NO20121182A1 - Optimalisering av vakuumsystemer og fremgangsmater for torking av borkaks - Google Patents

Description

OPTIMALISERING AVVAKUUMSYSTEMER OG FREMGANGSMÅTER FOR

TØRKING AV BORKAKS

Område for oppfinnelsen

[0001]Oppfinnelsen beskriver systemer og fremgangsmåter for separasjon av fluider fra borkaks. Spesifikt gjelder oppfinnelsen ristere som innbefatter et vakuumsystem og fremgangsmåter for å operere slike systemer for å kunne sette i gang en høy grad av fluidseparasjon. Systemet og fremgangsmåtene vil være effektive over et stort spekter av siktstørrelser, vakuumstrømmer og vakuumdesign.

Bakgrunn for oppfinnelsen

[0002]Tap av borefluider byr på flere tekniske og kostnadsmessige utfordringer for bransjer som leter etter energi. Disse utfordringene innbefatter generelle tap på grunn av pipling av borefluider til formasjonen, gjenvinning av borefluider på overflaten, og / eller avhending av boreavfall eller borkaks som har blitt kontaminert med borefluid. Innen konteksten av denne oppfinnelsen, vil «borefluid» være både fluid som er fremstilt på overflaten, brukt i en uendret tilstand for boring, så vel som alle fluider som blir gjenvunnet fra en brønn som vil kunne innbefatte vann og hydrokarboner.

[0003]Som vil kunne være kjent, og ved hjelp av bakgrunn, kan det i løpet av et boreprogram ved en utgravings- eller boreprosess være et tap av borefluider i et nivå som nærmer seg 300 kubikkmeter med tapt borefluid. Med noen borefluider, som kan ha verdier i overkant av $ 1600 per kubikkmeter, vil tapet av slike volumer med fluid representere en vesentlig kostnad for boreoperatørene. Borefluider vil generelt værekarakterisertsom enten «vannbaserte» eller «oljebaserte» borefluider som vil kunne innbefatte mange kostbare og spesialiserte kjemikalier, hvilket vil være kjent for fagpersoner på området. Som en følge av dette vil det være ønskelig med et minst mulig tap av borefluider i løpet av et boreprogram, med det resultatet at det har blitt brukt mange teknikker for å kunne minimere tap av borefluid, både nedihulls og på overflaten. I tillegg, i noen områder vil leveranse av olje eller vann for formuleringen av borefluider by på flere kostbare utfordringer i noen operasjoner; spesifikt vil ørken- og offshoreområder, og til og med noen områder av lokalsamfunn, ikke kunne tillate tildeling av vann for slik bruk.

[0004]Som notert ovenfor, vil et særskilt problem være separasjon av borefluider og eventuelle hydrokarboner fra formasjonen, som vil kunne være festet til borkaksen (kollektivt betegnet som «fluider») på overflaten. Den effektive separasjonen av forskjellige fluider fra borkaks har blitt oppnådd med forskjellig teknologi, innbefattet men ikke begrenset til; hydrosykloner, slamrensere, ristere med lineære bevegelser, rullesentrifuger, vertikale kurvsentrifuger (VBC - «vertical basket centrifuges»), vakuumanordninger og vortex separatorer. Som vil kunne være kjent for fagfolk på området, vil disse anordningene kunne leies ut til kostnader som vil spenne fra $ 1000 til $ 2000 per dag, og som en følge av dette vil de kunne representere en betydelig kostnad for operatørene. Dermed, den gjenvinningen av fluider som er nødvendig for å kunne hente inn disse kostnadene vil kreve at den gjenvunnede fluidverdien er større enn leiekostnaden for utstyret for at gjenvinningskostnaden skal være økonomisk berettiget. På utgravingsprosjekter, hvor det vil være store mengder med kostbart borefluid som blir tapt (for eksempel i overkant av 3 kubikkmeter per dag), så vil de daglige leieutgiftene for spesialisert separasjonsutstyr kunne tilveiebringe en gunstig økonomi. I tillegg vil en operatør også være en faktor i miljøvirkningene og / eller kostnadene for avhending av borefluidkontaminert borkaks ved utforming av deres separasjons- / gjenvinningssystemer for fluider / borkaks.

[0005]Enda lenger videre, de tidligere teknikkene for å separere borefluid fra borkaks vil også ha brukt systemer for sprøyting av væske, for å kunne levere «vaskende» væsker til borkaksen etter hvert som de blir prosessert over rister-utstyret. Slike vaskende væsker, og tilhørende systemer for tilførsel av fluider, vil bli brukt til å levere forskjellige vaskende fluider etter hvert som borkaksen blir prosessert over en rister, og vil kunne innbefatte et bredt spekter av utforminger for å levere forskjellige vaskefluider, avhengig av type borefluid som vil bli prosessert. For eksempel vil vaskende fluider kunne være omfattet av olje, vann eller glykol, avhengig av det borefluidet og den borkaksen som blir prosessert over risteren. Generelt vil disse vaskende fluidene kunne bli brukt til å senke viskositeten og / eller overflatespenningen for fluidene, siden anvendelse av fortynnende fluider ofte produserer uakseptabel økning av volum på borefluidet og / eller endringer i kjemisk konsistens, og dermed de rheologiske egenskapene for borefluidet.

[0006]Således, mens forskjellige separasjonssystemer ofte vil være effektive og ha god en virkning i å oppnå et visst nivå av separasjon for fluider / borkaks, vil hver form for separasjonsteknologi generelt kun bli effektivt betjent innenfor et bestemt område av betingelser eller parametere og ved særskilte prispunkter. For eksempel vil standard ristere som benytter sikter, være relativt effektive og konsekvente ved fjerning av en bestemt mengde borefluid fra borkaks hvor, under en typisk betjening av en rister, en operatør generelt vil kunne være i stand til å sette i gang separasjon av borefluid / borkaks til et nivå på 12 - 40 % ved vekt av fluider i forhold til borkaksen (det vil si at 12 - 40 % av den samlede massen med gjenvunnet borkaks vil være borefluid). Spennvidden for vekt % av fluider / borkaks vil generelt kunne bli styrt av siktstørrelsen, hvor en operatør vil kunne sette i gang en høyere grad av separasjon av fluider / borkaks ved å bruke en større sikt-åpning (for eksempel 50 - 75 mesh), og en lavere grad av separasjon av fluider / borkaks ved å bruke en mindre sikt-åpning (for eksempel opp til 325 mesh). Avveiningen mellom å bruke en sikt med stor mesh og en sikt med liten mesh vil være effekten av mesh-sikt størrelse på mengden av faste partikler som passerer gjennom sikten. Det vil si, mens en operatør vil kunne være i stand til å redusere de fluidene som blir holdt tilbake på borkaks som kommer ut fra risteren med en større mesh-sikt (50 - 75 mesh), vil problemet med en større mesh-sikt være at en vesentlig større mengde med faste partikler vil kunne passere gjennom sikten, som da vil ha betydelig innvirkning på reologien og densiteten for de gjenvunnede fluidene og / eller kreve anvendelse av en ytterligere og potensielt mindre effektivt separasjonsteknologi for å fjerne de faste partiklene fra de gjenvunnede borefluidene. Omvendt, anvendelse av en liten mesh-sikt, samtidig med at man potensielt minimerer behovet for ytterligere nedstrøms teknikker for separasjon for å fjerne faste partikler fra gjenvunnede borefluider, vil føre til vesentlig større volumer med borefluider som ikke blir gjenvunnet, siden det er mer sannsynlig at disse vil passere over siktene og dermed føre til øket tap av borefluider og / eller gjøre det nødvendig med etterfølgende prosessering.

[0007]Følgelig, i mange operasjoner vil operatøren ha som betingelse at gjenvunnet fluid fra en rister går til ytterligere prosessering med en type sentrifugalkraftanordning for å redusere fluiddensiteten og fjerne mest mulig av de finfordelte faste partiklene før resirkulering eller gjenvinning av borefluidet. Imidlertid vil en slik kondisjonering kreve mer kostbart utstyr, så som sentrifuger, rullende sentrifuger, hydrosykloner, og så videre, som da vil gi en økning av de samlede kostnadene for gjenvinning. Disse prosesseringsteknikkene vil også direkte kunne være påvirket av kvaliteten på det fluidet som blir prosessert der slik at fluider som på forhånd har blitt prosessert av ristere som bruker grov sikt, ikke vil bli fullt så optimaliserte som de som har blitt tatt i mot fra finere sikter.

