NO328347B1 - Fremgangsmate for rensing av oljeholdig kaks som kommer fra boringen av oljebronner, og samtidig gjenvinning av oljekomponenten - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for rensing av oljeholdig kaks som kommer fra boringen av oljebrønner, og samtidig gjenvinning av oljekomponenten.

Av skrifter som kan være av interesse i denne sammenhengen skal nevnes CA 2436625, US 6347675, EP 238527, US 4434028 og WO89/02774.

Uttrykket "borkaks", som anvendt i den foreliggende beskrivelsen og kravene, indikerer det knuste materialet som dannes under boringen og blandes med boreslam. Dette er derfor et fluid med en reologi typisk for vannholdige suspensjoner med et høyt innhold av fast stoff, slik som slam eller oppslemning.

Funksjonen til boreslam er å konsolidere veggene i hullet til en oljebrønn, beskytte metalldelene mot korrosjon og kjøle og smøre borkronen under boring Slammet, som kan være vannbasert eller oljebasert, tilfører også trykk for å holde den geologiske formasjonen sammen og har funksjonen av å føre kakset dannet ved gravingen som utføres av borkronen til overflaten.

Oljebasert slam omfatter f eks. mineralolje, barytt, bentonitt og andre additiver slik som emulgeringsmidler og polymerer

Tidligere ble borkakset, for det meste fra plattformer til sjøs, tømt i sjøen og dannet et uakseptabelt nivå av miljøpåvirkning Det er også betydelige problemer med hensyn til dispersjon på bunnen.

Forskjellige fremgangsmåter anvendes for å fjerne oljebasert slam fra kakset, blant disse, vaskesystemer med vaskemidler, termiske og destillenngssystemer. Hovedulempen ved disse fremgangsmåtene er henholdsvis knyttet til lav effektivitet, begrenset sikkerhet, spesielt ved drift til sjøs, høye kostnader og komplisert anleggskonstruksjon.

Anvendelsen av et komprimerbart løsemiddel for gjenvinningen av olje fra borkaks, med akseptable konsentrasjonsnivåer av restprodukt i det faste stoffet, ble foreslått med henvisning til "overkritiske prosesser" med andre ord å bringe fluidet over dets kritiske tilstander under behandlingen av kakset Anvendelsen, beskrevet i S. Saintpére et al

(2000), "Supercritical C02 extraction apphed to oily drilling cuttings", SPE 63126, SPE

International, som benytter karbondioksid (C02), er ikke konkurransedyktig fra et økonomisk synspunkt

Det ble også bekreftet at behandlingsprosessen utført med C02 under overkritiske forhold er sterkt avhengig av de fysisk-kjemiske egenskapene til kakset som setter fjerne-effektiviteten i fare, med tanke på oljegjenvinning og restproduktkonsentrasjon i det faste stoffet.

Søkeren har nå funnet at oljedelen av kakset som kommer fra boringen av oljebrønner kan fjernes med en fremgangsmåte for ekstraksjon som anvender et fluid som er kompressibelt til flytende form som løsemiddel, for å oppnå en olje med de samme egenskapene som slamproduktet og som, når egnede additiver er tilsatt, kan anvendes om igjen i andre boringer hvorved de faste delene (kaks) kan tilbakeføres til omgivelsene eller sendes til vanlig avhending.

Med hensyn til det kompressible fluidet brakt til såkalte "overkritiske" tilstander, eller forbi det kritiske punktet, har anvendelsen av det kompressible løsemiddelet i flytende form de følgende fordeler: - gjenvinningsgrad av oljen sammenlignbar med den som er oppnådd for fluid i den overkritiske tilstanden, bortsett fra C02, som imidlertid opererer ved lavere trykk og

temperaturer,

- mindre dehydrering av den faste fasen og derfor mindre produksjon av vann som må sendes til behandling, - redusering av anleggskostnadene, på grunn av de begrensede driftstrykkene, med tanke på utstyr og rør.

Ved å benytte funksjonsskjemaet indikert under som termokompnmeringsprosess, reduseres energiforbruket sterkt, for derved å tillate redusering av behandlings-kostnadene til konkurransedyktige nivåer med konsoliderte teknologier.

