专利名称：切割体清洗设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种切割体设备和方法。
本发明特别适用于但并非专用于供钻机使用的切割体清洗设备和方法，其允许对用过的钻探泥浆组分适当弃置和/或再循环，为了例示目的，将参照这样的示例。不过，应理解，本发明可用于其它应用中，例如，由此形成的通用的微粒清洗结构。
背景技术：
除非明确提出反例，否则任何以下现有技术均不构成本领域的常用公知常识。当前对于被钻探泥浆污染的钻探切割体的捕获处理系统通常很大而且仅适合于陆地现场。这种系统对于在平台或钻塔上的操作而言通常不切实际。当前在平台和钻塔上的实践通常涉及使用渡海设备(Skips)以实现船到海滨的操作。可替代地，以相当大的费用进行批量储存和批量运输。离心分离机/干燥器处理之后，可将洁净的切割体传送到渡海设备以进行运输。不过，在法律允许的情况下，出于经济上的考虑，将微粒切割体废物从船上倾倒。在针对平台和钻塔情形的陆地设备和方法的应用中的主要问题在于，在钻探过程中实时处理。通常，当采用12 英寸钻以350英尺/小时的突进速率(ROP)时，钻塔每小时产生约20-24吨的消耗后泥浆。
多种解决方案处于试验阶段或早期使用阶段。诸如切割体再注射(CRI)之类的可选方案是已知的，但非常昂贵。微波处理处于研究阶段但可改进(scalable)至约5吨/小时。当前的干燥器或类似物工作良好，但钻探过程一定会使被处理材料发生巨大变化，因而所述设施易于与筛设置(screens binding up)以及其它与生产能力相关的处理因素相冲关。因此，需要一种切割体清洗系统，适于钻探平台和钻塔，其使可用设施的性能最佳化，使废物及其相关成本最小化，并以相对于钻探操作的实时速度而操作。
发明内容
在此使用的措辞“包括”和其一部分被认为是非排他的，除非文中明确指出反例。本发明在一个方面广义地在于切割体清洗设备，包括清洗箱，所述清洗箱具有侧壁，所述侧壁的至少下部分会聚至倾斜的下底板(floor),所述清洗箱装容包含表面活性剂的空气搅动(agitation)清洗溶液；旋风分离器，适于接收油类泥浆和含切割体的料浆，并且将所述料浆的富含微粒的分离的组分传送到所述清洗箱；撇渣器，能够操作以将在所述清洗溶液的表面处形成的浮物(raft)去除，所述浮物包含乳化油类泥浆和由于所述搅动而浮起的料浆细料(fine)；螺旋体机壳，其处于所述倾斜的底板之下并在所述底板的下部分处开口至所述箱中，所述螺旋体机壳从所述清洗箱的顶部向上延伸并且具有朝向其上端的排放出口 ；和
螺旋体，其位于所述螺旋体机壳中并从所述开口延伸到所述倾斜的底板中至所述排放出口。所述清洗箱可以具有漏斗(hopper)或煤斗(hod)状的构造。例如，所述清洗箱可具有大致方形的上部分，所述上部分具有成对的侧壁，所述侧壁向下会聚并通过所述倾斜的底板闭合到一起，使所述箱形成前、下闭合体。所述箱的后部可具有端壁，所述端壁大致竖直或者通过所述开口会聚，所述开口在其下端处开口至所述倾斜的底板中以将清洗后的切割体引导到所述开口中。清洗溶液将根据带动钻探切割体的连续相的性质而选择。例如，在油类泥浆(OBM)的情况下，泥浆残余物需要使用含表面活性剂的水清洗剂从切割体上清除成块的泥浆残余物。水清洗剂可包含表面活性剂组分，表面活性剂组分从阳离子表面活性剂中选出，其被选择以润湿油性粘土颗粒。水清洗剂可被选择为在盐水中起作用。空气注射/表面活性剂组合可被选择以促进从钻探切割体上清除的特别是粘土无机物的泡沫浮选。所述螺旋体可以是无轴螺旋体。所述螺旋体优选地通过其上端被驱动。 所述旋风分离器可直接安装到所述清洗箱或其支撑结构，以使其可将分离的切割体直接排放到清洗箱中。所述旋风分离器可具有内筛(be internally screened)以将残余微粒分离于泥浆上流(overflow)。这些泥浆被直接引导回到泥浆箱以重新混合和重新使用。例如，通向所述旋风分离器的入口可以是切向方向入口，以沿所述旋风动作的旋转方向引导流体。所述切向流体可以撞击在曲形筛上，由此，被带动的(entrained)切割体被筛分到旋风下流(underflow),被用后的泥楽；被引导到旋风上流(overfow)。