模塊擴(kuò)展系統(tǒng)及振蕩器系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)涉及以下專利申請(qǐng)并主張以下專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，它們是：在2010年5月 12日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/334, 117、在2010年11月8日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng) 61/411，298,以及在2010年11月26日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/417, 390,這些申請(qǐng)的 內(nèi)容均以引用的方式并入本文中。
[0003] 本申請(qǐng)是名稱為"用于對(duì)鉆肩進(jìn)行干燥的系統(tǒng)及方法"的發(fā)明專利申請(qǐng)（【申請(qǐng)?zhí)枴?201180023736.5)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明描述了用于從鉆肩中分離流體的系統(tǒng)及方法。特別地，本發(fā)明涉及包含真 空系統(tǒng)及/或分區(qū)的改裝的振蕩器，以及操作此類振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)流體高度分離的方法。該 系統(tǒng)和方法在多種篩孔尺寸、真空流以及真空設(shè)計(jì)中都是有效的。該系統(tǒng)尤其有助于從鉆 井液中分離氣體。
【背景技術(shù)】
[0005] 對(duì)于能源勘探行業(yè)而言，鉆井液的損失意味著一些技術(shù)及成本上的問(wèn)題。這些問(wèn) 題通常包含鉆井液滲入到地層造成的滲流損失、在表面上的鉆井液的回收及/或被鉆井液 污染的鉆探巖肩或鉆肩的處理。在本發(fā)明的上下文中，"鉆井液"既包含在表面上預(yù)備的以 未變更狀態(tài)用于鉆探的流體，也包含從井中回收的所有流體，這些流體可包含來(lái)自井中的 多種污染物，污染物包含水以及碳?xì)浠衔铮扔幸后w，也有氣體）。
【背景技術(shù)】 [0006] 中存在一種已知的情況，即，在挖掘或鉆探過(guò)程中，鉆井液的損失量可達(dá) 到 :在鉆探項(xiàng)目的整個(gè)過(guò)程中損失的鉆井液接近300立方米。由于一些鉆井液的價(jià)值超過(guò) 1600美元每立方米，因此，此類流體的大量損失對(duì)鉆探運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)意味著高成本。
[0007] 鉆井液通?？煞譃樗@井液或油基鉆井液，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，這 些鉆井液可能包含許多昂貴并且專用的化學(xué)品。因此，在鉆探項(xiàng)目中希望鉆井液的損失量 是最小的，于是人們思考和/或采用了多種技術(shù)來(lái)使井下和表面上的鉆井液損失最小化。
[0008] 此外，在一些地區(qū)，通過(guò)輸送油或水來(lái)配制鉆井液，對(duì)于一些運(yùn)作而言，這種做法 可能會(huì)造成一些成本上的問(wèn)題，特別是在沙漠、近海處，甚至也包含一些不允許將水的配給 用于此目的地區(qū)。
[0009] 如上文所述，一個(gè)具體的問(wèn)題是，如何將可能在表面處粘附到鉆肩上的鉆井液與 來(lái)自地層的所有碳?xì)浠衔铮ńy(tǒng)稱為"流體"）分離。已通過(guò)各種技術(shù)來(lái)達(dá)成從鉆肩中有效 分離各種流體，所述技術(shù)包含但不限于，水力旋流器、泥漿清潔器、線性運(yùn)動(dòng)振蕩器、螺旋推 進(jìn)式離心機(jī)、立式籃式離心機(jī)（VBC)、真空器件，以及渦流分離器。