MX2012010398A

MX2012010398A - Sistema y metodo para separar solidos de fluidos.

Info

Publication number: MX2012010398A
Application number: MX2012010398A
Authority: MX
Inventors: Rahul Dixit; Mukesh Kapila
Original assignee: Mi Llc
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2013-02-11
Also published as: US20110220573A1; BR112012022757A2; WO2011112772A2; CO6630096A2; EP2545244A2; CA2792250C; AU2011224322A1; CA2792250A1; EA201290891A1; US8877064B2; EP2545244A4; AU2011224322B2; WO2011112772A3

Abstract

Se describe un sistema para separar sólidos de un fluido que incluye un fluido cargado de sólidos que incluyen un fluido base, un primer separador configurado para recibir el fluido cargado de sólidos y separa el fluido en una parte de sólidos y un afluente y un separador de membrana configurado para recibir el efluente y separa el efluente en un permeado y un concentrado. Se describe un método para separar sólidos de un fluido, el método que incluye obtener un fluido cargado de sólidos, en donde el fluido cargado de sólidos incluye un fluido base, alimentar el fluido cargado de sólidos a través de una centrifuga, quitar al menos uan parte de los sólidos de alta gravedad, hacer fluir el fluido cargado de sólidos a través de un separador de membrana, quitar el menos una parte de los sólidos de baja gravedad del fluido cargado de sólidos y recolectar un permeado del separador de membrana.

Description

SISTEMA Y MÉTODO PARA SEPARAR SÓLIDOS DE FLUIDOS Campo de la invención Las modalidades descritas generalmente se refieren a un sistema para separar sólidos de fluidos a base de petróleo, de base sintética, y a base de agua. Más específicamente, las modalidades descritas se refieren a un sistema para separar sólidos de fluidos usando un separador de membrana.

Antecedentes de la Invención Cuando se perforan o se terminan los pozos en formaciones terrestres, se usan varios fluidos en el pozo por una variedad de razones. Los usos comunes de los fluidos del pozo incluyen: la lubricación y el enfriamiento de las superficies de corte de la broca durante la perforación en general o en un yacimiento (es decir, la perforación en una formación petrolífera específica), el transporte de las "cortaduras" (fragmentos de la formación desalojadas por la acción de corte de los dientes de una broca) hacia la superficie, controlar la presión del fluido de la formación para evitar explosiones, mantener la estabilidad del pozo, suspender sólidos en el pozo, minimizar la pérdida de fluido hacia dentro y estabilizar la formación a través de la que se perfora el pozo, fracturar la formación en la vecindad del pozo, desplazar el fluido dentro del pozo con otro fluido, limpiar el pozo, probar el pozo, transmitir la potencia hidráulica a la broca, colocar un obturador, abandonar el pozo o preparar el pozo para el abandono, y de otra manera tratar el pozo o la formación.

Los fluidos o lodos incluyen típicamente un fluido base y agentes densificantes para ayudar a extraer las cortaduras y otros sólidos del pozo. Durante la perforación y los tratamientos del agujero, el fluido se inyecta usualmente a través del centro de la columna de perforación hacia la broca y sale a través del espacio anular entre la columna de perforación y el agujero. Durante este proceso, el fluido puede enfriar y lubricar la broca y/o transportar las cortaduras de la perforación y otros sólidos hacia la superficie. En la superficie, una parte de las cortaduras de perforación puede separarse del fluido y el fluido puede hacerse circular de retorno al pozo para su reutilización.

Las cortaduras de la perforación pueden originarse de estratos geológicos diferentes, incluyendo arcilla, roca, caliza, arena, esquisto, minerales de sales subterráneos, salmuera, capas freáticas, y otras formaciones mientras que otros sólidos pueden incluir fragmentos de metal de herramientas y de equipos de fondo del pozo. Estos sólidos pueden variar en tamaño desde menos de dos mieras a varios cientos de mieras. Las cortaduras de perforación se clasifican comúnmente de acuerdo al tamaño. las menores de 2 mieras se clasifican como arcilla; desde 2 hasta 74 mieras, cieno; desde 74 hasta 500 mieras, arena; y mayores que 500 mieras, cortaduras. Varios tipos de dispositivos de separación se han desarrollado para separar eficientemente los diferentes tamaños de los materiales densificantes, las cortaduras de perforación, y los sólidos del fluido de perforación, que incluyen cribas oscilantes (esquisto, equipo, criba), separadores de criba, centrífugas, hidrociclones, sacador de cieno, desarenadores, limpiadores de lodo, acondicionadores de lodo, secadores, unidades de filtración, camas de sedimentación, trampas de arena, y similares.

Un proceso típico usado para la separación de cortaduras de perforación y otros sólidos de un fluido incluye múltiples etapas las que separan los sólidos de los fluidos de acuerdo con el tamaño de los sólidos. El fluido devuelto de un pozo y que contiene cortaduras de perforación, aditivos, y otros sólidos puede alimentarse a una criba oscilante. La criba oscilante puede separar el fluido en partículas grandes, tales como cortaduras de perforación, y el efluente. El fluido y las partículas que permanecen dentro del efluente pueden entonces pasarse a través de un desgasificador, un desarenador para quitar la arena, un sacador de cieno para quitar el cieno, y una centrífuga para quitar las partículas más pequeñas. Los sólidos, que incluyen cualesquiera materiales densificantes, se descartan entonces y el fluido limpio resultante puede reutilizarse. En algunos casos, los sólidos pueden pasar a través del desgasificador, el desarenador, el sacador de cieno, y la centrifuga, terminando por lo tanto con el fluido limpio En algunos sistemas de separación, el fluido limpio puede retener una parte de los sólidos la que puede reciclarse hacia el fondo del pozo con el fluido limpio. En algunos casos los sólidos pueden dañar la formación y/o el equipo de fondo del pozo. Adicionalmente, los sólidos pequeños pueden acumularse en el fluido de fondo del pozo lo que también puede ser perjudicial para la formación. Además, si aumenta el contenido de sólidos, debe adicionarse fluido adicional de perforación o de completamiento (agua, petróleo, etc.) para diluir el fluido y mantener el peso deseado del fluido. La dilución del fluido que contiene sólidos es frecuentemente costosa y puede alterar el balance de las proporciones químicas y del fluido.

Los sistemas de separación que tienen dispositivos de separación tales como, por ejemplo, agitadores, separadores de criba, centrífugas, e hidrociclones, pueden también usarse para separar sólidos de fluidos de perforación que se usan comúnmente para tratar y mantener agujeros. Algunos sistemas de separación pueden permitir que una parte de las partículas sólidas pase a través de los dispositivos de separación junto con-el fluido limpio deseado, y los sólidos pueden también reciclarse dentro del agujero con el fluido limpio. Como se describe anteriormente, las partículas sólidas pueden dañar la formación y/o el equipo de fondo del pozo.

En consecuencia, existe la necesidad de un sistema y un método para separar de manera efectiva los sólidos de los fluidos para obtener un fluido que tiene bajo contenido de sólidos.

Breve Descripción de la Invención En un aspecto, las modalidades descritas en la presente se refieren a un sistema para separar sólidos de un fluido, el sistema que incluye un fluido cargado de sólidos que incluye un fluido base, un primer separador configurado para recibir el fluido cargado de sólidos y separar el fluido en una parte de sólidos y un efluente, y un separador de membrana configurado para recibir el efluente y separar el efluente en un permeado y un concentrado .