[0008]Videre vil den ytelsen for sentrifuger og hydrosykloner og annet utstyr kunne bli direkte påvirket av viskositet og densitet for det fluidet som blir matet inn. Som en følge av dette, vil en gjenvinningsteknikk for borefluider kunne gjøre det nødvendig med mer aggressive teknikker, så som større g-krefter og / eller vakuum for å sette i gang separasjon som typisk vil forårsake dekomponering av borkaksen.

[0009]Således vil operatøren forsøke å jevne ut kostnadene ved tap av borefluider med kvaliteten på det fluidet som blir gjenvunnet, sammen med andre vurderinger. Mens operatører typisk vil ha få valgmuligheter når det gjelder kvalitet på tilgjengelige teknikker for prosessering av borkaks og gjenvinning av fluid, vil mange operatører betjene et separasjonsutstyr slik at densiteten for den gjenvunnede borefluidet fra separasjonsutstyret vil være omtrent 200 - 300 kg/m<3>tyngre enn densiteten for det sirkulerende fluidet i systemet. Dette tyngre fluidet, som ville inneholde signifikante mengder med finfordelte faste partikler og som, når det blir etterlatt i borefluidet, enten umiddelbart eller over tid, vil ødelegge for prestasjonen for borefluidet eller en hvilken som helst annen type av fluid.

[0010]Som en følge av dette vil det fortsatt være et behov for systemer som på en økonomisk måte gir en økning av det volumet med fluider som blir gjenvunnet fra en rister, uten at det vil ha en negativ innvirkning på de rheologiske egenskapene for det gjenvunnede borefluidet. Mer spesifikt, det har vært et behov for separasjonssystemer som resulterer i densiteter for det gjenvunnede fluidet som er i et område av 5 - 100 kg/m<3>i forhold til den opprinnelige fluiddensiteten, og som ikke påvirker de rheologiske egenskapene, så som plastisk viskositet og gelstyrke.

[0011]I tillegg har det vært et behov for å utvikle en ettermonteringsteknologi, som er rimelig og som kan forbedre fluidgjenvinningen og som vil kunne gjøre det til en brøkdel av kostnadsnivået, på mekanismer og teknologier som for tiden er satt i bruk.

[0012]Anvendelse av vakuumteknologi har vært en løsning for å få til en forbedring i separasjon av borefluider. Imidlertid vil vakuumteknologi i seg selv kunne by på forskjellige problemer, innbefattet utilstrekkelig separasjon av borkaks / fluider som, slik som bemerket ovenfor, vil kreve ekstra og kostbar nedstrøms prosessering, og dens utilstrekkelighet når det gjelder å kunne fjerne finfordelte partikler fra det gjenvunnede borefluidet som bidrar til en økning av densiteten for det gjenvunnede borefluidet. Videre vil slike aggressive vakuumsystemer dessuten kunne dekomponere borkaksen, slik at det vil bli et større problem med at det dannes finfordelte partikler.

[0013]I tillegg vil forskjellige vakuumteknologier kunne by på støv- og tåkeproblemer på arbeidsplassen slik at, som med de tidligere vakuumteknikkene, vil det være et behov for regelmessig rensing av tilstoppede sikter med høytrykksvasking. Høytrykksvasking av sikter danner luftbåret støv-og tåkefare for operatørene. Dermed vil det fortsatt være et behov for teknologier som minimerer behovet for å vaske sikten.

[0014]Videre fortsatt har vært det et behov for forbedrete systemer for fluidseparasjon på undersiden av en vakuumsikt som vil tillate at det blir trukket relativt store volumer med luft gjennom en vakuumsikt, som på en effektiv og virkningsfull måte skal kunne separeres fra det relativt lille volumet med borefluid som blir trukket gjennom en vakuumsikt. Det vil si at det har vært et behov for forbedrete systemer for separasjon av fluid / luft. Det har også vært et behov for en vakuumteknologi som hjelper til i oksidasjon av fettsyrer inne i et borefluid, og som vil kunne redusere behovet for ytterligere emulgatorer.

[0015]Operasjonelt har det også vært et behov for forbedrete fremgangsmåter for å betjene et vakuumsystem som på en effektiv måte vil kunne minimere risiko for tilstopping av sikten, men som også gjør det mulig med anvendelse av finere sikter.

[0016]Videre fortsatt har det vært et behov for systemer som vil kunne tillate effektiv erstatning av sikter, men som også tilveiebringer forbedrete pakninger og tetning mellom vakuumsystemet og siktene.

Gjennomgang av tidligere teknikk

[0017]En gjennomgang av tidligere teknikk avslører at forskjellige teknologier, inkludert vakuumteknologi, har tidligere blitt brukt for separasjon av borefluider fra borkaks, inkludert vibrerende ristere.

[0018]For eksempel beskriver US patent nr. 4,350,591 en renseapparatur for boreslam, som haren skråstilt rullebeltesiktog avgassingsapparatursom innbefatter en hette og en ventilator. US patentpublikasjon nr. 2008/0078700 viser en selvrensende vibrerende rister som har sprøytedyser, og som vil kunne bli ettermontert for rensing av sikter. Canadisk patentsøknad nr. 2,664,173 beskriver en rister med et trykkdifferensialsystem som anvender et ikke-kontinuerlig trykk over sikten, og annen tidligere teknikk, innbefattet US patent 6,092,390, US patent 6,170,580, US patentpublikasjon 2006/0113220 og PCT publikasjonsnr. 2005/054623 beskriver forskjellige teknologier for separasjon.

[0019]Dermed, mens tidligere teknologier til en viss grad vil kunne være effektive i å gjøre det mulig med separasjon av borefluid / borkaks, er den tidligere teknikken stilltiende når det gjelder aspekter ved utforming og betjening av separasjonsanordninger som gjør det mulig med vesentlig høyere nivå av fluidfjerning. Spesifikt, den tidligere teknikken er stilltiende når det gjelder å oppnå fluider som har blitt holdt tilbake på borkaksnivå på under omtrent 12 % ved vekt, og som ikke har ugunstig effekt på densiteten for det gjenvunnede borefluidet.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0020]I samsvar med oppfinnelsen, vil nå systemer og fremgangsmåter for forbedrete vakuumsystemer, for separasjon av borefluid fra borkaks bli beskrevet.

[0021]I en første utførelsesform er det tilveiebrakt en apparatur for å forbedre separasjon av borefluid fra borkaks på en rister, der apparaturen vil være omfattet av: en ristersikt som har en øvre side og en nedre side for å støtte opp borkaks som har blitt kontaminert med borefluid inne i en rister; et luftvakuumsystem som er operativt koplet til en seksjon av ristersikten for å dra ut et effektivt volum av luft gjennom seksjonen av ristersikten for å kunne forsterke strømmen av borefluid gjennom seksjonen av ristersikten og separasjonen av borefluid fra borkaks; og et oppsamlingssystem for borefluid, for å kunne samle opp det separerte borefluidet fra undersiden av sikten og luft-vakuumsystemet; hvor luft-vakuumsystemet trekker ut et volum med luft gjennom sikten som minimerer skade på borkaksen, samtidig med at den mengden av borefluid som blir fjernet fra borkaksen blir større og at det opprettholdes en effektiv strøm av borkaks ut fra risteren.

[0022]I en rekke utførelsesformer vil oppfinnelsen kunne tilveiebringe ytterligere funksjoner og konstruksjoner.

[0023]I en utførelsesform innbefatter luft-vakuumsystemet: en vakuummanifold for operativ forbindelse til en rister og en seksjon av ristersikten; en vakuumslange som er operativt forbundet til vakuummanifolden og en vakuumpumpe som er operativt forbundet til vakuumslangen.

[0024]I oppfinnelsen videre et separasjonssystem for fluid / gass som er operativt forbundet til vakuumpumpen.

[0025]I en annen utførelsesform vil separasjonssystemet for fluid / gass være et multi-trinns fluidseparasjonssystem.

[0026]I en annen utførelsesform vil vakuummanifolden ha et traktformet parti for operativ forbindelse til en vakuumslange.