所述旋风分离器可采用简单的塔(turret)的形式，所述塔装配到所述清洗箱并具有内筛，所述内筛具有可更换的网衬(mesh liner)。切割体和泥浆可以沿切向进入，惯性使所述泥浆通过所述网衬被排出，其中所述泥浆被收集并通过重力被重新引导到泥浆再处理箱中。通过使用惯性(inertia spent),所述切割体可在其自身重量下落入所述清洗箱中。所述筛在正常操作过程中作用较小，但当钻制启动器(trip)或摇动器筛故障和系统不得不处理相对于切割体负载而言较多的泥浆流入时变得作用相当大。所述旋风分离器可被选择而与料浆传输系统的具体充料特性相匹配。例如，料浆传输系统可涉及使用料浆泵，例如在WO 2006/037186中所述。所述泵可包括压力舱(vessel)、入口喷嘴、供施加真空和压力的喷射器喷嘴、和出口喷嘴，出口喷嘴在此情况下通过排放线路连接到旋风分离器线路的入口。所述入口和出口喷嘴通过相互连接的插板阀被选择性地关闭，插板阀通过气压缸先后(in tandem)操作，由此，当一个阀关闭时，另一个阀开启，反之亦然。位于喷射器喷嘴中的喷射器阀交替地形成真空和产生流动通过所述舱的空气。如果排放线路需要增压，则来自喷射器的空气可在出口阀关闭之后被引入排放线路中。钻探泥浆带动切割体可利用泵通过来自漏斗的重力进给或可替代地在真空下进行捕获。所述泵可按照泵送-填充(pump-and-fill)循环而传输料浆。相应地，所述旋风分离器优选地被选择而在静态容量和生产能力(throughput)上与所述泵的排放速率相匹配。在前述泵的情况下，优选地，旋风的生产能力在24吨/小时的范围内。清洗箱中的切割体在重力下沿倾斜底板经过并通过下开口进入螺旋体的路径中。切割体暴露于增强清洗效果的搅动。所述空气搅动可通过从压缩空气供应器将空气注射到所述清洗箱的底部分而实现。可替代地或者另外地，所述清洗溶液可以被再循环，再循环后的清洗溶液和空气被组合并沿所述倾斜的底板被注射以提供所述空气搅动。由于所述搅动所致的气泡带起乳化油类泥浆和其它污染物，以在清洗溶液的表面处形成将由撇渣器去除的浮物。所述撇渣器可包括上流系统，其中，浮起的料渣(sludge)和清洗液体被传输到分离器装置，由此所述料渣可被清除，精练后的(polished)清洗液体通过泵被送返到所述清洗箱。例如，上流可传送到越过清除器带上的箱中，清除器带使料渣滞留在带的顶部上并允许精炼后的清洗液体经过所述带。所述带可为一次性可弃置片板(web)或可清除的再利用片板。再循环后的清洗溶液可再次随空气被带动并沿倾斜的底板被注射以提供所述搅动。在从清洗液体流失至料渣去除或清洗后的切割体的螺旋体传输的整个过程中的 阻力(drag)可通过任意适合装置弥补。例如，可以在料渣分离器或清洗箱中进行所述弥补。清洗后的切割体可缓慢运输到螺旋体上。这样对切割体脱水，以允许溶液流尽回到箱的主体中。切割体可从螺旋体出口被直接或间接地传输到干燥器组件。干燥器可按照受控速率接收作为均匀连续进给的切割体，这是因为，所述旋风和清洗动作平抑了来自优选泵的波动传输。干燥器的操作性能范围优选地被精选，以允许在整个操作过程中实现和保持最优性能。现在可将切割体从干燥器排放，并根据环境限制可返回洋底，或者可替代地被运输回到海滨进行进一步处理。
为了使本发明可更易于理解并付诸实施，现在将参照例示出本发明优选实施例的附图，其中图I是根据本发明的设备的侧视图；图2是用于图I所示设备的泵的整体布置的前视图；和图3是图2所示泵的侧视图。
具体实施例方式在图中，提供一种切割体清洗设备，其包括可起重升降的支撑框架10，以支撑清洗箱11和螺旋组件12。箱11的顶部设置有上流撇渣器组件13。泵组件14远离支撑框架10设置，如图3和4中所不。清洗箱11具有成对的相反的侧壁15，各侧壁15会聚而衔接于倾斜的底板部分16，底板部分16形成箱11的前壁和底壁。倾斜的后壁17封闭箱的背部。切割体(cutting)安置为经过倾斜的底板部分16至下开口 20。下开口 20允许将切割体接纳到螺旋体壳体21，螺旋体壳体21安装在底板部分16之下并延伸到箱11顶部的高度上方的上部分22。螺旋体壳体21包含螺旋体23，螺旋体23通过其上端由马达和齿轮箱组件24驱动。
