Интегрированная установка для обработки бурового шлама - RU2416472C1

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

При бурении на нефть или другие ресурсы результатом бурения бывает большое количество бурового шлама. Эти отходы бурения часто считаются токсичными или экологически опасными тем, что либо сами по себе содержат токсичные вещества, либо загрязнены контактом с буровыми жидкостями, такими как буровой раствор, или контактом с нефтепродуктами как таковыми. Учитывая токсичность этих веществ, должен быть найден адекватный механизм утилизации отходов бурения, устраняющий их экологическую опасность.

Особенная проблема возникает при бурении в море, поскольку обработку отходов бурения прежде главным образом выполняли на суше. На морских платформах пространство стоит очень дорого, поэтому крупномасштабная обработка отходов бурения предельно дорога. Предпочтительный способ представляет собой упаковку в мешки с последующей транспортировкой отходов бурения для обработки на суше. Кроме того, отходы бурения обычно сжигают на берегу, что приводит к крупномасштабному выделению СО₂ и необходимости в обработке отходов, которые часто могут содержать тяжелые металлы или тому подобное.

Настоящее изобретение стремится преодолеть, по меньшей мере, некоторые из вышеупомянутых проблем и содержит новый способ обслуживания и обработки отходов бурения. Предложенный способ и устройство для осуществления этого способа могут помочь в обработке отходов бурения всех видов и обеспечивают безвредную для окружающей среды обработку отходов бурения, специально приспособленную к осуществлению в открытом море. Можно считать, что заявленный способ представляет собой процесс ускоренной гидратации и затвердевания.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время существует большое количество установок для обработки бурового шлама.

В документе NO 164219 представлен ряд операций, выполняемых с буровым раствором, который используют при бурении. В различных устройствах в нескольких этапах выполняют большое количество операций. Тем не менее, буровой шлам не обрабатывают.

В документе NO 315808 раскрыт способ тепловой обработки бурового шлама.

В документе NO 172217 раскрыто устройство для измельчения бурового шлама, в котором буровой шлам измельчают до получения частиц желательного размера. Тем не менее, описание какой-либо стабилизации отходов бурения отсутствует.

В документе DE 3939513 описано добавление цемента непосредственно в буровой раствор и в смеси отходов бурения для стабилизации шламонакопителей и т.п. При этом шламонакопители расположены на суше и представляют собой выкопанные облицованные карьеры, которые позже заваливают грунтом для выращивания растений. Способ требует транспортировки отходов бурения на берег, при этом существует опасность утечки из шлама тяжелых металлов, что собственно и объясняет необходимость облицовки карьеров.

В документе US 6706108 описан способ производства материала для дорожного основания путем добавления вяжущих или гидратирующих материалов в шлам в низкотемпературном периодическом процессе. Этот процесс осуществляют на суше.

В документе US 6585115 раскрыт процесс обработки отходов бурения, предполагающий сушку и хранение отходов бурения перед обратной закачкой или транспортировкой на берег. Никакое измельчение или дробление не предполагается.

В документе US 2005/0153844 описан способ тепловой обработки отходов бурения. В результате процесса получают сухие отходы бурения, которые намного легче обрабатывать. Измельчение или дальнейшая обработка не описаны.

В документе US 6322489 описан способ обслуживания и обработки отходов бурения, в котором от отходов бурения отделяют жидкость, и отходы бурения стабилизируют для использования при осушении заболоченных почв. Этап, на котором отделяют жидкости, является весьма дорогостоящим, и не приспособлен для использования в открытом море.

В документе US 4880468 описан способ отверждения упомянутых отходов, содержащих главным образом буровой раствор и буровой шлам. Измельчение и добавление дополнительных составляющих не описаны.

Хотя в этих документах упомянуты различные способы обработки согласно настоящему изобретению, ни один из них не предлагает отдельную установку непосредственно для обработки бурового шлама, выполненную с возможностью выпуска обработанного бурового шлама в окружающую среду без риска утечки потенциально вредных материалов.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение направлено на преодоление, по меньшей мере, некоторых из вышеупомянутых недостатков уровня техники и описывает интегрированную установку для обработки бурового шлама, которая содержит, по меньшей мере, одно впускное отверстие для бурового шлама, по меньшей мере, одно впускное отверстие для воды, по меньшей мере, одно впускное отверстие для связующего вещества и, по меньшей мере, одно впускное отверстие для добавок. Установка дополнительно оборудована, по меньшей мере, одним измерительным прибором, приспособленным для измерения состава бурового шлама. По меньшей мере, один дозатор установлен, по меньшей мере, у одного впускного отверстия для подачи необходимого количества связующего вещества или добавок соответственно. Установка также содержит смеситель для смешивания реагентов, к которому присоединен выпускной канал смеси, выполненный с возможностью подачи смеси в первый гранулятор, в котором размалывают, гранулируют, сгущают и отверждают смесь. Упомянутый первый гранулятор также выполнен с возможностью транспортировки сгущенной, отвержденной и гранулированной смеси в резервуар для хранения.