[0027]I en enda en utførelsesform vil vakuummanifolden være plassert grensende til nedstrømsenden av ristsikten.

[0028]I ytterligere utførelsesformer vil vakuummanifolden strekke seg opp til 75 % av den totale lengden av ristersikten mot oppstrømsenden, opp til 33 % av den totale lengden av ristersikten eller opp til 15 % av den totale lengden av ristersikten. I en utførelsesform vil vakuummanifolden være tilpasset for konfigurasjon til ristersikten over 5 - 15 % av lengden av ristersikten.

[0029]I enda flere utførelsesformer vil vakuumpumpen være justerbar for å kunne regulere vakuumtrykket og / eller vil anvende et pulserende vakuumtrykk.

[0030]I en annen utførelsesform vil vakuummanifolden innbefatte et posisjonenngssystem for å kunne endre posisjonen på vakuummanifolden med hensyn til ristersikten.

[0031]I en enda en utførelsesform vil ristersikten innbefatte en risterramme, og risterrammen og tilhørende risterelementer vil være fremstilt av komposittmaterialer.

[0032]I enda flere utførelsesformer vil ristersikten være en 50 - 325 mesh eller en kombinasjon derav, eller 80-150 mesh eller en kombinasjon derav.

[0033]I en utførelsesform vil vakuumsystemet trekke luft gjennom sikten ved en hastighet på mindre enn 8400 fot per minutt.

[0034]I en annen utførelsesform vil lufthastigheten gjennom sikten være tilstrekkelig til å kunne produsere en konsistens i den borkaksen som går ut fra risteren med halvtørr sement.

[0035]I en annen utførelsesform vil manifolden innbefatte en leppe som støtter opp for en pakning, og sikten vil operativt være i inngrep med pakningen og leppen.

[0036]I ytterligere utførelsesformer vil de borefluidene som er holdt igjen på borkaksen være mindre enn 12 vekt %, mindre enn 10 vekt %, mindre enn 8 vekt %, eller mindre enn 6 vekt %.

[0037]I en annen utførelsesform vil systemet videre kunne omfatte en anordning for luftinjeksjon for operativ injeksjon av en komprimert gass inn i borefluidet for å kunne skumme borefluidet for borefluidet kommer i kontakt med ristersikten.

[0038]I en annen utførelsesform vil systemet videre kunne omfatte en gassdetektor inne i vakuumsystemetfor å kunne måle mengden og / eller sammensetningen av gass som blir frigjort fra borefluidet.

[0039]I en annen utførelsesform vil systemet videre kunne omfatte minst et målesystem for masse, som er operativt koplet til risteren for å måle den relative massen av borkaks og fluid på risteren.

[0040]I en utførelsesform vil systemet videre kunne innbefatte minst to sensorer som har blitt posisjonert på forskjellige steder på ristersengen, og et display-system for å få utgang på den relative massen på risteren ved de forskjellige stedene.

[0041]I en annen utførelsesform vil systemet videre kunne omfatte en spreder som er operativt forbundet med risteren for injeksjon av gass inn i borefluidet før borefluidet blir levert til ristersikten.

[0042]I en annen utførelsesform vil vakuumsystemet kunne være utformet for ettermonteringstilkopling til en rister.

[0043]I et annet aspekt vil oppfinnelsen tilveiebringe en fremgangsmåte for å optimalisere ytelsen for en borkaksrister, som vil være omfattet av trinnene av å: a) introdusere borkaks som er kontaminert med borefluid til en oppstrøms ende av en risterseng som har en ristersikt; og b) anvende en vakuumkraft på ristersikten, tilstrekkelig for effektivt å kunne redusere borefluid som blir holdt tilbake på borkaksen ned til et nivå som er under det som blir oppnådd når det ikke anvendes noe vakuumkraft.

[0044]I en annen utførelsesform vil oppfinnelsen også tilveiebringe trinnet av å gjenvinne borefluid fra undersiden av ristersikten, og hvor den plastiske viskositeten for borefluidet i hovedsak vil være likt med den plastiske viskositeten for et opprinnelig borefluid før introduksjon inn i en brønn.

[0045]I en rekke aspekter ved fremgangsmåten, vil de borefluidene som blir holdt tilbake på borkaksen etter trinn b) være mindre enn 12 vekt %, mindre enn 10 vekt %, mindre enn 8 vekt %, eller mindre enn 6 vekt %.

[0046]I en annen utførelsesform vil det vakuumtrykket som blir anvendt kunne være opp til 75 % av den totale lengden for ristersikten, opp til 33 % av den totale lengden for ristersikten eller til nedstrøms 5 - 15 % av ristersikten.

[0047]I en annen utførelsesform vil luftstrømmen bli regulert for å kunne forhindre blokkering av borkaks på sikten.

[0048]I enda en annen utførelsesform vil luftstrømmen være tilstrekkelig til å produsere en konsistens i den borkaksen som går ut fra risteren med halvtørr sement.

[0049]I ytterligere utførelsesformer, vil luftstrømmen være mindre enn 8400 fot per minutt og / eller luftstrømmen vil bli styrt slik at den forårsaker avskumming av et borefluid.

[0050]I en utførelsesform vil borefluidet bli skummet før det kommer i kontakt med ristersikten.

[0051] I en utførelsesform vil mengden og / eller sammensetningen av gass som har blitt gjenvunnet fra borefluidet bli målt inne i vakuumsystemet.

[0052]I enda en annen utførelsesform vil luftstrømmen gjennom vakuumsikten kunne bli styrt for å sette i gang fettsyre-oksidasjon inne i borefluidet.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0053]Oppfinnelsen vil bli beskrevet med den følgende detaljerte beskrivelsen og tegningene, hvor: Figur 1 er et perspektivisk riss av en perspektivbetraktning av bunnen på en vakuum-rammesammenstilling og manifold i samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 1A er et eksplodert riss fra enden på en sikt, vakuum-rammesammenstilling og manifold i samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 1B er et sideriss av en vakuum-rammesammenstilling og manifold i samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 1C er et perspektivisk riss fra toppen av en vakuum-rammesammenstilling og manifold i samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 1D er et perspektivisk riss av en sikt-sammenstilling i samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 1E er et perspektivisk riss fra bunnen på en vakuum-rammesammenstilling og sikt i samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 2A er et riss fra siden av en ettermontert rister med vakuumramme-sammenstillingen og vakuumsystemet i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 2B er et riss fra siden av en ettermontert rister med vakuumramme-sammenstillingen og vakuumsystemet i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 3A er et riss fra toppen av en ettermontert rister med en sikt og et vakuumsystem i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 3B er et riss fra toppen av en ettermontert rister med et vakuumsystem i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 3C er et riss fra foran av en ettermontert rister med en sikt og et vakuumsystem i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 3D er et riss fra foran av en rister for ettermontering i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 4 er et planriss av en typisk risterseng for ettermontering med en vakuumramme og manifold i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 5 er et planriss av en typisk risterseng for ettermontering med en vakuumramme og manifold som viser vakuumkanaler som leder vekk fra ristersengen i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 6 er et planriss av en typisk risterseng for ettermontering med en vakuumramme og sikt i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 7 er en tabell som viser en kostnadsanalyse av vakuum-prosessert borefluid sammenlignet med tidligere teknikks fremgangsmåte for prosessering; Figur 8 er en graf som viser borefluidsparametere som en funksjon av brønndybden for et borefluid som blir utsatt for en separasjon med roterende vakuum; Figur 9 er en graf som viser borefluidsparametere som en funksjon av brønndybde for et borefluid som blir utsatt for en separasjon med roterende vakuum; Figur 10 er en graf som viser borefluidsparametere som en funksjon av brønndybde for et borefluid som blir utsatt for en separasjon med vakuumsikt; Figur 11 er en graf som viser borefluidsparametere som en funksjon av brønndybde for et borefluid som blir utsatt for en separasjon med vakuumsikt; Figur 12 er et skjematisk diagram av en ytterligere utførelsesform som har et gassinjeksjonssystem i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen; og Figur 13 er en graf som sammenligner primær og sekundær emulgatorbruk i brønner som bruker roto-vak og vakuumsikt teknologier.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0054]I henhold til oppfinnelsen, og med henvisning til figurene, vil det bli beskrevet utførelsesformer av en forbedret fremgangsmåte og apparatur for gjenvinning av borefluid.

