток бурового шлама на следующую установку.

При работе устройства транспортировки бурового шлама по вариантам настоящего изобретения могут быть встроены в систему управления отходами бурения. Системы управления отходами бурения могут включать системы восстановления бурового шлама, системы хранения, системы повторного нагнетания или другие системы, применяемые на буровых площадках. Специалистам понятно, что описанные устройства транспортировки бурового шлама могут использоваться и в наземных буровых операциях. Однако эти устройства могут быть особенно полезными как часть морских буровых операций. Далее будет более подробно описано иллюстративное применение устройств, способов и систем по настоящему изобретению в системах управления отходами бурения при морских операциях бурения.

На фиг. 6 показана морская нефтяная вышка 10, на которой можно производить обработку бурового шлама по донному варианту настоящего изобретения. На платформе 13 морской буровой вышки 10 расположена емкость 15 под избыточным давлением. Буровой шлам после традиционного процесса очистки на вибрационном сите загружается в емкость 15 под избыточным давлением. Из емкости 15 под избыточным давлением буровой шлам может выходить и загружаться в реактор 17. В реакторе 17 можно удалить по меньшей мере часть загрязнений, адсорбированных на поверхности частиц бурового шлама.

На фиг. 7 показана емкость под избыточным давлением по одному варианту настоящего изобретения. Как показано на фиг. 7, емкость 20 под избыточным давлением может быть установлена внутри опорной рамы 21. Емкость 20 под избыточным давлением имеет верхний конец 20а, имеющий форму части сферы, цилиндрическую секцию 20Ь корпуса и нижний скошенный конец 20с. На нижнем конце скошенного конца 20с емкость снабжена выпускной задвижкой 25а, к которой присоединена труба 25. Заполняющая труба 22 проходит в каждую емкость 20 под избыточным давлением и содержит впускную задвижку 22а на верхнем конце 20а емкости 20. Кроме того, в верхний конец 20а емкости 20 под избыточным давлением входит магистраль 24 сжатого воздуха, снабженная клапанами 24а.

При операции заполнения, перед загрузкой бурового шлама в сосуд 20 под избыточным давлением, впускная задвижка 22а закрыта. Для уравнивания давления в емкости с атмосферным давлением можно открыть дыхательный клапан (не показан). Впускную задвижку 22а открывают и в емкость 20 подают буровой шлам. Дыхательный клапан может оставаться открытым, чтобы сбрасывать из емкости вытесняемый воздух. Когда емкость 20 заполнится, впускную задвижку 22а и дыхательный клапан закрывают, герметизируя емкость. Для опорожнения емкости 20, заполненной через трубу 22, впускную задвижку 22а закрывают, задвижку 25а открывают и по магистрали 24 в емкость 20 подают сжатый воздух. Буровой шлам вытесняется из емкости 20 под давлением сжатого воздуха и поступает в трубу 25. Хотя вышеописанный вариант относится к применению сжатого воздуха в емкости под избыточным давлением, специалистам понятно, что объем настоящего изобретения входит применение вместо сжатого воздуха других инертных газов, например сжатого азота. В конкретном варианте сжатый газ, поданный в емкость, может находиться под давлением от 4 до 8 бар.

За счет того, что угол нижней скошенной части меньше определенной величины, поток материала из емкости относится к типу, известному как массовый поток, и приводит к тому, что весь материал равномерно выходит из емкости. В случае массового потока весь материал бурового шлама в емкости опускается или движется равномерно к выпускному отверстию, если сравнивать с воронкообразным потоком (когда движется центральный сердечник материала, а материал рядом со стенками бункера застаивается). Известно, что критический угол бункера (для получения массового потока) может меняться в зависимости от транспортируемого материала и/или материала, из которого изготовлена емкость. В различных вариантах этот угол (от вертикальной оси) для создания массового потока может быть менее 40°. Специалистам понятно, что в различных вариантах нижняя скошенная секция может быть конической или пирамидальной или иным образом сужающейся, например клиновидной или имеющей форму зубила, чтобы способствовать возникновению массового потока. В конкретном варианте нижняя скошенная секция имеет минимальный выходной размер по меньшей мере 12 дюймов (приблизительно 300 мм). После выхода из емкости материал обычно транспортируют в форме полутвердой массы по трубе 25.

