EA030547B1

EA030547B1 - Способ флокуляции и обезвоживания циркулирующей текучей среды

Info

Publication number: EA030547B1
Application number: EA201490250A
Authority: EA
Inventors: Чарльз Р. Лэндис; Роджер Х. Вудс; Дуглас Х. Пулмен; Райан П. Коллинз; Эдвард Андерсон; Дэвид У. Дональд
Original assignee: Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк.; Роджер Х. Вудс Лимитед
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2018-08-31
Also published as: AU2012283043B2; EA201490250A1; WO2013009437A2; CA2841327C; BR112014000300A2; AR087073A1; EP2732124A2; CA2841327A1; US20130015141A1; MX2014000420A; AU2012283043A1; WO2013009437A3

Abstract

Способ может включать изготовление циркулирующей текучей среды, содержащей текучую среду и твердое загрязняющее вещество; введение циркулирующей текучей среды в разделяющее твердые и жидкие фазы устройство, в результате чего происходит разделение циркулирующей текучей среды на верхний поток и нижний поток; флокулирование нижнего потока во флокуляционной камере, в результате чего образуется флокулированная текучая среда; и обезвоживание флокулированной текучей среды с использованием обезвоживающей эстакады.

Description

изобретение относится к поданной тем же заявителем и одновременно рассматриваемой патентной заявке США номер дела патентного поверенного HES 2011-IP-046463U1, озаглавленной "Новая инжекционная флокуляционная и компрессионная обезвоживающая установка для ограничения содержания твердых веществ и обработки буровых текучих сред и связанные с этим способы", полное содержание которой включается в настоящий документ посредством данной ссылки.

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к способу флокуляции и обезвоживания циркулирующей текучей среды, содержащей смесь твердых и жидких фаз, в режиме регенерации и в режиме перемешивания.

В подземных операциях, таких как бурение, разведка полезных ископаемых и отбор геологических образцов-кернов, часто требуются текучие среды, которые вводят в подземные объекты для выполнения желательных задач. Например, буровые текучие среды, которые также обычно называются термином "буровые растворы", используют в большинстве современных буровых работ. В процессе буровых работ буровая текучая среда выполняет ряд важных функций, который включает предотвращение поступления пластовых текучих сред в ствол скважины, удаление обломков выбуренной породы, суспендирование обломков выбуренной породы в перерывах между буровыми работами, а также охлаждение бурового долота, сохранение его чистоты. В итоге буровые текучие среды обеспечивают устойчивость ствола скважины в процессе буровых работ. Некоторые текучие среды называются термином "буровые текучие среды для вскрытия пласта". Буровые текучие среды для вскрытия пласта представляют собой особые буровые текучие среды, предназначенные для бурения ствола скважины через разрез пласта. Причины использования особым образом приготовленного бурового раствора представляют собой следующие: (1) успешное бурение в пластовой зоне зачастую длинных горизонтальных дренажных скважин; (2) сокращение до минимума повреждения и максимальное увеличение производительности обрабатываемых зон; и (3) упрощение требуемого заканчивания скважин, которое может включать процедуры заканчивания. Буровые текучие среды для вскрытия пласта часто представляют собой солевые растворы, включающие только твердые вещества, у которых размеры частиц находятся в соответствующих интервалах, такие как кристаллические соли или карбонат кальция и полимеры. Как правило, только добавки, имеющие значения для регулирования фильтрации и удаления обломков выбуренной породы, присутствуют в буровой текучей среде для вскрытия пласта. Термин "буровые текучие среды" при использовании в настоящем документе включает буровые текучие среды для вскрытия пласта.

Существуют многочисленные различные типы буровых текучих сред, в том числе такие, как текучие среды на водной основе, на углеводородной основе, на полимерной основе, на глиняной основе и на синтетической основе. Хотя состав может различаться, буровую текучую среду, как правило, составляет текучая среда (жидкость или газ), причем она может дополнительно содержать разнообразные добавки, в том числе, но не ограничиваясь этим, полимеры, соли, глины и загустители. Точный состав буровой текучей среды можно определять таким образом, чтобы выполнять конкретные задачи буровых работ на основе различных факторов, таких как горные породы, тип добываемой нефти, проблемы окружающей среды и т.п. Буровая текучая среда обычно является однородной, и ее перемешивают перед циркуляцией в подземной среде. Однако, когда буровую текучую среду вводят в ствол скважины, его состав может изменяться в значительной степени. Например, обломки выбуренной породы, такие как камни, песок, сланец, мелкий гравий и другие загрязняющие вещества, могут суспендироваться и смешиваться с буровой текучей средой в процессе буровых работ. Эти твердые вещества неизбежно находят свой путь вверх в качестве компонентов циркулирующей текучей среды, когда буровая текучая среда возвращается на поверхность.