[0055]Det vil være viktig at de systemene og fremgangsmåtene som blir beskrevet vil kunne forbedre separasjon av fluider og borkaks som er der, og som vil tilveiebringe en forbedring når det gjelder fjerningen, eller reduksjon av de borefluidene som blir holdt tilbake, på borkaks-verdiene. I tillegg vil de systemene og fremgangsmåtene kunne tilveiebringe bedre separasjon uten vesentlig å påvirke de rheologiske egenskapene for borefluidet.

[0056]Mer spesifikt, oppfinnelsen løser forskjellige tekniske problemer ved tidligere tilnærmelser for rensing av borkaks og gjenvinning av borefluider på overflaten under boreoperasjoner, og spesielt problemer i forbindelse med kjente ristersystemer. I tillegg vil oppfinnelsen tilveiebringe fremgangsmåter for å kunne optimalisere separasjon av fluider fra borkaks som har blitt gjenvunnet på overflaten.

[0057]For illustrasjonsformål viser figurer 2A - 2B og figur 4 en kjent rister 10, som har en generelt flat siktseng 12 som er omfattet av multiple seksjoner 20, over hvilke gjenvunnet borefluid og borkaks vil passere over. Risteren 10 innbefatter typisk en dobbeltmotors ristersystem 14 for å kunne påføre risterenergi til siktsengen. Gjenvunnet borefluid og borkaks fra en brønn blir introdusert til oppstrømsenden av siktsengen 16, hvor blandingen av borefluid og borkaks beveger seg mot nedstrømsenden 18, hvor den «tørkede» borkaksen strømmer av enden av risteren. Den vibrerende bevegelsen på risteren og siktsengen påvirker separasjonen av borkaksen og -fluidene, hvori borefluidet passerer gjennom siktsengen og blir gjenvunnet fra undersiden av risteren 10, og borkaks blir gjenvunnet fra nedstrømsenden 18 av siktsengen. I tillegg til tyngdekraftens virkning for å fremme en separasjon av borefluid / borkaks, vil den vibrerende bevegelsen til siktsengen påføre en mekanisk energi på borkakspartiklene for dermed å kunne «riste løs» fluider, som ved overflatespenning vil kunne være klebet på de utvendige flatene av borkaksen. Ved separasjon vil borefluider kunne strømme ved tyngdekraften, atmosfærisk trykk, hydrostatisk trykk av fluidet på sikten, eller en kombinasjon av alle tre, gjennom den sikten hvor de blir samlet opp. Som vil kunne være kjent, vil denne stilen av rister og annet typisk kunne være i stand til å separere borefluid fra borkaks fra en første verdi av borefluider / borkaks i overkant av 100 vekt % og til et nivå på omtrent 40-15 vekt %.

[0058]Som vist i figurer 2A - 2B, og i samsvar med oppfinnelsen, tilveiebringes risteren med et vakuumsystem 50 plassert under siktsengen 12 for å kunne forsterke separasjon av borefluider fra borkaks og strømmen av borefluid gjennom sikten. Som best er vist i figurer 1 - 1E og 6, tilveiebringes en sikt 7 med minst én vakuummanifold 1, 1a, 1a' for å påføre et vakuumtrykk på undersiden av et parti av sikten 7 og ristersengen 12. Det vil si at vakuummanifolden blir utformet for å kople til undersiden av en sikt for å kunne, etter hvert som borkaks og -fluider passerer over sikten, vil et vakuumtrykk forsiktig oppmuntre passasje av borefluid gjennom sikten og / eller for effektivt å kunne bryte overflatespenningen for fluider som kleber seg til borkaksen og / eller sikten, og dermed forbedre virkningsgraden for separasjon og realisere mindre borefluid som blir holdt tilbake på borkaksnivåer. Det vil også være foretrukket at vakuummanifolden er konisk og / eller kurvet for å legge til rette for at strøm av materialer som har blitt satt under vakuum går vekk fra skjermen, og ellers over tid, minimere risiko for at faste materialer samler seg eller blir avleiret inne i systemet.

[0059]Som vist i figurer 1 - 1E og 2A - 3B, vil den horisontale lengden på vakuummanifolden kunne være utformet for å påføre et vakuum over et relativt lite areal av det samlede arealet på siktsengen 12 og ved nedstrømsenden av sikten. Disse figurene viser et vakuum areal som strekker seg over den fulle horisontale bredden av siktsengen og i en typisk rister omtrent 7 tommer av den totale lengden på siktsengen 12. Denne mengden vil fortrinnsvis være omtrent 5 - 15 % av den totale lengden av siktsengen.

[0060]Anvendelsen av et relativt lite område av det totale arealet for siktsengen vil være foretrukket for å kunne gjøre en avgrensning mellom forskjellige separasjonsmekanismene. Det vil si at det vil være foretrukket at det ved oppstrømsenden av risteren vil være mekaniske separasjonsmekanismer som blir benyttet for å kunne tilveiebringe en sekundær separasjon (i tillegg til risting). Denne fysiske separasjonen av rister- og vakuumseparasjonsteknikker vil maksimere effektiviteten for begge separasjonsteknikker uten at det gir skadelige virkninger fra borkaksforringelser og eventuelle nedstrømseffekter som borkaksforringelser og / eller passasje gjennom sikten ville ha på boringsrheologi, så som blant annet plastisk viskositet. Som forklart i mer detalj nedenfor, vil opprettholdelse av en film av borefluid før endelig vakuumbehandling minimere de abrasive og destruktive virkningene ved at borkaks skraper mot hverandre.

[0061]Det er for eksempel også vist i figur 1, selv om dette ikke er essensielt, at separate vakuummanifolder 1a, 1b' vil kunne bli benyttet over bredden på sikten for å sikre at det kan anvendes en relativt jevn og kontrollerbar mengde med vakuumtrykk over sikten.

[0062]Som vist i figurer 1B, 1E, 3A og 3C, vil siktende sikt(er) 7 være operativt festet til en vakuumramme og manifold 1 med en et fluidførende rør/ vakuumrør 3 til et vakuumsystem 50 med en vakuummåler 12d og en fast vakuumanordning 12f (Figur 3A) eller variabel vakuumanordning 12g (figur 3B). Begge utførelsesformer har et system 13 for fluidseparasjon og -oppsamling, som tillater at gjenvunnet borefluid blir separert fra vakuumsystemet til en lagringstank for gjenbruk.

[0063]Figurer 2A og 2B viser en foretrukket utførelsesform av et fluidseparasjonssystem 13, som har multi-trinns separasjon av fluid / faststoff. I dette systemet er det en primær akkumulatortank 51 som gjør det mulig meden første trinns fluid / gass separasjon. En sekundær akkumulator 52, i serie med den primære akkumulatoren vil sørge for sekundær fluid / gass separasjon. Hvert trinn innbefatter egnete registreringssystemer og ventiler for fluidnivå, for å sikre systemavstengning for det tilfelle at akkumulerte fluidnivåer skulle bli for høye. Fluidseparasjonssystemet 13 vil bli konfigurert til vakuumrammen og - manifolden 1og til en vakuumkompressor 53. Borefluider vil kunne bli gjenvunnet fra bunnen av akkumulatortanken 51 med åpning 54.

[0064]Som vist i Figurer 2A og 2B, vil vakuumjusteringssystemet kunne være et begrensende hull 12f eller en kontrollert luft / atmosfærisk lekkasje inn i vakuumledningen 12g, hvilket vil være kjent for fagfolk på området. Et begrensende hull gir innsnevring på strømning og fører til en oppbygning i vakuumlinjen, mens en kontrollert atmosfærisk lekkasje ikke begrenser strømningen. Vakuummåleren 12d vil være nyttig for fininnstilling, men er ikke absolutt nødvendig.