На фиг. 8 показан альтернативный вариант емкости под избыточным давлением. Как показано на

- 4 016117 фиг. 8, емкость 30 под избыточным давлением имеет верхний конец 30а, корпусную секцию 30Ь и нижнюю скошенную секцию 30с. С верхним концом 30а соединен питающий бункер 32 и между ними установлена впускная задвижка 32а. На нижнем конце конической секции 30с емкость снабжена выпускной задвижкой 35а.

При операции заполнения впускная задвижка 32а открыта, и буровой шлам подается в емкость 30 под избыточным давлением через питающий бункер 32, который факультативно может быть вибрационным питающим бункером. Когда емкость 30 будет заполнена, впускную задвижку 32а закрывают, уплотняя емкость. Для опорожнения емкости впускную задвижку 32а оставляют закрытой, выпускную задвижку 35а открывают и в емкость 30 по воздушной магистрали (не показана) подают сжатый воздух. Буровой шлам вытесняют из емкости 30 под давлением сжатого воздуха и подают в выходную трубу (не показана). Поскольку выбранный угол нижней скошенной секции меньше определенной величины, материал выходит из емкости в форме так называемого массового тока, который обеспечивает равномерный выход всего материала из емкости.

Специалистам понятно, что в альтернативных вариантах можно использовать любое количество емкостей под избыточным давлением, которые могут быть соединены последовательно или с общей трубой заполнения материалом и с общей трубой выхода материала. В конкретном варианте буровой шлам может транспортироваться от вибросит (или других сепарирующих устройств) в емкость под избыточным давлением по прикрепленному к нему питающему желобу, например, как описано со ссылками на фиг. 8, а затем выгружается из емкости под избыточным давлением и транспортируется во вторую емкость, например, описанную со ссылками на фиг. 7.

Емкость 20 под избыточным давлением можно заполнять буровым шламом с помощью различных средств. В одном варианте в заполняющую трубу 22 и, следовательно, на впускную задвижку 22а, из которой буровой шлам попадает в емкость 20, буровой шлам для дальней обработки можно подавать с помощью разрежения. Например, для подачи бурового шлама из желоба в емкость под избыточным давлением по настоящему изобретению можно использовать вакуумную систему сбора, описанную в патентах США № 5402857, 5564509 и 6213227, выданных заявителю по настоящей заявке и полностью включенных в настоящее описание путем отсылки. В другом варианте шлам можно подавать непосредственно из вибросита и/или желоба в емкость под избыточным давлением, например, через питающий бункер, как показано на фиг. 8.

Когда поданный в емкость (емкости) сжатый воздух вытесняет из нее буровой шлам, шлам можно транспортировать по выпускным трубам в реактор, где по меньшей мере часть загрязнений, адсорбированных на поверхности частиц шлама, можно удалить. На фиг. 9 показан реактор по одному из вариантов настоящего изобретения. Как показано на фиг. 9, реактор 40 содержит цилиндрическую камеру 42 обработки, в которую через впускное отверстие (отверстия) 41 загружают буровой шлам. Хотя на фиг. 9 это не показано, специалистам понятно, что впускное отверстие (отверстия) 41 может принимать буровой шлам непосредственно из емкости под избыточным давлением, например таких, которые показаны на фиг. 7 и 8, или опосредовано, через питающий бункер, как это известно специалистам.