En otro aspecto, las modalidades descritas en la presente se refieren a un método para separar sólidos de un fluido, el método que incluye obtener un fluido cargado de sólidos, en donde el fluido cargado de sólidos incluye un fluido base, alimentar el fluido cargado de sólidos a través de una centrífuga, quitar al menos una parte de los sólidos de alta gravedad, hacer fluir el fluido cargado de sólidos a través de un separador de membrana, quitar al menos una parte de los sólidos de baja gravedad, y recolectar un permeado del separador de membrana.

En aún otro aspecto, las modalidades descritas en la presente se refieren a un método de usar un separador de membrana en un sistema de perforación activo, el método que incluye recolectar un fluido de perforación usado, alimentar el fluido de perforación usado a través de un separador de membrana, y hacer fluir un permeado dentro de un sistema de perforación activo.

Otros aspectos y ventajas de la invención resultarán evidentes a partir de la descripción siguiente y las reivindicaciones anexas.

Breve Descripción de los Dibujos La figura 1A e.s una representación esquemática de un sistema de separación de acuerdo con modalidades descritas en la presente.

Las figuras 1B y 1C son resultados de pruebas de un sistema de separación de acuerdo con modalidades descritas en la presente.

La figura 2 es una representación esquemática de un sistema de separación de acuerdo con modalidades descritas en la presente.

La figura 3 es una representación esquemática de un sistema de separación de acuerdo con modalidades descritas en la presente.

La figura 4 es una vista en perspectiva de un separador de membrana de acuerdo con modalidades descritas en la presente.

La figura 5A es una vista esquemática de un sistema de separación de acuerdo con modalidades descritas en la presente.

Las figuras 5B, 5C, y 5D son resultados de pruebas de un sistema de separación de acuerdo con modalidades descritas en la presente.

La figura 6 es una vista esquemática de un sistema de separación de acuerdo con modalidades descritas en la presente.

La figura 7 es una vista esquemática de un sistema de separación de acuerdo con modalidades descritas en la presente.

La figura 8 es una vista esquemática de un sistema de separación de acuerdo con modalidades descritas en la presente.

La figura 9 es una vista esquemática de un sistema de separación de acuerdo con modalidades descritas en la presente.

La figura 10 es una vista esquemática de un sistema de separación de acuerdo con modalidades descritas en la presente.

La figura 11 es una vista esquemática de un sistema de separación de acuerdo con modalidades descritas en la presente.

La figura 12 es una distribución de tamaño de las partículas de un fluido de alimentación de acuerdo con modalidades descritas en la presente.

Descripción Detallada de la Invención En un aspecto, las modalidades descritas en la presente se refieren a un sistema y método para separar sólidos de fluidos. Más específicamente, las modalidades descritas en la presente se refieren a un sistema y método para separar sólidos de fluidos usando un separador de membrana.

Como se describe anteriormente, un sistema de separación convencional para quitar sólidos de líquidos puede incluir dispositivos tales como, por ejemplo, agitadores, separadores de criba, centrífugas, e hidrociclones. En las modalidades descritas en la presente, se usa al menos un separador de membrana en un sistema de separación. Adicionalmente, el sistema de separación puede incluir uno o más de los dispositivos listados anteriormente. Además, el sistema de separación que tiene un separador de membrana también puede incluir un lazo de reciclaje opcional y/o medios para inyectar el fluido separado dentro de un sistema de fluido activo, el que se describirá en detalle más adelante.

Con referencia a la figura 1A, se muestra un sistema de separación ejemplar 100. El fluido cargado de sólidos puede introducirse dentro del sistema de separación 100 donde las partículas sólidas pueden separarse del fluido. Como se hace referencia en la presente, un fluido cargado de sólidos puede contener partículas sólidas además de un fluido. El fluido presente en el fluido cargado de sólidos puede incluir un fluido base que tiene una base de petróleo, una base de agua, y/o una base sintética. Las partículas sólidas en el fluido cargado de sólidos pueden categorizarse como grava, arena, cieno, o sólidos coloidales, según el tamaño. La grava puede incluir sólidos de tamaño mayor que 2000 mieras, la arena puede incluir sólidos de tamaño que varían desde aproximadamente 74 hasta aproximadamente 2000 mieras, el cieno puede incluir sólidos de tamaño que varía desde aproximadamente 2 hasta aproximadamente 74 mieras, y los sólidos coloidales pueden ser de tamaño menor que aproximadamente 2 mieras. Mientras que los sólidos mayores tales como, por ejemplo, sólidos intermedios (mayor que aproximadamente 250 mieras), sólidos medios (entre aproximadamente 74 hasta 250 mieras), sólidos finos (entre aproximadamente 44 hasta 74 mieras), y sólidos ultrafinos (entre aproximadamente 2 hasta 44 mieras), pueden quitarse mediante cribas oscilantes, hidrociclones, tanques de sedimentación, desarenadores, y centrífugas, las partículas más pequeñas, tales como los sólidos coloidales, pueden formar suspensiones coloidales en el fluido y pueden continuar circulando a través del sistema. Como tal, la concentración de sólidos coloidales puede continuar acumulándose en el fluido hasta que la concentración tenga un efecto adverso sobre las propiedades y la estabilidad del fluido.

En ciertos fluidos de perforación, los materiales densificantes tales como, por ejemplo, la baritina o bentonita pueden usarse para ajusfar las propiedades del fluido de perforación. Aunque el material densificante puede introducirse en el fluido de perforación como un sólido de alta gravedad (HGS) que tiene un peso especifico mayor que aproximadamente 4.2 y un tamaño mayor que aproximadamente 2 mieras, las circulaciones múltiples del material densificante durante la perforación pueden pulverizar las partículas del material densificante. El equipo típico de remoción de sólidos puede no ser capaz de quitar las partículas coloidales, y el material coloidal que incluye el material densificante pulverizado puede acumularse en el fluido de perforación.

Una cantidad de parámetros variables puede afectar el funcionamiento del sistema de separación 100. Parámetros tales como, por ejemplo, la viscosidad, la temperatura, la presión, y la tasa de flujo volumétrico puede afectar el flujo, es decir, la cantidad de fluido que fluye a través de una unidad de área por unidad de tiempo, del sistema de separación 100. En ciertas modalidades, la temperatura del fluido de alimentación 102 puede estar entre aproximadamente 70 y 200 grados Fahrenheit. Adicionalmente, la presión del fluido dentro del sistema de separación 100 puede estar entre aproximadamente 0.7 y 10.4 bar. Además, la tasa de flujo volumétrico del fluido dentro del sistema de separación 200 puede estar entre aproximadamente 5 y 50 gpm. Los ajustes a los parámetros tales como, por ejemplo, la viscosidad, la temperatura, la presión, y la tasa de flujo volumétrico pueden aumentar el flujo del sistema de separación 100.

