ITMI20110574A1 - Sistema di filtraggio e di campionamento continuo di un fango - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DI BREVETTO PER INVENZIONE

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un sistema per il filtraggio e il campionamento preferibilmente ma non esclusivamente di un fango di perforazione petrolifera ai fini dell’analisi della componente gassosa contenuta nei detriti prodotti dalla trivellazione del pozzo e trasportati da detto fango. Detto sistema prevede di utilizzare almeno una superficie filtrante sviluppata in tre dimensioni e diverse soluzioni per la pulizia di tale superficie filtrante grazie alle quali à ̈ possibile impedire eccessive incrostazioni di detriti sulle maglie del filtro nonché un indesiderato passaggio di aria nel tubo di aspirazione anche nel caso di immersione parziale di detto filtro.

Durante la trivellazione di un pozzo nel foro di perforazione viene fatto circolare un fluido avente diverse funzioni fra le quali quella di riportare in superficie i detriti prodotti dall’azione dello scalpello, di cui interessa, per vari motivi, analizzare la composizione dei relativi elementi fluidi e gassosi rinvenuti.

Il fluido di perforazione viene aspirato da una vasca e mandato in pressione da una pompa che lo immette nelle aste di perforazione, attraverso le quali il fluido raggiunge il fondo del foro dove si trova lo scalpello, A questo punto il fango torna verso l’alto a causa del movimento relativo determinatosi fra le aste di perforazione e le pareti del pozzo.

Una volta risalito in superficie il fluido e quanto in esso contenuto entrano in una tubazione detta “flow line†alla fine della quale un sistema di vibrovagli separa il fluido dai detriti solidi così da re-immettere il fluido pulito nella tubazione di ricircolo verso la vasca di partenza.

Durante il transito nella flow line una pompa provvede ad aspirare una opportuna portata di fluido per poi immetterla in un degasatore cilindrico ad alimentazione meccanica o pneumatica in cui viene separato il gas per azione centrifuga. Detto gas viene successivamente diluito con aria e analizzato da apposite apparecchiature. Il fluido rimanente, uscendo dal bocchettone di uscita del degasatore, viene invece re-immesso verso la zona dei vibrovagli.

Per evitare un’eccessiva usura e possibili malfunzionamenti della pompa à ̈ opportuno che il fluido in entrata nel tubo di aspirazione verso la pompa sia privo di componenti solide di dimensioni eccessive, che nel caso di detriti da perforazione petrolifera possono raggiungere qualche centimetro. Per separare dette componenti solide si utilizzano filtri costituiti da superfici perforate munite di opportune luci di dimensioni tali da impedire il passaggio di agglomerati solidi aventi diametro medio maggiore o uguale a quello delle luci.

Luci di passaggio di estensione troppo ridotta causano un rapido intasamento del filtro precludendo quindi una adeguata alimentazione della pompa di campionamento.

Tali filtri sono, allo stato dell’arte, dotati di coltelli azionati meccanicamente per la rimozione delle incrostazioni che possono provocare però l’incastro delle particelle troncate e rendere impossibile l’utilizzazione del filtro. Inoltre il contatto inevitabile fra coltello e maglie del filtro, essendo entrambi costituiti da materiale metallico, causa una indesiderata abrasione di entrambi gli elementi che nuoce ovviamente alla durata e alle prestazioni di detto filtro.

Scopo della presente invenzione à ̈, quindi, quello di fornire un adeguato sistema di filtrazione in grado di evitare sia un ulteriore intasamento delle luci di passaggio a seguito della stessa azione meccanica di pulizia delle maglie del filtro, sia l’abrasione di maglie e pulitore dovuta al contatto reciproco fra gli stessi.

Un altro svantaggio dei filtri presenti attualmente allo stato dell’arte à ̈ il passaggio d’aria all’interno del filtro.

Poiché il fango occupa solo una parte minoritaria della sezione generica della “flow line†e la parte sopra di esso à ̈ riempita d’aria, nel caso in cui il filtro sia immerso parzialmente nella zona dei detriti, à ̈ inevitabile che si verifichi un passaggio d’aria in detto filtro, nuocendo così all’analisi desiderata.