I tillegg blir oljefraksjonen som fjernes ved anvendelse av det komprimerbare fluidet fullstendig gjenvunnet ved slutten av prosessen uten å bli forurenset av prosesseringsløsemidler, og kan anvendes om igjen for etterfølgende prosesseringer, etter raffinenngsprosesser og/eller tilsetting av egnede additiver Endelig tillater den innledende behandlingen av den faste ladningen, effektuert gjennom en blanding med inert materiale, å overvinne prosessrestnksjonene som begrenser dens anvendbarhet. Anvendelsen som løsemiddel av et fluid som er kompatibelt med problemer assosiert med forurensning, er i overensstemmelse med det økende kravet til beskyttelse av miljøet, som et resultat av den ufarlige naturen av fluidet og også på grunn av den fullstendige mangelen på forurensende avfallsprodukter som kommer fra prosessen

Begrensningene i anvendelse av nevnte løsemidler kan overvinnes ved å utnytte de fysisk-kjemiske egenskapene til løsemiddelet slik at det går over fra en termodynamisk syklus til en termokompresjonssyklus, kjennetegnet ved moderate driftstrykk og lave energibehov

I henhold til dette angår den foreliggende oppfinnelsen en fremgangsmåte for rensing av oljeholdig kaks som kommer fra boringen av oljebrønner, og samtidig gjenvinning av oljekomponenten, kjennetegnet ved følgende trinn-

a) valgfri blanding av kakset med et inert materiale,

b) blanding av nevnte kaks med karbondioksid som løsemiddel, kompressibelt til

flytende form ved en trykkverdi som varierer fra 45 til 80 bar og en temperatur som

samsvarer med metningsgraden, med oppløsning av oljefraksjonen på kakset,

c) fjerning av den flytende fasen (løsning) fra den faste fasen (kaks),

d) ekspansjon og oppvarming av materialene som forlater trinn (c), med gjenvinning av

den utstrømmende oljefraksjonen og løsemiddelet i dampfase,

e) kjøling og kondensering av løsemiddelet og dets resirkulering til trinn a), etter evt underkjøhng,

idet blandingen av kakset skjer ved et trykk fra 45 til 80 bar, hvorved separeringen av oljefraksjonen utføres ved et trykk fra 30 til 65 bar, og idet underkjølingsgraden for den flytende fasen varierer fra 0 til 5°C

Utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige patentkravene

Fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelsen har betydelige fordeler både fra et økonomisk og et miljømessig synspunkt Borkakset, definert ved nåværende reguleringer som skadelige avfallsprodukter, har slike egenskaper som gjør det, etter behandling, kompatibelt med omgivelsene, hvorved den fjernede oljedelen kan brukes om igjen som boreslam, evt med tilsetning av additiver.

Løsemiddelet som anvendes er inert under prosessen og ved de omgivende forhold. Prosessen arbeider med en lukket syklus, med fullstendig gjenvinning av løsemiddelet.

I termokompresjonssyklusen anvendes en kompressor for komprimering av løsemiddelet i damp-gassform, og faseovergangene til prosessfluidet skjer ved gjensidig energiutvekshng i form av at fordampnings- og kondensasjonsvarmen utveksles gjensidig

Fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelsen omfatter anvendelsen av maskiner med små dimensjoner og dermed med muligheten for anvendelse også til sjøs Fra et økonomisk synspunkt antas den foreliggende fremgangsmåten å ha stor interesse når det gjelder alternative prosesser til lands.

Noen anvendelseseksempler er i det følgende angitt kun som illustrasjon, med henvisning til fjernelsen av oljefraksjonen fra kaks etter to prosesser, termokompresjonssyklusen og den "klassiske" syklusen.

Eksempel 1: termokompresjonssyklus

En typisk utførelse av fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelsen er skjematisert i blokkdiagrammet illustrert i figur 1, med henvisning til termokompresjons-prosessen.

Kakset som skal behandles er godt blandet med en viss mengde inert materiale, i en prosentandel som varierer fra 10 til 40 vekt%, vanligvis 20 vekt%.

