专利名称：输送未经处理的钻屑的系统、罐和输出装置的制作方法
本申请涉及用于输送未经处理的钻屑的系统。“未经处理的”意指钻屑没有经过任何为了使其用于运输而进行的有效处理，如通过添加液体。
在石油和天然气的开采过程中，钻探矿井会产生大量钻屑。这些钻屑包括岩石、水和在钻探过程中用作添加剂的各种化学物质的残余物。钻屑还包含碳氢化合物，如油类。
最初的时候，钻屑会在海床上被简单处置。但是，研究人员已经发现钻屑会严重破坏环境，且尤其对深海鱼类的产卵造成非常大的影响。因此，今天许多国家不再允许将钻屑倾到在易受影响的地区的海床上。这样，钻屑必须被运到海岸进行处理或可选择地，进行研磨或重新注入。在海岸上，采用环境友好的方式处理钻屑。还包括好几种处理方法，其中一部分钻屑在处理掉剩余的废水之前，可以进行商业利用。
有许多系统用来将钻屑与井下钻探液体分离。其例子描述在专利N0311232、N0312915、N019985493、N019991798、US2001/0039887、GB2350851中。
从WO 01/38648也可获知一种用于从海床移走倾到的钻屑的系统。
目前用于输送的系统是高劳动密集型的且参与到该系统的起重机数量通常不令人满意，尤其是不满意钻探设备的数量。供给船上的系统也是劳动密集型的而且占地方。对能以令人满意的方式输送甲板下未经处理的钻屑的系统还没有提出新的提议。目前，最普遍的输送模式是钻屑填充进钻井平台(或船)上的开口料车内，就像US5971084、US20032400(相应于US6585115)，WO03/095789和NO19995270描述的一样。接着，料车被起重机升起到供给船上。然后，料车被输送到供给船甲板上的海岸接收厂。这种甲板输送被认为是不安全的。如果供给船遇到暴风雨的天气，那么料车就会有被海水吞没的危险，这要么因有意而为之的紧急倾到，要么因工作疏忽所致。因此非常期望能够输送甲板下的钻屑。
钻屑是非常粘的。已经尝试过采用在含有搅拌器的罐内输送钻屑以使钻屑尽可能地保持液态。然而，这会造成钻屑部分地转变成类似混凝土的混合物，而这不能被泵输送。料车的输送没有太大的意义，因为料车或多或少都可以通过将它们倒置而倒空。然而，当使用船罐时，这是不可能的，石质化的钻屑被证明几乎不可能移走。也已经提出添加液体为了保持钻屑液态。然而，这并不能解决问题，除此之外，大量的液体也必须被输送。上面的例子描述在US6345672和GB2330600中。
NO20021070提出了采用拖曳在船后的罐来输送钻屑。如果罐被脱开漂走，必然带来污染的风险。
虽然US6345672和GB2330600提出了解决问题的方法，但本发明仍基于使用设置在甲板下，例如供给船的甲板下的罐来输送钻屑。不同于以往的尝试，本发明的研究得出这样的结论罐和输出机构的设计对钻屑是否能从罐被输送有很大的影响。当试图寻求输送问题的解决办法时，要么在实际的输送过程中，要么当从罐供给钻屑时，先进行搅拌已经证明对钻屑的黏度具有很大负面影响。钻屑搅拌的程度越大，钻屑石质化程度越高。这是因为钻屑内的颗粒被局部压缩，造成了水的置换和颗粒密度的增加。因而，本发明的目的是最大程度地避免钻屑的任何搅拌。
另一个可能的解决方案是在输送之前干燥钻屑以允许其以粉末形式被输送。然而，这种干燥需要大量能源和时间来进行，导致船的平台上所要求的用于存储的空间增加。
为了成功实现上述目的，已经赋予了罐合适的设计，其中钻屑以最小程度的搅拌被输送向罐出口以及输出机构被设计以使钻屑在给料出料过程受到尽可能低程度的搅动。
根据第一个方面，本发明的总体构想包括罐、输出机构、向下进入泵给料车的受控闸阀和管子。整个系统的实施将由后面的权利要求1所述的特征来实现。