Como se describe anteriormente, el fluido de alimentación 102 puede incluir sólidos de alta gravedad y/o sólidos de baja gravedad. El primer separador 104, es decir la^ centrífuga, el hidrociclón, el VERTI-G™, o similares, separa el fluido de alimentación 102 en un desbordamiento de la capacidad mínima de la centrífuga 106 y un sobreflujo de la centrífuga 108. El desbordamiento de la capacidad mínima de la centrífuga 106 puede contener una parte sustancial de los sólidos de alta gravedad que pueden haber estado presentes en el fluido de alimentación 102. El desbordamiento de la capacidad mínima de la centrífuga 106 puede recolectarse y eliminarse de o reciclarse a través del sistema de separación 100. El sobreflujo de la centrífuga 108 puede contener una cantidad relativamente pequeña de sólidos de alta gravedad, pero aún puede contener una cantidad sustancial de sólidos de baja gravedad que pueden haber estado presentes en el fluido de alimentación 102. El sobreflujo de la centrífuga 108, el que aún puede definirse como un fluido cargado de sólidos debido a la presencia de sólidos de baja gravedad y/o sólidos de alta gravedad en el mismo, fluye entonces hacia el separador de membrana 110 para una separación adicional.

El separador de membrana 110 puede separar el sobreflujo de la centrífuga 108 en un concentrado 114 y un permeado 112. El concentrado 114 puede incluir una cantidad sustancial de sólidos de baja gravedad y/o sólidos de alta gravedad que pueden haber estado presentes en el sobreflujo de la centrífuga 108. El permeado 112 incluye el fluido filtrado que pasa a través del separador de membrana 110. En ciertas modalidades, el permeado 112 puede tener un contenido de sólidos total aproximadamente de 0.5% en volumen.

Con referencia a la figura 2, un sistema de separación 200 se muestra teniendo cada elemento como se describe anteriormente con respecto a la figura 1A. El sistema de separación 200 puede incluir además un lazo de reciclaje opcional 16A a través del que el concentrado 114 puede fluir, de manera que el concentrado 114 se introduce al sistema de separación 200 después del primer separador 104 y antes del separador de membrana 110. Alternativamente, el sistema de separación 200 puede incluir un lazo de reciclaje 116B el que introduce el concentrado 114 en el sistema de separación 200 antes del primer separador 104. En ciertas modalidades, pueden usarse uno o ambos lazos de reciclaje 116A y 116B. En tal modalidad, el concentrado 114 puede pasar varias veces a través del separador de membrana 110. Cada ciclo de fluido reciclado a través del separador de membrana 110 puede resultar en un concentrado 114 que tiene un mayor contenido de sólidos. Un aumento en el contenido de sólidos del concentrado 114 también puede aumentar la viscosidad del concentrado 114. Con un aumento de la viscosidad, puede requerirse energía adicional para bombear el concentrado 114 a través del separador de membrana 110 y el lazo de reciclaje 116. En consecuencia, en ciertas modalidades, el concentrado 114 puede pasar a través del lazo de reciclaje 116 un número de veces antes de alcanzar una viscosidad crítica y, una vez alcanzada, el concentrado 114 puede eliminarse del sistema de separación 200. La iscosidad crítica puede seleccionarse basado en la capacidad de bombeo, la eficiencia del sistema, u otros parámetros. Alternati amente, en lugar de extraer el fluido a la viscosidad crítica, la temperatura del fluido puede aumentarse y/o pueden adicionarse reductores de viscosidad de manera que pueda disminuirse la viscosidad del fluido que fluye a través del sistema de separación 200.

En otra modalidad, un intercambiador de calor (no mostrado) puede incluirse en el sistema de separación 200 para aumentar la temperatura del concentrado 114, disminuyendo de esta manera la viscosidad del concentrado 114. Disminuir la viscosidad del concentrado 114 puede permitir un bombeo más fácil del concentrado 114 a través del separador de membrana 110 sin aumentar la presión de bombeo. En consecuencia, en modalidades selectas, un concentrado en un sistema de separación con un intercambiador de calor puede hacer un mayor número de pases a través del separador de membrana 110 antes de alcanzar una viscosidad crítica que el concentrado 114 en un sistema de separación sin un intercambiador de calor. Adicionalmente, pueden lograrse beneficios económicos debido a la eficiencia de bombeo aumentada.

Con referencia a la figura 3, un sistema de separación 300 se muestra que tiene cada elemento como se describe anteriormente con respecto a la figura 1A. El sistema de separación 300 muestra además una corriente de deslizamiento 109, un agujero 118, y un sistema de lodo activo 120 que puede conectarse fluidamente con una columna de perforación y una broca de un sistema de perforación, como se describe previamente. El fluido de aíimentación 102 puede ser un fluido cargado de sólidos que incluye fluidos a base de agua, a base de petróleo, y/o a base de sintéticos que puede obtenerse del agujero 118.

En ciertas modalidades, el sistema de separación 300 puede funcionar continuamente. Por ejemplo, un fluido cargado de sólidos puede obtenerse del agujero 118. El fluido cargado de sólidos, es decir, el fluido de alimentación 102, puede alimentarse al sistema de separación 300 en donde los sólidos y fluidos contenidos en el fluido cargado de sólidos se separan usando la centrífuga 104. El sobreflujo de la centrífuga 108 puede entonces fluir a través de la corriente de deslizamiento 109 hacia el sistema de lodo activo 120 o puede pasar a través del separador de membrana 110 de acuerdo con modalidades descritas en la presente. El permeado 112 puede obtenerse del separador de membrana 110 y puede inyectarse al sistema de lodo activo 120. En ciertas modalidades, los aditivos 122 también pueden añadirse al sistema de lodo activo 120. Los aditivos 122 pueden incluir nuevos fluidos de perforación, diluyentes, agentes densificantes, materiales de control de pérdidas, y/o acondicionadores que pueden alterar la composición o características de los fluidos de perforación. El fluido de perforación reconstituido puede entonces inyectarse en el agujero 118 como se muestra por la flecha 124.

Con referencia a la figura 4, se muestra un ejemplo de un separador de membrana 110 de acuerdo con modalidades descritas en la presente. En esta modalidad, el separador de membrana 110 tiene forma de tubo y puede hacerse de acero inoxidable. En ciertas modalidades, el separador de membrana 110 puede hacerse de acero inoxidable de tipo 316L sinterizado con dióxido de titanio (Ti02). Alternativamente, pueden usarse membranas de Hastelloy® C, una aleación de alto contenido de níquel, o cerámica. Por ejemplo, pueden usarse las membranas de cerámica, disponibles comercialmente de CoMeTas de Copenhague, Dinamarca, hechas parcial o totalmente de carburo de silicio (SiC).

Un experto en la materia apreciará que las dimensiones del separador de membrana 110, tales como, por ejemplo, la longitud 402, el diámetro 404, y el grosor 406, pueden afectar la cantidad de permeado 112 recolectado por unidad de volumen del sobreflujo de la centrífuga que pasa a través del separador de membrana 110. Adicionalmente, dimensiones tales como la longitud 402, el diámetro 404, y el grosor 406 pueden ajustarse basado en la composición del fluido cargado de sólidos que se pasa a través del separador de membrana 110 y/o la cantidad deseada o composición del permeado 112. En ciertas modalidades, el separador de membrana 110 puede tener un diámetro interior en un rango aproximadamente de 0.64 a 2.54 centímetros, y un grosor en un rango aproximadamente de 50 a 100 mieras.