Den resulterende massen blir deretter tilført en trykkbeholder, nevnte ekstrak-sjonskolonne 3 er i henhold til kjent teknikk. Ekstraksjonskolonnen er utstyrt med filtrenngsvegger opp- og nedstrøms, generelt dannet av porøst stål, for å holde på kakset.

Etter lukking trykksettes ekstraksjonskolonnen 3 med løsemiddelet i dampfase, tatt fra oppsamlmgstanken 1. Trykksettingen kan utføres fra innløpet anbrakt på bunnen av beholderen 1 eller fra innløpet anbrakt på toppen, vanligvis fra bunnen.

Når en trykkverdi er nådd som er nær den i oppsamlingstanken 1, avbrytes damp-matingen og ekstraksjonskolonnen 3 tilføres løsemiddelet i flytende fase, fremdeles fra oppsamhngstanken 1. Trykksettingen kan utføres fra innløpet anbrakt på bunnen av beholderen eller fra innløpet anbrakt på toppen, vanligvis fra bunnen.

Den fullstendige fyllingen av reaktoren oppnås ved å anvende en volumetnsk kompressor 7 anbrakt nedstrøms for ekstraksjonskolonnen 3, ved å suge dampen fra ekstraksjonskolonnen og drive væsken fra oppsamhngstanken 1

Væsken er jevnt fordelt i kakset, og løser opp oljefraksjonen

Hele anlegget trykksettes etter en analog prosedyre, i alle deler. Fjernefasen begynner ved kontinuerlig tilførsel av væsken til ekstraksjonskolonnen 3, ved anvendelse av et pumpesystem, ikke illustrert, med ekstraksjonskolonnen anbrakt på linje med hensyn på strømmen av løsemiddelet

Den flytende løsningen som forlater ekstraksjonskolonnen 3, omfattende løsemiddelet og den oppløste oljefraksjonen, strømmer gjennom en ventil 4 og gjennomgår dekomprimering til en lavere trykkverdi Oljefraksjonen blir dermed kontinuerlig fjernet fra kakset.

Væske-dampblandingen som er dannet etter dekomprimering sendes til en varmeveksler 5 som har som funksjon å bringe løsemiddelet som danner blandingen til dampfase, mens oljefraksjonen separeres fra strømmen som flytende fase

Blandingen av dampløsemiddel og flytende oljefase føres gjennom en separator 6 med en sykloneffekt, eller en serie av flere separatorer med tyngdekraft- og sykloneffekt, for å oppnå den fullstendige separasjonen av den flytende oljefraksjonen fra løsemiddeldampstrømmen.

Et valgfritt, ekstra separasjonsfilter kan inngå i separasjonsseksjonen

Den flytende oljefraksjonen samles ved bunnen av separatoren eller separatorene 6, hvorfra den fjernes ved intermittent utslipp gjennom en ventil anbrakt ved bunnen av hver separator 6.

Løsemiddelet i damp-gassfase som forlater separasjonsseksjonen kjøles og kondenseres i en kondensator 8, og gjenvinnes i oppsamlingstanken 1, hvorfra det sendes, etter underkjøling 2, for anvendelse om igjen i ekstraksjonssyklusen

Med henvisning til termokompresjonssyklusen, skjer bevegelsen av løsemiddelet ved hjelp av en volumetrisk kompressor 7 som suger dampen som forlater separasjonsseksjonen og komprimerer den til trykkverdien i oppsamlingstanken 1.

Fjernefasen fortsetter inntil den ønskede gjenvinningsgraden nås, som prosentandelen av oljefraksjon fjernet i forhold til dens opprinnelige innhold i kakset (fjerneandelen), eller andelen av oljefraksjonen fjernet i forhold til mengden av behandlet råkaks (utbytteandel).

Tidsparameteren for fjerneprosessen er gitt ved forholdet mellom mengden av det anvendte løsemiddelet og vekten av det behandlede kakset Dette vektforholdet avhenger av prosessparametrene, typen løsemiddel anvendt og typen kaks behandlet, og varierer fra 2 til 30, vanligvis 8.

