NO318209B1 - Fremgangsmate og anordning for transport av borekaks-slamblandinger - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører slambehandling. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen behandling av borehullsrragmenter ("drill cuttings"), også omtalt som borekaks, men skal ikke være begrenset til dette.

Ved boring av en brønn, pumpes boreslam ned borestrengen til borekronen, og slammet returnerer opp det ringformede rommet mellom borestrengen og brønnens vegg, og fø-rerr med seg borekaks. Ved normal boring innbefatter borekaks i fast form jord, stein og andre materialer i de lagene der brønnen bores. I andre tilfeller kan boring utføres inn i sement eller til og med etterlate nedihullsverktøy og borekakset (fragmentene) kan da innbefatte sement og/eller metallstykker. Det brukte boreslammet som fører med seg borekakset behandles for å separere ut borehullsrfagmenter før boreslammet kan benyttes på nytt.

Det separerte borekakset, i suspensjon i boreslammet, transporteres så bort fra brønnen til et anlegg for deres termiske desorpsjon eller annen avfallsbehandling. Transporten av borekaks-slam krever vesentlige og kostbare tiltak for å unngå søl og dermed miljøfor-urensning. På land transporteres borekaks-slam med lastebil. For boring offshore, retur-neres slammet til land ved hjelp av skip, lekter eller annen container og transporteres deretter med lastebil.

Boring offshore er f.eks. beskrevet i "Norwegian injection methode uses separate use to wellhead", Offshore, april 1998, s. 84. Dette gjør rede for en fremgangsmåte for å be-handle borekaks fra undervannsformasjoner. Borekaks-slam dannes på offshore-riggen, og pumpes så under trykk via et fleksibelt stigerør tilbake til brønnhodet under vann for injeksjon inn i formasjonen. Ved denne fremgangsmåten unngås transport av borekakset til land.

WO 93/20328 redegjør for en fremgangsmåte og anordning for å prosessere borekaks. Fremgangsmåten innbefatter dannelsen av et faststoffrikt borekaks-slam som så injiseres inn i en formasjon under overflaten. Formålet med fragrnentprosesseringssystemet beskrevet i WO 93/20328 er å frembringe et tilfredsstillende slam for injeksjon inn i formasjonen.

NO 311148 beskriver anordninger for behandling av borekaks til en borekaksslamblanding som kan injiseres i underjordiske formasjoner.

Det vil forstås at overføring av slam fra en lekter, f.eks., for noen få meter (selv under 1 meter) til en lastebil kan utgjøre risiki for søl, men denne risikoen reduseres vesentlig ved å pumpe slammet fra lekteren inn i lastebilen på land. For dette formål benyttes lavtrykks høystrømningspumper som kan ta hånd om faststoffinnholdet i borekakset og bevege disse de korte avstandene det dreier seg om. Den etterfølgende lastebiltransport over lengre avstander er imidlertid fra miljømessige synspunkter risikofylt, og det samme er tømmingen eller lossingen av slammet fra lastebilen ved sitt endepunkt.

Vi har nå overraskende funnet at borekaks-slam kan beveges over lengre avstander ved hjelp av pumping, og dette eliminerer behovet for å bruke lastebiler og alle de medfø-rende risiko for søl.

Det er derfor ifølge et aspekt ved den foreliggende oppfinnelse, en fremgangsmåte for å transportere borekaks og lignende for behandling eller deponering ved et sted unna slammets kilde, som omfatter å pumpe disse med en høytrykkspumpe gjennom en lengre rørledning.

Ifølge et trekk ved den foreliggende oppfinnelse, benyttes en høytrykkspumpe for å pumpe borekakset gjennom en utstrakt rørledning.

Ifølge oppfinnelsen er det frembrakt en fremgangsmåte for transport av borekaks-slamblandinger for behandling eller deponering borte fra slamblandingens kilde, hvilken slamblanding hovedsakelig innbefatter borefluid og borekaks ("drill cuttings"), og der fremgangsmåten innbefatter å pumpe slamblandingen gjennom en utstrakt rørled-ning ved hjelp av en høytrykkspumpe ved et trykk på minst 10 bar. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at trykkluft pumpes inn i rørledningen ved utløpet av høytrykkspumpen eller nedstrøms av denne for å forsterke slamblandingsstrømning-en, hvilken luft pumpes ved et trykk som er høyere enn trykket i nevnte rørledning opp-strøms av nevnte pumpe.

Foretrukne trekk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav 2-9 og 17-20.