本发明的第二个方面提供了用于输送钻屑的罐，其通过后面的权利要求5的特征部分所陈述的特征实现了预期的效果。
本发明的第三个方面提供了输出机构，其通过后面的权利要求9的特征部分所陈述的特征实现了预期的效果。
优选地，泵具有独立可变速的给料螺杆。还可以添加含有化学品的液体并进行鼓气。
优选地，泵的操作和输出过程受压力、转速和扭矩控制，且监测给料车内钻屑的位置并避免干转。
将参考附图对本发明进行更详细的说明，其中
图1是含有根据本发明的钻屑罐的船的一部分的纵向剖面图；图2是船部分和罐的顶视图；图3显示了根据本发明的两个罐，其具有关联的输出泵和管子；图4显示了根据本发明的输出机构和用于根据本发明罐的输出泵；图5显示了用于根据本发明罐的泵，以及根据本发明的给料车和阀；图6显示了通过根据本发明的输出机构的剖面；图7显示了通过输出机构一部分的更详细的剖面图；以及图8显示了用于根据本发明输出机构的液压图和泵。
图1和图2分别显示了船1的垂直剖面图和水平剖面图，其中设置了多个根据本发明的罐2。优选地，每一个罐具有圆形的横截面，其上部分3是圆柱形的和下部分4形成具有侧壁5的平截圆锥体，该侧壁以约20°和40°之间的角度朝向圆形的平底6延伸。此罐的形状是综合考虑了充分利用现有的空间和输出过程中设法使穿过罐2的底6上的开口运出物料时搅动最小的结果。通过将罐设计成具有长方形横截面并使它们直的侧壁相互倚住来实现最大程度地利用现有空间。但是这不会带来物质的高效输出，因为大量的物质仍将留在罐的下部角落里。圆柱形(例如，具有直的侧壁)也会在罐的下部靠住侧壁的地方留下物料。
最有效的输出可以通过具有圆锥形的罐来实现，该圆锥形在其锥顶具有输出开口。圆锥壁越陡，输出过程越容易进行。但是，此类罐并不能充分利用现有的空间。
充分利用空间和获得最佳输出之间折衷考虑的结果是具有圆柱形的上部和圆锥形的下部。已经发现平截圆锥形会提供足够的输出容量，同时增加圆柱形部分可以利用的高度。
可以利用的整个高度H由船的底70(内部双底)和甲板81之间的距离确定。此高度H从一条船到另一条船以及同一条船内部都是可以变化的。从此高度中扣除了罐以下的泵设备的整个高度h1。甲板81和顶部的货物轨道80之间的高度是h2，其用于连接软管、给料喷嘴或类似物。
罐的圆柱形部分3的直径D最小应该是3米。使用比这还小的直径并不是有利的。直径不要超过船宽度的一半，因为这样较不能充分利用现有的空间。目前，7米被认为是可实施的最大直径。
为了确保令人满意的待传输物料的输出，输出开口8的宽度(参见图4)应该至少是300mm。但是，认为输出开口大于600×800不能实施，因为很难设计开口比这还大，而同时又能承受罐内所含物料的重量的阀。此阀可以如图显示的长方形，可选择圆形或椭圆形。
简要的参考图4，在其中显示了紧靠平底6上面设置的输出装置10。在此图中，未显示罐壁5和上部分3。输出装置10将在下面详细地说明，但这里将引用一事实，输出装置10通常具有占了罐2体积一小部分的圆锥形部分11。圆锥形部分的角度近似等于或比侧壁5的角度更陡。由于此圆锥形11，仅有底6的外部接触罐2内包含的物料。外部的宽度b应该几乎等于开口8的宽度。开口8可以是长方形或圆形。
上面的限制将会确保几乎独一无二地定义罐的形状。与此形状不相同会导致不能较好地利用空间或使物料的输出过程复杂化。
图3更详细地显示了具有泵送设备12的两个罐2。填料设备9显示为与罐2的其中一个相连。可以从在钻探平台或钻探船上一个或多个类似的罐进行填料。可选择地，可以通过料车或大的装料袋被到空进填料设备9上方的储料器(未示出)进行填料。填料设备对供应船1上的所有罐来说可以是共用的且可以从一个罐移到另一罐，或者每一个罐有一个单独的填料设备9。