Los poros 408 pueden disponerse en el separador de membrana 110 de manera que el fluido pueda moverse desde el interior hacia el exterior del separador de membrana 110. Los poros 408 pueden tener un tamaño de poro específico, controlando de esta manera el tipo y la cantidad de fluido que puede fluir desde el interior del separador de membrana 110 hacia el exterior. El tamaño de poro también puede elegirse para evitar que las partículas sólidas sustancialmente pequeñas entren y obstruyan los poros 408. En ciertas modalidades, el tamaño de poro de los poros 408 puede estar entre 0.02 y 0.5 mieras para el acero inoxidable de tipo 316L sinterizado con ??02 o de 0.02 a 2 mieras para las cerámicas. El tamaño de poro puede elegirse basado en las concentraciones y los tamaños de las partículas presentes en el fluido. Por ejemplo, un tamaño de poro puede elegirse para ser ligeramente más pequeño que las partículas más pequeñas presentes en el fluido de manera que las partículas del fluido no se alojen en los poros 408, tupiendo de esta manera el separador de membrana 110. Adicionalmente, un mayor tamaño de poro puede permitir que pase una mayor cantidad de petróleo a través de los poros 408 y puede aumentar la cantidad de flujo de petróleo a través del separador de membrana 110.

El separador de membrana 110 puede incluir además una primera abertura 410 y una segunda abertura 412 a través de las que puede fluir el fluido. En ciertas modalidades, el separador de membrana 110 puede tener una superficie interior 416 y una superficie exterior 414 dispuestas entre las aberturas primera y segunda 410, 412, de manera que puede ocurrir la filtración de flujo cruzado a través de los poros 408. Un experto en la materia apreciará que la filtración de flujo cruzado ocurre cuando fluye un fluido cargado de sólidos en una primera dirección paralela a un filtro y cuando una parte del fluido cargado de sólidos pasa a través del filtro en una segunda dirección que es aproximadamente perpendicular a la primera dirección.

Con referencia a las figuras 1A y 4 juntas, se describe un patrón de flujo para un fluido cargado de sólidos que pasa a través del separador de membrana 110. Un fluido cargado de sólidos, específicamente, el fluido de sobreflujo de la centrifuga 108, puede fluir al separador de membrana 110 a través de la primera abertura 410. El fluido de sobreflujo de la centrífuga 108 puede hacer contacto con la superficie interior 416 cuando pasa a través del separador de membrana 110 hacia la segunda abertura 412 en una primera dirección paralela a un eje central 418 del separador de membrana 110. Una parte del fluido de sobreflujo de la centrífuga 108 puede pasar a través de los poros 408 hacia la superficie exterior 414 en una dirección aproximadamente perpendicular a la primera dirección de flujo del fluido de sobreflujo de la centrífuga 108, como se indica por la flecha A. El fluido que pasa desde la superficie interior 416 a través de los poros 418 hacia la superficie exterior 414 se define en la presente como el permeado 112.

Los expertos en la materia apreciarán que más de un separador de membrana 110, dispuestos en serie o en paralelo, pueden usarse en un único sistema de separación. Adicionalmente, el separador de membrana 110 puede tener . varias longitudes de separador de membrana, diámetros de separador de membrana, y/o grosores de separador de membrana. Además, el separador de membrana 110 puede incluir poros de varios tamaños de poro.

Con referencia ahora a la figura 7, se muestra un ejemplo de un sistema de separación que usa aditivos químicos. El sistema de separación 700 incluye lodo, es decir, un fluido cargado de sólidos, desde una fuente de lodo 702. La fuente de lodo 702 puede ser, por ejemplo, un contenedor de almacenamiento de lodo o un sistema de lodo activo. Los aditivos químicos de una primera fuente de químicos 704 pueden añadirse al lodo, creando una primera mezcla. En ciertas modalidades, los aditivos químicos pueden incluir tensoactivos amónicos, tensoactivos no iónicos, alquilos poliglicósidos, y combinaciones de los mismos. Otros aditivos químicos que también pueden usarse incluyen, por ejemplo, EMR-953 y EMR-961 disponible de M-l Swaco L.L.C , Houston, TX. La primera mezcla entonces puede bombearse a través de una bomba 706, como se muestra. Los aditivos químicos adicionales de una segunda fuente de químicos 708 pueden entonces añadirse a la primera mezcla para crear una segunda mezcla. La segunda mezcla puede entonces bombearse a través de un sistema de mezcla 710 el que puede incluir, por ejemplo, un agitador o un eyector. La segunda mezcla puede bombearse desde el sistema de mezcla 710 a una centrífuga 712 donde una parte de los sólidos puede eliminarse de la segunda mezcla y puede recolectarse o descartarse en 714. Los aditivos 724 pueden añadirse a la parte restante de la segunda mezcla. En ciertas modalidades, los aditivos 724 pueden incluir reductores de viscosidad y/o demulsificadores. Una parte restante de la segunda mezcla puede entonces bombearse a través de un separador de membrana 716 de acuerdo con modalidades descritas en la presente. Un fluido de permeado 718, que tiene un bajo contenido de sólidos, puede recolectarse para reciclarlo en el sistema de lodo activo. Un fluido concentrado 720, que tiene un contenido de sólidos relativamente alto, puede recolectarse para reciclarlo, por ejemplo, desecharlo, reprocesarlo, etc. En ciertas modalidades, el fluido concentrado 720 puede pasar a través de un lazo de reciclaje opcional 722, en donde el fluido concentrado 720 se reinyecta dentro del sistema de separación 700. Un experto en la materia apreciará que el fluido concentrado 720 puede inyectarse en cualquier etapa en el sistema de separación 700. Por ejemplo, el fluido concentrado 720 puede introducirse dentro del sistema de separación 700 en los puntos de inyección del concentrado A, B, C, o D. En modalidades selectas, el fluido de permeado 718 puede inyectarse directamente dentro de un sistema de lodo activo, o puede mezclarse con lodo nuevo o aditivos antes de inyectarse dentro de un sistema de lodo activo. En otras modalidades, el fluido de permeado 718 puede recolectarse para su uso posterior.

Los expertos en la materia apreciarán que la primera fuente de químicos 704 y la segunda fuente de químicos 708 pueden incluir, por ejemplo, tensoactivos o floculantes. En consecuencia, ¦ un tensoactivo puede inyectarse dentro del sistema de separación 700 antes que un floculante, o un floculante puede inyectarse antes que un tensoactivo. En ciertas modalidades, los aditivos químicos contenidos en la primera y segunda fuentes de químicos 704, 708 pueden incluir, por ejemplo, químicos de la familia de los ácidos grasos polihidroxilados. Por ejemplo, Surethin®, Novathin™, Rheduce®, y Versathin®, disponibles de M-l Swaco L.L.C., Houston, TX pueden añadirse antes de alimentar el material al separador de membrana 716. Adicionalmente, también pueden añadirse, ácidos tal como el ácido clorhídrico (HCI). Además, un experto en la materia apreciará que puede usarse más o menos de una centrífuga en el sistema de separación 700, y que también puede usarse más de un separador de membrana.

Después que se usa un sistema de separación de acuerdo con modalidades descritas en la presente, este puede limpiarse usando una variedad de fluidos de limpieza tales como, por ejemplo, petróleo recuperado, solución de jabón, ácido nítrico, un solvente, tensoactivos, o petróleo base.