I filtri noti allo stato dell’arte presentano dimensioni eccessive tali per cui possono essere immersi nel fluido solo parzialmente e di conseguenza, essendo la parte superiore di essi immersa nell’aria, si verifica un indesiderato passaggio di questa nel filtro stesso.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈, quindi, quello di evitare il passaggio di aria nella tubazione di aspirazione verso la pompa anche in caso di parziale immersione del filtro stesso.

Inoltre solitamente le superfici dei filtri noti oggi utilizzati preferibilmente per il campionamento di fanghi di perforazione petrolifera si sviluppano in due sole dimensioni, necessitando quindi di notevole spazio allorquando si cerchi di avere una adeguata superficie di passaggio. Altro scopo della presente invenzione à ̈, quindi, quello di fornire un filtro che abbia un’ampia superficie di passaggio necessitando allo stesso tempo di uno spazio abbastanza ridotto, tramite l’utilizzo di una superficie filtrante sviluppata in tre dimensioni.

Tali scopi sono raggiunti mediante la messa a punto di un sistema di filtraggio provvisto di almeno una superficie filtrante sviluppata in tre dimensioni, l’utilizzo di un innovativo sistema di pulizia delle maglie di detta superficie tale per cui si riesce ad evitare qualsiasi contatto fra lo strumento che esegue la pulizia delle maglie e il filtro stesso e una adeguata collocazione della sezione di entrata del fluido nel tubo di aspirazione.

Si à ̈ adottata quindi una superficie filtrante preferibilmente cilindrica e coassiale alla parte finale del tubo di aspirazione che à ̈ preferibilmente perpendicolare alla direzione del flusso di fango e quindi anche alla superficie della flow line che à ̈ tangente a detto flusso. Detta superficie filtrante à ̈ inoltre preferibilmente provvista di luci continue a fessura, ottenute preferibilmente avvolgendo fili metallici intorno ad elementi cilindrici allungati e tesi disposti parallelamente lungo una circonferenza in modo da formare una superficie cilindrica. Il filo metallico avvolto trasversalmente a detti elementi cilindrici à ̈ provvisto di sezione trapezoidale, così da sfavorire, tramite i lati obliqui di detta sezione, l’accumulo di particelle solide sul filtro.

All’estremità inferiore del tubo di aspirazione sono ricavate una o più asole che permettono l’entrata del fluido, di dimensioni tali da permettere anche il passaggio delle bolle di gas di cui si vuole analizzare la composizione.

La particolare collocazione di dette asole sull’estremità inferiore del tubo impedisce il passaggio di aria anche nel caso di immersione parziale della superficie filtrante.

Per la pulizia della superficie filtrante viene utilizzato un corpo preferibilmente estraneo a detta superficie e di conformazione variabile in base alla soluzione adottata, essendo detto corpo posizionato, per tutte le soluzioni, in modo che durante la pulizia la superficie pulente sia staccata da detta superficie filtrante. Detto corpo finalizzato alla pulizia del filtro, d’ora in avanti chiamato più semplicemente pulitore, deve necessariamente muoversi rispetto al filtro stesso.

L’energia meccanica necessaria per la movimentazione ciclica del pulitore à ̈ ottenuta tramite un albero motore ad azionamento pneumatico o azionato mediante un qualsiasi altro tipo di alimentazione nota che trascina, tramite preferibilmente una trasmissione ad ingranaggi, un altro albero, preferibilmente esterno e coassiale sia al tubo di aspirazione che alla superficie filtrante e d<’>ora in avanti detto albero secondario. Il pulitore segue il movimento circolare di quest’ultimo tramite un anello provvisto di una linea di separazione che definisce due bracci dello stesso anello che possono essere stretti e fissati fra di loro tramite una vite o altro sistema noto, così che detto anello si stringa intorno a detto albero secondario. Detto anello, che può avere forma anche non perfettamente circolare, à ̈ vincolato al pulitore tramite un sistema di fissaggio noto che può essere una vite oppure può costituire un corpo unico con tale pulitore.

Il sistema di campionamento completo può essere dotato anche di alcune flange preferibilmente circolari attraversate sia dall’albero secondario che dal tubo di aspirazione, che svolgono una funzione di supporto a tale sistema, nonché di involucri aventi la funzione di riparare detto sistema di campionamento da eventuali colpi e dal fango, in modo che tale sistema possa essere agevolmente trasportato e installato.