泵送设备12将在下面得到更详细的说明。物料从泵送设备12传输进管子或软管13或者管子或软管的组合件。管子或软管13尽可能地没有内径变化。而且，其不应该有太多或过多的突然弯曲。这是为了避免水从钻屑中被带出，使通过管13输送钻屑变得困难。管13连接到海滩上的接收装置(未示出)，其包括料车、大的装料袋、罐或填埋场。
图3还显示了用于将空气引入侧壁5的系统14。其可以鼓风的方式进行，尤其是在输出过程刚一开始的时候进行，为了使输出装置易于移动物料。
图4显示了输出装置10，紧靠平底6设置。它具有被设计成可以旋转的圆锥体或圆顶结构11。优选地，圆锥体与罐的圆锥形部分4的侧壁5的角度相同。在圆顶11上，有输出臂15、16。两个臂沿着圆锥体11向下延伸、沿着平底6延伸和沿着侧壁5向上延伸。优选地，这些臂16被设置成沿直径方向成相对向来平衡施加在输出装置上的力。还可以使用仅一个臂16或者使用超过两个的臂16。臂15还沿圆锥体11向下延伸和沿底6延伸但终止在底6的圆周处。圆锥体11并不必须是圆锥形的，可以具有任何圆顶形以确保物料向下朝着平底6移动。
可以设置滑轨(未示出)为了减少臂和圆锥形部分的侧壁之间的摩擦，该轨道基本在臂的旋转方向延伸。
优选地，形成的臂，其前缘更靠近底，以便形成臂和底之间的间隙，该间隙朝臂后缘的方向扩大。这有助于避免臂和底之间颗粒的楔入。
图4显示了罐2的支撑梁17的一部分。
在输出开口8的下面有带闸阀19的轴18。闸阀19被认为是最适合本申请的阀类型，因为它能承受重量大的物料。轴18向下通向接收室20，接收室又通向分配泵，优选螺杆泵21。泵送系统将会参考图5得到更详细的说明。
正如上面所述，开口8可以通过闸阀19闭合。闸阀具有由传动装置23操作的挡板22。传动装置可以是如图显示的液压气缸。闸阀可以从完全闭合的位置打开到相对应于100％孔横截面积的完全打开的位置，但还可以设想中间的位置以便控制物料从罐的输出。
输出主要通过调整闸阀开口来控制。卸出的物料量由泵21的容量来确定。鉴于此原因，接收室20内设置加料位置指示计(未示出)，其确保了当接收室内的加料位置到达某一高度时可以缩小闸阀开口。为了为高度测量留有空间，到接收室20的轴的水平长度大于阀19的水平长度。在底部，接收室20成为圆柱体形状，其中设置给料螺杆(未示出)用于将钻屑加入泵21中。清洁喷嘴可以安装在接收室内(优选在上部)用于在卸空罐后将残余的钻屑冲洗出来。
可以使用其它类型的容积泵来代替螺杆泵21，例如双活塞泵。可以利用目前泵送水泥的合适的双活塞泵。
优选地，螺杆泵21和输出装置12以恒定的速度运转。
分别操作泵21的给料螺杆可以是合适的。如上所述，优选地有两个给料螺杆(未示出)；第一螺杆位于接收室内(如上所述)和第二螺杆设置在第一螺杆后，即，在实际的泵壳21内。第一螺杆的给料容量稍微大于第二螺杆的给料容量。这确保了第二螺杆的整个工作体积被填充，这减少了水从钻屑中被带出且钻屑被压缩为类似混凝土的物质的危险。已经有这种类型的泵，但是用作其它目的，与本发明不相同。优选地，给料螺杆靠液压发动机直接驱动。这提供了强度、过大的压力和扭矩保护，以及小的结构尺寸。使用的泵的下游优选由耐酸性的平滑钢管形成(任选地，具有到软管的过渡段)，其具有缓和的弯曲部以及具有尽可能少的横截面变化。
试验已经显示其运行良好以使第一螺杆以超过第二螺杆50％的旋转速度运行。这可以期望到某一程度，但造成粘度的增加并引起接收室一端堵塞风险的增加。如果包括第一螺杆的分离操作，螺杆的扭矩控制将是个参数。
提供了一设备24用于将液体和/或聚合物引入接收室20和泵壳21之间的过渡段。添加含有高达20％水和0.5％聚合物已经证明是有效的。注入软肥皂可以替代添加的聚合物混合物。随后钻屑被捣碎并成高粘性的，但是如果给料充分，泵也能起到令人满意的作用而无需添加聚合物。排出的物料太粘了不能流动，但仍可以通过不带锐弯管的管线系统被泵送。泵内的阻力矩可以由传感器测量以确定是否注入液体以及注入多少液体。