Vakuum- til- sikt grenseflate og siktdesign

[0065]Som vist i Figurer 1 — 1E, vil minst en vakuummanifold 1a, 1a' være tilpasset for konfigurasjon og tetning til en sikt 7 med en vakuummanifold støtteramme 6 (kollektiv vakuumramme og -manifold 1). Vakuummanifold støtterammen 6 vil kunne innbefatte en avskjærende stang 8 som definerer et vakuumareal 11 og åpent areal 5. Hver vakuummanifold 1a, 1a' håret generelt traktformet design, som tillater at fluider passerer gjennom sikten for å bli ledet til minst en vakuumslange forbindelse 3. Som vist i Figur 1A, vil den øvre kanten av vakuummanifolden innbefatte et egnet forbindelsessystem og tetningssystem for feste til sikten 7, så som en pardannende leppe 2 og tettende pakning 9. som vist skjematisk i Figur 1A, vil vakuumrammen og - manifolden bli installert over støtteskinner 20 for rister-kurven og sikten 7 forbindes til den øvre siden av vakuumsikten og -manifolden. Et klemfestesystem fester hvert av støtteskinnene, vakuumsikten og -manifolden og sikten sammen. Ettermonteringssammenstillingen for vakuumrammen og - manifolden og sikten til en rister er best vist i Figurer 4-6. Figur 4 viser et riss i plan av en typisk rister og risterseng, hvor de ristende motorene har blitt fjernet av klarhetshensyn. Ristersengen innbefatter en flerhet av separate seksjoner av støtteelementer (20a, b, c, d), hvorpå hvilke en sikt 7 normalt vil være montert på. Seksjonene vil kunne være plassert ved den samme høyden eller ved forskjellige høyder, som vil være kjent for fagpersoner på området. Generelt, dersom seksjonene er ved forskjellige høyder, vil en eller flere oppstrømsseksjoner kunne være høyere enn én eller flere nedstrømsseksjoner.

[0066]Som vist i Figurer 1A og 5, vil vakuumrammen og -manifolden og manifolden bli plassert på toppen av støttelementene, og en sikt blir plassert på toppen slik at vakuumrammen og -manifolden danner et par med undersiden av sikten (Figurer 1A og 6). Et klemfestesystem, så som trykk-kiler, fester vakuumsikten og -manifolden og sikten til støtteelementene. Vakuumslanger vil bli koblet til manifolden ved åpninger 3, med et egnet forbindelsessystem og kjørt til det utvendige på risteren hvor de blir koplet til vakuum- og separasjonssystemet 50.

[0067]I tillegg vil vakuummanifolden og -rammen bli tilveiebragt med en tetning 9 rundt de fire kantene for å sikre effektiv forbindelse mellom rammen og manifolden og forhindre lekkasje av fluider. Tetningen 9 vil fortrinnsvis være en løsningsmiddelresistent pakning, så som Viton™ eller nitrillgummi.

[0068]Det vil også være foretrukket at sikten vil kunne bli fjernet fra vakuumrammen 6 uten at det skal kreves fjerning av vakuummanifolden og - rammen fra støtteskinnene 20.

Eksempler

[0069]En første test av systemet ble gjort under en boreoperasjon ved Nabors 49, en borerigg i Canadas Rocky Mountains. Testen ble utført mens riggen holdt på med boring og et borefluid, som var oljebasert invertert emulsjon, ble brukt. Brønndata og borefluidsegenskaper som ble benyttet under boringen er vist i Tabell 1, og er representative for en typisk brønn og borefluid.

[0070]Vakuumtesten ble utført på en Ml - Swaco Mongoose Shaker.

[0071]For den første testen var bare én side av vakuumsystemet koplet til slik

at de representative prøvene kunne bli samlet opp fra begge sider av sikten for å gi en kvantitativ og kvalitativ vurdering av effekten av vakuum ved separasjon.

[0072]Vakuumsystemet innbefattet en Westech S / N 176005 Modell: Hibon vtb 820 vakuumenhet (max. 1400 CFM). Vakuumenheten dro ved 23 tommer Hg gjennom en 22 tommer x 1 tomme vakuummanifold under testen. En 84 mesh sikt (det vil si åpent areal på 50 % slik at det virkelige strømningsarealet gjennom sikten var 0,07625 ft<2>). Ved drift ble borkaks-strømmen overført dette vakuumgapet i løpet av omtrent 3 sekunder.

[0073]Prøver ble tatt i løpet av testen, og det var en synlig forskjell mellom de som ble prosessert over vakuum-bommen og de som passerte gjennom seksjonen uten å bli utsatt for et vakuum.

[0074]Kvalitativt var den vakuum-prosesserte borkaksen mer granulært og tørrere (tilsvarende i konsistens som halvtørr sement), hvormed den ikke-prosesserte borkaksen (det vil si intet vakuum) hadde en slamlignende tekstur som er typisk for borkaks med høye oljekonsentrasjoner.

[0075]De gjenvunnede testprøvene ble deretter destillert (50 ml prøve), ved anvendelse av en standard oljefelts retorte. Analyse av feltretorten har blitt oppsummert i Tabell 2.

[0076]Disse resultatene viser en signifikant virkning i løpet av omtrent 3 sekunder med eksponering i vakuum. Spesielt viste test 1 at vakuum førte til en forbedring på omtrent 8 volum % i oljegjenvinning fra borkaks om var satt under vakuum.

[0077]Under dette forsøket ble det observert at overdreven og uforanderlig vakuumtrykk og strømningshastighet på 1 tommes sikten kunne gjøre at vakuumsikten overkommer siktvibrasjon og at borkaksen setter seg fast på sikten og dermed forhindrer effektiv utslipp av borkaks fra risteren. Som en følge av dette, vil vakuumsystemet og den siktdesignen som er vist i Figur 5, hvor vakuumet anvendes over omtrent 7 - 10 tommer (typisk omtrent 5 - 15 % av siktlengden), være foretrukket siden større kontroll på vakuumtrykket kan iverksettes. Det vil være viktig at, for å minimere skade på borkaksen ettersom de går over til sikten, bør posisjonen på vakuum være slik at borefluid-puten mellom borkaks og sikten er minimal ved det punktet at borkaksen engasjerer vakuumet og at «tørket» borkaks som ikke har borefluid-puten ikke engasjerer med sikten i et betydelig tidsforløp, for dermed å påføre skade på borkaksen og danne finfordelte partikler som dermed vil kunne gå over til sikten.

[0078]I tillegg vil en pulserende eller konstant variabel strøm i vakuumtrykk kunne bli benyttet som et middel for effektiv stripping av borefluid fra borkaks. Driftsfrekvensen for slike pulseringer og / eller grad av pulstrykk variasjon vil kunne varieres for å forhindre akkumulert frysing av borkaks på sikten mens man samtidig minimerer den tiden som tørr borkaks er i kontakt med sikten.

[0079]Videre fortsatt, som vil være kjent, borefluider til en rister vil ofte være skummet som en følge av oppløste gasser inne i borefluidet, som utvider seg på overflaten og som gjør at borefluidet skummer.

[0080]Tidligere har disse skummede borefluidene redusert ytelsen for risteren som, avhengig av skummingsgraden, vil kunne kreve tilsats av skumdempere for å gjøre det mulig med effektiv separasjon av borefluid ved anvendelse av en rister. I samsvar med oppfinnelsen, vil anvendelse av vakuum ikke bare avskumme borefluidet, det har blitt registret at skummet borefluid som blir utsatt for vakuum også vil oppnå bedre separasjon av borefluid /borkaks, hvori et skummet borefluid vil kunne føre til 1 vekt % reduksjon i borefluider som blir holdt tilbake i borkaksverdien. Som en følge av dette, i en utførelsesform tilveiebringer oppfinnelsen en effektiv fremgangsmåte for avskumming av et borefluid som en følge av fremgangsmåten med rister/vakuum. I tillegg vil et borefluid også kunne bli gjort til gjenstand for behandling med forhåndsskumming med en komprimert gass for å kunne forbedre den etterfølgende fremgangsmåten med rister/vakuum. Forhåndsskumming vil kunne oppnås på forskjellige måter innbefattet, men ikke begrenset til, plassering av en spreder 100 (med et gassinjeksjonssystem) i fluidstrømmen før fluidet passerer over risteren (Figur 12). I tillegg vil virkningen fra vakuumet også tilveiebringe avgassingsevne som kan virke som et system med tidlig varsling for det tilfellet at betydelige mengder av farlige gasser blir holdt inne i borefluidet. Som forklart i mer detalj nedenfor, vil anvendelsen av en eller flere gass-sensorer 101 under siktene signalisere om en betydelig mengdegass som kan være utløsende for å benytte avgassingsutstyr.