Detta installazione avviene tramite preferibilmente un tronchetto costituito da due anelli metallici di cui uno si appoggia alla superficie della flow line ed à ̈ saldato ad essa tramite un metodo di saldatura noto e l’altro si avvita al primo e si stringe intorno a uno di detti involucri.

Per quanto può concernere il pulitore una prima soluzione prevede di utilizzare una lama preferibilmente in bronzo costituita da una trave allungata con asse preferibilmente parallelo all'asse del cilindro filtrante e sezione preferibilmente triangolare, avente due lati rispettivamente tangente e perpendicolare alla superficie filtrante, essendo il terzo lato inclinato rispetto a detta superficie e finalizzato ad evitare che si accumuli una quantità eccessiva di particelle solide davanti a detta lama, poiché l'inclinazione di detto lato favorisce l’allontanamento di dette particelle.

La lama segue il movimento circolare dell’albero secondario e stacca i detriti incastrati sulle maglie della superficie filtrante preferibilmente cilindrica girando intorno a detta superficie filtrante che resta invece ferma ed à ̈ collocata ad una calcolata distanza dalla superficie filtrante. La distanza fra lama e superficie filtrante à ̈ sufficientemente piccola da permettere la pulizia di detta superficie filtrante mantenendo tuttavia una totale assenza di contatto fra pulitore e filtro, e tale distanza a seguito di esperimenti effettuati può essere contenuta in un range da 0,5 mm a 5 mm.

In presenza tuttavia di detriti di una certa consistenza la lama rischia però di spezzarsi nel caso si incastrino agglomerati solidi di forma allungata fra tale lama e il tubo di aspirazione passando attraverso i fori del filtro, o fra tale lama e una o più colonnine di protezione collocate intorno alla superficie filtrante.

Per evitare ciò si può utilizzare come pulitore, ed à ̈ questa la seconda soluzione proposta, una superficie preferibilmente cilindrica rotante preferibilmente coassiale ed esterna rispetto alla superficie filtrante. Detta superficie rotante à ̈ provvista di uno o più fori circolari e ruota intorno alla superficie filtrante che invece resta ferma, in modo da staccare i detriti incastrati sulle maglie di detta superficie filtrante.

Eventuali corpi solidi particolarmente ingombranti che si incastrassero fra il tubo di aspirazione e i fori del cilindro pulitore o fra quest’ultimi e le colonnine di protezione verrebbero recisi per il movimento angolare di detto cilindro pulitore. I detriti solidi staccati dalla superficie del filtro per mezzo della superfìcie del cilindro pulitore escono dai fori di quest'ultimo.

Il cilindro pulitore si estende su tutta la superficie del cilindro filtrante, ad una distanza calcolata tale da permettere la pulizia degli agglomerati solidi attaccati alle maglie del filtro, ma nel contempo, sufficiente per garantire una totale assenza di contatto fra le superfici di filtro e pulitore. Detta distanza, a seguito di esperimenti effettuati, può essere compresa in un range da 0,5 mm a 5 mm.

Per aumentare infine l'efficienza del pulitore, la terza soluzione proposta prevede che i fori del cilindro pulitore siano delle asole a forma preferibilmente elicoidale disposte lungo la superficie.

Le asole elicoidali, oltre a permettere l’uscita dei detriti staccati dalle maglie del filtro, grazie alla loro forma tendono a spingere detti detriti verso il basso in modo che escano da una fessura preferibilmente circolare interposta fra la base del cilindro pulitore e un piattello di protezione preferibilmente circolare sottostante e vincolato con un sistema noto sia alla base della superficie filtrante che al pulitore.

Queste caratteristiche della presente invenzione saranno rese più chiare dalla lettura della descrizione dettagliata che segue relativa ad alcuni modi preferiti di realizzare la presente invenzione da considerarsi a titolo esemplificativo e non limitativo dei più generali concetti rivendicati.

La descrizione che segue fa riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una schematizzazione del sistema di campionamento nel caso si utilizzi la lama in bronzo come pulitore.

- la figura 2 Ã ̈ una vista del filtro in cui si riesce a notare la disposizione delle asole di entrata del tubo di aspirazione.