Som kjent kan høytrykkspumper også opereres ved lavere trykk, og ifølge oppfinnelsen kan høytrykkspumpen også opereres på den måten for å transportere borekakset. Det viktige poeng er at det er en høytrykkspumpe og dermed i stand til å levere høytrykks-pumping ved behov eller pumping ved lavere trykk når dette er hensiktsmessig. På denne måten er optimal pumping tilgjengelig hele tiden ved operasjonen.

Av sikkerhetshensyn foretrekkes det om mulig å pumpe borekakset gjennom den forlengede rørledningen ved et lavt trykk, heller enn et høyt trykk. For å oppnå lavtrykkstransport, må slammet ha en hensiktsmessig lav viskositet; slam med høyere viskositet krever pumping ved høyere trykk. Et slams viskositet kan reduseres om nød-vendig ved å tilføre fluider, f.eks. olje eller boreslam eller andre fluider.

En videre mulighet for å forsterke lavtrykksstrømning er å pumpe et fluid inn i den forlengede rørledningen ved eller nedstrøms av høytrykkspumpen, og fortrinnsvis umid-delbart nedstrøms denne. Fluidet føres fortrinnsvis inn i den samme generelle retningen som slammets strømning for å forsterke slammets strømning. Innføringen av fluidet har den virkning at slammets viskositet senkes. Vi foretrekker å bruke luft som fluid, der luften injiseres fra en luftslange forbundet med en kompressor. Dette vil naturligvis kun være mulig dersom luftens (eller annet fluids) tilførsel er ved et høyere trykk enn det som eksisterer ved injeksjonspunktet i den forlengede rørledning. Generelt sett kan luft-trykk på opp til om lag 7 bar (om lag 100 psi) benyttes.

Som fagmannen lett vil forstå, kan sammensetningen av et borekaks-slam variere mye. For at slammet imidlertid skal være trygt å pumpe ved hjelp av en høytrykkspumpe, må det være uten store faste klumper (f.eks. større enn 5 mm). Av den grunn foretrekker vi å føre slammet gjennom et egnet filter og/eller en eller flere bløtgjørere (maceratorer) for å fjerne eller knuse eventuelle store faststoffbartikler, før slammet føres til høy-trykkspumpen.

Også, før det føres til pumpen, homogeniseres borekaks-slammet fortrinnsvis for å sikre optimal pumping. Dette kan f.eks. oppnås ved røring eller annen blanding av slammet.

Når det benyttes høytrykkspumping i den foreliggende oppfinnelse, ville det normalt være ved et trykk på minst 10 bar, mens det med lavtrykkspumpingen normalt ville være under om lag 5 bar. Høytrykkspumper egnet for bruk i den foreliggende oppfinnelse er kommersielt tilgjengelige, der et eksempel er Halliburton ST 400. Vi har funnet at, ifølge den foreliggende oppfinnelse, kan borekaks kan pumpes over betydelige avstander, f.eks. fra 50 meter og opptil om lag 200 meter eller mer. Dette er normalt helt tilstrekkelig for å transportere fragmentene til en oppbevarings- eller behandlingssta-sjon, men om nødvendig kan en eller flere hjelpepumper anbringes i rørledningen for på den måten å forlenge avstanden.

Vi foretrekker at borehullsfragmentslammet inneholder fra 30 til 70% faststoffer etter volum, mer fortrinnsvis fra 40 til 60%.

Ifølge et videre aspekt ved oppfinnelsen, er det frembragt en anordning for pumping av en borekaksslamblanding, kjennetegnet ved en tank for mottak av slamblandingen som skal pumpes, anordninger for omrøring av slamblandingen i tanken for å blande den, en høytrykkspumpe som mottar slamblandingen fra tanken for å pumpe bort fra tanken, og anordninger for pumping av trykkluft inn i utløpet av høytrykkspumpen eller nedstrøms denne for å forsterke slamblandingsstrømningen.

Foretrukne trekk ved anordningen ifølge oppfinnelsen fremgår av de uselstendige krav 11-16.

Anordningen for å fjerne store faststoff fra slammet er fortrinnsvis oppstrøms av tanken slik at det ubehandlede slammet passerer derigjennom før den når tanken. Egnede anordninger omfatter siler og/eller bløtgjørere (maceratorer). Et hvilket som helst stort faststoff kan separeres eller knuses til mindre størrelser, alt etter som hva som måtte være hensiktsmessig. Det foretrekkes at silene eller bløtgjørerne befinner seg på, f.eks. på sugesiden av, eller på annen måte inkorporert med, en konvensjonell lavtrykkspumpe som f.eks. kan befinne seg på en lekter som fører slamblanding fra en offshore-brønn. I dette tilfellet pumpes så det silte og/eller macererte slammet ved lavt trykk fra lekteren til tanken. Alternativt kan silene eller maceratorene monteres over tanken slik at be-handlet slam som kommer ut av silene eller maceratorene avleveres ved hjelp av gravi-tasjon inn i tanken, selv om dette ikke foretrekkes.