泵和管子被设置，以使其可以采用具有最大可能弯曲半径的光滑孔的管子。管子内以及管子和软管之间的尺寸变化应该被避免。对泵21来说，具有12bar的标称压力可能就足够了。泵可以具有防护装置避免空运行且具有磨损监测器。卸料管线/软管的内径在6″和8″之间是合适的。软管的内部可以有塑料涂层以使其更光滑。优选地，船也配备这些软管(例如，在绕线轮上)以避免使用光滑度不足或具有限制性的标准卸料软管。
优选地，泵内有一压力计用于监测泵内的压力。
除了添加水和/或聚合物外，还可以注入空气，优选在泵的一端注入，如25标明的一样。以鼓风形式注入的空气可以使物料的硬的凝固块被打碎。还可以设想在卸料管线路中采用鼓风，为了有助于物料顺着风出来。
输出装置10的作用是将物料输送向输出开口8。物料应该尽可能少的被输出装置10移走为了避免不必要的搅动。所有的输出臂15、16扫过平的底6。其运载物料穿过平的底6部分并向上到输出开口8。此外，两个臂16扫过罐2的圆锥形边5为了使物料向下朝向底6的运动更容易。如上所述，输出开口8一直从圆锥形边5的下缘向输出机构的圆锥形部分11延伸。这将使钻屑经过输出开口8的运动最小化。理想地是，相同的物料不应该被沿着底6推动旋转超过一圈。
将参考图6和7对说明书进行更详细的说明。这两个图显示了带臂15、16的圆锥形部分11。臂15、16和圆锥形部分11连接到毂(hub)30，，该又通过花键(splines)连接到驱动轴31。驱动轴31直接由固定在轴环33上的液压发动机32驱动。轴环33从内圆锥体34悬垂下来，内圆锥体34又固定到罐2的底6。
在罐的底6的下面是密封空间36的盖子35，空间36内放置发动机。此空间36是充油的。在驱动轴穿过轴环33的位置是唇形密封圈37，其在空间36的上部密封充油的空间36。
在一侧的圆锥形部分11和毂30以及另一侧的内圆锥体34和轴环33之间的间隙38(参见图7)用空气填充。这是为了避免罐中可能穿透进圆锥形部分11和内圆锥体34之间的物料一直穿透唇形密封圈37并引起对其的破坏。为了维持气密封，在轴环33内设置通道39，通过该通道，受压的空气被输到间隙38。
在显示的实施例中，发动机32从下面安装。然而，采用合适尺寸的引入开口，还是容易从上面安装。
在毂30上面且由螺栓连接的是圆锥形的顶40。圆锥形顶40的作用是将物料引出到圆锥形部分11。在圆锥形顶40和毂30之间的连接段形成了螺栓环以便如果输送过程中被输送的物料需要搅拌的话，允许圆锥形顶被常规的搅拌臂代替。
图8显示了根据本发明输送系统的液压图。罐被示意地标示为2，输出装置为10以及输出装置10的液压发动机为32。该图还显示了用于阀体22的传动装置23和用于泵21的液压发动机50。输出装置的发动机32受到卸料侧的双向阀51控制。这里还有节流阀52确保了输出装置启动平稳。在泵21的旁边还有减压阀53。泵21的发动机50与输出装置10的发动机32连续相连，确保了这些发动机的速度总是相匹配。与发动机50相关，还设置了压力传感器54，扭矩限制器55和比例控制阀56。
液压控制的阀体22的传动装置23与三通阀57和减压阀58和59相安装，减压阀58和59呈相对方向。还设置了位置传感器60。传动装置23可以独立于发动机32和50被操作，且是控制来自罐2的输出的最重要的装置。
图8还显示了具有双向阀61的压缩空气系统且其配备压力传感器62和温度传感器63。设置此系统用于将风鼓进泵内的物料为了阻止低粘度钻屑的时候物料结成硬块。
还设置了位置传感器64，其测量泵进口室内的位置以及如果其他参数允许将增加给料速度。