Хотя буровые текучие среды обеспечивают многочисленные преимущества, у них существуют также и несколько недостатков. Например, буровые текучие среды могут оказываться весьма дорогостоящими, и, хотя точная стоимость зависит от конкретной операции, они могут составлять значительную часть суммарных расходов на бурение скважины. Кроме того, могут быть неопределенными долгосрочные эффекты, которые буровые текучие среды производят на окружающую среду. Эти важные соображения стимулировали усилия по регенерации отработавших буровых текучих сред, таким образом, чтобы эти буровые текучие среды можно было регенерировать и повторно вводить в ствол скважины.

В традиционных буровых работах буровые текучие среды рециркулируют после отделения обломков выбуренной породы и других твердых загрязняющих веществ от текучей среды. Этот процесс рециркуляции и регенерации, как правило, включает возвращение отработавшей буровой текучей среды на поверхность, отделение обломков выбуренной породы и других нежелательных выбуренных твердых веществ, а также возвращение регенерированной буровой текучей среды в скважину. Отделение или удаление твердых веществ из буровых текучих сред осуществляют, как правило, используя фильтрующее по размеру сито. Мелкие твердые частицы можно дополнительно отделять, по меньшей мере, частично, используя дополнительные технологические устройства, такие как гидроциклоны или центрифуги. Гидроциклон или центрифуга разделяет суспензии по плотности и производит текучие среды двух типов, включая верхний поток и нижний поток. Состав верхнего потока является таким же или очень близким к составу свежей буровой текучей среды, и его можно повторно вводить в ствол скважины без

- 1 030547

дополнительной обработки. С другой стороны, нижний поток представляет собой концентрированную текучую среду, которая содержит основную массу нежелательных твердых веществ, присутствующих в циркулирующей текучей среде.

Однако у современных технологий разделения существуют ограничения. Например, в типичном процессе рециркуляции и регенерации только приблизительно от 50 до 80% циркулирующей текучей среды можно отделять, получая верхний поток. Это означает, что остается значительный объем нижнего потока. Поскольку для этого нижнего потока, как правило, требуется дополнительная обработка, прежде чем его можно будет подвергать захоронению или повторно использовать, существуют соображения высоких затрат средств и времени.

Сущность изобретения

Согласно настоящему изобретению способ включает введение циркулирующей текучей среды в разделяющее твердые и жидкие фазы устройство (102) через сеть трубопроводов 130, в результате чего происходит разделение циркулирующей текучей среды на верхний поток и нижний поток, где верхний поток представляет собой отделенную часть циркулирующей текучей среды, которую можно повторно использовать, и нижний поток представляет собой отделенную часть циркулирующей текучей среды, для которой требуется регенерация для получения из нее пригодной для повторного использования текучей среды, в которой установлен двухканальный клапан 132, который регулирует направление движения текучей среды, причем сеть трубопроводов 130 присоединяется к резервуару 128 смесительного устройства 126 или к рабочему резервуару 134, и перекачивание нижнего потока во флокуляционную камеру 104 с помощью насоса 108; флокулирование нижнего потока во флокуляционной камере (104), включающей флокуляционный лоток 106, содержащей впускное отверстие 202 для введения флокулянта и выпуск 120 для выведения флокулированной текучей среды на обезвоживающую эстакаду 110; и обезвоживание флокулированной текучей среды с использованием обезвоживающей эстакады (110), которая включает по меньшей мере один фильтрационный сборный пакет 118 и фильтровальный пресс 124; где режим перемешивания включает стадию введения циркулирующей текучей среды в смесительное устройство (126), включающее резервуар (128), действующий в качестве резервуара для перемешивания текучей среды, направленной через сеть трубопроводов 130; причем проточный или двухканальный клапан (132), включенный в сеть трубопроводов (130) обеспечивает переключение подачи циркулирующей текучей среды в устройство, разделяющее твердую и жидкую фазы, при работе в режиме регенерации и переключение подачи циркулирующей текучей среды в блок смесителя при работе в режиме смешивания.

Отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения станут легко понятными специалистам в данной области техники после ознакомления с описанием предпочтительных вариантов осуществления, которые представлены далее.

Краткое описание чертежей

Следующие чертежи представлены, чтобы проиллюстрировать определенные аспекты настоящего изобретения, и их не следует рассматривать в качестве исключительных вариантов осуществления. Можно в значительной степени изменять и модифицировать описанный предмет настоящего изобретения, а также создавать его эквиваленты по форме и функции, как должны понимать специалисты в данной области техники после ознакомления с данным описанием.

Фиг. 1А-1В представляют схематические изображения флокуляционной и обезвоживающей системы. Фиг. 1А представляет вариант осуществления флокуляционной и обезвоживающей системы в режиме регенерации. Фиг. 1В представляет вариант осуществления флокуляционной и обезвоживающей системы в режиме перемешивания.