В камере 42 обработки установлен ротор 44. Ротор 44 содержит вал 44а и множество фиксированных лопастей 44Ь. Лопасти 44Ь ротора отходят радиально от вала 44а выровненными в осевом направлении рядами. Ротор 44 в камере 42 обработки приводится во вращение двигателем (не показан). Когда ротор 44 вращается в камере 42 обработки, на внутренней поверхности камеры 42 обработки формируется кольцевой слой бурового шлама. Вращение лопастей можно менять, например, так, чтобы тангенциальная скорость концов лопаток ротора составляла от 10 до 100 м/с и, в других вариантах, от 30 до 40 м/с. При взаимодействии бурового шлама с внутренними поверхностями камеры 42 обработки возникают фрикционные силы и, следовательно, теплота. При увеличении генерируемой теплоты загрязнения, адсорбированные на поверхности шлама, могут испаряться, выходя из реактора через выходные отверстия 46 для пара. Высушенный буровой шлам может выходить из емкости реактора через выходные отверстия 47.

В одном варианте используется цилиндрическая камера обработки диаметром 0,5-5 м, а в другом варианте - диаметром приблизительно 1 м. Количество лопастей ротора может зависеть от конкретного размера камеры обработки, но в разных вариантах это количество может составлять 10-100 лопастей на квадратный метр внутренней стенки камеры обработки. Далее, лопасти могут проходить радиально в направлении внутренней стенки камеры обработки с зазором менее 0,1 м. Однако специалистам понятно, что количество лопастей ротора и т. д. может меняться и зависеть от выбранного размера камеры обработки.

В комбинации с пневматической транспортной системой по настоящему изобретению могут использоваться и другие реакторы, включая такие, которые используют на морских буровых установках для обработки загрязненного бурового шлама, например реактор, описанный в патентной публикации США № 2004/0149395, которая полностью включена в настоящее описание путем отсылки. Одним конкретным примером реакторной емкости, пригодной для использования в настоящем изобретении, является реактор, коммерчески выпускаемый компанией Т11сгш1сс11 (Берген, Норвегия) под торговым наименованием Тйегтотесйатса1 Сийшдк С1еапег (ТСС). Другими реакторами, которые можно использовать вместе с описанными выше емкостями под избыточным давлением, могут быть реакторы, описанные в патентах И8 № 6658758 и νΟ 06/00340, которые полностью включены в настоящее описание.

- 5 016117

Как описано в патентной публикации США № 2004/0149395, выбирая размеры и рабочие параметры реактора, можно генерировать достаточное количество энергии, чтобы инициировать испарение загрязнений, адсорбированных на поверхности частиц бурового шлама. Кроме того, из-за наличия более чем одного загрязняющего вещества, каждое их которых имеет иную точку кипения, испарение загрязняющих веществ, имеющих более высокую точку кипения, может происходить при температуре, меньшей, чем атмосферная точка кипения. Т.е. присутствие одного компонента, например водной жидкости, может создавать парциальное давление газовой фазы второго компонента, например нефти, меньшее, чем атмосферное давление, тем самым снижая точку кипения и нефтяной фазы, и водяной фазы. В других вариантах водную фазу можно добавлять в реактор, например в форме пара, для уменьшения парциального давления нефтяных загрязнений и уменьшения количества энергии, необходимой для испарения нефтяных загрязнений.

Типично буровые жидкости и, следовательно, загрязнители бурового шлама имеют соотношение воды к нефти по меньшей мере 1:2 по массе. Жидкости на основе нефти, используемые в качестве скважинных жидкостей, имеют средний молекулярный вес 218 г/моль (соответствующий средней длине цепочки углерода С₁₆), тогда как вода имеет молекулярный вес 18 г/моль. При массовом отношении 1:2 объемная фракция паров нефти после испарения всей воды и нефти составит 14% [(2/216)/(1/18+2/216)]. Такое парциальное давление может позволить снизить точку кипения нефтяной части приблизительно на 50°С.