Kostanalyse

[0081]Figur 7 viser en analyse av representative kostnadsfordeler ved anvendelse av separasjonssystemet i henhold til oppfinnelsen. Som vist, borefluidvolumer og borkaksvolumer blir beregnet med grunnlag i en særskilt lengde av borehull og borehullsdiametre.

[0082]Figur 7 viser at, i løpet av et representativt 8 dager boreprogram, med bare en 3 vekt % forbedring av borefluid som holdes tilbake på borkaks, ville det bli spart $ 7291 i fluidkostnader basert på at gjenvinning av borefluid har en verdi på $ 900 per kubikkmeter.

[0083]Som forklart nedenfor, disse er konservative tall siden det vil kunne oppnås mer enn 3 vekt % forbedring og med borefluider som har betydelig høyere verdi. For eksempel, og i et annet scenario, dersom 2,4 + kubikkmeter med borefluid per dag skulle bli gjenvunnet fra en typisk installasjon som haren fluidverdi på $ 1650 / m<3>, ville kostnadsbesparelsen kunne bli minst $ 4000 / dag.

[0084]Sammenlignet med et system med tidligere teknikk, eller et konvensjonelt system, hvor slik tidligere teknikks prosesseringsutstyr for borkaks krever mobiliserings- og demobiliseringskostnader så vel som at det koster $ 1500 - $ 200 per dag i leieavgifter, vil konvensjonelt borkaksutstyr ikke være kostnadseffektivt som et middel for effektiv reduksjon av de samlede kostnadene i et boreprogram. Imidlertid, system i samsvar med oppfinnelsen vil kunne bli satt ut til en betydelig lavere dagskostnad, og vil kunne tillate at operatøren oppnår en netto tilbakebetaling forfluidgjenvinningen.

Andre felttester

[0085]Ytterligere felttester ble gjennomført med resultater slik som vist i Tabell 3.

[0086]De dataene som er presentert viser virkningen av forskjellige vakuum-strømningshastigheter, manifold dimensjoner, vakuumtrykk, beregnete lufthastigheter og målte borefluider holdt tilbake på borkaksverdier. Kjøringene innbefattet sikt mesh-størrelser på 84, 105,130 eller 145 mesh. I hvert tilfelle ble vakuumpumpen operert ved en strømningshastighet på 400 cfm med unntak av Kjøring 1, hvor det ble brukt en svært høy strømningshastighet, og Kjøring 4 som viser resultater når det ikke ble brukt noe vakuum. For hver kjøring og for hver manifolddimensjon, ble det observerte vakuumtrykket registrert og hadde et spenn fra 7 tommer Hg til 23 tommer Hg. Det maksimale trykket som vakuumpumpen var i stand til å trekke var 27 tommer Hg dersom vakuumåpningene var fullstendig lukket av. Basert på manifoldstørrelsen og vakuumpumpens strømningshastighet, ble en beregnet lufthastighet bestemt. Dermed, den beregnede lufthastigheten for Kjøring 1, hvor det åpne manifoldarealet var 0,17 ft<2>, var omtrent 8400 fot per minutt.

[0087]Kjøring 1 viser resultatene fra en høy beregnet lufthastighet gjennom sikten. Denne strømningshastigheten førte til at borkaksen «frøs» på sikten, som da gjorde at borkaksen bygget seg opp på det området. Dette gjorde det nødvendig at risteren ble stoppet ette noen få minutter med drift for å skrape av det vakuumerte arealet med borkaks. Resultatene viser at denne høye lufthastigheten var effektiv for å fjerne fluid fra borkaks (det vil si at 7 vekt % fluid holdt tilbake på borkaks), men som fra et driftsmessig perspektiv var ineffektivt på grunn av kravet om manuelt klar borkaks.

[0088] Kjøringer 2 og 3 viser effekten av å øke manifoldarealet med en tilsvarende reduksjon i lufthastighet. I hvert av disse tilfellene var systemet operasjonelt ved at borkaksen ikke frøs på sikten og dermed kunne tillate kontinuerlig drift.

[0089] Kjøring 4 viser grunnlinjeverdier for en rister uten at vakuumet er slått på. I dette tilfellet var det borefluidet som ble holdt tilbake på borkaksen 19 vekt %.

[0090] Kjøringer 5 - 11 viser effekten av varierende sikt-mesh størrelse og effekten av borefluid holdt tilbake på borkaks. Som vist, hver av disse kjøringene var operasjonelle og førte til et vesentlig mindre borefluid holdt tilbake på borkaksverdier. Det er viktig, og det noteres, at en finere sikt (for eksempel 130 mesh) viste borefluid holdt tilbake på borkaks så lavt som 5,6 vekt %.

[0091]Fra et operasjonelt perspektiv, med borefluid holdt tilbake på borkaksverdier i området av 5 - 9 vekt %, vil den gjenvunnede borkaksen ha utseende og konsistens som en halvtørr sement.

[0092]Tabell 4 viser ytterligere detaljer om egenskapene for de forskjellige prøvene som er gjenvunnet fra overflaten av en 130 mesh sikt og materialbalansen for anvendelse ved beregning av vekt % og volum % fir det borefluidet som er holdt tilbake på borkaksverdier.

[0093]Som vist i figurer 8 - 11, en sammenligning mellom gjenvunnede borefluider fra forskjellige siktsystemer har blitt vist. Figurer 8 og 9 viser effekten av en aggressiv siktseparasjons teknikk som bruker en roterende vakuumanordning i samsvar med den tidligere teknikken. I en roterende vakuumanordning vil borkaksen gå inn i et roterende siktrør, til hvilket det vil bli anvendt et høyt vakuumtrykk. Fluid vil bli trukket ut til det utvendige av røret, siden borkaks blir kastet rundt seg selv under rotasjon av røret. Som vist i Figurer 8 og 9, vil egenskapene for borefluidet (ved en gitt dybde) ved anvendelse av roterende vakuumteknikker bli målt og satt opp i diagramform. De samme egenskapene ble målt og satt opp i diagramform, slik som vist i Figurer 10 og 11 for et borefluid som bruker siktvakuums teknikker i samsvar med oppfinnelsen. Som vist i Figurer 8 og 9, ble de rheologiske egenskapene, så som plastisk viskositet (PV) og 10 minutters gelstyrker ble betydelig påvirket over tid som en følge av den fysiske forringelsen av borkaksen fra driften av den roterende vakuummaskinen, hvor signifikante økninger i begge disse verdiene ble målt. Som en sammenligning, som vist i Figurer 10 og 11, holdt verdiene for både PV og 10 minutters gelstyrker seg stabile for teknikkens gjenstand. Emulsjonsstabilitet var også gunstig med vakuumsikten slik som vist ved en økende emulsjonsstabilitet for vakuumsiktsteknikken.

[0094]Således, teknikkens gjenstand adresserer et av nakkeproblemene med tidligere systemer, hvor aggressiv separasjon av borefluider fører til signifikante og skadelige effekter på borefluidsrheologien. Det vil si, teknikkens gjenstand tar vare på rheologi og spesielt plastisk viskositet, 10 minutters geltider og vil kunne forbedre emulsjonsstabilitet, ved vesentlig reduksjon i konsentrasjonen av finfordelte faste stoffer i det gjenvunnede fluidet, slik at reologien ved det gjenvunnede fluidet ikke vil bli betydelig påvirket.

[0095]Videre fortsatt, for å demonstrere en reduksjon i produksjon av finfordelte stoffer, har en post-prosesserings sammenligning, av det borefluidet som har blitt gjenvunnet av en roterende vakuumanordning og en vakuumsikt anordning som bruker en standard sentrifuge, avslørt at borefluid som blir gjenvunnet fra en vakuumsikt hadde en brøkdel (mindre enn 10 % av volumet) med de finfordelte partiklene sammenlignet med en roterende vakuumanordning.