Фиг. 2 представляет увеличенное схематическое изображение варианта осуществления флокуляционной камеры и обезвоживающей эстакады.

Фиг. 3А-3С представляют схематические изображения различных положений многопозиционной рычажной системы фильтровального пресса.

Подробное описание

При использовании в настоящем документе термин "циркулирующая текучая среда", как правило, означает обработку текучей среды, которая была введена в подземную среду и которая посредством циркуляции возвращается на поверхность. Подходящие примеры циркулирующих текучих сред для использования в сочетании с настоящим изобретением включают, но не ограничиваются этим, буровые текучие среды, текучие среды для заканчивания скважины и их сочетания. Текучие среды, подходящие для использования в сочетании с настоящим изобретением, могут представлять собой текучие среды на водной основе, на углеводородной основе, на полимерной основе, на глиняной основе (например, бентонит), на синтетической основе и т.п.

В частности, примерную циркулирующую текучую среду может представлять собой буровая текучая среда, которая была использована в буровых работах и которая включает разнообразные твердые

- 2 030547

загрязняющие вещества, такие как обломки выбуренной породы, камни, песок, сланец, мелкий гравий, смешанные отходы и другие твердые загрязняющие вещества. Как представлено на фиг. 1, флокуляционная и обезвоживающая система 100 согласно настоящему изобретению включает элементы, такие как разделяющее твердые и жидкие фазы устройство 102, флокуляционная камера 104, обезвоживающая эстакада 110 и т.д., которые можно использовать индивидуально или в сочетании с регенерацией циркулирующих текучих сред, в результате чего образуется регенерированная текучая среда, которая может рециркулировать для повторного использования. Кроме того, флокуляционную и обезвоживающую систему 100 согласно настоящему изобретению можно использовать для перемешивания разнообразных текучих сред и исходных материалов, чтобы осуществлять обработку текучих сред, которые можно вводить в подземную среду. Элементы могут быть модульными по своей природе, и можно их перегруппировывать и/или изменять их конфигурацию насколько это желательно. Регенерированные текучие среды можно повторно использовать путем повторного введения в подземную среду, в результате чего сокращается до минимума образование химических отходов.

Авторы полагают, что настоящее изобретение обеспечивает превосходное разделение смесей твердых и жидких фаз по сравнению с типичными разделительными системами и технологиями. В частности, авторы полагают, что настоящее изобретение должно обеспечивать повышенное соотношение верхнего потока и нижнего потока по сравнению с типичными разделительными системами и технологиями. При использовании в настоящем документе термин "верхний поток" означает отделенную часть циркулирующей текучей среды, которую можно повторно использовать и рециркулировать. При использовании в настоящем документе термин "нижний поток" означает отделенную часть циркулирующей текучей среды, для которой требуется регенерация, чтобы получать пригодные для повторного использования и рециркуляции порции текучей среды для обработки скважин. Как правило, верхний поток можно повторно использовать без дополнительной регенерации. Как правило, нижний поток включает твердые загрязняющие вещества, такие как вещества, накапливающиеся в процессе циркуляции циркулирующей текучей среды в подземной среде. В ходе буровых работ твердые загрязняющие вещества могут представлять собой обломки выбуренной породы, камни, песок, сланец, мелкий гравий, смешанные отходы и другие твердые загрязняющие вещества, которые могут суспендироваться и смешиваться с буровой текучей средой в процессе буровых работ. Согласно некоторым вариантам осуществления верхний поток включает повторно используемый текучие среды для обработки скважин, которые можно вводить в смесительное устройство 126. Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает регенерацию нижнего потока таким образом, что его большая часть является пригодной для повторного использования в подземных операциях и, следовательно, она подлежит рециркуляции. Отделяемые твердые загрязняющие вещества, как правило, не используют повторно. Кроме того, авторы считают, что настоящее изобретение обеспечивает превосходную эффективность регенерации нижнего потока по сравнению с типичными разделительными системами и технологиями. Эту превосходная эффективность отчасти обуславливают превосходные характеристики перемешивания и флокулирования, которыми обладает флокуляционная камера 104, в частности флокуляционный лоток 106. Авторы неожиданно обнаружили, что геометрия (например, наклон) флокуляционного лотка 106 улучшает перемешивание и флокулирование нижнего потока. Эта способность регенерации циркулирующих текучих сред для последующего повторного использования в подземных операциях позволяет оператору экономить значительные средства.

Еще одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что элементы флокуляционной и обезвоживающей системы 100 имеют надлежащую конфигурацию (например, геометрическую, объемную и т.д.) и оптимизированы таким образом, чтобы легко перерабатывать большие количества циркулирующих текучих сред. Следующее преимущество заключается в том, что некоторые или все из элементов согласно настоящему изобретению сконструированы таким образом, что являются портативными. Кроме того, настоящее изобретение предлагает единую систему, которая способна функционировать в двух отдельных режимах, включая режим регенерации (фиг. 1А) и режим перемешивания (фиг. 1В) . Такая двойная функциональность обеспечивает дополнительное удобство и значительную экономию средств. Это может приобретать особое значение, если определенную операцию флокулирования и обезвоживания следует осуществлять в отдаленном или труднодоступном месте.