На фиг. 10 показан другой вариант системы обработки по настоящему изобретению. Как показано на фиг. 10, буровой шлам 51, образующийся в процессе бурения, поступает на просеивающее устройство 52, например на вибросита. Из вибросит просеянные частицы шлама загружают в начальный питающий бункер (не показан), прикрепленный к первой емкости 53 под избыточным давлением. Из первой емкости 53а буровой шлам транспортируется во вторую емкость 53Ь под избыточным давлением путем подачи сжатого газа (не показан). Как показано на чертеже, система 50 содержит первую емкость 53а и вторую емкость 53Ь; однако специалистам понятно, что в различных других вариантах система может содержать любое количество емкостей под избыточным давлением, например одну емкость или более чем две емкости. Подача сжатого газа (не показан) в емкость 53Ь позволяет транспортировать буровой шлам из емкости 53Ь в реактор 57 либо непосредственно по питающей магистрали 56, либо опосредованно через питающий бункер 55а и поршневой насос 55Ь. В конкретном варианте буровой шлам может транспортироваться из емкости 53Ь в реактор 57 с расходом до 40 метрических тонн в 1 ч. Однако специалистам понятно, что скорость транспортировки может зависеть от множества факторов, например от транспортируемого материала.

Когда буровой шлам попадает в питающий бункер 55а, он может начать формироваться в массу, тем самым замедляя транспортировку шлама в поршневой насос 55Ь. Согласно описанным выше способам для диспергирования массы бурового шлама в питающий бункер 55а можно через сопла подавать поток воздуха. Таким образом, поток воздуха способствует попаданию бурового шлама в поршневой насос 55Ь с оптимизированным расходом так, чтобы шлам можно было транспортировать в реактор 57.

В реакторе 57 множество лопастей ротора (не показаны) приводятся во вращение приводным устройством 57а, генерируя теплоту. Генерирование теплоты приводит к испарению по меньшей мере части загрязняющих веществ 58, адсорбированных на поверхности частиц бурового шлама 59. Загрязняющие вещества 58 эвакуируются из реактора 57 и пропускаются через циклон 60. В циклоне 60 любые частицы 62, присутствующие в загрязняющем веществе 58, отделяются от паров 61. Пары 61 затем пропускают через конденсатор 64 нефти для конденсации паров нефти и сепарации их от паров 65, которые затем подаются на конденсатор 68 воды. В некоторых вариантах часть 67 сконденсированной нефти может быть направлена обратно 67а в конденсатор 64 нефти. Факультативно, часть 64 сконденсированной нефти перед возвратом в конденсатор 64 нефти может подвергаться теплообмену (не показан). В других вариантах часть 67 сконденсированной нефти может направляться для сбора 66.

Пары 65 могут направляться из конденсатора 64 нефти на конденсатор 68 воды для конденсации паров воды и сепарации от неконденсируемых газов 74. В некоторых вариантах часть 69 сконденсированной воды может быть возвращена 69а в конденсатор 68 воды. Факультативно, часть 69 сконденсированной воды перед возвратом в конденсатор 68 воды может подвергаться теплообмену (не показан). В других вариантах часть 69 сконденсированной воды может направляться в сборный резервуар 71. В сборном резервуаре 71 может быть расположена перегородка, позволяющая отделить остатки нефтяной фазы 73 от восстановленной воды 72.

Высушенный буровой шлам 59 выходит из реактора 57 и транспортируется шнековым транспортером 63 или подобным устройством на восстановление 70. Любой сыпучий материал 62, отделенный от паров 61 в циклоне 60, также подается на восстановление 70 шнековым транспортером 63. Восстановленные твердые частицы 70 в различных вариантах могут утилизироваться (например, частицы бурового шлама могут возвращаться в скважину) или храниться для последующей утилизации или использования.

Специалистам понятно, что в альтернативных вариантах системы управления отходами некоторые компоненты, описанные со ссылками на фиг. 6-10, могут быть опущены. Например, в альтернативном варианте буровой шлам может транспортироваться от емкости для хранения на питающий бункер, такой как питающий бункер 55а. Затем шлам может нагнетаться поршневым насосом 55Ь на оборудование для

- 6 016117 обработки шлама, например, в реактор 57. В других вариантах реактор 57 можно заменить альтернативным оборудованием для обработки шлама, например, центрифугами, сушилками шлама или вторичными виброситами. Дополнительно, питающий бункер 55а и поршневой насос 55Ь могут использоваться для транспортировки шлама между емкостями для хранения, например емкостями, расположенными на морской платформе, и подающей емкостью.