Fluidtilførselsanordningen omfatter fortrinnsvis en eller flere beholdere for olje, boreslam eller annet fluid for tilførsel til slamblandingen etter behov for å oppnå en pump-bar konsistens. Beholderen eller beholderene kan med fordel monteres over tanken.

Røring av slamblandingen i tanken er viktig for å sikre en tilfredsstillende tilførsel til høytrykkspumpen. Uten røring kan det forekomme utfelling av faststoff i tanken, hvilket er uønsket. Røring kan effektueres f.eks. ved å montere en eller flere rørere i tanken, eller på en hvilken som helst annen egnet måte.

Høytrykkspumpen mottar slamblanding fra tanken og pumper denne bort, fortrinnsvis ved det laveste trykket ved hvilket den ønskede slamblandingstransport kan utføres på en effektiv måte. Fortrinnsvis er utløpet fra tanken til pumpen montert ved eller nær tankens bunn.

I henhold til et trekk ved oppfinnelsen, foretrekkes det at anordningen er i en modulær form slik at den kan transporteres til og konstrueres på stedet forholdsvis lett. Modulene kan f.eks. omfatte tanken, pumpen, fluidoppbevaringsbeholderen(e) og maceratorene eller silene.

Mens anordningen og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen her har blitt beskrevet spesielt med henvisning til borehullsrfagmenter så som borekaks, kan de også benyttes sam-men med tilsvarende slamblandinger så som avløpsslam fra gruvedrift.

For at oppfinnelsen kan forstås bedre, vises det nå til den medfølgende tegning som er en skjematisk tegning som illustrerer oppfinnelsens fremgangsmåte og anordning.

Med henvisning til tegningen, er det der vist en tank T for mottak av borekaks-slam eller lignende. Tanken er utstyrt med en rører S av en egnet type, for å holde slamblandingen i tanken godt rørt. Tanken T har et innløp I gjennom hvilkei den mottar slamblandingen. Slammet kommer fra kilden S som f.eks. kan være en lekter eller lignende som fører slamblandingen fra en offshore-brønn. Den ubehandlede slamblandingen fjernes fra kilden S på en egnet måte ved hjelp av lavtrykkspumpen LP som kan håndtere et hvilket som helst stort faststoff i slamblandingen. Om ønskelig kan fluid tilføres den ubehandlede slamblandingen ved dette trinnet for å forbedre pumpbarheten.

I kjente prosedyrer, pumpes ubehandlet slamblanding fra kilden S ved hjelp av pumpen LP og avleveres til en lastebil eller lignende for transport til sin endelig destinasjon C. Ifølge et trekk ved den foreliggende oppfinnelse er imidlertid behovet for slik landtrans-port fjernet. I stedet føres slamblandingen til maceratorer eller siler M for å fjerne eller knuse store faststoffdeler og den behandlede slamblandingen føres så gjennom innløpet I til tanken T.

Den behandlede slamblandingen i tanken T røres ved hjelp av rører S og, om nødven-dig, kan ytterligere fluid tilføres fra fluidoppbevaringsbeholderen F. Slamblandingen trekkes så ut gjennom tankåpning O til høytrykkspumpen HP fra hvilken den pumpes gjennom rørledningen L til oppsamlingsområdet C. Rørledningens L lengde kan være flere hundre meter eller mer, med ytterligere høytrykkspumper anbragt i ledningen L etter behov.

Ved eller nedstrøms av pumpens HP utløpsside, kan en trykkfluidstilførselsledning A frembringes for å pumpe fluid så som luft fra en kilde G inn i ledningen L for å forsterke slamstrømningen og for å senke dens viskositet.

Det vil forstås at utformingen av anordningen kan varieres. For eksempel kan bruken av maceratorer eller siler M være unødvendig når faststoff i ubehandlet slamblanding fra S har en tilstrekkelig liten størrelse for ikke å skade høytrykkspumpen HP. Frembringel-sen av fluidkilden F kan også være unødvendig eller den kan flyttes for å avlevere fluid oppstrøms av f.eks. lavtrykkspumpen LP. Maceratorer M kan også være oppstrøms av pumpen LP.