Når fjernefasen har blitt avbrutt ved å stoppe den kontinuerlige strømmen av løsemiddel, isoleres ekstraksjonskolonnen 3, og løsemiddelet inneholdt i denne gjenvinnes ved anvendelse av prosesskompressoren eller en hjelpekompressor. Løsemiddelet gjenvinnes i oppsamlingstanken 1.

Gjenvmningsfasen for løsemiddelet etterfølges av den siste trykkavlastningsfasen til den atmosfæriske verdien og deretter gjenvinningen av det behandlede kakset, etter kjente prosedyrer.

Data med henvisning til en test utført i henhold til prosedyren beskrevet ovenfor er som følger-

Eksempel 2: Klassisk syklus

En typisk utførelse av fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, i henhold til den klassiske prosessen, er skjematisert i blokkdiagrammet illustrert i figur 2

Kakset som skal behandles er godt blandet med en viss mengde inert materiale, i en prosentandel som varierer fra 10 til 40 vekt%, generelt 20 vekt%

Den resulterende massen blir deretter tilført ekstraksjonskolonnen 3, i henhold til kjent teknikk

Ekstraksjonskolonnen er analog med den som anvendes i termokompresjonssyklusen.

Etter lukking trykksettes ekstraksjonskolonnen 3 med løsemiddelet i dampfase, hentet fra oppsamlingstanken 1, som i det tidligere eksempelet

Når en trykkverdi er nådd som er nær oppsamlingstankverdien, avbrytes damptilførselen, og ekstraksjonskolonnen 3 tilføres løsemiddelet i flytende fase, fremdeles fra oppsamlingstanken 1 Også i dette tilfellet oppnås den fullstendige fyllingen av ekstraksjonskolonnen 3 ved anvendelse av en volumetnsk pumpe anbrakt oppstrøms for ekstraksjonskolonnen, ved å suge væsken fra oppsamhngstanken 1.

Væsken er jevnt fordelt på kakset, og løser opp oljefraksjonen.

Hele anlegget trykksettes etter en analog prosedyre, i alle deler Fjernefasen begynner ved kontinuerlig å tilføre væsken til ekstraksjonskolonnen 3 ved anvendelse av et pumpesystem, ikke illustrert, med ekstraksjonskolonnen anbrakt på linje med hensyn på strømmen av løsemiddelet.

Den flytende løsningen som forlater ekstraksjonskolonnen 3, omfattende løsemiddelet og den oppløste oljefraksjonen, strømmer gjennom ventilen 4 og gjennomgår dekomprimering til en lavere trykkverdi. Oljefraksjonen blir dermed kontinuerlig fjernet fra kakset.

Væske-dampblandingen som dannes etter dekomprimering sendes til en varmeveksler 5 som har funksjonen å bringe løsningen som danner blandingen til dampfase, hvorved oljefraksjonen separeres fra strømmen som flytende fase

Blandingen av dampløsning og flytende oljefase føres gjennom en separator 6 med en sykloneffekt, eller en sene av flere separatorer med tyngdekraft- og sykloneffekt, for å oppnå den fullstendige separeringen av den flytende oljefraksjonen fra løsemiddeldampstrømmen.

Et ekstra separasjonsfilter kan inngå i separasjonsseksjonen

Den flytende oljefraksjonen samles opp ved bunnen av separatoren eller separatorene 6, fra hvilken eller hvilke den fjernes ved intermittent utslipp gjennom en ventil anbrakt ved bunnen av separatoren eller hver separator.

Løsemiddelet i damp-gassfase som forlater separasjonsseksjonen kjøles og kondenseres i en kondensator 8, og gjenvinnes i oppsamlingstanken 1, hvorfra det sendes etter underkjøhng i en kjøler 2, for anvendelse om igjen i ekstraksjonssyklusen

Med henvisning til den "klassiske" fjernesyklusen, skjer bevegelsen av løsemiddelet ved hjelp av en volumetrisk pumpe som suger væsken som forlater oppsamhngstanken 1 og komprimerer den til trykkverdien i oppsamlingstanken.