[0096]Videre fortsatt, anvendelsen av en vakuumsikt i samsvar med oppfinnelsen vil også kunne ha en positiv effekt på fluidrheologi ved å fremme oksidasjon av fettsyrer i et oljebasert borefluid som kan forbedre emulgatorbruk i en brønn. Med henvisning til Figur 13, er det vist en sammenligning av primær og sekundær emulgatorbruk i brønner som benyttet vakuumsikt- og roto-vak teknikker. Som vist, vakuumsikten krevde ingen eller minimale ekstra emulgatorer som skal settes til de gjenvunnede borefluidene under boringsforløpet, hvormed roto-vak brønnen krevde ytterligere emulgatorer. Spesielt, i tilfeller hvor fettsyre emulgatorer kan bli oksidert, vil anvendelsen av vakuumsikter hjelpe til i oksidasjon av de fettsyrene ved å tilveiebringe høy luftstrømning og blanding av borefluid som fremmer oksidasjon av fettsyre. For eksempel, resultatet av forbedret oksidasjon av umettede fettsyre emulgatorer kan være forbedrete emulgeringsegenskaper for det resirkulerte borefluidet etter at slike borefluider blir tilført på nytt i brønnen. Det vil si, siden fettsyrer blir oksidert, vil oksideringen motvirke de potensielt skadelige effektene ved borkaks, som således bidrar til en mer konsekvent fluidviskositet som ikke vil kreve tilsats av ytterligere emulgatorer og dermed vil forbedre de kjemiske vedlikeholdskostnadene for et boreprogram.

Andre design- og operasjonelle vurderinger

Justerbart vakuum

[0097]Det er forstått at en operatør vil kunne justere vakuumtrykket, siktstørrelsen og / eller vakuumarealet for å kunne optimalisere borefluidsseparasjon for et gitt felt scenario.

[0098]Videre fortsatt, i andre utførelsesformer vil vakuumtrykk og -sted kunne bli justert basert på det relative arealet på vakuummanifolden med hensyn til undersiden av en sikt. For eksempel vil en vakuummanifold kunne bli tilveiebragt med overlappende plater som ville kunne tillate at en operatør effektivt utvider eller snevrer inn bredden på manifolden slik at det åpne arealet for manifolden vil kunne varieres under drift gjennom et passende justeringssystem for således å gjøre det mulig for operatøren å optimalisere separasjon av borkaks / fluid og spesielt den tiden som borkaksen vil være eksponert for et vakuumtrykk.

Siktrensing

[0099]En annen notert fordel med systemet er det reduserte kravet om rensing av sikten. Som vil være kjent innen dette området, umodifiserte ristersystemer vil kreve at en sikt, og spesielt nedstrømsområdene for en sikt, skal bli renset regelmessig på grunn av at sikten tetter seg igjen. Til sammenligning, på grunn av vakuumsystemet, vil ikke siktrensing være påkrevet så ofte, som i tilfelle for hydrokarbonbaserte fluider vil minimere helsefare fra ødeleggende tåkedannelser som blir inhalert av den personen som utfører denne oppgaven.

Valg av siktstørrelse

[00100] Til syvende og sist, valg av siktstørrelse vil i hovedsak bli foretatt med grunnlag i viskositeten på borefluidet, hvor en operatør vil kunne velge en finere sikt for fluider med lavere viskositet og en grovere sikt for fluider med høyere viskositet. Imidlertid vil operatøren generelt velge den fineste sikten for en gitt viskositet for borefluid som vil tilveiebringe et ønskelig eller optimalt fluid holdt tilbake på borkaksverdien.

Siktdesign

[00101] Videre, ved at kurver på risteren har en tendens til alle å være av en lik størrelse selv innenfor spesifikke rister-modeller, vil forskjellige modifikasjoner kunne bli gjort på design av sikten for å sikre at borkaks ikke arbeider seg vei mellom gap som vil kunne befinne seg innenfor utstyret. For eksempel vil et gap ofte kunne befinne seg mellom siktens kant og risterkurven, slik at borkaks / borefluid går gjennom dette gapet og arbeider seg vei gjennom mellom sikten og vakuummanifolden; selv med en pakning installert. Således, i en rekke utplasseringer og / eller forskjellige ristermodeller, vil det kunne vær nødvendig med forbedrete tetningssystemer, så som en oppreist leppe fra manifolden og inn i siktlegemet for å forbedre tetningen og / eller tilsatsen av pakningsmaterialet til siden av sikten mellom siktsiden og kurven for å forhindre at faste stoffer faller ned inn i det nedre området av brettet.

Gassdetektor

[00102]Det vil også være foretrukket å ha en gassdetektor 101 i mottaksområdet for vakuumet og / eller under sikten for å kunne registrere oppbygging av skadelige gasser inne i kammeret. Gassdetektoren vil kunne bli brukt som et varslingssystem for en operatør som benytter avgassingsutstyr.

Opprinnelig utstyr

[00103]De utførelsesformene som er beskrevet ovenfor har lagt vekt på evnen til kunne ettermontere vakuumsystemene for forskjellig design av kjente ristere. Imidlertid, vakuumdesign vil også kunne bli innbefattet inn i ny design på rister, slik som vil kunne være kjent for fagpersoner på området. Det vil også være forstått at evnen til kunne ettermontere en design til forskjellige eksisterende design for ristere vil kunne være begrenset av plassbegrensninger ved den foretrukne nedstrømsenden av risteren. Imidlertid vil mange av de ovenfor beskrevne fordelene kunne bli realisert med et vakuumsystem plassert ved et annet område av risteren, innbefattet midtområder for ristersengen.

[00104] Videre fortsatt, annen design i koplingssystemet mellom vakuummanifolden og siktsengene vil kunne bli implementert, avhengig av den spesifikke designen på risteren. Foreksempel vil ristere som haroppspente sikter benytte et annet koplings- og tetningssystem for å tilveiebringe en effektiv forbindelse til undersiden av en sikt.

Installasjon

[00105]Det vil også være fordelaktig å kunne installere vakuumnivået ved et nivå under høyden på risteren for å kunne tillate at oppsamlet fluid skal strømme så vel som å bli trukket inn i vakuumkammeret. Dette ville kunne sikre at langsomt bevegende avfallsprodukter / fluid ville ha en mindre anledning til å samle seg opp i det slangesystemet som befinner seg mellom vakuumsystemet og den operative forbindelsen mellom sikten og vakuumet.

Akselenometer- / Strekkmålere

[00106] I en annen utførelsesform vil risteren være tilveiebragt med en eller flere akselerometer- og / eller strekkmålere som er operativt koplet til et eller flere steder på risteren. Målerne vil være konfigurert for å kunne indirekte måle den relative massen for kombinasjonen av borefluid og borkaks på risteren, for således å tilveiebringe en kvalitativ og / eller kvantitativ vurdering av massen på fluid / borkaks på risteren ved forskjellige steder. Det vil si, ved å bestemme massen på fluid / borkaks ved et sted, og sammenligne denne med massen for fluid / borkaks ved et annet sted, vil man kunne bestemme den relative graden for separasjon av borefluider / borkaks. Disse dataene vil kunne være effektive for å regulere driften ved risteren og / eller vakuumsystemet.

Komposittmaterialer

[00107] I enda et aspekt, vil risteren kunne være bygget av lettvekstmaterialer, så som komposittmaterialer i motsetning til stål som nå blir brukt. Anvendelse av komposittmaterialer, så som glassfiber, Kevlar og / eller karbonfiber, vil kunne tilveiebringe en lavere resiprokerende masse for ristersystemet (innbefattet siktrammen, og tilhørende risterelementer), tillate høyere vibrasjonsfrekvenser til å kunne bli brukt ved å minimere momentet i risteren og tillate for mer styring av amplituden for risteren. Det vil si, en kompositt design vil tillate at det blir overført høyere vibrasjonsfrekvenser til borkaksen og fluidet, som vill føre til en reduksjon av viskositet for borefluider som av natur er typisk tiksotrope. Den resulterende reduksjonen i viskositet ville tilveiebringe en større separasjonsgrad for fluid og borkaks.

[00108]Enda videre, en komposittrister vil være lett nok til å kunne tillate at

strekkmåler sensorer og akselerometere kan bli plassert under risterkurven, for å kunne spore strømmen av masse over risteren på en slik måte som ville tillate at operatøren får vite om den relative mengden av boreavfall som blir sluppet ut fra brønnen på en kontinuerlig basis. Denne informasjonen, i kombinasjon med kjent borehastighet og hullstørrelse, vil kunne bli brukt til å justere fluidegenskaper; typisk viskositet, for å optimalisere fjerning av borkaks fra brønnhullet under utgravingsprosessen.