- la figura 3 Ã ̈ una vista del filtro nel caso si utilizzi come pulitore un cilindro rotante, coassiale al filtro, provvisto di fori circolari.

- la figura 4 Ã ̈ una vista del filtro nel caso si utilizzi come pulitore un cilindro rotante, coassiale al filtro, provvisto di asole elicoidali.

In figura 1 il tubo di aspirazione 5, coassiale all’albero secondario 6, à ̈ perpendicolare al flusso di fango evidenziato dalla freccia 7 e interno a detto albero secondario 6. L’albero secondario 6 ruota intorno a detto tubo di aspirazione 5 grazie all’albero motore non mostrato in questa figura, e tramite l’anello 8, che si stringe intorno a detto albero secondario 6, movimenta il pulitore 9, che à ̈ costituito in questo caso da una lama preferibilmente in bronzo distanziata dalla superficie filtrante 10 e vincolata all’anello 8 tramite mezzi noti. All'interno di detta superficie filtrante preferibilmente cilindrica scorre il tubo di aspirazione che à ̈ fornito in estremità di una o più asole per l’entrata del fluido. In questa figura una di dette asole 11 si può soltanto intravedere dietro le maglie della superficie filtrante 10.

In figura 2 à ̈ mostrato il caso in cui il filtro sia immerso parzialmente nel fango 12. Grazie alla disposizione delle asole 11 all’estremità del tubo di aspirazione 5, anche se parte della superficie filtrante 10 à ̈ esposta all’aria, non si ha ingresso di questa nel tubo di aspirazione 5. Non sono mostrate le maglie della parte inferiore del filtro per mettere in luce la disposizione delle asole 11 in riferimento al livello del fango 12.

In figura 3 à ̈ mostrata la soluzione che prevede l’utilizzo di un pulitore 13 costituito da una superficie cilindrica provvista di opportuni fori circolari 14, mentre non vengono mostrati per chiarezza di rappresentazione nà ̈ la superficie filtrante nà ̈ il tubo di aspirazione, entrambi interni e coassiali a tale cilindro pulitore 13. L’anello 15 che vincola il pulitore 13 all’albero secondario, anch’esso non mostrato, à ̈ in questo caso un corpo unico con detto pulitore 13. Preferibilmente si montano anche delle colonnine circolari 16 di protezione, fissate con bulloni a un piattello di protezione sottostante 17.

In figura 4 à ̈ mostrato ancora in particolare il cilindro pulitore 18 che à ̈ provvisto in questo caso di asole elicoidali 19 che contribuiscono ad espellere i detriti staccati dalle maglie del filtro e a spingerli verso il basso in modo che possano uscire anche dalla fessura 20 interposta fra detto cilindro pulitore 18 e il piattello di protezione 17. La dimensione di detta fessura 20 à ̈ esagerata in questa figura per chiarezza di rappresentazione. Come in figura 3 non vengono mostrati per chiarezza di rappresentazione nà ̈ la superficie filtrante nà ̈ il tubo di aspirazione che sono entrambi interni e coassiali a tale cilindro pulitore 18. Anche in questo caso l’anello 15 che vincola il pulitore 18 all’albero secondario, non mostrato in questa figura, à ̈ in questo caso un corpo unico con detto pulitore 18.

Sono possibili comunque variazioni costitutive rispetto a quanto descritto, rientranti comunque nell’ambito di protezione di questo brevetto, secondo quanto espresso dalle rivendicazioni.