Ejemplos Se realizaron varias pruebas para obtener datos con respecto a las capacidades de separación de un sistema que tiene dos centrífugas y las capacidades de separación de un sistema que tiene una centrifuga y un separador de membrana. Las pruebas y los resultados se describen a continuación: Ejemplo 1: Sistema de múltiples centrífugas La prueba descrita en este ejemplo se realizó para obtener datos con respecto a las capacidades de separación de un sistema que tiene dos centrífugas. Con referencia a la figura 5A, un fluido de alimentación 502 se introdujo dentro de una primera centrífuga 504. La primera centrífuga tenía un diámetro de 35.56 cm, una taza de acero inoxidable de 86.36 cm y un ensamble transportador, y un motor de 25 hp. Después de la separación en la primera centrífuga 504, un primer desbordamiento de la capacidad mínima de la centrífuga 506 se eliminó del sistema de separación 500. Un primer sobreflujo de la centrífuga 508 se transfirió entonces desde la primera centrífuga 504 a una segunda centrífuga 510. La segunda centrífuga 510 tenía un diámetro de 35.56 cm, una taza de acero inoxidable de 146.05 cm y un ensamble transportador, y un motor de 25 hp. Después de la separación en la segunda centrífuga 510, un segundo desbordamiento de la capacidad mínima de la centrífuga 512 se eliminó del sistema 500. Finalmente, un segundo sobreflujo de la centrífuga 514 se obtuvo de la segunda centrífuga 510. Las propiedades y composiciones del fluido de alimentación 502, el primer desbordamiento de la capacidad mínima de la centrífuga 506, el primer sobreflujo de la centrífuga 508, el segundo desbordamiento de la capacidad mínima de la centrífuga 512, y el segundo sobreflujo de la centrífuga 514, después de un ciclo a través del sistema de separación 500 se ilustran en la tabla 1, a continuación : La tabla 1 muestra que cuando el fluido de alimentación 502 pasó a través del sistema de separación 500, los sólidos se eliminaron del líquido. En esta prueba particular, el fluido de alimentación 502 tenía un contenido de sólidos de 25%, un contenido de petróleo de 53.5%, un contenido de agua de 21.5%, y un peso específico de 1.65. Específicamente, los sólidos de alta gravedad constituían el 17.98% y los sólidos de baja gravedad constituían el 6.07% del fluido de alimentación 502 Después de pasar a través de la primera centrífuga 504, el contenido de sólidos del primer sobreflujo de la centrífuga 508 fue aproximadamente de 15%, los sólidos de alta gravedad representaron un 9% y los sólidos de baja gravedad representaron un 5%, el contenido de petróleo fue de 59%, y el contenido de agua fue de 26%. En consecuencia, el peso específico del primer sobreflujo de la centrífuga 508 disminuyó a 1.25.

El segundo desbordamiento de la capacidad mínima de la centrífuga 512 salió de la segunda centrífuga 510 teniendo un contenido de sólidos de 82%, un contenido de petróleo de 11.3%, y un contenido de agua de 6%. El segundo sobreflujo de la centrífuga 514 salió de la segunda centrífuga 510 teniendo un contenido de sólidos de 10%, con los sólidos de alta gravedad que representaron un 4.09% y los sólidos de baja gravedad que representaron un 4.24%. Ad i ci ona I m e nte , el segundo sobreflujo de la centrífuga 514 tenía un contenido de petróleo de 64%, un contenido de agua de 26%, y un peso específico de 1.06. Por lo tanto, el segundo fluido de sobreflujo de la centrífuga 514 pudo obtenerse del fluido de alimentación 502 al pasar el fluido de alimentación 502 a través del sistema de separación 500, y pudo haber disminuido el peso específico, aumentado el por ciento de volumen de petróleo y agua, disminuido el por ciento de volumen de sólidos de alta gravedad, y disminuido el por ciento de volumen de sólidos de baja gravedad.

Con referencia ahora a las figuras 5B y 5C, se muestran las gráficas de la distribución de tamaño de partícula (PSD) para el primer sobreflujo de la centrífuga 508, y el segundo sobreflujo de la centrífuga 514, respectivamente. De acuerdo con la figura 5B, el tamaño de partícula d50 para el primer sobreflujo de la centrífuga 508 fue de 8.187 mieras. Con referencia a la figura 5C, el tamaño de partícula d50 para el segundo sobreflujo de la centrifuga 514 fue de 4.796 mieras. Por lo tanto, la segunda centrífuga 510 fue capaz de eliminar una parte de las partículas más grandes presentes en el primer sobreflujo de la centrífuga 508, que resultó en una disminución del tamaño de partícula d50.

En algunos casos, pudo añadirse químicos al fluido de alimentación 502 o al primer sobreflujo de la centrífuga 508 para reducir aún más el d50 del segundo sobreflujo de la centrífuga 514. Los químicos que pudo añadirse incluyen, por ejemplo, tensoactivos amónicos, tensoactivos no iónicos, alquilos poliglicósidos, y combinaciones de los mismos. Con referencia a la figura 5D, se muestra una gráfica de la PSD de un segundo fluido de sobreflujo de la centrífuga de un sistema de separación que usa aditivos químicos. La PSD muestra que, en este ejemplo, un segundo sobreflujo de la centrífuga de un sistema de separación que usa aditivos químicos tenía un d50 de 1.082 mieras.

Ejemplo 2: Sistema de centrífuga y separador de membrana En una segunda prueba, se analizó la capacidad de separación de un sistema que incluye una centrífuga dispuesta en serie con un separador de membrana. Con referencia nuevamente a la figura 1A, el fluido de alimentación 102 se introdujo en una centrífuga 104. La centrifuga 104 tenía un diámetro de 35.56 cm, una taza de acero inoxidable de 86.36 cm y un ensamble transportador, y un motor de 25 hp, pero un experto en la materia apreciará que pudo usarse otras centrífugas. Después de la separación en la centrífuga 104, un flujo de fondo de pozo de centrífuga 106 se eliminó del sistema de separación 100. Un sobreflujo de la centrifuga 108 se hizo fluir entonces desde la centrífuga 102 hacia el separador de membrana 110. En esta prueba, se usó un separador de membrana de 0.1 miera; sin embargo, pudo usarse cualquier separador de membrana de acuerdo con las modalidades descritas en la presente. Un permeado 112 se filtró a través del separador de membrana 110 mientras que un concentrado 114 se eliminó del sistema de separación 100. Las propiedades y composiciones del fluido de alimentación 102, el desbordamiento de la capacidad mínima de la centrífuga 106, el sobreflujo de la centrífuga 108, el concentrado 114, y el permeado 112 se proporcionan en la tabla 2, a continuación.

C La tabla 2 muestra que como el fluido de alimentación 102 pasó a través del sistema de separación 100, los sólidos se eliminaron del líquido y se concentraron en el desbordamiento de la capacidad mínima de la centrífuga 106 y en el concentrado 114. En esta prueba, el fluido de alimentación 102 tenia un contenido de sólidos inicial de 25% con sólidos de alta gravedad que representaron un 15.11% y sólidos de baja gravedad que representaron un 8.64%. Después de pasar a través de la centrífuga 104, el contenido de sólidos del sobreflujo de la centrífuga 108 fue de 19% con los sólidos de alta gravedad que constituyeron un 5.67% y los sólidos de baja gravedad que constituyeron un 11.97%. El contenido de sólidos del fluido de desbordamiento de la capacidad mínima de la centrifuga 106 fue de 58% y el desbordamiento de la capacidad mínima de la centrífuga 106 se eliminó del sistema. El sobreflujo de la centrífuga 108 pasó entonces a través del separador de membrana 110. Después de pasar a través del separador de membrana 110, el contenido de sólidos del permeado 112 se midió en 1.5% y el contenido de sólidos del concentrado 114 fue de 19%. El contenido de sólidos del permeado 112 fue un error experimental debido al análisis de retorno, dado que el resultado debía haber sido menos de 0.5 por ciento. El por ciento de volumen de sólidos de baja gravedad y el por ciento de volumen de sólidos de alta gravedad presentes en el permeado 112 fue muy bajo para medirse y no se detectó contenido de agua en el permeado 2.