Специалистам понятно, что устройства, системы и способы для транспортировки и обработки бурового шлама, описанные выше, также могут быть встроены в уже существующие системы. Например, существующие питающие бункеры 55а и поршневые насосы 55Ь могут быть модернизированы путем встраивания в них воздушных сопел для диспергирования слипшихся частиц бурового шлама. Такая система может быть модернизирована путем высверливания отверстий в питающем бункере 55а, в которые устанавливаются сопла. Дополнительно, устройство источника воздуха может быть установлено рядом с питающим бункером 55а и поток воздуха может подаваться на сопла по сообщающейся с этим источником воздушной магистрали. Кроме того, датчики, контроллеры с программируемой логикой и устройства модуляции воздуха, описанные выше, могут устанавливаться в такие системы для дополнительного повышения эффективности всей системы. Таким образом, существующие наземные или морские системы транспортировки и управления буровым шламом могут быть улучшены с помощью описанных вариантов настоящего изобретения.

Преимущественно варианты настоящего изобретения позволяют создать систему транспортировки бурового шлама и устройство, способное повысить эффективность прокачивания и создать оптимизированные расходы. Воздушные сопла, имеющиеся в вариантах настоящего изобретения, могут обеспечить диспергирование слипшихся частиц бурового шлама, тем самым предотвращая формирование массы бурового шлама в компонентах системы. Диспергируя такие слипшиеся частицы шлама, расход бурового шлама через систему можно увеличить, что позволяет транспортировать и перерабатывать большее количество бурового шлама на восстановительном оборудовании. Дополнительно, воздушные сопла по вариантам настоящего изобретения могут использоваться для направления потока воздуха на буровой шлам для дополнительного увеличения скорости потока бурового шлама через систему.

Кроме того, преимущественно, варианты настоящего изобретения можно использовать в системах управления отходами бурения для повышения эффективности транспортировки бурового шлама между технологическими установками. Увеличивая эффективность транспортировки бурового шлама между оборудованием первичной сепарации и вторичным оборудованием можно повысить скорость выполнения технологических операций. Увеличенная скорость работы позволяет переработать большее количество бурового шлама за более короткое время, что повышает эффективность всей операции бурения. Повышая эффективность работы можно сократить издержки, что приведет к удешевлению всей операции бурения. Кроме того, в некоторых вариантах включение устройства транспортировки бурового шлама может быть автоматизировано, что снижает расходы на рабочую силу при операции бурения.

Наконец, варианты настоящего изобретения могут позволить обрабатывать буровой шлам непосредственно в море, включая применение пневматической транспортировки загрязненного бурового шлама из процесса бурения на установки термической десорбции. Далее, пневматическая природа транспортировки бурового шлама и способность емкостей под избыточным давлением служить контейнерами для хранения может позволить загружать загрязненный буровой шлам в емкость в течение некоторого периода времени. Однако когда потребуется переработать шлам, в емкость можно подать сжатый газ, что приведет к пневматической транспортировке бурового шлама на установки по термической десорбции в относительно короткий период времени, без необходимости добавки нефти или других жидкостейносителей, обеспечивающих транспортировку. Таким образом, можно повысить эффективность транспортировки и переработки бурового шлама.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылками на ограниченное количество вариантов, специалистам понятно, что возможны и другие варианты, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения. Соответственно объем изобретения определяется только приложенной формулой.

Claims (20)

1. Устройство транспортировки бурового шлама, содержащее насос, имеющий входной канал для приема бурового шлама и выходной канал для выведения бурового шлама; и питающий бункер, сообщающийся с входным каналом насоса, при этом питающий бункер содержит по меньшей мере одно воздушное сопло, выполненное с возможностью подачи потока воздуха на буровой шлам.