Claims (17)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di filtrazione preferibilmente ma non esclusivamente per fanghi di perforazione petrolifera dotato di almeno una superficie filtrante caratterizzato dal fatto che detta superficie filtrante sì sviluppa in tre dimensioni e che detto sistema à ̈ provvisto di almeno un pulitore di tale superficie filtrante montato in modo da non presentare alcun contatto reciproco fra detto pulitore e tale superficie filtrante.
2. 2. Sistema di filtrazione preferibilmente ma non esclusivamente per fanghi di perforazione petrolifera dotato di almeno una superficie filtrante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la distanza minima fra un punto della superficie del pulitore del filtro e un punto della superficie filtrante à ̈ compresa fra 0,5 e 5 mm.
3. 3. Sistema di filtrazione preferibilmente ma non esclusivamente per fanghi di perforazione petrolifera dotato di almeno una superficie filtrante secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta superficie filtrante ha forma preferibilmente cilindrica.
4. 4. Sistema di filtrazione preferibilmente ma non esclusivamente per fanghi di perforazione petrolìfera dotato di almeno una superficie filtrante secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detto pulitore à ̈ costituito almeno da un corpo allungato strutturalmente assimilabile a una trave rotante intorno alla superficie filtrante mediante mezzi noti.
5. 5. Sistema di filtrazione preferibilmente ma non esclusivamente per fanghi di perforazione petrolifera dotato di almeno una superficie filtrante secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la sezione perpendicolare all’asse di sviluppo di detta trave à ̈ di forma triangolare.
6. 6. Sistema di filtrazione preferibilmente ma non esclusivamente per fanghi di perforazione petrolifera dotato di almeno una superficie filtrante secondo una qualunque delle rivendicazioni dalla 1 alla 3, caratterizzato dal fatto che detto pulitore à ̈ costituito almeno da una superficie rotante intorno alla superficie filtrante.
7. 7. Sistema di filtrazione preferibilmente ma non esclusivamente per fanghi di perforazione petrolifera dotato di almeno una superficie filtrante secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta superficie pulente à ̈ provvista di uno o più fori.
8. 8. Sistema di filtrazione preferibilmente ma non esclusivamente per fanghi di perforazione petrolifera dotato di almeno una superficie filtrante secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto almeno un foro ha forma circolare.
9. 9. Sistema di filtrazione preferibilmente ma non esclusivamente per fanghi di perforazione petrolifera dotato di almeno una superficie filtrante secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto almeno un foro ha forma allungata ed elicoidale.
10. 10. Sistema di filtrazione preferibilmente ma non esclusivamente per fanghi di perforazione petrolifera dotato di almeno una superficie filtrante secondo la rivendicazione 3 e una qualunque delle rivendicazioni dalla 6 alla 9, caratterizzato dal fatto che detta superficie pulente à ̈ preferibilmente cilindrica e coassiale alla superficie filtrante.
11. 11. Sistema di filtrazione preferibilmente ma non esclusivamente per fanghi di perforazione petrolifera dotato di almeno una superficie filtrante secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detto pulitore à ̈ mosso da un organo rotante, tramite un accoppiamento strutturale noto con quest’ultimo.
12. 12. Sistema di filtrazione preferibilmente ma non esclusivamente per fanghi di perforazione petrolifera dotato di almeno una superficie filtrante secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detto organo rotante à ̈ trascinato da un motore di alimentazione nota.
13. 13. Sistema di filtrazione preferibilmente ma non esclusivamente per fanghi di perforazione petrolifera dotato di almeno una superficie filtrante secondo la rivendicazione 3 e una qualunque delle rivendicazioni 11 e 12, caratterizzato dal fatto che detto organo rotante à ̈ costituito da un albero preferibilmente coassiale all’asse della superficie cilindrica del filtro.
14. 14. Sistema di filtrazione preferibilmente ma non esclusivamente per fanghi di perforazione petrolifera dotato di almeno una superficie filtrante secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detto sistema di filtrazione à ̈ provvisto di almeno un condotto per l'aspirazione di una certa portata di fluido filtrato.
15. 15. Sistema di filtrazione preferibilmente ma non esclusivamente per fanghi di perforazione petrolifera dotato di almeno una superficie filtrante secondo le rivendicazioni 3 e 14, caratterizzato dal fatto che detto condotto à ̈ coassiale all’asse della superficie cilindrica filtrante.
16. 16. Sistema di filtrazione preferibilmente ma non esclusivamente per fanghi di perforazione petrolifera dotato di almeno una superficie filtrante secondo le rivendicazioni 14 o 15, caratterizzato dal fatto che detto condotto à ̈ provvisto all’estremità inferiore di almeno una asola per l’entrata del fluido.
17. 17. Sistema di filtrazione preferibilmente ma non esclusivamente per fanghi di perforazione petrolifera dotato di almeno una superficie filtrante secondo una qualunque delle rivendicazioni dalla 6 alla 10, caratterizzato dal fatto di presentare un piattello di protezione sottostante alla superficie pulente, essendo detto piattello distaccato da detta superficie pulente da una fessura preferibilmente circolare.