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員 所熟知的，這些器件通常以每天1000-2000美元的價(jià)格出租，因此，對(duì)運(yùn)營(yíng)商構(gòu)成顯著的成 本。因此，流體的回收對(duì)補(bǔ)償這些費(fèi)用是必要的，這就要求回收的流體的價(jià)值大于設(shè)備的租 賃費(fèi)用，從而使回收技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上更合理。在挖掘工程中，高成本鉆井液的損失量很大（例 如，超過(guò)3立方米每天），于是，對(duì)專用分離設(shè)備按日收取租賃費(fèi)可實(shí)現(xiàn)有利的經(jīng)濟(jì)效益。此 外，在運(yùn)營(yíng)商設(shè)計(jì)鉆井液/鉆肩的分離/回收系統(tǒng)時(shí)，很可能還會(huì)將環(huán)境影響及/或被鉆井 液污染的鉆肩的處理成本考慮在內(nèi)。
[0010] 另外，當(dāng)鉆肩在振蕩器設(shè)備上處理時(shí)，用于從鉆肩中分離鉆井液的以往技術(shù)也使 用液體噴淋系統(tǒng)來(lái)將"清洗"液輸送到鉆肩中。當(dāng)鉆肩在振蕩器上處理時(shí)，此類清洗液以及 關(guān)聯(lián)的流體供應(yīng)系統(tǒng)被用來(lái)輸送多種清洗流體，并且根據(jù)所處理的鉆井液的類型，可包含 多種類型的設(shè)計(jì)來(lái)輸送不同的清洗流體。例如，根據(jù)在振蕩器上處理的鉆井液和鉆肩，清洗 液可包含油、水或乙二醇。通常，應(yīng)用這些清洗流體來(lái)減少粘附到鉆肩上的流體的粘度及/ 或表面張力，和實(shí)現(xiàn)對(duì)更多的流體進(jìn)行回收。然而，通常這些技術(shù)對(duì)許多鉆井液而言都不具 有成本效益，因?yàn)橄♂屃黧w的使用通常造成鉆井液的體積增加及/或化學(xué)穩(wěn)定性的改變， 這是不可接受的，并且因此造成鉆井液流變學(xué)性質(zhì)的改變。
[0011] 因此，雖然有多種分離系統(tǒng)通常能夠有效及/或有效率地達(dá)成一定水平的流體/ 鉆肩分離，但是每種形式的分離技術(shù)通常只在一定范圍內(nèi)的條件或參數(shù)下并且在特定的價(jià) 位上才能有效率地操作。例如，利用篩網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)振蕩器能夠相對(duì)有效率并且持續(xù)地從鉆肩 中移除一定量的鉆井液，在振蕩器的通常操作中，操作者通常能夠使鉆井液/鉆肩分離達(dá) 到流體相對(duì)于鉆肩重量的12-40%的水平（即，所回收鉆肩的總質(zhì)量的12-40%為鉆井液）。 流體/鉆肩重量百分比的范圍通常由篩孔尺寸來(lái)控制，其中通過(guò)使用較大的篩孔（例如， 50-75目），操作者可實(shí)現(xiàn)較高程度的流體/鉆肩分離，通過(guò)使用較小的篩孔（例如，最高 325目）來(lái)實(shí)現(xiàn)較低程度的流體/鉆肩分離。由于篩孔尺寸影響了通過(guò)篩網(wǎng)的固體量，所以 須在使用大目篩網(wǎng)與小目篩網(wǎng)之間作出取舍。也就是說(shuō)，雖然操作者能夠通過(guò)使用較大的 篩孔（50-75目）來(lái)降低鉆肩上保留的漿料從振蕩器脫落，但是使用較大的篩孔的問(wèn)題是： 實(shí)質(zhì)上更大量的固體將會(huì)通過(guò)篩網(wǎng)，隨后會(huì)顯著地影響所回收流體的流變學(xué)性質(zhì)和密度及 /或需要使用額外的有可能效率不高的分離技術(shù)來(lái)將這些固體從所回收的鉆井液中移除。 相反，如果使用小的篩孔，雖然有可能將對(duì)用于從所回收的鉆井液中移除固體的進(jìn)一步下 游分離技術(shù)的需要降為最低，但實(shí)質(zhì)上會(huì)導(dǎo)致較大量的鉆井液未被回收，因?yàn)檫@些鉆井液 更有可能避開(kāi)篩網(wǎng)并因此導(dǎo)致更大的鉆井液損失，以及/或者需要后續(xù)的處理。