Чтобы обеспечить лучшее понимание настоящего изобретения, представлены следующие примеры предпочтительных вариантов его осуществления. Следующие примеры никаким образом не следует истолковывать как ограничивающие или определяющие объем настоящего изобретения.

Фиг. 1А представляет схематическое изображение, иллюстрирующее один вариант осуществления настоящего изобретения. Как представлено на фиг. 1А, флокуляционная и обезвоживающая система 100 согласно настоящему изобретению, как правило, включает разделяющее твердые и жидкие фазы устройство 102, флокуляционную камеру 104, насос 108 и обезвоживающую эстакаду 110. Флокуляционная камера, как правило, включают флокуляционный лоток 106. Необязательно флокуляционная и обезвоживающая система 100 может включать смесительное устройство 126, включающее резервуар 128 для повторного введения верхнего потока или регенерированной текучей среды. Кроме того фиг. 1А-1В представляют разнообразные элементы настоящего изобретения, такие как обезвоживающая эстакада 110, воронка 112, колодец/отстойник 114, фильтр 116, фильтрационный сборный пакет 118, выпуск 120,

- 3 030547

сборная корзина 122, фильтровальный пресс 124, смесительное устройство 126, резервуар 128, сеть трубопроводов 130, двухканальный клапан 132, рабочий резервуар 134, отражатель 200, впускное отверстие 202, дозатор флокулянта 208 и рычажная система 300. Элементы согласно настоящему изобретению будут описаны ниже.

Согласно некоторым вариантам осуществления разделяющее твердые и жидкие фазы устройство 102 может разделять смесь твердых и жидких фаз, такую как суспензия, по плотности, используя центробежную силу. Например, разделяющее твердые и жидкие фазы устройство 102 способно разделять циркулирующую текучую среду, такую как буровая текучая среда, которая циркулирует в подземной среде, на имеющую относительно меньшую плотность текучую среду (верхний поток), в которой содержится относительно меньшее количество твердых загрязняющих веществ, и имеющую относительно более высокую плотность текучую среду (нижний поток), в которой содержится относительно большее количество твердых загрязняющих веществ. Подходящие примеры разделяющего твердые и жидкие фазы устройства 102 включают, но не ограничиваются этим, центрифуги, грохоты, спиральные трубчатые разделительные устройства, сита с противоположным вращением, вибрационные столы, фильтрующие коробки и/или гидроциклоны.

Согласно варианту осуществления, представленному на фиг. 1А, циркулирующую текучую среду можно вводить в разделяющее твердые и жидкие фазы устройство 102 различными путями, включающими сеть трубопроводов 130, в которой установлен двухканальный клапан 132, который регулирует направление движения текучей среды. Согласно некоторым вариантам осуществления вместо двухканальных клапанов 132 можно использовать множество проточных клапанов (не представлено на чертеже). Сеть трубопроводов 130, по меньшей мере, частично проходит через флокуляционную и обезвоживающую систему 100, и в результате этого обеспечивается гидравлическое соединение между элементами. Согласно некоторым вариантам осуществления можно устанавливать множество двухканальных клапанов 132, образующих систему двухканальных клапанов. Согласно некоторым вариантам осуществления сеть трубопроводов 130 присоединяется к резервуару 128 смесительного устройства 126. Согласно некоторым вариантам осуществления резервуар 128 может присоединяться к рабочему резервуару 134. Согласно некоторым вариантам осуществления рабочий резервуар 134 можно использовать в качестве резервуара, чтобы содержать верхний поток и/или регенерированные текучие среды. Согласно некоторым вариантам осуществления рабочий резервуар 134 может направлять текучие среды (например, верхний поток, регенерированные текучие среды и т.д.) в резервуар 128, который в таком случае функционирует в качестве резервуара для перемешивания текучих сред.

Как представлено на фиг. 1А-1В, резервуар 128 можно использовать для перемешивания разнообразных компонентов, включая исходные материалы текучей среды для обработки скважин и регенерированные текучие среды. Согласно некоторым вариантам осуществления флокуляционная и обезвоживающая система 100 может переключаться между режимом перемешивания, в котором основная функция заключается в том, чтобы готовить текучую среду для обработки скважин, и режимом регенерации, в котором основная функция заключается в том, чтобы регенерировать циркулирующую текучую среду для последующего использования в подземных операциях. Это переключение между режимами можно быстро и эффективно осуществлять в полевых условиях без необходимости перемещения или изменения конфигурации флокуляционной и обезвоживающей системы 100.