2. Устройство по п.1, в котором насос представляет собой поршневой насос.

3. Устройство по п.1, дополнительно содержащее устройство подачи воздуха, сообщающееся по текучей среде по меньшей мере с одним воздушным соплом, при этом устройство подачи воздуха выполнено с возможностью создания потока воздуха к воздушному соплу.

4. Устройство по п.3, дополнительно содержащее устройство модуляции воздуха, выполненное с

- 7 016117 возможностью управления потоком воздуха от устройства подачи воздуха по меньшей мере на одно сопло.

5. Устройство по п.4, в котором устройство для модуляции воздуха содержит датчик, выполненный с возможностью определения состояния бурового шлама в питающем бункере; и контроллер с программируемой логикой, выполненный с возможностью модулирования потока воздуха по меньшей мере одно на сопло, на основе этого состояния.

6. Устройство по п.1, дополнительно содержащее множество воздушных сопел.

7. Устройство по п.6, в котором множество воздушных сопел расположено на питающем бункере по меньшей мере одной группой.

8. Устройство по п.6, в котором множество воздушных сопел представляет собой импульсные воздушные сопла.

9. Система переработки бурового шлама, содержащая емкость для хранения, выполненную с возможностью размещения загрязненного бурового шлама;

поршневой насос, имеющий питающий бункер, сообщающийся по текучей среде с емкостью для хранения, при этом питающий бункер имеет по меньшей мере одно воздушное сопло, выполненное с возможностью подачи потока воздуха на загрязненный буровой шлам; и устройство обработки бурового шлама, соединенное по текучей среде с поршневым насосом.

10. Система по п.9, в которой устройство обработки бурового шлама содержит реактор, сообщающийся по текучей среде с поршневым насосом, для разделения загрязненного бурового шлама на буровой шлам и загрязнения, содержащий камеру обработки, имеющую по меньшей мере одно впускное отверстие и выпускное отверстие; и ротор, установленный в камере обработки, содержащий вал и множество фиксированных лопастей, отходящих по радиусу от вала.

11. Система по п.9, в которой емкость для хранения представляет собой емкость под избыточным давлением, выполненную с возможностью введения в нее сжатого газа как единственного средства для приведения в движение загрязненного бурового шлама в емкости, посредством чего по меньшей мере часть загрязненного бурового шлама выводится из емкости под избыточным давлением.

12. Система по п.11, в которой емкость под избыточным давлением содержит нижнюю скошенную секцию, имеющую угол скоса, выбранный так, чтобы создать массовый поток загрязненного бурового шлама.

13. Система по п.11, в которой емкость под избыточным давлением содержит множество внутренних направляющих лопаток, выполненных с возможностью разделения загрязненного бурового шлама между множеством выпускных отверстий.

14. Система по п.9, в которой питающий бункер содержит множество воздушных сопел.

15. Способ транспортировки бурового шлама, содержащий этапы, при которых транспортируют буровой шлам в питающий бункер;

нагнетают поток воздуха в питающий бункер для диспергирования бурового шлама;

приводят в действие поршневой насос, сообщающийся по текучей среде с питающим бункером и обеспечивают поток бурового шлама к операции восстановления шлама.

16. Способ по п.15, при котором при транспортировке пневматически транспортируют загрязненный буровой шлам из емкости под избыточным давлением в питающий бункер.

17. Способ по п.15, при котором операцию восстановления бурового шлама проводят в реакторе, содержащем камеру обработки, имеющую по меньшей мере одно впускное отверстие и выпускное отверстие;

ротор, установленный в камере обработки и содержащий вал и множество фиксированных лопастей, проходящих радиально от вала.

18. Способ по п.15, при котором дополнительно определяют состояние бурового шлама в питающем бункере.

19. Способ по п.18, при котором дополнительно модулируют поток воздуха в питающем бункере на основании этого состояния.

20. Способ по п.15, при котором поток воздуха представляет собой пульсирующий поток.