La estabilidad eléctrica, la viscosidad plástica, y las mediciones de turbidez se tomaron también en ciertos puntos durante la prueba. La estabilidad eléctrica del fluido de alimentación 102 fue de 263 V. Después de pasar a través de la centrífuga 104, la estabilidad eléctrica del sobreflujo de la centrífuga 108 fue aproximadamente de 283 V y, después de pasar a través del separador de membrana 110, la estabilidad eléctrica del permeado 112 del separador de membrana fue mayor que 1999 V. La viscosidad plástica del fluido de alimentación 102 fue de 39 centipoises y la viscosidad plástica del sobreflujo de la centrífuga 108 fue de 23 centipoises. Adicionalmente, la medición de turbidez del permeado 112 del separador de membrana fue de 2.2 NTU. Por lo tanto, las mediciones tomadas del fluido de alimentación 102, el sobreflujo de la centrífuga 108, y el permeado 112 del separador de membrana, indican que los sólidos se eliminaron del fluido de alimentación 102 por la centrífuga 104 y el separador de membrana 110.

Se puede encontrar información adicional con respecto al contenido de sólidos de los fluidos en las figuras 1B y 1C las que muestran las gráficas de la PSD para el sobreflujo de la centrífuga 108 y el concentrado 114, respectivamente. La figura 1B muestra que, en esta prueba, el tamaño de partícula d50 para el sobreflujo de la centrífuga 108 fue de 5.49 mieras. La turbidez para el sobreflujo de la centrífuga 108 fue de 179.3 NTU. La figura 1C muestra que, en esta prueba, el tamaño de partícula d50 para el concentrado 114 fue de 4.799 mieras. Una gráfica de la PSD para el permeado 112 no pudo generarse debido a que no había presentes partículas visibles en el permeado 112. Por lo tanto, el permeado 112 del separador de membrana, obtenido del fluido de alimentación 102 mediante el paso del fluido de alimentación 102 a través del sistema de separación 100, pudo haber disminuido el peso especifico, aumentado el por ciento de volumen de petróleo y agua, disminuido el por ciento de volumen de sólidos de alta gravedad, y disminuido el por ciento de volumen de sólidos de baja gravedad cuando se comparó con el fluido de alimentación 102.

Adicionalmente, la tabla 3 a continuación muestra una comparación del permeado 112 del separador de membrana y el segundo fluido de sobrefiujo de la centrifuga 514, del Ejemplo 1.

Como se muestra en la tabla 3, el peso específico del permeado 112 del separador de membrana es de 0.79 lo que es significativamente menor que el peso específico del segundo sobreflujo de la centrífuga 514 el que fue de 1.06. Adicionalmente, el contenido de petróleo del permeado 112 del separador de membrana es significativamente mayor que el del segundo sobreflujo de la centrífuga 514. Específicamente, el contenido de petróleo del permeado 112 del separador de membrana fue aproximadamente de 64% mientras que el contenido de petróleo del permeado 112 del separador de membrana fue aproximadamente de 98.5%. Además, el contenido de sólidos del segundo sobreflujo de la centrífuga 514 fue aproximadamente de 10%, con 4.09% de sólidos de alta gravedad y 4.24% de sólidos de baja gravedad. El permeado 112 del separador de membrana tenía un contenido de sólidos aproximadamente de 1.5%. Como se discute anteriormente, el contenido en sólidos de 1.5% del permeado 112 es un error experimental, dado que los resultados debían haber sido menos de 0.5%. Por lo tanto, el por ciento del contenido de sólidos del permeado 112 del separador de membrana fue significativamente menor que el por ciento de contenido de sólidos del segundo fluido de sobreflujo de la centrífuga 514.

Ejemplo 3: Filtración del separador de membrana de un fluido de perforación usado En esta prueba, el fluido cargado de sólidos 604 incluyó un fluido de perforación sintético basado en 10 1618, específicamente, el fluido de perforación de Rheliant® System. Con referencia a la figura 6, el fluido cargado de sólidos 604 se introdujo a un tanque de alimentación 602 en el sistema de separación 600. Del tanque de alimentación 602, el fluido cargado de sólidos 604 pasó a través de la válvula 606 hacia la bomba de alimentación 608. En esta prueba, el módulo de membrana 616 incluyó seis separadores de membrana (no ilustrados independientemente) conectados en serie con codos en U soldados y encerrados por una envoltioura de recolección de permeado. Adicionalmente, los separadores de membrana se hicieron de acero inoxidable 316L sinterizado que tenía un recubrimiento de dióxido de titanio sinterizado y un tamaño de poro de 0.1 miera. El área total del separador de membrana para esta prueba fue de 0.754 pies cuadrados.

Como se muestra en el sistema de separación 600, un medidor de presión 618 midió la presión del fluido cargado de sólidos 604 que entró en el módulo de membrana 616 y midió la presión del concentrado 620 que salió del módulo de membrana 616. El concentrado 620 entonces fluyó después de una serie de válvulas, a través del intercambiador de calor 622, y de retorno hacia el tanque de alimentación 602. En esta prueba, el agua de enfriamiento se pasó a través del intercambiador de calor 622 para disminuir la temperatura del concentrado 620 en lugar de aumentarla. Sin embargo, debido al trabajo de la bomba, la temperatura del concentrado 620 aumentó ligeramente a pesar del efecto de enfriamiento del intercambiador de calor 622. En esta prueba, el tanque de alimentación 602 requirió agitación manual debido a la alta viscosidad del fluido cargado de sólidos 604, y la prueba se terminó después de recolectar una muestra del permeado 624.

Ejemplo 4: Adición de demulsificadores al fluido de alimentación del separador de membrana Con referencia a la figura 8, un sistema de separación 800 se muestra que tiene demulsificadores 802 que pueden añadirse al fluido de alimentación 804 antes que el fluido de alimentación 804 entre al separador de membrana 806. El separador de membrana 806 puede dividir el fluido de alimentación y la mezcla demulsif icadora en un concentrado 808 y un permeado 810. El permeado 810 puede pasar a través de un separador de petróleo/agua 812 el que separa el permeado 810 en petróleo 814 y agua 816.

Para simular los efectos de los demulsificadores en un sistema similar al sistema de separación 800 durante la experimentación, los demulsificadores se añadieron a muestras de lodo a temperaturas variables. Las mezclas se agitaron, se transfirieron a tubos de centrífuga de 50 mi, y se transfirieron a una centrífuga durante diez minutos. Las propiedades de una muestra del fluido de alimentación antes de la adición de los demulsificadores se incluyen en la tabla 4 a continuación.