Фиг. 1А представляет схематическое изображение флокуляционной и обезвоживающей системы 100 в типичном режиме регенерации. Согласно варианту осуществления, представленному на фиг. 1А, множество двухканальных клапанов 132 располагают таким образом, что циркулирующая текучая среда может поступать из колодца или отстойника 114 через сеть трубопроводов 130 посредством насоса 108. Циркулирующую текучую среда можно пропускать через необязательный фильтр 116 для отделения твердых частиц, размер которых превышает максимальный уровень, допустимый для флокуляционной и обезвоживающей системы 100. Подходящие примеры фильтра 116 представляют собой цилиндрический рукав и/или трубу с отверстиями, расположенными по периферии, таким образом, что текучая среда может поступать в аксиальном направлении с одного конца и выходить в радиальном направлении через периферические отверстия. В конечном счете циркулирующая текучая среда поступает в разделяющее твердые и жидкие фазы устройство 102 для флокулирования и последующего обезвоживания в обезвоживающей эстакаде 110. Кроме того, сеть трубопроводов 130 можно использовать для переноса отделенной воды из обезвоживающей эстакады 110 в другие элементы флокуляционной и обезвоживающей системы 100.

Фиг. 1В представляет схематическое изображение флокуляционной и обезвоживающей системы 100 в типичном режиме перемешивания. Элементы флокуляционной и обезвоживающей системы 100 являются модульными, и можно их перегруппировывать и/или изменять их конфигурацию насколько это желательно. В режиме перемешивания флокуляционная и обезвоживающая система 100, как правило, имеет конфигурацию, аналогичную описанной в патенте США № 5779355, который включается в настоящий документ посредством ссылки. Как правило, при работе в режиме перемешивания флокуляционная камера 104 и обезвоживающая эстакада 110 не используются активным образом.

Как правило, как представлено на фиг. 1А-1В, насос 108 можно использовать для переноса текучих

- 4 030547

сред через сеть трубопроводов 130. Подходящие примеры насоса включают плунжерные насосы, винтовые насосы, диафрагменные насосы, поршневые насосы прямого вытеснения и центробежные насосы. Согласно некоторым вариантам осуществления насос 108 имеет мощность, составляющую от приблизительно 5 л.с. (3,728 кВт) до приблизительно 25 л.с. (18,64 кВт) . Согласно некоторым вариантам осуществления насос 108 имеет массу, составляющую менее чем приблизительно 1000 фунтов (453,6 кг). Насос 108 можно использовать, чтобы переносить текучие среды из одного элемента (такого как, например, смесительное устройство 126, разделяющее твердые и жидкие фазы устройство 102 и т.д.) флокуляционной и обезвоживающей системы 100 в другой элемент (такой как, например, разделяющее твердые и жидкие фазы устройство 102, флокуляционная камера 104 и т.д.) флокуляционной и обезвоживающей системы 100. В зависимости от желательности насос 108 можно устанавливать в любом положении в пределах флокуляционной и обезвоживающей системы 100. Согласно некоторым вариантам осуществления можно использовать множество насосов.

Как представлено на фиг. 1А, разделяющее твердые и жидкие фазы устройство 102, как правило, предназначено, чтобы переносить нижний поток во флокуляционную камеру 104, используя перекачивание с помощью насоса 108 или другие подходящие технологии, такие как движение под действием силы тяжести и т.д. Если это желательно, разделяющее твердые и жидкие фазы устройство 102 может быть предназначено, чтобы удобным образом переносить верхний поток в смесительное устройство 126, включающее резервуар 128, через сеть трубопроводов 130. Согласно некоторым вариантам осуществления смесительное устройство 126 может выполнять несколько функций, в том числе, но не ограничиваясь этим, перемешивание верхнего потока с не бывшими в употреблении текучими средами для обработки скважин и повторное введение смеси в подземную среду. Кроме того, смесительное устройство 126 может включать воронку 112 для введения сухих химических реагентов, которые затем смешиваются с текучей средой для обработки скважин. Согласно некоторым вариантам осуществления подземная среда может представлять собой ствол буровой скважины для добычи нефти, отбора геологических образцовкернов, разведки полезных ископаемых и т.п.

Фиг. 2 представляет увеличенное схематическое изображение, на котором проиллюстрированы разделяющее твердые и жидкие фазы устройство 102, флокуляционная камера 104 и обезвоживающая эстакада 110. Согласно варианту осуществления, представленному на фиг. 2, разделяющее твердые и жидкие фазы устройство 102 представляет собой гидроциклон. Как представлено на фиг. 2, флокуляционная камера 104, как правило, включает флокуляционный лоток 106, который включает по меньшей мере один отражатель 200 и впускное отверстие 202 для введения флокулянта и выпуск 120 для выведения флокулированной текучей среды. Выпуск 120 используют для переноса флокулированной текучей среды из флокуляционной камеры 104 на обезвоживающую эстакаду 110.