En mer detaljert beskrivelse av et eksempel av fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen følger.

Borede fragmenter, så som borekaks, transporteres ved hjelp av lekter til en kai. Overfø-ring til tanken T ved kaien kan effektureres f.eks. ved bruk av et lavtrykks Dragflow

HY85 150HP pumpesett eller monopumper modell SE101MS1J8/H95Y, utstyrt med to EXYH20 gravemaskiner, levert av Pumps and Process Systems. Pumpen og agitatorene henges opp i borefragmentslamblandingen ved hjelp av en Samsung SE210W gravema-skin.

Ved transporten i lekteren, kan kaksslammet sedimenteres i noen grad, med en væskefa-se øverst og kompakterte faststoff under. Forut for pumping, vil innholdet i lekterens beholdere homogeniseres ved hjelp av gravemaskiner.

Forut for en hvilken som helst overføring, fastslås fortrinnsvis slamblandingens egen-skaper, spesielt viskositeten.

Tanken T fungerer som et samlingspunkt der hele overføringsprosessen kontrolleres.

Anordningen er modulær og omfatter fire separate deler:

Maceratorer (bløtgjørere) (f.eks. "Muncher" (varemerke))

Holde- og homogeniseringstank (T)

Basisoljetank (F)

Monopumpemodul (HP)

Tankens modulære design gir en stor grad av fleksibilitet.

• Ved avslutning av pumpeoperasjonene kan hver seksjon fjernes separat for ren-gjøring og oppbevaring. • Dersom det skulle oppstå et problem ved en hvilken som helst seksjon kan den vedlikeholdes eller repareres separat. Reserveutstyr kan installeres om nødven-dig. • Tankenheten har en potensiell sekundær bruk ved overføring av borekaks-slamblandingen fra oppsamlingsstedet (C) til matetrakten på et termisk de-sorpsjonsanlegg.

Slamblandingsmatingen fra lekterne S entrer maceratoren som fortrinnsvis er integrert med lavtrykkspumpen LP. Fortrinnsvis benyttes en pumpeanordning så som den som er fremlagt i GB 9908056.6. Dette kan omfatte en lavtrykkspumpe integrert med et mace-reringskammer. Fortrinnsvis benyttes to maceratorer. Disse kan være Mono Munchers, type SA210ACW5B1/504. Maceratorene omfatter begge hus av rustfritt stål som inneholder to sett kontraroterende innbyrdes inngripende kuttere som dreier med en konstant hastighet på 83 RPM. Disse sorterer fragmentene til 5 mm eller mindre ved en prosesse-ringshastighet på 50 m<3> pr. time hver.

Tanken T befinner seg på kaien og er f.eks. 5,7 m lang, 2,4 m vid og opp til 2 m dyp. Tankens bunn er avskrådd for å føre slamblandingen mot utløpet O.

Det eneste innløpet I til denne tanken er gjennom maceratorene. Uten unntak prosesse-res og sorteres alle slamblanding for å beskytte monopumpen HP som befinner seg ned-strøms.

Utløpet O er i bunnen av tanken og fører direkte inn i hovedpumpepakken HP, Mono Pump, type SE106MS1R8/E91S.

Agitatorer er plassert i tanken T for å agitere slamblandingen.

Agitatorene roterer ved lav hastighet for å begrense nedbrytningen av borekaks i slamblandingen. Bladene er 1,7 m i diameter, der den som vender mot tankens front roterer med en løftende bevegelse, og den bakre med en nedoverrettet bevegelse for å forsterke tilførselen til monopumpen.

To sylinderiske horisontale oppbevaringstanker (F) hver med en kapasitet på 4,5 m3 er plassert på toppen av tanken T og inneholder basisolje eller boreslam for uttynning av fragmentslamblandingen dersom viskositeten skulle bli for høy. Innholdet i tankene F kan tømmes gjennom et gitter på toppen av tanken, for å blandes inn i slamblandingen ved hjelp av agitatorene.

Dersom det skulle være nødvendig, kan tankene også benyttes på lekteren for å uttynne beholderens innhold forut for overføring til tanken T. Fluidet ville blandes inn i slamblandingen ved hjelp av de hydrauliske agitatorene på Dragflow eller Monopumps-pumpene.

Høytrykkspumpen HP befinner seg fortrinnsvis ved tankens T bunn. Pumpen er fortrinnsvis en fleksiakseldrevet progressiv kavitasjonstype med de berørte deler av rustfritt stål. Den overfører de macererte (bløtgjorte) fragmentene fra homogeniseringstanken til oppbevaringsstedet ved 50 m pr. time og 36 bar trykk. Drivakselen er avtettet med en konvensjonell pakket pakning og adkomståpninger er frembragt i sugekammeret for rensing og innføring av basisolje fra oppbevaringstanken om nødvendig.