清洗液25包括阳离子表面活性剂/浮选剂，以使得油类泥浆(OBM)的油组分浮起而成为浮物26，其中，其它污染物通过上流的撇渣器组件13被撇除。这种示例的表面活性剂组分能够在盐水中使用，并包括理论组分的220ppm的Wildcat Concentrate (WildcatChemicals澳大利亚私人有限公司)。化学成分
阳离子表面活性剂20-25%
d-朽1樣油精(Limonine )0-5% 乙酸O - 2%
乙二醇单丁醚(monobutyl glycol ether) 0-15%
六偏磷酸钠0-2%
乙二醇(monoethylene glycol)0-5%
水平衡清洗再循环箱18从上流撇渣器13获取清洗液体和料渣，将料渣分离为废物，带走空气，并将精炼后的清洗液体通过泵19泵送到箱11。再循环后的液体的一部分通过上端口28返回到通入箱中的切割体，一部分被引导通过下端口 29至成对的分开的纵向搅动器棒44，每个搅动器棒44具有多个约I. Omm的搅动器孔。从搅动器孔射出的清洗液体及带出的空气搅动切割体沿箱底板6经过以实现搅动、清洗增强和浮起浮物形成。进一步的搅动和泡沫浮起的动作通过将空气经由端口 39向成对的分开的纵向注射棒45注射而实现，每个注射棒45具有多个约0. 2mm的空气注射孔。旋风分离器27包括柱形塔，具有切向料浆入口 30，料浆从料浆泵14通过料浆入口30而撞击到曲形筛上，以允许切割体落入箱11中，而同时泥浆围绕所述塔离心地传送到泥浆排离口 31以进行回收和混合。料浆入口 30通过柔性软管(未示出)连接到泵组件14的出口 32。所述泵包括钢舱34，钢舱34具有渐缩的下主体35直至出口 32，出口 32具有插板阀封闭体28。所述舱具有受控于入口插板阀37的入口 36，入口插板阀37与出口插板阀28协同操作，以实现泵循环。喷射器组件40包括压缩空气供应器41，用于进给于进行选择性阀开关的内部文氏管，其中，内部文氏管当入口插板37开启且出口插板阀28关闭时通过导管42对所述壳体降压以对舱34充料，并当入口插板37关闭且出口插板阀28开启时对所述舱施压以排放所述舱中的物料至料浆入口 30中。泵组件具有货盘框架组件43，并可通过叉式升降机移动。清洗后的切割体被缓慢运输到螺旋体23上，螺旋体23使切割体脱水，以允许溶液流尽(drain)回到箱11的主体中。切割体然后通过重力出口 38被直接传输到干燥器组件(未示出)中，干燥器组件现在以受控速率接收均匀连续的进给。干燥器的操作性能范围被精选(hone)以允许在整个操作过程中实现和保持最优性能。现在将切割体从干燥器组件13排放，并根据环境限制可返回洋底，或者可替代地被运输回到海滨进行进一步处理。这种系统的主要目的在于I、减少进入到未实施零排放限制的环境中的污染物的量。2、有利于从钻探切割体以“实时”钻探速率(约24吨/小时)去除显著量的OBM和相关污染物。3、给予钻探切割体在海滨的进一步处理，由此使相关的量和成本显著减少。 4、给予低成本高效率的“实时”处理，以显著增强当前全球实践。以下每个部件以其最优方式按照25吨/小时工作，这种方法确保每个部件提供恰到好处的功能。当然，应认识到，虽然已经通过本发明的例示性示例给出以上描述，不过对于本领域技术人员将会显见的是，对这些示例的所有这样的和其它的修改和变化被认为处于由所 附权利要求书限定的本发明的广义范围和界限内。
权利要求
1.一种切割体清洗设备，包括 清洗箱，所述清洗箱具有侧壁，所述侧壁的至少下部分会聚至倾斜的下底板，所述清洗箱装容包含表面活性剂的空气搅动清洗溶液； 旋风分离器，适于接收油类泥浆和含切割体的料浆，并且将所述料浆的富含微粒的分离的组分传送到所述清洗箱； 撇渣器，能够操作以将在所述清洗溶液的表面处形成的浮物去除，所述浮物包含乳化油类泥浆和由于所述搅动而浮起的料浆细料； 螺旋体机壳，其处于所述倾斜的底板之下并在所述底板的下部分处开口至所述箱中，所述螺旋体机壳从所述清洗箱的顶部向上延伸并且具有朝向其上端的排放出口 ；和 螺旋体，其位于所述螺旋体机壳中并从所述开口延伸到所述倾斜的底板中至所述排放出口。
2.根据权利要求I所述的切割体清洗设备，其中， 所述清洗箱具有漏斗或煤斗状的构造。