Изобретение также описывает способ обработки бурового шлама, содержащий этапы, на которых:

- подают буровой шлам в смеситель, расположенный в интегрированной установке;

- измеряют состав бурового шлама;

- подают связующий материал, воду, пар и/или добавки в упомянутый смеситель согласно составу бурового шлама;

- смешивают упомянутый буровой шлам и добавленные материалы в смесительной камере упомянутого смесителя для формирования смеси;

- подают упомянутую смесь через выпускной канал смеси в гранулятор;

- гранулируют, сгущают и отверждают упомянутую смесь в упомянутом грануляторе;

- транспортируют упомянутую сгущенную и отвержденную гранулированную смесь к выпускному каналу для хранения или утилизации упомянутой сгущенной и отвержденной гранулированной смеси.

Изобретение также раскрывает использование интегрированной установки как описано на морской буровой платформе.

Другие предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения описаны в зависимых пунктах приложенной формулы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение далее будет описано со ссылкой на приложенные чертежи.

Фиг.1 показывает вид сверху установки согласно изобретению.

Фиг.2 показывает сечение установки по линии А-А на фиг.1 согласно изобретению.

Фиг.3 показывает вариант выполнения изобретения, в котором продукт процесса транспортируют в резервуар для хранения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее изобретение будет описано со ссылкой на приложенные чертежи. Хотя представлены примерные варианты выполнения изобретения, не описанные здесь очевидные варианты следует рассматривать как попадающие в пределы объема изобретения.

Настоящее изобретение описывает компактную интегрированную установку (1) для обработки бурового шлама, который остается при выполнении бурения в открытом море. Буровой шлам первоначально отделяют от бурового раствора с помощью сита для бурового раствора и доставляют в резервуар для хранения, обычно присутствующий на морской платформе. Буровой шлам часто загрязнен буровыми растворами различных видов согласно выполняемому бурению. Буровой раствор может быть классифицирован как сформированный на основе нефти, на основе синтетической нефти или на основе воды, или на основе комбинаций всего перечисленного, каждая из которых представляет различные экологические требования.

Интегрированная установка (1) согласно изобретению снабжена впускным отверстием (2) для шлама для подачи бурового шлама в смеситель (7). Состав бурового шлама, поданного в установку (1), измеряют, и через впускное отверстие (6) для связующего вещества подают необходимое связующее вещество. Связующее вещество может содержать вяжущие материалы, такие как цемент, причем цемент выполнен с возможностью связывания и стабилизации бурового шлама и химических продуктов, содержащихся в нем. Количество необходимого для добавления связующего вещества зависит от содержания воды в шламе, а также от химического состава отходов бурения.

Согласно варианту выполнения изобретения первый измельчитель (9) может быть расположен у выпускного отверстия (10) смесителя таким способом, что смесь может быть измельчена перед подачей в упомянутый первый гранулятор (8). Выпускное отверстие (10) смесителя может быть выполнено с возможностью вибрационной подачи смеси в первый гранулятор (8) управляемым образом. Таким образом, установка может действовать в соответствии с процессом ускоренной гидратации и отверждения.

В варианте выполнения изобретения для ускорения процесса сгущения и отверждения в него могут быть добавлены горячий пар и/или горячая вода. В варианте выполнения изобретения впускные отверстия (4) для воды и/или впускные отверстия (5) для пара связаны со смесителем (7) для подачи в него горячей воды и/или горячего пара (см. фиг.1).

Преимущество применения к смеси пара или горячих газов состоит в том, что буровой шлам, поступающий на буровую платформу, имеет достаточно низкую температуру, как правило, примерно 60°С. Хотя температура в скважине может быть примерно 170°С или выше, температура смеси бурового раствора и шлама во время подъема на поверхность снижается. Это происходит из-за теплообмена с холодной морской водой, окружающей трубу. Предпочтительно увеличение температуры смеси в значительной степени, по меньшей мере, до 100°С после обработки в интегрированной установке (1). Это позволяет дополнительно уменьшить размер установки (1) и сократить время обработки шлама в установке (1).