Borekaks pumpes langs en av to 170 m lange rørledninger L til oppbevaringsområdene C. Komprimert luft ved 100 psi (0,69 MPa) kan føres inn i ledningen L i den samme generelle retningen som slamblandingsstrømningen.

Rørledningene konstrueres av sømløse sveisede Schedule 80 API 5L Grade B, som ved et driftstrykk på 35 bar gir en toleranse for korrosjon og erosjon på 7,2 mm.

Claims (20)

1. Fremgangsmåte for transport av borekaks-slamblandinger for behandling eller deponering borte fra slamblandingens kilde, hvilken slamblanding hovedsakelig innbefatter borefluid og borekaks ("drill cuttings"), og der fremgangsmåten innbefatter å pumpe slamblandingen gjennom en utstrakt rørledning (L) ved hjelp av en høytrykkspumpe (HP) ved et trykk på minst 10 bar, karakterisert ved at trykkluft pumpes inn i rørledningen (L) ved utløpet av høytrykkspumpen (HP) eller nedstrøms av denne for å forsterke slamblandingsstrømningen, hvilken luft pumpes ved et trykk som er høyere enn trykket i nevnte rørledning oppstrøms av nevnte pumpe.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at slamblandingen før nevnte pumping føres gjennom en sil (M) for hovedsakelig å fjerne store faststoffpartikler i slamblandingen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at den silte slamblandingen er hovedsakelig uten faststoffklumper større enn S mm.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det før nevnte pumping tilføres ytterligere fluid til slamblandingen for å justere dens viskositet.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at slamblandingen før nevnte pumping homogeniseres ved blanding eller røring.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at slamblandingen pumpes ved et trykk på under 5 bar.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at slamblandingen pumpes gjennom en utstrakt rørledning (L) over en avstand på 150 m eller mer.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at borefluider tilsettes borefaststoffene slik at slamblandingen inneholder fra 30 til 70 vol-% faststoff.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte pumping utføres enten ved hjelp av en enkelt høytrykkspumpe (HP) eller ved hjelp av to eller flere slike pumper med mellomrom langs rørledningen (L).

10. Anordning for pumping av en borekaksslamblanding, karakterisert ved en tank (T) for mottak av slamblandingen som skal pumpes, anordninger (S) for omrøring av slamblandingen i tanken for å blande den, en høy-trykkspumpe (HP) som mottar slamblandingen fra tanken (T) for å pumpe bort fra tanken (T), og anordninger (G,A) for pumping av trykkluft inn i utløpet av høytrykkspum-pen (HP) eller nedstrøms denne for å forsterke slamblandingsstrømningen.

11. Anordning ifølge krav 10, karakterisert ved at anord-ningene for agitering av slamblandingen i tanken (T) innbefatter en eller flere rørere (S) montert i tanken (T).

12. Anordning ifølge krav 10, karakterisert ved anordninger (M) for fjerning av faststoffelementer større enn 5 mm fra slamblandingen og anordninger (F) for tilførsel av fluid til slamblandingen.

13. Anordning ifølge krav 12, karakterisert ved at anord-ningene for fjerning av nevnte faststoffelementer fra slamblandingen er en sil (M) eller en eller flere maceratorer (M).

14. Anordning ifølge krav 12, karakterisert ved at anord-ningene (F) for tilførsel av trykkluft til slamblandingen omfatter en eller flere oppbeva-ringsbeholdere (F) for komprimert luft montert over tanken.

15. Anordning ifølge krav 10, karakterisert ved at anordningen er i modulær form.

16. Anordning ifølge krav 15, karakterisert ved at modulene innbefatter en tank (T), en høytrykkspumpe (HP), en eller flere fiuidoppbevarings-beholdere (F) og en eller flere maceratorer eller siler (M).

17. Fremgangsmåte ifølge krav 1,, karakterisert ved at slamblandingen før pumping føres igjennom en eller flere maceratorer for å knuse event -uelle store faststoffelementer i slamblandingen.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, karakterisert ved at den macererte slamblanding hovedsakelig er uten faststoffklumper større enn 5 mm.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at nevnte slamblanding homogeniseres ved hjelp av lavhastighets-omrøring.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at slamblandingen frembringes i en tank på en lekter nær brønnboringen som er offshore, og at transportrørledningen er på en kai.