[00109]Selv om den foreliggende oppfinnelsen har blitt beskrevet og illustrert med hensyn til foretrukne utførelsesformer og foretrukkede anvendelser derav, skal den ikke kunne være begrensende, siden modifikasjoner og endringer vil kunne bli gjort deri, som er innenfor det fullstendige og tilsiktede omfanget ved oppfinnelsen.

Claims (45)

1. En apparatur for å forbedre separasjon av borefluid fra borkaks på en rister, der apparaturen vil være omfattet av: en ristersikt som har en øvre side og en nedre side for å støtte opp borefluidkontaminert borkaks inne i en rister; et luftvakuumsystem som er operativt koblet til en seksjon på ristersikten for å dra ut et effektivt volum med luft gjennom seksjonen på ristersikten for å kunne forsterke strømmen av borefluid gjennom seksjonen på ristersikten og separasjonen av borefluid fra borkaks; og et borefluidsoppsamlingssystem for å kunne samle opp det separerte borefluidet fra undersiden av sikten og luftvakuumsystemet; hvori luftvakuumsystemet trekker ut et volum med luft gjennom sikten som minimerer skade på borkaksen samtidig med at man får større mengde av borefluid fjernet fra borkaksen og opprettholder en effektiv strømning av borkaks ut fra risteren.

2. Apparatur i henhold til krav 1, hvori luftvakuumsystemet vil være innbefattet av: en vakuummanifold for operativ kopling til en rister og en seksjon av ristersikten; en vakuumslange som er operativt koplet til vakuummanifolden og en vakuumpumpe som er operativt koplet til vakuumslangen.

3. Apparatur i henhold til krav 2, som videre vil være omfattet av et separasjonssystem for fluid / gass som er operativt koplet til vakuumpumpen.

4. Apparatur i henhold til krav 3, hvori separasjonssystemet for fluid / gass er et multi-trinnsfluidseparasjonssystem.

5. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 2-4, hvori vakuummanifolden har et traktformet parti for operativ tilkopling til en vakuumslange.

6. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 2-5, hvori vakuummanifolden har blitt plassert tilgrensende nedstrømsenden av ristersikten.

7. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 2-6, hvori vakuummanifolden strekker seg opp til 75 % av den totale lengden av ristersikten motoppstrømsenden.

8. Apparatur i henhold til krav 7, hvori vakuumsystemet strekker seg opp til 33 % av den totale lengden av ristersikten mot oppstrømsenden av ristersikten.

9. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 2-6, hvori vakuumsystemet strekker seg opp til 15 % av den totale lengden av ristersikten mot oppstrømsenden av ristersikten.

10. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 2-9, hvori vakuumpumpen er justerbar for å kunne regulere vakuumtrykket.

11. Apparatur i henhold til krav 10, hvori vakuumpumpen anvender et pulserende vakuumtrykk.

12. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 2-6, hvori vakuummanifolden blir tilpasset for ristersikten over 5 -15 % av lengden av ristersikten.

13. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 2-12, hvori vakuummanifolden innbefatter et posisjoneringssystem for å endre posisjonen for vakuummanifolden med hensyn til ristersikten.

14. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 1-13, hvori ristersikten innbefatter en risterramme, og risterrammen og tilhørende risterelementer har blitt laget av komposittmaterialer.

15. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 1-14, hvori ristersikten er 50 - 326 mesh eller en kombinasjon derav.

16. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 1-14, hvori ristersikten er 80-150 mesh eller en kombinasjon derav.

17. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 1-14, hvori vakuumsystem drar luft gjennom sikten ved en hastighet på mindre enn 8400 for per minutt.

18. Apparatur i henhold til krav 17, hvori hastigheten er tilstrekkelig til å produsere en konsistens tilsvarende halvtørr sement for den borkaksen som kommer ut fra risteren.

19. Apparatur i henhold til krav 2-18, hvori manifolden innbefatter en leppe som støtter en pakning og sikten kommer operativt i festeinngrep med pakningen og leppen.

20. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 1-19, hvori borefluidene som blir holdt igjen på borkaksen vil være mindre enn 12 vekt %.

21. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 1-19, hvori borefluidene som blir holdt igjen på borkaksen vil være mindre enn 10 vekt %.

22. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 1-19, hvori borefluidene som blir holdt igjen på borkaksen vil være mindre enn 8 vekt %.

23. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 1-19, hvori borefluidene som blir holdt igjen på borkaksen vil være mindre enn 6 vekt %.

24. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 1 - 23, videre omfattende en anordning for luftinjeksjon, for operativ injeksjon av en komprimert gass inn i borefluidet for skumming av borefluidet før borefluidet kommer i kontakt med ristersikten.

25. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 1 - 24, videre omfattende en gassdetektor innenfor vakuumsystemet for å måle mengden og / eller sammensetningen av gass frigjort fra borefluidet.

26. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 1 - 25, videre omfattende minst ett massemålingssystem som er operativt koplet til risteren for å måle den relative massen av borkaks og fluid på risteren.

27. Apparatur i henhold til krav 26, hvori massemålingssystemet innbefatter minst to sensorer plassert på forskjellige steder på ristersengen og et display-system for utgang av den relative massen på risteren ved de forskjellige stedene.

28. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 1 - 27, videre omfattende en spreder som er operativt koplet til risteren for injeksjon av gass inn i borefluidet før borefluidet blir levert til ristersikten.

29. Apparatur i henhold til et hvilket som helst av krav 1 - 28, hvori luft vakuumsystemet har blitt utformet for tilpasning til ettermontering til en rister.

30. En fremgangsmåte for optimalisering av en borkaksrister omfattende trinnene av å: a. introdusere borkaks kontaminert med borefluid til en oppstrømsende av en risterseng som har en ristersikt; b. anvende en vakuumkraft på ristersikten som er tilstrekkelig for effektiv reduksjon av borefluid som blir holdt tilbake på borkaks til et nivå som er under det som blir oppnådd når det ikke blir anvendt noen vakuumkraft.

31. Fremgangsmåte i henhold til krav 30, som videre vil være omfattet av trinnet av å gjenvinne borefluid fra undersiden av ristersikten og hvori den plastiske viskositeten for borefluidet i hovedsak vil være lik den plastiske viskositeten for et originalt borefluid for introduksjon inn i en brønn.

32. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av krav 30 - 31, hvori de borefluidene som blir holdt tilbake på borkaksen etter trinn b vil være mindre enn 12 vekt %.

33. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av krav 30 - 31, hvori de borefluidene som blir holdt tilbake på borkaksen etter trinn b vil være mindre enn 10 vekt %.

34. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av krav 30 - 31, hvori de borefluidene som blir holdt tilbake på borkaksen etter trinn b vil være mindre enn 8 vekt %.

35 Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av krav 30 - 31, hvori de borefluidene som blir holdt tilbake på borkaksen etter trinn b vil være mindre enn 6 vekt %.

36. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av krav 30 - 35, hvori vakuumtrykket blir anvendt på opptil 75 % av den samlede lengden av ristersikten.

37. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av krav 30 - 35, hvori vakuumtrykket blir anvendt på opptil 33 % av den samlede lengden av ristersikten.

38. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av krav 30 - 35, hvori vakuumtrykket blir anvendt på nedstrøms 5 - 15 % av ristersikten.

39. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av krav 30 - 38, hvori luftstrømmen blir regulert for å forhindre blokkering av borkaks på sikten.

40. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av krav 30 - 39, hvori luftstrømmen vil være tilstrekkelig til å produsere en konsistens tilsvarende halvtørr sement for den borkaksen som kommer ut fra risteren.

41. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av krav 30 - 40, hvori luftstrømmen vil være mindre enn 8400 fot per minutt.

42. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av krav 30 - 41, hvori luftstrømmen vil bli regulert for å forårsake avskumming av et borefluid.

43. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av krav 30 - 42, hvor borefluidet blir skummet for det kommer i kontakt med ristersikten.

44. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av krav 30 - 43, hvor mengden av gass gjenvunnet fra borefluidet vil bli målt innenfor vakuumsystemet.

45. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av krav 30 - 44, hvor luftstrøm gjennom vakuumsikten vil bli regulert for å sette i gang syre oksidasjon innenfor borefluidet.