В варианте выполнения изобретения первая промежуточная область (12) хранения может быть расположена после выпускного отверстия (10) смесителя (7). Это позволяет начать сгущение и отверждение смеси перед грануляцией. В варианте выполнения изобретения в первую промежуточную область (12) хранения подают горячий пар.

Пар может быть горячим газом любого вида, который не препятствует процессу сгущения и отверждения, и в варианте выполнения изобретения горячий газ в основном представляет собой водяной пар.

После смешивания в смесителе (7) смесь подают в первый гранулятор (8) для грануляции, сгущения и отверждения. Первый гранулятор (8) служит для грануляции, сгущения и отверждения поданной в него смеси.

При подаче материала в первый гранулятор (8) перед выпускным отверстием из смесителя (7) может быть расположен первый измельчитель (9) так, что перед первым процессом грануляции, сгущения и отверждения выполняют дополнительное дробление и измельчение.

В варианте выполнения изобретения первый гранулятор (8) выполнен в виде конического сужающегося вверх узла, при этом на поверхности гранулятора (8) выполнен первый спиральный транспортный канал (11). В этом варианте выполнения изобретения смесь из смесителя (7) подают на внешнюю нижнюю секцию первого гранулятора (8), после чего смесь транспортируют в верхнем направлении вращением первого гранулятора (8). Смесь гранулируется взаимодействием с внутренней крышкой (13), окружающей первый гранулятор (8), как показано на фиг.2. В этом варианте выполнения изобретения смесь сгущают, отверждают и гранулируют во время ее прохождения в первом спиральном транспортном канале (11) от нижней до верхней части гранулятора. В верхней части гранулятора выполнено отверстие, через которое сгущенная, отвержденная и гранулированная смесь попадает во внутреннюю полость первого гранулятора (8). Эта внутренняя полость показана на фиг.2 как первый резервуар (15) для хранения.

В этом варианте выполнения изобретения упомянутый спиральный транспортный канал (11) может иметь регулируемый угол относительно вертикальной оси для задания таким способом размера гранулята. Спиральный транспортный канал (11) также может быть снабжен внешними краями для лучшего удержания материала в канале (11) и предотвращения высыпания гранул из канала (11).

В варианте выполнения изобретения внутри первого резервуара (15) для хранения может быть расположен вращающийся диск. Этот вращающийся диск выполнен с возможностью смешивания и активации гранулята для его дальнейшего сгущения и отверждения.

В варианте выполнения изобретения второй гранулятор (20) связан с первым резервуаром (15) для хранения. Этот второй гранулятор (20) может действовать тем же образом, что и первый гранулятор (8), причем упомянутый второй гранулятор выполнен с возможностью измельчения, грануляции, сгущения и отверждения упомянутой гранулированной смеси из упомянутого первого гранулятора (8) для формирования сгущенной, отвержденной и гранулированной смеси. Это гарантирует, что конечный продукт в достаточной мере сгущен и отвержден в установке, занимающей очень малую габаритную площадь на буровой платформе или производственном судне. Конечная секция первого резервуара (15) для хранения образована его нижней секцией (17).

В варианте выполнения изобретения второй гранулятор (20) может быть снабжен вторыми спиральными транспортными каналами (21). Они могут действовать также как и первые спиральные транспортные каналы (11), у причем смесь сгущается, отверждается и гранулируется во время движения вдоль пути взаимодействием с крышкой (19) второго гранулятора (20). Смесь транспортируют к отверстию в верхней части второго гранулятора (20), и затем во второй резервуар (22) для хранения внутри упомянутого второго гранулятора (20). Как и в первом грануляторе (8), угол второго гранулятора (20) может быть отрегулирован для выбора размера гранулята.

При подаче материала во второй гранулятор (20) перед выпускным отверстием из первого гранулятора (8) может быть расположен второй измельчитель (16) так, что перед вторым процессом грануляции, сгущения и отверждения выполняют дополнительное дробление и измельчение.

Согласно варианту выполнения изобретения первый и второй грануляторы (8, 20) могут быть выполнены с возможностью вибрации с целью усовершенствования тем самым процесса грануляции.

Преимущество использования двух грануляторов (8, 20) состоит в возможности управления длительностью процесса обработки. Таким образом, процесс обработки может быть приспособлен к производительности просеивания бурового раствора на буровой платформе или нефтедобычном судне для избежания производственных задержек. Другое преимущество использования двухступенчатой грануляции состоит в увеличении времени пребывания отходов бурения внутри установки благодаря большему использованию реакторного объема. Поскольку внутренняя часть реактора имеет более высокую температуру по сравнению с окружающей средой, процесс сгущения и отверждения происходит быстрее.