En esta prueba, se usaron dos demulsificadores, el EMR-961 y el EMR-953, en concentraciones de 1% en volumen y 2% en volumen. Los demulsificadores se añadieron a una muestra de lodo y la mezcla se agitó. La mezcla se transfirió entonces a un tubo de centrífuga de 50 mi y se sometió a centrifugación durante aproximadamente diez minutos. Las pruebas se realizaron a 20°C a 160° C. Las fases resultantes se registraron mediante la realización de un análisis de retorta a 510.00°C y los resultados del análisis de retorta pueden encontrarse en las tablas 5 y 6 a continuación.

Los resultados de las pruebas en las tablas 5 y 6 muestran que cuando se añadió al efluente de centrífuga, EMR-961 al 1% en volumen dio 83% de recuperación de agua a 20.00°C y 62% de recuperación de agua a 71.11°C. A 2% en volumen, el EMR-961 dio 69% de recuperación de agua a 20.00°C y 62% de recuperación de agua a 71.11°C. El demulsificador EMR-953 al 1% en volumen dio 66% de recuperación de agua a 20.00°C y 51% de recuperación de agua a 71.11°C. El EMR-953 al 2% en volumen dio 83% de recuperación de agua a 20.00°C y 73% de recuperación de agua a 71.11°C. Por lo tanto, la adición de demulsificadores a una lechada puede romper las emulsiones dentro de la lechada, ayudando de esta manera a separar el contenido de agua de la lechada.

Ejemplo 5: Adición de demulsificadores a un primer concentrado de membrana Con referencia a las figuras 9 y 10, los sistemas de separación 900 y 1000 se muestran que tienen un fluido de alimentación 902 en comunicación de fluido con un primer separador de membrana 904. El primer separador de membrana 904 divide el fluido alimentación 902 en un primer permeado 908 y un primer concentrado 910. En el sistema de separación 900, los demulsificadores 912 se añaden al primer concentrado 910 y la mezcla se dirige a un segundo separador de membrana 914. El segundo separador de membrana 914 divide la mezcla de demulsificadores 912 y el primer concentrado 910 en un segundo concentrado 916 que tiene un alto contenido de sólidos y un segundo permeado 918 que tiene un alto contenido de agua. El segundo permeado 918 se alimenta a un separador de petróleo/agua 920 donde éste se separa en petróleo 922 y en agua 924. Con referencia específicamente a la figura 10, en el sistema de separación 1000, los demulsificadores 912 se añaden al primer concentrado 910 y la mezcla se dirige a una centrífuga 1014. La centrífuga 1014 separa la mezcla de demulsificadores 912 y el primer concentrado 910 en un flujo de fondo 1016 que tiene un alto contenido de sólidos, y un sobreflujo 1018 que tiene petróleo, agua, y un bajo contenido de sólidos.

Para simular los efectos de los demulsificadores sobre un sistema similar al sistema de separación 900, los demulsificadores se añadieron a muestras de lodo a temperaturas variables. Las propiedades de una muestra de concentrado antes de la adición de los demulsificadores se incluyen en la tabla 7 a continuación. Las mezclas se agitaron, se transfirieron a tubos de centrífuga de 50 mi, y se transfirieron a una centrífuga durante diez minutos.

En esta prueba, se usaron dos demulsificadores, el EMR- 961 y el EMR-953, en concentraciones de 1% en volumen y 2% en volumen. Cada una de las pruebas se realizó a 20.00°C y a 71.11°C. Las fases resultantes se registraron y pueden encontrarse en las tablas 8 y 9 a continuación.

Los resultados de las pruebas en las tablas 8 y 9 muestran que, cuando se añadió a un concentrado de separador de membrana, el EMR-961 a 1% en volumen dio 87% de recuperación de agua a 20°Cy 96% de recuperación de agua a 71.1°C. Al 2% en volumen, el EMR-961 dio 95% de recuperación de agua a 20°Cy 93% de recuperación de agua a 71.1°C. El demulsificador EMR-953 al 1% en volumen dio 0% de recuperación de agua a 20°Cy 17% de recuperación de agua a 71.1°C. El EMR-953 al 2% en volumen dio 81% de recuperación de agua a 20°Cy 76% de recuperación de agua a 71.1°C.

Ejemplo 6: Adición de un dispersante a un lodo de base sintética Con referencia a la figura 11, se muestra un sistema de separación 1100. El sistema de separación 1100 puede incluir una entrada de fluido 1102 configurada para recibir un fluido de alimentación, y una bomba 1104 configurada para bombear el fluido de alimentación hacia una serie de separadores de membrana 1106, 1108, 1110, 1112. Un permeado puede recolectarse de los separadores de membrana 1106, 1108, 1110, 1112 en las salidas 1114, 1116, 1118, 1120, respectivamente. Un concentrado puede bombearse a través de cada uno de los separadores de membrana 1106, 1108, 1110, 1112, y entonces puede mezclarse en el fluido de alimentación, recirculando de esta manera el concentrado a través del sistema de separación 1100. En ciertas modalidades, un intercambiador de calor 1122 puede usarse para aumentar o disminuir la temperatura del concentrado y/o del fluido de alimentación.

En esta prueba, el sistema de separación 1100 incluyó los separadores de membrana 1106, 1108, 1110, 1112 elegidos para proporcionar un área total de separador de membrana de 15 pie cuadrados. Adicionalmente, un fluido de perforación Rheliant System® que incluye 0.91 kilogramos por barril ("kpb") de dispersante Rheduce® se eligió como el fluido de alimentación. Una PSD del fluido de alimentación se muestra en la figura 12. Las propiedades del fluido de alimentación, el permeado, y el concentrado se muestran a continuación en la tabla 10.

El fluido de alimentación que tiene una densidad de 8.68 ppg se hizo circular a través del sistema 1100 durante aproximadamente 4.25 horas. El fluido de alimentación se separó mediante el sistema de separación 1100 en un permeado que tenía una densidad disminuida de 6.61 ppg y un concentrado que tenía una densidad aumentada de 10.83 ppg. Como puede verse en la tabla 10, el sistema de separación 1100 separó el contenido de cloruro en el concentrado y aumentó la densidad del contenido de cloruro. Aproximadamente se recolectó el 65% de peso del petróleo contenido dentro del fluido de alimentación. Debido a que no hay presentes partículas visuales en el permeado, no se pudo realizar una PSD.

Ejemplo 7: Filtración por separador de membrana de un fluido de perforación VersaPro® En esta prueba, se usó el sistema de separación 1100 para separar una muestra de un fluido de perforación VersaPro®, disponible comercialmente de Hagemeyer North America, Inc. de Charleston, Carolina del Sur. Las propiedades iniciales del fluido de alimentación además del permeado recolectado y las propiedades del concentrado pueden encontrarse a continuación El fluido de alimentación que tenía una densidad de 8.7 ppg se hizo circular a través del sistema 1100 durante aproximadamente cinco horas. El fluido de alimentación se separó por el sistema de separación 1100 en un permeado que tenía una densidad de 6.87 ppg y un concentrado que tenía una densidad de 10.66 ppg. Como puede verse en la tabla 11, el sistema de separación 1100 separó el contenido de cloruro del fluido de alimentación en el concentrado, y aumentó la concentración del contenido de cloruro. Aproximadamente se recolectó el 65% de peso del petróleo contenido dentro del fluido de alimentación. Debido a que no hay presentes partículas visuales en el permeado, no se pudo realizar una PSD.