Как представлено на фиг. 2, согласно некоторым вариантам осуществления гидроциклон включает коническое основание, причем верхний размер данного конического основания составляет от приблизительно 2 дюймов (5,08 см) до приблизительно 4 дюймов (10,16 см) в диаметре. Согласно некоторым вариантам осуществления верхний размер конического основания составляет от приблизительно 1 дюйма (2,54 см) до приблизительно 2 дюймов (5,08 см) в диаметре. Верхний размер конического основания определяет размер или интервал размеров частиц, которые могут быть отделены. Как правило, при увеличении верхнего размера отделяются относительно более крупные твердые частицы, в то время как при уменьшении верхнего размера отделяются относительно мелкие твердые. Авторы полагают, что верхний размер, составляющий приблизительно от 2 дюймов (5,08 см) до 4 дюймов (10,16 см) в диаметре, позволяет отделять твердые частицы, размер которых составляет приблизительно от 15 до 30 мкм. Согласно некоторым вариантам осуществления можно использовать множество гидроциклонов для отделения множества фракций твердых частиц. Это множество гидроциклонов можно использовать последовательно или взаимозаменяемым образом.

Как представлено на фиг. 2, согласно некоторым вариантам осуществления впускное отверстие 202 присоединяется к дозатору флокулянта 208 (представлено на фиг. 1А), который может вводить влажные или сухие флокулянты во флокуляционную камеру 104. При перемешивании флокулянта с нижним потоком образуется флокулированная текучая среда. Подходящие примеры флокулянтов включают, но не ограничиваются этим, квасцы, полиакриламид, частично гидролизованный полиакриламид (РНРА), хитозан, гуаровую смолу и желатин.

Как представлено на фиг. 2, согласно некоторым вариантам осуществления флокуляционный лоток 106 может быть разделен для разделения флокуляционной камеры 104 на верхнюю флокуляционную камеру 204 и нижнюю флокуляционную камеру 206. В некоторых случаях это разделение создается путем установки флокуляционного лотка 106 с наклоном под углом, составляющим от приблизительно 1° до приблизительно 46° при измерении относительно дна флокуляционной камеры 104. Наклонный флокуляционный лоток 106 представляет собой верхнюю флокуляционную камеру 204, в то время как нижняя часть флокуляционной камеры 104 представляет собой нижнюю флокуляционную камеру 206. Согласно некоторым вариантам осуществления нижняя флокуляционная камера 206 может включать выпуск 120 для переноса флокулированной текучей среды из флокуляционной камеры 104. Разделение

- 5 030547

флокуляционной камеры 104 на верхнюю флокуляционную камеру 204 и нижнюю флокуляционную камеру 206 может способствовать перемешиванию флокулянта с нижним потоком, в результате чего усиливается флокулирование нижнего потока по нескольким причинам. Не ограничиваясь теорией, авторы полагают, что отражатель 200 и наклон флокуляционного лотка 106 способствуют перемешиванию циркулирующей текучей среды и флокулянта. Разделение увеличивает продолжительность перемешивания, поскольку текучие среды должны проходить большее расстояние перед выходом из флокуляционной камеры 104. Кроме того, авторы считают, что перемешивание и флокулирование дополнительно усиливается за счет удара, создаваемого, когда циркулирующая текучая среда поступает во флокуляционную камеру 104 и разбивается, образуя флокуляционный лоток 106. Этот неожиданный результат был подтвержден визуальными наблюдениями. Когда флокулянт поступает во флокуляционный лоток 106 и перемешивается с нижним потоком, образуется флокулированная текучая среда. Согласно некоторым вариантам осуществления размеры флокуляционного лотка 106 составляют от приблизительно 24 дюймов (60,96 см) до приблизительно 48 дюймов (121,92 см) в длину, приблизительно 6,5 дюймов (16,51 см) до приблизительно 18 дюймов (45,72 см) в ширину и от приблизительно 10 дюймов (25,4 см) до приблизительно 24 дюймов (60,96 см) в высоту.

Снова рассмотрим фиг. 2, показывающую, что обезвоживающая эстакада 110, как правило, включает по меньшей мере один фильтрационный сборный пакет 118 и фильтровальный пресс 124. Согласно некоторым вариантам осуществления фильтрационный сборный пакет 118 может представлять собой проточный пакет. Согласно некоторым вариантам осуществления фильтрационный сборный пакет 118 можно помещать в сборную корзину 122 или на землю. Сборная корзина 122 обезвоживающая эстакада 110, как правило, включает по меньшей мере один фильтрационный сборный пакет 118 и фильтровальный пресс 124 и может быть предназначена для пропускания через нее текучих сред. Например, сборная корзина 122 может включать сита 210, поры или быть проницаемой в целом. Согласно некоторым вариантам осуществления фильтрационный сборный пакет 118 может быть изготовлен из тканого войлока, нетканого войлока или их сочетания. Фильтрационный сборный пакет 118 может содержать от приблизительно 10 галлонов (37,8 л) до приблизительно 100 галлонов (378 л) флокулированной текучей среды. Согласно некоторым вариантам осуществления можно устанавливать более чем один фильтрационный сборный пакет 118. Когда фильтрационный сборный пакет 118 заполняется флокулированной текучей средой, фильтровальный пресс 124 (представленный на фиг. 3А-3С) можно использовать для отделения воды от флокулированной текучей среды для получения обезвоженной флокулированной текучей среды. Как представлено на фиг. 1А, согласно некоторым вариантам осуществления отделенную воду можно затем вводить в смесительное устройство 126 или в дозатор флокулянта 208.