Другое преимущество использования нескольких этапов грануляции состоит в возможности предотвращения сцепления гранул друг с другом или наоборот способствования сцеплению гранул друг с другом. Это позволяет управлять размером гранул наилучшим способом.

Другое преимущество использования нескольких этапов грануляции состоит в возможности размещения впускных отверстий для добавок также и во втором грануляторе (20). На этом втором этапе грануляции в процесс можно добавлять воду, пар или другие добавки, такие как дополнительное связующее вещество или тому подобное, с целью улучшения управления добавками.

В варианте выполнения изобретения эти два гранулятора (8, 20) расположены в целом вертикально, один над другим. При этом не требуется транспортировка материала через установку, потому что материал в основном перемещается под действием силы тяжести.

Согласно варианту выполнения изобретения второй измельчитель (16) может быть расположен в первом резервуаре (15) для хранения таким образом, что гранулированная смесь, поданная во второй гранулятор (20), может быть измельчена перед подачей в этот гранулятор. Также после первого гранулятора (8) может быть расположен второй промежуточный резервуар (18) для хранения. Из этого резервуара (18) для хранения масса может быть подана во второй гранулятор (20).

Второй резервуар (22) для хранения может иметь различные формы согласно потребности. Как показано на фиг.2, второй резервуар (22) для хранения может быть больше первого резервуара (15) хранения и может быть образован его стенками (26).

В варианте выполнения изобретения может быть обеспечен коллектор (14) так, что в первый гранулятор (8) и/или во второй гранулятор (20) может быть подан пар для сохранения высокой температуры внутри грануляторов (8, 20). Это ускорит сгущение и отверждение смеси внутри грануляторов и, таким образом, обеспечит выполнение сгущения и отверждения эффективным способом. В этом варианте выполнения изобретения температура внутри установки может быть примерно 60°С или выше.

Согласно варианту выполнения изобретения второй резервуар (22) для хранения может быть снабжен выпускным отверстием, содержащим конечный измельчитель (23). Из этого конечного выпускного отверстия гранулят может быть перенесен в резервуар (15, 22) для хранения транспортером (25), как показано на фиг 3.

Специалисту очевидно, что первый, второй и конечный измельчители (9, 16, 23) могут быть выполнены с возможностью регулировки. Это позволяет оператору задавать размер частиц гранулята.

В варианте выполнения изобретения в смесителе (7) в смесь в качестве добавок добавляют химические соединения, известные как высокомолекулярные полимеры. Высокомолекулярные полимеры при добавлении в цемент обеспечивают некоторые преимущества, одно из которых состоит в том, что результирующая цементная гранулированная смесь демонстрирует высокую устойчивость от утечки тяжелых металлов или нефтяных фракций. Другие добавки, такие как зольная пыль, известны из уровня техники, и должны быть рассмотрены как часть настоящего изобретения. Кроме того, добавки могут выполнять различные функции, самая важная из которых состоит в ускорении сгущения и отверждения смеси. Эти добавки, ускоряющие процесс сгущения и отверждения, известны из уровня техники.

Согласно варианту выполнения изобретения время обработки при использовании описанного выше способа сокращено до 2-3 дней, что является существенным усовершенствованием по сравнению с уровнем техники. Поскольку способ может выполняться непрерывно, и не только в порционном режиме, производительность установки согласно настоящему изобретению намного больше, чем у существующих установок.

В варианте выполнения изобретения окончательный гранулированный продукт может быть либо упакован в мешки на буровой платформе, либо просто свален в море. Экспериментальная эксплуатация показала, что полученный гранулят устойчив и безвреден для окружающей среды, и, таким образом, гранулят можно легко, без вредного воздействия на среду, просто ссыпать на дно моря. Поскольку интегрированная установка согласно изобретению позволяет оператору выбирать размер гранулята, он может быть выбран так, что гранулят при высыпании в море будет рассеян морскими течениями.

После осаждения на морском дне готового гранулята его сгущение и отверждение продолжается в благоприятных условиях на морском дне. Полученный гранулят цемента и бурового шлама, как выяснилось, не является токсичным, и, как выяснилось, на таком грануляте свободно развиваются морские водоросли и другие органические формы жизни. Такое органическое развитие дополнительно уменьшает возможность утечки из гранулята вредных веществ в океан. Выяснилось, что присутствие гранулята цемента и бурового шлама согласно настоящему изобретению не влияет на кислородные процессы.