Un número limitado de modalidades ejemplares de la presente invención se han discutido en la presente. Los expertos en la materia apreciarán que pueden diseñarse una variedad de sistemas de separación que -están dentro del alcance de la presente descripción. En dependencia de una variedad de factores tales como, por ejemplo, la composición de la lechada, las limitaciones de espacio, las restricciones medioambientales, etc., puede ser ventajoso adaptar un cierto sistema de separación descrito en la presente para que cumpla con los requisitos de diseño. Por ejemplo, puede ser ventajoso incluir uno o más lazos de reciclaje, en el que cada lazo de reciclaje dirige el fluido desde un punto deseado en el sistema a un punto precedente en el sistema. También puede ser ventajoso incluir al menos un intercambiador de calor, en donde el intercambiador de calor aumenta o disminuye la temperatura de un fluido en el sistema. Además puede ser ventajoso inyectar al menos un aditivo químico en una lechada en al menos un punto en el sistema. Mediante la alteración de los sistemas de separación descritos en la presente, pueden diseñarse sistemas de separación únicos para cumplir con un rendimiento específico y requisitos de diseño.

Un sistema de separación de acuerdo con modalidades descritas en la presente puede ventajosamente tener una pequeña huella que puede acomodarse sobre una plataforma de equipo de perforación fuera de costa. Adicionalmente , las modalidades descritas en la presente pueden proporcionar un sistema de separación mecánica robusto que puede usarse continuamente durante la perforación y otras operaciones de tratamiento de agujeros. Además, puede tratarse una variedad de fluidos cargados de sólidos usando el proceso mecánico descrito anteriormente independientemente de la formulación o composición de los mismos.

Los sistemas de separación de acuerdo con modalidades descritas en la presente también pueden reducir o eliminar los costos asociados con la creación de nuevos fluidos y el tratamiento de fluidos agotados usando aditivos químicos. Eliminar la necesidad de aditivos químicos puede aumentar la previsibilidad de éxito del sistema de separación por la eliminación de la variabilidad asociada con los procesos basados en químicos. Además, eliminar el uso de aditivos químicos y la creación de nuevos fluidos puede mejorar las condiciones de salud, de seguridad, y medioambientales. Adicionalmente, el riesgo de sobrantes de tratamientos químicos los que pueden ser perjudiciales para el uso del producto final tales como, por ejemplo, polímeros y agentes tensoactivos, pueden eliminarse.

El permeado recolectado de un sistema de separación de acuerdo con modalidades descritas en la presente puede contener ventajosamente pocos o ningún sólido. Específicamente, como se discute anteriormente en los ejemplos 1 y 2, un sistema de separación que tiene múltiples centrífugas puede producir un fluido que tiene 10% de contenido de sólidos mientras que un sistema de separación que incluye un separador de membrana, de acuerdo con modalidades descritas en la presente, puede producir un permeado que tiene aproximadamente 0.5% de contenido de sólidos. Por lo tanto, un sistema de separación que incluye un separador de membrana puede reducir significativamente la cantidad de sólidos presentes en un fluido filtrado. Adicionalmente, en modalidades seleccionadas, la presente descripción puede proporcionar un sistema de separación que puede usarse para aceptar continuamente fluidos cargados de sólidos desde un agujero, separar los sólidos de los fluidos, y devolver los fluidos hacia el agujero.

Aunque la invención se describe con respecto a un número limitado de modalidades, los expertos en la materia, gozando del beneficio de esta invención, apreciarán que otras modalidades pueden idearse sin apartarse del alcance de la invención como se describe en la presente. De acuerdo con esto, el alcance de la invención solamente se debe limitar por las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para separar sólidos de fluidos, el sistema que comprende: un fluido cargado de sólidos que comprende un fluido base; un primer separador configurado para recibir el fluido cargado de sólidos y separar el fluido en una parte sólida y un efluente; y un separador de membrana configurado para recibir el efluente y separar el efluente en un permeado y un concentrado.

2. El sistema de la reivindicación 1, en donde el separador de membrana es sustancialmente en forma de tubo, y comprende una pluralidad de aberturas configurada para permitir un flujo cruzado a través del tubo.

3. El sistema de la reivindicación 2, en donde el permeado pasa a través de una pluralidad de poros y en donde el concentrado pasa a través de la pluralidad de aberturas.

4. El sistema de la reivindicación 1, en donde el separador de membrana comprende una superficie de la membrana de acero inoxidable sinterizado con dióxido de titanio.

5. El sistema de la reivindicación 1, en donde el separador de membrana comprende una pluralidad de poros que tienen un tamaño de poro en un rango entre 0.02 miera y 0.5 miera.

6. El sistema de la reivindicación 1, en donde el sistema comprende además un intercambiador de calor.

7. El sistema de la reivindicación 1 , en donde el fluido base comprende al menos uno de uno a base de petróleo, uno de base sintética, y uno a base de agua.

8. El sistema de la reivindicación 1, en donde el fluido cargado de sólidos entra en el separador de membrana a una presión de aproximadamente 6.89 bar.

9. El sistema de la reivindicación 1, en donde el fluido cargado de sólidos entra en el separador de membrana a una temperatura de aproximadamente 87.78°C.

10. El sistema de la reivindicación 1, en donde el fluido cargado de sólidos entra en el separador de membrana a una tasa de flujo de entre aproximadamente 10 y 30 gpm.

11. El sistema de la reivindicación 1, en donde la centrifuga se configura para quitar los sólidos de alta gravedad y en donde el separador de membrana se configura para quitar los sólidos de baja gravedad.

12. Un método para separar sólidos de fluidos, el método que comprende: obtener un fluido cargado de sólidos, en donde el fluido cargado de sólidos comprende un fluido base; alimentar el fluido cargado de sólidos a través de una centrífuga; quitar al menos una parte de los sólidos de alta gravedad del fluido cargado de sólidos; hacer fluir el fluido cargado de sólidos a través de un separador de membrana; quitar al menos una parte de los sólidos de baja gravedad del fluido cargado de sólidos; y recolectar un permeado del separador de membrana.

13. El método de la reivindicación 12, en donde el método comprende además reciclar un concentrado a través del separador de membrana.

14. El método de la reivindicación 12, en donde el separador de membrana comprende una superficie del separador de membrana de acero inoxidable sinterizado con dióxido de titanio.

15. El método de la reivindicación 12, en donde el separador de membrana comprende una pluralidad de poros que tienen un tamaño de poro en un rango entre 0.02 mieras y 0.5 mieras.

16. El método de la reivindicación 12, en donde el fluido base comprende al menos uno de uno a base de petróleo, uno de base sintética, y uno a base de agua.

17. El método de la reivindicación 12, que comprende además hacer fluir el fluido cargado de sólidos a través de un intercambiador de calor.

18. El método de la reivindicación 12, que comprende además adicionar al menos uno de un espesante de lodo y a demulsificador.

19. Un método para usar un separador de membrana en un sistema de perforación activo, el método que comprende: recolectar un fluido de perforación usado; alimentar el fluido de perforación usado a través de un separador de membrana; y hacer fluir un permeado hacia dentro de un sistema de perforación activo.

20. El método de la reivindicación 20, en donde el separador de membrana comprende una pluralidad de poros que tienen un tamaño de poro en un rango entre 0.02 mieras y 0.5 mieras.