Фиг. 3А-3С представляют фильтровальный пресс 124 с рычажной системой 300. Как представлено на фиг. 3А-3С, фильтровальный пресс 124, как правило, предназначен для присоединения к фильтрационному сборному пакету 118 и обезвоживания флокулированной текучей среды. Согласно некоторым вариантам осуществления фильтровальный пресс 124 можно приводить в действие вручную посредством рычажной системы 300. Как представлено на фиг. 3А-3С, рычажная система 300 может представлять собой многопозиционную рычажную систему. Фиг. 3А представляет фильтровальный пресс 124 в несжатом состоянии. Фиг. 3В представляет фильтровальный пресс 124 в полусжатом состоянии. Фиг. 3С представляет фильтровальный пресс 124 в полностью сжатом состоянии. Согласно некоторым вариантам осуществления фильтровальный пресс 124 может обезвоживать флокулированную текучую среду гидравлическим и/или пневматическим способом.

Способы согласно настоящему изобретению, как правило, включают изготовление циркулирующей текучей среды, содержащей текучую среду и твердое загрязняющее вещество; введение циркулирующей текучей среды в разделяющее твердые и жидкие фазы устройство, в результате чего происходит разделение циркулирующей текучей среды на верхний поток и нижний поток; флокулирование нижнего потока во флокуляционной камере 104, в результате чего образуется флокулированная текучая среда; и обезвоживание флокулированной текучей среды с использованием обезвоживающей эстакады 110.

Текучая среда может представлять собой текучую среду на жидкой или газообразной основе. Согласно некоторым вариантам осуществления циркулирующая текучая среда может включать буровую текучую среду, причем данная буровая текучая среда циркулирует в подземной среде. Протекание циркулирующей текучей среды через гидроциклон может разделять циркулирующую текучую среду на верхний поток и нижний поток. Верхний поток может включать повторно используемую буровую текучую среду. Нижний поток может включать твердые загрязняющие вещества. В некоторых случаях верхний поток можно вводить в смесительное устройство 126, включающее резервуар 128. Согласно некоторым вариантам осуществления нижний поток можно флоккулировать во флокуляционной камере 104 и обезвоживать в обезвоживающей эстакаде 110. Согласно некоторым вариантам осуществления нижний поток можно обезвоживать путем сжатия фильтрационного сборного пакета 118, в том числе путем сжатия фильтровального пресса 124.

Таким образом, настоящее изобретение хорошо приспособлено для достижения целей и осуществления преимуществ, которые упомянуты выше, а также тех, которые имеют к ним отношение. Конкретные варианты осуществления, которые описаны выше, представляют собой исключительно иллюстра- 6 030547

ции, поскольку настоящее изобретение можно модифицировать и практически использовать различными, но эквивалентными способами, которые являются очевидными для специалистов в данной области техники, использующими описание, приведенное в настоящем документе. Кроме того, не предусмотрены никакие ограничения в отношении деталей конструкции или проекта, которые представлены в настоящем документе, за исключением тех, которые описаны в приведенной ниже формуле изобретения. Таким образом, становится очевидным, что конкретные иллюстративные варианты осуществления, которые описаны выше, можно изменять, объединять или модифицировать, и все такие видоизменения считаются находящимися в пределах объема и идеи настоящего изобретения. Хотя композиции способы описаны с терминами "имеющий", "содержащий" или "включающий", разнообразные компоненты или стадии, композиции и способы могут, кроме того, "состоять в основном из" или "состоять из" разнообразных компонентов и стадий. Все числа и интервалы, описанные выше, могут отклоняться в некоторой степени. В том случае, если описан численный интервал, имеющий нижний предел и верхний предел, любое число и любой включенный интервал, которые находятся в пределах данного интервала, считаются определенно включенными в описание. В частности, каждый интервал значений (определенный в форме "от приблизительно а до приблизительно b", или в эквивалентной форме "приблизительно от а до b", или в эквивалентной форме "приблизительно а-b"), который описан в настоящем документе, следует понимать как определяющий каждое число и интервал, которые находятся в пределах более широкого интервала значений. Кроме того, термины в формуле изобретения имеют свои простые и обычные значения, если другие значения четко и определенно не заявлены патентообладателем. Кроме того, неопределенные артикли "а" или "an" при использовании в формуле изобретения определяются в настоящем документе как означающие один или более чем один из элементов, которым предшествует данный артикль. Если возникает какое-либо противоречие при использовании слова или термина в настоящем описании и одном или нескольких патентных или других документах, которые могут быть включены в настоящий документ посредством ссылки, следует принимать определения, которые соответствуют настоящему описанию.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ флоккуляции и обезвоживания циркулирующей текучей среды, содержащей смесь твердых и жидких фаз, в режиме регенерации и в режиме перемешивания, где режим регенерации включает стадии