[0012] 相應(yīng)地，在許多操作中，操作者將通過(guò)離心力式設(shè)備調(diào)節(jié)從振蕩器中所回收的流 體，使其經(jīng)受額外的處理，從而在回收或再生鉆井液之前減小流體密度并且移除盡可能多 的微細(xì)固體。然而，此類調(diào)節(jié)需要更昂貴的設(shè)備，例如離心機(jī)、螺旋推進(jìn)式離心機(jī)、水力旋流 器等，它們會(huì)增加回收總成本。這些處理技術(shù)也被其處理的流體的質(zhì)量直接影響，因此由使 用粗篩網(wǎng)的振蕩器預(yù)處理的流體將不如從較微細(xì)篩網(wǎng)接收的流體，后者更為優(yōu)化。
[0013] 此外，離心機(jī)和水力旋流器以及其他設(shè)備的性能也受到進(jìn)料流體的粘度和密度的 直接影響。因此，能夠?qū)⒅厍液腆w顆粒的流體輸送到二級(jí)處理設(shè)備的鉆井液回收技術(shù)需 要力度更強(qiáng)的技術(shù)，例如增加重力及/或真空來(lái)實(shí)現(xiàn)分離，而這通常會(huì)導(dǎo)致鉆肩的破碎。
[0014] 此外，此類二級(jí)處理設(shè)備通常不能以相同的振蕩器吞吐量值來(lái)處理鉆肩及鉆井 液，結(jié)果造成可能需要額外的分離設(shè)備，或是可能需要額外的存儲(chǔ)槽來(lái)臨時(shí)存放所積累的 鉆井液。
[0015]因此，操作者會(huì)試圖將鉆井液損失的成本，與所回收的流體的質(zhì)量，連同其他的考 慮因素一起衡量。雖然操作者通常對(duì)鉆肩處理的質(zhì)量以及可用的流體回收技術(shù)沒(méi)有多少選 擇余地，但是許多操作者將操作分離設(shè)備，使得從分離設(shè)備所回收的鉆井液密度會(huì)比系統(tǒng) 中的循環(huán)流體的密度重大約200-300kg/m3。當(dāng)這種含有顯著量的微細(xì)固體的較重流體被留 在鉆井液中時(shí)，將會(huì)立刻或在一段時(shí)間后破壞鉆井液或其他任何類型流體的性能。
[0016] 因此，依然需要這樣的系統(tǒng)，其能經(jīng)濟(jì)地增大從振蕩器中所回收的流體的體積，且 不會(huì)對(duì)所回收的鉆井液的流變學(xué)性質(zhì)造成不利影響。具體而言，需要這樣的分離系統(tǒng)，其可 使所回收的流體密度相對(duì)于原始流體密度在5-100kg/m 3的范圍內(nèi)，并且不影響塑性粘度、 膠凝強(qiáng)度等流變學(xué)性質(zhì)。
[0017] 此外，需要開(kāi)發(fā)低成本的改裝技術(shù)，所述技術(shù)可強(qiáng)化流體回收并且低于當(dāng)前所采 用的機(jī)制和技術(shù)的成本。此外，還需要這樣的改裝技術(shù)，其可用于由不同制造商制造的各種 振蕩器，并且可用來(lái)強(qiáng)化現(xiàn)有振蕩器的操作。
[0018] 此外，還需要開(kāi)發(fā)能強(qiáng)化二級(jí)分離設(shè)備的操作的分離技術(shù)。
[0019] 真空技術(shù)的使用是改善鉆井液分離的一個(gè)解決方案。然而，真空技術(shù)本身具有多 種問(wèn)題，包含對(duì)鉆肩/流體分離不充分，如上所述，其需要額外且昂貴的下游處理，并且其 不能從所回收的鉆井液中有效地移除細(xì)粒，從而增大了所回收的鉆井液的密度。此外，力度 強(qiáng)的真空系統(tǒng)也將使鉆肩破碎，從而使生成細(xì)粒的問(wèn)題增大。
[0020] 此外，在工作場(chǎng)所中多種真空技術(shù)還可能出現(xiàn)塵埃和薄霧問(wèn)題，例如使用過(guò)去的 真空技術(shù)，需要用高壓沖洗來(lái)定期地清理堵塞的篩網(wǎng)。篩網(wǎng)的高壓沖洗產(chǎn)生的空氣中漂浮 的塵埃以及薄霧對(duì)操作者造成了危害。因此，仍然需要能使對(duì)篩網(wǎng)的清洗的需求最小化的 技術(shù)。
[0021] 此外，在真空篩網(wǎng)的下側(cè)需要改善的流體分離系統(tǒng)，其允許被吸入穿過(guò)真空篩網(wǎng) 的相對(duì)較大體積的空氣與被吸入穿過(guò)真空篩網(wǎng)的相對(duì)較小體積的鉆井液有效地并且有效 率地分離。也就是說(shuō)，需要改善的流體/空氣分離系統(tǒng)。還需要有助于鉆井液中脂肪酸氧 化的真空技術(shù)，從而減少對(duì)額外乳化劑的需要。