Fjernefasen fortsetter inntil den ønskede gjenvinningsgraden nås, angitt som prosentandelen av oljefraksjonen fjernet i forhold til dens opprinnelige innhold i kakset (fjerneandel), eller andelen av oljefraksjonen fjernet i forhold til mengden av behandlet råkaks (utbytteandel)

Tidsparameteren i fjerneprosessen er gitt ved forholdet mellom mengden av løsemiddel som anvendes og vekten av det behandlede kakset. Dette vektforholdet avhenger av prosessparametrene, typen løsemiddel som anvendes og typen behandlet kaks, og varierer fra 4 til 30, vanligvis 10.

Når fjernefasen har blitt avbrutt ved å stoppe den kontinuerlige strømmen av løsemiddel, isoleres ekstraksjonskolonnen 3 og løsemiddelet som inneholdes i denne gjenvinnes ved anvendelse av hjelpekompressoren, som er nødvendig i dette tilfellet for komprimering av dampen til trykket i oppsamlingstanken 1

Gjenvinnmgsfasen av løsemiddelet etterfølges av den siste trykkavlastningsfasen til den atmosfæriske verdien og deretter gjenvinningen av det behandlede kakset, etter kjente prosedyrer

Data som henviser til en test utført i henhold til prosedyren beskrevet ovenfor er som følger

Claims (12)

1 Fremgangsmåte for rensing av oljeholdig kaks som kommer fra boringen av oljebrønner, og samtidig gjenvinning av oljekomponenten, karakterisert ved følgende trinn- a) valgfri blanding av kakset med et inert materiale, b) blanding av nevnte kaks med karbondioksid som løsemiddel, kompressibelt til flytende form ved en trykkverdi som varierer fra 45 til 80 bar og en temperatur som tilsvarer metningsgraden, med oppløsning av oljefraksjonen i kakset, c) fjerning av den flytende fasen (løsning) fra den faste fasen (kaks), d) ekspansjon og oppvarming av materialene som forlater trinn (c), med gjenvinning av den utstrømmende oljefraksjonen og løsemiddelet i dampfase, e) kjøling og kondensering av løsemiddelet og dets resirkulering til trinn a), etter evt underkjøling, idet blandingen av kakset skjer ved et trykk fra 45 til 80 bar, hvorved separeringen av oljefraksjonen utføres ved et trykk fra 30 til 65 bar, og idet underkjølingsgraden for den flytende fasen varierer fra 0 til 5°C

2 Fremgangsmåte i henhold til krav 1, hvori blandetnnnet for kakset og separasjonstrinnet for oljefraksjonen skjer ved en temperatur nær metningsverdien til den flytende fasen.

3 Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, hvori løsemiddelet mates til en ekstraksjonbeholder (3) i et forhold på 2 til 20 ganger vekten av kakset

4 Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1 til 3, hvori kakset blandes med et inert materiale som utgjør 10 - 40 % av totalvekten

5 Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1 til 4, hvori det inerte materialet omfatter kaks som allerede er behandlet og derfor delvis resirkulert

6. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1 til 5, hvori bevegelsen av løsemiddelet skjer ved anvendelse av en volumetrisk kompressor (7) anbrakt mellom separasjonsseksjonen og oppsamlingstanken (1)

7 Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1 til 5, hvori bevegelsen av prosessfluidet skjer ved anvendelse av en volumetrisk pumpe anbrakt mellom oppsamlingstanken (1) og ekstraksjonskolonnen (3).

8 Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1 til 7, hvori den utvunnede oljefasen separeres ved anvendelse av en separator (6) eller flere separatorer i serie.

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 8, hvori separasjonsseksjonen omfatter én enkelt separator (6) med sykloneffekt.

10 Fremgangsmåte i henhold til krav 8, hvori separasjonsseksjonen omfatter to separatorer (6), den første med en tyngdekraftpåvirkning, den andre med en sykloneffekt

11 Fremgangsmåte i henhold til krav 8-10, hvori et filter for separering av den medførte væsken er anbrakt nedstrøms for separasjonsseksjonen.

12 Fremgangsmåte i henhold til krav 6, hvori faseovergangene for løsemiddelet skjer ved energivekshng mellom fordampningsvarmen og kondenseringsvarmen.