введения циркулирующей текучей среды в разделяющее твердые и жидкие фазы устройство 102 через сеть трубопроводов 130, в результате чего происходит разделение циркулирующей текучей среды на верхний поток и нижний поток, где верхний поток представляет собой отделенную часть циркулирующей текучей среды, которую можно повторно использовать, и нижний поток представляет собой отделенную часть циркулирующей текучей среды, для которой требуется регенерация для получения из нее пригодной для повторного использования текучей среды, в которой установлен двухканальный клапан 132, который регулирует направление движения текучей среды, причем сеть трубопроводов 130 присоединяется к резервуару 128 смесительного устройства 126 или к рабочему резервуару 134, и перекачивание нижнего потока во флокуляционную камеру 104 с помощью насоса 108;

флокулирование нижнего потока во флокуляционной камере 104, включающей флокуляционный лоток 106, содержащей впускное отверстие 202 для введения флокулянта и выпуск 120 для выведения флокулированной текучей среды на обезвоживающую эстакаду 110; и

обезвоживание флокулированной текучей среды с использованием обезвоживающей эстакады 110, которая включает по меньшей мере один фильтрационный сборный пакет 118 и фильтровальный пресс 124;

где режим перемешивания включает стадию

введения циркулирующей текучей среды в смесительное устройство (126), включающее резервуар 128, действующий в качестве резервуара для перемешивания текучей среды, направленной через сеть трубопроводов 130;

причем проточный или двухканальный клапан 132, включенный в сеть трубопроводов (130), обеспечивает переключение подачи циркулирующей текучей среды в устройство, разделяющее твердую и жидкую фазы, при работе в режиме регенерации и переключение подачи циркулирующей текучей среды в блок смесителя при работе в режиме смешивания.
2. Способ по п.1, в котором циркулирующая текучая среда включает используемую текучую среду, выбранную из группы, которую составляют буровая текучая среда, текучая среда для закачивания в скважины и их любое сочетание.
3. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором твердое загрязняющее вещество включает вещество, выбранное из группы, которую составляют обломки выбуренной породы, камни, песок, сланцевые отходы, мелкий гравий, смешанные отходы и их любое сочетание.
4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором разделяющее твердые и жидкие фазы устройство представляет собой центрифугу, грохот, спиральное трубчатое разделительное устройство,

- 7 030547

сито с противоположным вращением, вибрационный стол, фильтрующую коробку или гидроциклон.
5. Способ по п.4, в котором разделяющее твердые и жидкие фазы устройство представляет собой гидроциклон, который включает коническое основание, в котором верхний размер конического основания составляет приблизительно от 5 до 10 см (от 2 до 4 дюймов) в диаметре.
6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором флокулированная текучая среда образована за счет действия флокулянта, выбранного из группы, которую составляют квасцы, полиакриламид, частично гидролизованный полиакриламид (РНРА), хитозан, гуаровая смола и желатин.
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором циркулирующая текучая среда циркулировала в стволе скважины.
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором флокуляционная камера включает флокуляционный лоток (106), включающий

по меньшей мере один отражатель;

впускное отверстие для введения флокулянта (202) и

выпуск для выведения флокулированной текучей среды (120).
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором обезвоживающая эстакада включает по меньшей мере один фильтрационный сборный пакет (118), расположенный по меньшей мере в

одной сборной корзине (122), и фильтровальный пресс (124).
10. Способ по п.9, в котором фильтровальный пресс приводят в действие вручную посредством рычажной системы (300).
11. Способ по п.9 или 10, в котором фильтровальный пресс удаляет воду из фильтрационного сборного пакета (118) путем гидравлического и/или пневматического сжатия.
12. Способ по любому из пп.9-11, в котором обезвоживающая эстакада включает два фильтрационных сборных пакета.
13. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором флокуляционный лоток имеет размеры от приблизительно 61 до приблизительно 122 см (приблизительно от 24 до 48 дюймов) в длину, от приблизительно 17 до приблизительно 46 см (приблизительно от 6,5 до 18 дюймов) в ширину и от приблизительно 25 до 61 см (приблизительно от 10 до 24 дюймов) в высоту.