[0022] 在操作上，還需要改善的操作真空系統(tǒng)的方法，該方法有效地使篩網(wǎng)堵塞的風(fēng)險(xiǎn) 最小化并且能夠使用更微細(xì)的篩網(wǎng)。
[0023] 此外，需要這樣的系統(tǒng)，其既允許有效率地替換篩網(wǎng)，還能改善在真空系統(tǒng)與篩網(wǎng) 之間的墊圈與密封。
[0024] 此外，還需要改裝系統(tǒng)，該類改裝系統(tǒng)可用于通用的各種振蕩器，而且無(wú)需實(shí)質(zhì)修 改當(dāng)前的振蕩運(yùn)動(dòng)，并且能夠在工作地點(diǎn)快速且容易的安裝。此外，還需要改裝系統(tǒng)，該類 改裝系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)便利的系統(tǒng)拆解，以便于運(yùn)輸及/或維護(hù)。
[0025] 此外，還需要這樣的系統(tǒng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)鉆探項(xiàng)目中的整體固體控制項(xiàng)目的改善，從 而允許在固體控制設(shè)備的管理中有更大靈活性，使得較少的流體被輸送到二級(jí)處理設(shè)備， 同時(shí)可將更多昂貴的鉆井液更有效率且更有效地回收。
[0026] 脫氣
[0027] 已知，在鉆探操作中常常發(fā)生來(lái)自地層的氣體進(jìn)入到循環(huán)的鉆井液中的情況，其 中來(lái)自地層的壓縮氣體與循環(huán)的鉆井液混合，并且會(huì)溶解在鉆井液內(nèi)，是否發(fā)生溶解取決 于氣體的量與壓力是否會(huì)使鉆井液完全飽和。這種情況尤其發(fā)生在鉆頭進(jìn)入油層時(shí)，此時(shí) 鉆頭處于地層中，在井孔中會(huì)發(fā)生地層氣體的回流，這就會(huì)導(dǎo)致鉆井液與地層氣體的飽和。 隨著鉆井液升高到表面且壓力變小，氣體會(huì)從鉆井液中釋放。
[0028] 在表面上，氣體"迸入"或不受控制地進(jìn)入到循環(huán)系統(tǒng)中的首要征兆之一是在振 蕩器處出現(xiàn)泡沫化的鉆井液，這是由于在粘性的鉆井液內(nèi)形成了氣泡所造成的。在振蕩器 上，泡沫化的鉆井液通常會(huì)造成鉆井液的損失，這是因?yàn)樵谡袷幤魃蠚馀菘赡懿粫?huì)破裂，且 /或這些氣泡使得鉆肩與振蕩器篩網(wǎng)的接觸最小化，進(jìn)而減少了振蕩器在給定時(shí)間內(nèi)的應(yīng) 有效力。也就是說(shuō)，振蕩器的重力可能會(huì)滯后，或者不足，以至于不能立即克服氣泡的表面 張力。
[0029] 此問(wèn)題常通過(guò)增加篩孔尺寸（即較粗大的篩孔）來(lái)解決，但是，上述動(dòng)作將造成所 回收的鉆井液的質(zhì)量下降。或者，此問(wèn)題常常也通過(guò)如下方式來(lái)解決：繞過(guò)振蕩器，直接用 可能引發(fā)鉆井液降解的其他氣體分離設(shè)備。
[0030]因此，仍需要這樣的系統(tǒng)，其能改善振蕩器系統(tǒng)在振蕩器處分離氣體/流體的能 力，也能夠?qū)㈥P(guān)于鉆頭相對(duì)于油層的位置的有效信息提供給操作者。
[0031] 現(xiàn)有技術(shù)回顧
[0032] 對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的回顧揭示了包含真空技術(shù)在內(nèi)的多種技術(shù)在以前已用于從鉆肩中 分尚鉆井液，這些技術(shù)包含振動(dòng)式振蕩器。
[0033]例如，美國(guó)專利4, 350, 591描述了鉆探泥漿清潔裝置，所述裝置具有傾斜的傳送 帶篩網(wǎng)（travelling belt screen)以及包含排風(fēng)罩和鼓風(fēng)機(jī)的脫氣裝置。美國(guó)專利申請(qǐng)公 開(kāi)案2008/0078700揭示了具有用于清潔篩網(wǎng)的改裝噴淋噴