上面描述了直接位于罐下面的泵送设备。然而，对具有从罐进入泵的垂直路径的物料来说，这不是最重要的。泵还可以略微设置在罐的一侧以允许物料以一角度流入泵内。通过以这种方式设置泵，来自两个或多个罐的流动通道可以引向同一个泵。这允许减少泵和其相配套的设备的数目，节省了相当大的空间。泵的这种设置方式对低粘度钻屑的情况特别有利。
到钻探平台，罐可以用于输送，例如输送到钻探平台或船的化学品。而输出机构可以任选地被用作搅拌器，可以与上述的搅拌器臂一起使用。对所有的部件提供EX-保护是合适的以允许易燃性化学品的输送。基于此原因，不优选电发动机。
权利要求
1.一种用于输送未经处理的钻屑的系统，包括用于在输送过程中装有钻屑的罐，其特征在于所述罐设置在船上的甲板下面且包括所述罐底的输出装置，用于将所述钻屑输送向所述罐底的输出开口，以及在比所述罐底更低的位置设置泵，用于接收所述钻屑并使其穿过卸料管线前行，该卸料管线具有基本上不变的横截面且其形状被设置成使流经相同横截面时靠近所述卸料管线内壁的流动速度基本相同。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述卸料管线由具有低摩擦系数的材料，如塑性材料形成或者所述卸料管线具有这种材料的内壁。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述泵是容积泵。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述泵具有第一给料螺杆，所述第一给料螺杆的给料容量比下端的第二给料螺杆的给料容量大。
5.一种用在权利要求1所述的系统中的罐，其特征在于所述罐具有上部的基本上圆形的圆柱形部分和下部的平截部分，该下部终结于基本上平的底，所述基本上平的底包括一输出开口，其从所述圆锥形部分的侧壁延伸向与所述平的底基本上同心设置的内部圆顶或圆锥体。
6.根据权利要求5所述的罐，其特征在于所述圆顶或圆锥体由输出装置上的毂形成，其包括设置成旋转的一个或多个臂以便将所述钻屑输送向所述输出开口。
7.根据权利要求5或6所述的罐，其特征在于所述输出开口具有阀，优选闸阀，其设置成呈现在完全闭合和完全打开之间的一些位置，为了控制所述钻屑的输出速度。
8.根据权利要求5、6或7所述的罐，其特征在于所述罐具有至少3米的最大直径和不超过所述船可利用的内部宽度的一半，所述圆锥形部分的所述侧壁具有20°和45°之间的角度，以及所述圆顶或圆锥体具有的角度被限制在相同的范围内。
9.一种用在权利要求1所述的系统中的输出装置，其特征在于所述输出装置包括毂和从所述毂伸出的一个或多个臂，所述毂形成圆锥体或圆顶形且设置在所述罐底的中心，以及所述至少一个臂从所述毂延伸到所述底的圆周。
10.根据权利要求9所述的输出装置，其特征在于至少一个臂至少部分地沿着所述罐的圆锥形部分的侧壁向上延伸。
全文摘要
用来输送未经处理的钻屑的系统，包括罐(2)。罐(2)设置在船(1)的甲板下面且在底(6)处具有输出装置(10)，以将钻屑输送向输出开口(8)。在罐(2)的底的下面设有泵(21)以将钻屑输送穿过卸料管线(13)。卸料管线(13)具有基本上不变的横截面且其形状被设置成使在相同横截面方向上靠近内壁的流体速度基本相同。罐(2)具有上部的圆柱形部分(3)和下部的平截部分(4)以及基本上平的底(6)。在平的底(6)上有一输出开口(8)，其从平截部分(4)的侧壁(5)延伸向内部的圆顶或圆锥体(11)。
文档编号E21B41/00GK1922383SQ200480042064
公开日2007年2月28日 申请日期2004年9月29日 优先权日2004年1月29日
发明者安德斯·埃德 申请人:佩尔吉尔拉姆工程师有限公司