3.根据权利要求2所述的切割体清洗设备，其中， 所述清洗箱具有大致方形的上部分，所述上部分具有成对的侧壁，所述侧壁向下会聚并通过所述倾斜的底板闭合到一起，使所述箱形成前、下闭合体。
4.根据权利要求2所述的切割体清洗设备，其中， 所述箱的后部具有端壁，所述端壁选自大致竖直壁和通过所述开口会聚的壁，所述开口在其下端处开口至所述倾斜的底板中以将清洗后的切割体引导到所述开口中。
5.根据权利要求I所述的切割体清洗设备，其中， 所述料浆包括油类泥浆，所述清洗溶液是含阳离子表面活性剂的水清洗剂。
6.根据权利要求I所述的切割体清洗设备，其中， 所述螺旋体是无轴螺旋体。
7.根据权利要求6所述的切割体清洗设备，其中， 所述螺旋体通过其上端被驱动。
8.根据权利要求I所述的切割体清洗设备，其中， 所述旋风分离器直接安装到所述清洗箱。
9.根据权利要求8所述的切割体清洗设备，其中， 所述旋风分离器具有内筛以将残余微粒分离于泥浆上流。
10.根据权利要求8所述的切割体清洗设备，其中， 通向所述旋风分离器的入口是切向方向入口，以沿所述旋风动作的旋转方向引导流体。
11.根据权利要求10所述的切割体清洗设备，其中， 所述切向流体撞击在曲形筛上，由此，被带动的切割体被筛分到旋风下流，被用后的泥浆被引导到旋风上流。
12.根据权利要求9所述的切割体清洗设备，其中， 所述旋风分离器是装配到所述清洗箱的塔，所述内筛是可更换的网衬，由此所述切向流体的惯性使所述泥浆通过所述网衬被排出，其中所述泥浆被收集并通过重力被重新引导到泥浆再处理箱中，由此所述切割体在其自身重量下落入所述清洗箱中。
13.根据权利要求I所述的切割体清洗设备，其中所述旋风分离器从泵设备接收料浆，所述泵设备包括 壳体，其具有入口用以允许所述壳体接纳被泵送的材料，并具有传输出口以连接到所述旋风分离器的入口； 阀，其处于每个所述入口和所述出口上； 控制装置，适于选择性地开启和关闭相应的所述阀； 减压装置，其处于所述控制装置的控制下并适于当所述入口阀开启以允许将所述材料接纳到所述壳体时减小所述壳体中的压力，所述控制装置适于在将所选择充料量的所述材料接纳到所述壳体后关闭所述入口门装置；和 施压装置，其处于所述控制装置的控制下并适于当所述出口阀开启以将所述材料从所述壳体排放到所述旋风分离器时增大所述壳体中的压力。
14.根据权利要求13所述的切割体清洗设备，其中， 所述旋风分离器被选择而在静态容量和生产能力上与所述泵的排放速率相匹配。
15.根据权利要求I所述的切割体清洗设备,其中， 所述空气搅动通过从压缩空气供应器将空气注射到所述清洗箱的底部分而实现。
16.根据权利要求I所述的切割体清洗设备，其中， 所述清洗溶液被再循环，再循环后的清洗溶液和空气被组合并沿所述倾斜的底板被注射以提供所述空气搅动。
17.根据权利要求16所述的切割体清洗设备，其中， 所述撇渣器包括上流系统，其中，浮起的料渣和清洗液体被传输到分离器装置，由此所述料渣被清除，精练后的清洗液体通过泵被送返到所述清洗箱。
18.根据权利要求17所述的切割体清洗设备，其中， 再循环后的清洗溶液和空气被组合并沿所述倾斜的底板被注射以提供所述搅动。
全文摘要
切割体清洗设备包括清洗箱(11)，所述清洗箱具有侧壁(15)，所述侧壁会聚至倾斜的下底板(16)，所述清洗箱装容包含表面活性剂的空气搅动清洗溶液。旋风分离器(27)通过入口(30)接收油类泥浆和含切割体的料浆，并将泥浆传送到出口(31)其将富含切割体的组分传送到所述清洗箱(11)。撇渣器(13)将清洗上流和泥浆和由于所述搅动而浮起的料浆细料浮物去除，并将其传送到分离器(18)。分离的清洗液体被充气并通过泵(19)返回到注射点(28，29)，以使清洗液再循环并且提供所述搅动。螺旋体(23)在机壳(21)中操作，机壳开口到箱(11)中并从清洗箱向上延伸且具有上端排放出口(38)。另外的充气和搅动空气通过空气注射棒(45)被注射。
文档编号E21B21/06GK102791379SQ201080054128
公开日2012年11月21日 申请日期2010年11月27日 优先权日2009年11月30日
发明者马克·克罗恩 申请人:泰科流程服务股份有限公司