Хотя процесс согласно настоящему изобретению предусматривает свалку гранулята в море, гранулят также может легко быть упакован в мешки и доставлен на берег или даже оставлен на хранение на буровой платформе, если это необходимо. Поскольку гранулят стабилизирован и по существу является сухим продуктом, обработка гранулята очень упрощена по сравнению с технологией обработки шлама в исходной форме, при которой влажную массу отходов бурения, нефтяных и химических продуктов упаковывают в мешки и транспортируют на берег грязным способом. Процесс отверждения и полимеризации гранулята продолжается даже при хранении, поэтому хранение гранулята не наносит ущерба.

Хотя основное внимание в настоящем изобретении уделено интегрированной установке для использования в открытом море, очевидно, что установка может быть использована и на суше. Преимущества, состоящие в малой габаритной площади, и в относительно быстром производстве гранулята, обеспечивают пригодность настоящего изобретения для обработки экологически опасных отходов на суше. Такие применения также входят в объем настоящего изобретения.

Способ согласно изобретению содержит способ обработки бурового шлама в открытом море, содержащий этапы, на которых:

- подают буровой шлам в смеситель (7) в интегрированной установке (1);

- измеряют состав бурового шлама;

- подают в упомянутый смеситель (7) связующее вещество, воду, пар и/или добавки согласно составу упомянутого бурового шлама;

- смешивают упомянутый буровой шлам и добавленные материалы в упомянутом смесителе (7) для формирования смеси;

- подают упомянутую смесь через выпускное отверстие (10) смесителя в гранулятор (8);

- гранулируют, сгущают и отверждают упомянутую смесь в грануляторе (8);

- транспортируют сгущенную и отвержденную гранулированную смесь к выпускному отверстию для хранения или утилизации упомянутой сгущенной и отвержденной гранулированной смеси.

Преимущество способа согласно изобретению состоит в том, что буровой шлам можно обрабатывать непрерывно, и при необходимости буровой шлам можно обрабатывать в интегрированной установке (1) постоянно. Обработка может быть значительно ускорена по сравнению с известными способами обработки. Этот способ можно рассматривать как процесс ускоренной гидратации и отверждения. Такое ускорение процесса обработки имеет большое значение при осуществлении способа согласно изобретению.

Интегрированная установка также может быть установлена на регулируемых опорах (24) или других приспособлениях. Аналогичным образом, установка (28) может быть оборудована регулируемыми приспособлениями (29) для поддержки установки в нужном положении. На интегрированной установке (1) согласно изобретению могут быть расположены другие устройства, такие как фильтры (27) и устройства вакуумирования.

Хотя вышеизложенное описание описывает два гранулятора (8, 20), очевидно, что может быть использовано множество грануляторов, как описано выше. Таким образом, в интегрированной установке могут быть расположены три, четыре или больше гранулятора, и эти варианты выполнения также следует рассматривать как входящие в объем изобретения.

Таким образом, описана новая интегрированная установка (1) для обработки бурового шлама, в которой буровой шлам преобразуют из формы опасных отходов в гранулят эффективным и быстрым способом, причем установка (1) имеет малую габаритную площадь и потому пригодна для использования на морских буровых платформах.

Реферат

Группа изобретений относится к обработке отходов бурения, в частности к утилизации бурового шлама. Обеспечивает безвредную для окружающей среды обработку отходов бурения, производительность, малые габариты установки. Интегрированная установка для обработки бурового шлама содержит вертикальный комплект, состоящий из смесителя и измельчителя в верхней части с впускными отверстиями для шлама, связующего вещества, добавок, воды, пара. Ниже выпускного отверстия смесителя выполнена промежуточная область хранения с первой конической внутренней крышкой, выполненной с возможностью направления смеси вниз к периферическому впускному отверстию гранулятора, выполненного в виде сужающегося кверху конуса. Гранулятор выполнен с возможностью измельчения, сгущения, отверждения, грануляции и транспортирования смеси вверх вдоль первого спирального канала к центральному выпускному отверстию в первый резервуар для хранения, который снабжен вторым выпускным отверстием. Ниже этого отверстия выполнена вторая промежуточная область хранения, выполненная с возможностью направления смеси вниз к впускному отверстию второго гранулятора для транспортирования смеси вверх вдоль второго спирального канала к центральному третьему выпускному отверстию, выполненному в верхней части второго гранулятора и ведущему ко второму резервуару для хранения и к выпускному отверстию для хранения или утилизации. Также описан способ обработки бурового шлама и применение интегрированной установки на морской буровой платформе. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула