专利名称：高密度浆状物的制作方法
技术领域：
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本文公开的实施例总的涉及为了在工作地点进行再次注入制造浆状物的系统和方法。更具体地，本文公开的实施例涉及为了在工作地点进行再次注入制造高密度浆状物的系统和方法。更具体地，本文公开的实施例涉及为了在工作地点进行再次注入在工作地点使用模块转换钻屑储存和转移容器的制造高密度浆状物的系统和方法。
背景技术：
在钻井中，钻头被用于在地壳中挖掘数千英尺。典型地，石油钻塔采用在钻井平台上方延伸的钻架。在钻井操作过程中，在首尾相连地连接钻杆的管节之后，钻架支撑管节。随着钻头被进一步地推进到地表中，另外的管节被添加至不断伸长的“杆柱”或“钻柱”。因此，钻柱包括多个管节。流体“钻井浆状物”被通过钻柱从钻井平台抽吸，并且抽吸至在钻柱的下端或远端处支撑的钻头。钻井浆状物润滑钻头，并且随着钻头挖掘的更深，运走由钻头产生的钻屑。钻屑通过井环空(well annulus)在钻井浆状物的回流中被运送并且运回至在地表处的钻井平台。在钻井浆状物达到平台时，它被在工业上称作钻井屑或钻屑的小片的页岩和岩石污染。当钻屑、钻井浆状物以及其它废弃物到达平台时，“浆状物振动筛”通常被用于从钻屑中移除钻井浆状物，使得钻井浆状物可被重复使用。之后，剩余的钻屑、废弃物和剩余的钻井浆状物被转移至存储槽被处理掉。在一些情形中，例如对于特定类型的钻井浆状物，钻井浆状物可能不能重复使用并且必须被处理掉。典型地，非重复利用的钻井浆状物通过借助于容器将钻井浆状物传送至处理地点，与钻屑和其它废弃物分开处理。钻屑和钻井浆状物的处理是复杂的环境问题。钻屑不但包括将会污染周围环境的剩余的钻井浆状物产品，还包括对环境特别有害的油和其它废弃物，尤其是在海洋环境中钻井时。例如，在墨西哥湾中，具有为了钻取石油和煤气的钻入到海底中的数百个钻井平台。这些钻井平台可用于水的深度是数百英尺的位置处。在这样的海洋环境，典型地，水中充满了不能忍受处理的钻屑废弃物的海洋生命。因此，需要一种在海洋和其它脆弱的环境中处理钻屑、钻井浆状物、和/或其它废弃物的简单而又可行的方法。传统的处理方法包括倾卸(dumping)、桶运输、笨重的传送带、螺旋传送器以及需要大量水的洗涤技术。添加的水产生增加体积和容积(bulk)、污染和运输问题的另外的问题。安装传送器需要对钻塔区域进行很大的改造，并且涉及很长的安装时间和费用。
另一处理方法包括在高压下通过注入将钻屑、钻井浆状物和/或其它的废弃物返回到地层中。通常，注入过程涉及在以地面为基础的设备中准备浆状物，和抽吸浆状物至在地下延伸至接收岩层或适当的地层中相当深的井中。所述过程中的重要步骤包括识别对于注入适当的岩层或地层；准备适当的注入井；配制浆状物，包括考虑例如重量、固体含量、pH、凝胶体等；执行注入操作，包括测定和监视泵速率，例如单位时间和压力的体积；以及覆盖井。 在一些例子中，被一些石油污染的钻屑被从钻井钻塔以很稠、很重的浆糊或浆状物的形式运输至近海钻塔或陆地，用于注入到地球地层中。典型地，所述材料被放置在大约10吨容量的特定起重罐中，所述起重罐通过起重机从钻塔被装载至供应船上。这是很难而且很危险的操作，其可能是费力的和昂贵的。US专利No. 6，709，216和相关的同族专利公开了钻屑还可被运送至和储存在封闭的、可运输的容器中，其中，之后容器可被运输至目的地，并且钻屑可被提取。可运输的储存容器具有下部圆锥形部分，其被构造以获得容器中的混合物的质量流，钻屑的提取包括施加压缩气体至在容器中的钻屑。可运输的容器被设计为装配在20英尺的ISO容器框架中。这些圆锥形容器在本文中将被称为ISO容器。如在美国专利No. 6，709, 216和专利族中公开的，ISO容器可通过钻塔起重机被提升至钻井钻塔上，并且被用于储存钻屑。之后，容器可被用于将钻屑转移至供应船上，并且还可在没有供应船时用作缓冲储存器。可替换地，储存容器可被起重机提升离开钻塔，并且被供应船运输。近海平台上的空间是有限的。除了钻屑的储存和转移，许多另外的操作发生在钻井钻塔上，包括油罐清洗、制成浆状物的操作、钻井、化学处理操作、原材料储存、浆状物制备、浆状物循环、浆状物分离以及其它操作。由于受限的空间，模块化这些操作并且在不需要模块时或在空间需要用于设备时，换出模块是常见的。例如，钻屑容器可从钻塔上卸载下来以为用于制成浆状物的模块化的设备提供空间。如上所述的这些提升操作是困难的、危险的以及昂贵的。另外地，许多模块化的操作包括例如泵、阀和罐或储存容器等的多余设备。可被移动至钻塔上的制成浆状物的系统通常是很大的完全独立的模块，接收来自钻井钻塔的流体浆状物回收系统的钻屑。例如，PCT公开No. WO 99/04134公开一种过程模块，包括第一浆状物槽、研磨泵、系统浆状物振动筛、第二浆状物槽和可选的存储罐。模块可通过起重机提升至近海钻井平台上。制造浆状物的系统还可设置在便携式单元中，其可被从一个工作地点运输至另一工作地点。如在美国专利No. 5，303，786中公开的，制造浆状物的系统可被安装在可在工作地点之间托运的半托挂车上。所述系统包括多个罐、泵、磨粉机、研磨机、搅拌机、储料器和传送机等。如在美国专利No. 5，303，786中公开的，制造浆状物的系统可被移动至下述地点，在该地点处具备待处理的大量的材料，例如保存大量的钻屑的现有的或废弃的储备池。美国专利No. 6，745，856公开了设置在运输工具上的另一种可运输的制造浆状物的系统。运输工具(即容器或船)被靠近工作地点(即近海平台)配置，并且在操作时连接至位于工作地点的设备。有害材料从工作地点转移至运输工具，其中，有害材料被制成浆状物。浆状物可被转移回工作地点，在一个例子中用于再次注入到地层中。可替换地，浆状物可通过运输工具运输至处理地点。如在美国专利No. 6，745，856中公开的，储存容器设置在运输工具上，用于在运输期间容纳浆状物。在运送至处理地点期间，设置在储存容器中的搅拌机可搅拌浆状物以保持固体悬浮在流体中。虽然这些系统和方法在制造浆状物和再次注入系统中提供改进的工艺，但是它们需要如上所述的困难的、危险的以及昂贵的提升和安装操作。另外地，这些工艺可能需要很长的安装和处理时间，其可能降低了工作地点的总效率。在钻屑的再次注入操作中，包括流体和清洁的钻屑的浆状物被制备。典型地，浆状物通过将之前依据尺寸分类的钻屑与流体成需要的比例混合在一起而被准备，使得包括与总体积成需要的百分数的钻屑的浆状物被产生。本领域技术人员将会理解，通常在钻屑再次注入操作中使用的浆状物的固体含量是体积大约20%的固体含量。因此，在给定的钻屑再次注入操作中，通过混合钻屑和流体直到浆状物的固体含量为20%来制备浆状物用于再次注入。在准备浆状物之后，浆状物被抽吸至用于储存的容器中，直到高压注入泵被开启，并且浆状物从储存容器抽吸至井眼。在尝试增加浆状物的固体含量至大于20%从而允许再次注入更多的钻屑到地层中的操作中，这样的操作导致了不均一的浆状物并且因此导致无效的浆状物。典型地，在钻井操作者尝试增加浆状物的固体含量时，大于20%的固体含量的浆状物通过混合钻屑与流体而被产生，之后如上所述地储存所述混合物。因为浆状物典型地被分批地制造、储存，并且之后注入到井眼中，在储存浆状物的过程中，在再次注入之前，浆状物中的固体将不再悬浮。随着固体不再悬浮，它们可能阻碍或阻塞注入设备(包括流动管道和泵)，从而使得浆状物不能被再次注入。另外，即使大于20%的固体含量的浆状物被注入到井眼中，因为浆状物典型地被成批地注入，在注入操作之间可有相当的时间。因此，大于20%的固体含量的浆状物可被注入到井下，并且在再次注入的停工时间中固体在井下可能开始不再悬浮。如果固体在到达目标地层之前在井眼中不再悬浮，那么固体可能在井眼中固化，从而阻碍井眼用于之后的再次注入。以这种方式被阻碍的井眼之后必须被再次钻孔，使用昂贵的操作移除钻屑，或被放弃。由于与从阻塞的井眼中移除钻屑相关的成本很高，在再次注入期间阻塞的井通常被放弃，从而促使钻井操作者使用替代方法处理剩余的浆状物和钻屑。替代方法的例子可包括在陆地上的钻屑坑中处理钻屑或转移钻屑至替换的再次注入地点。在每一情形中，钻井操作可发生与运输钻屑和浆状物至替换的处理地点相关的另外的费用，从而增加了钻井操作的总体成本。因此，存在对这样一种制造浆状物的系统的持续的需求，该系统可增加再次注入浆状物的固体含量，并且提供用于钻屑再次注入操作的模块化的解决方案。
发明内容
在一个方面中，在此处公开的实施例涉及用于将钻屑制成浆状物的模块，该模块包括台座、设置在台座上的可编程逻辑控制器和搅拌机。所述搅拌机包括用于注入钻屑的进料器；闸门，被设置为与进料器流体连通，用于控制钻屑的流动；和用于激发流体的叶轮，其中，模块被配置为可移除地连接至位于工作地点处的钻屑储存容器。在另一方面中，在此处公开的实施例涉及一种制造浆状物的方法，包括提供钻屑至搅拌机，所述搅拌机包括进料器，用于注入所述钻屑；闸门，被设置为与所述进料器流体连通，用于控制所述钻屑的流动；和叶轮，设置在所述搅拌机中用于激发流体。所述方法进一步包括提供流体至所述搅拌机；激发在所述搅拌机中的流体；和将来自所述进料器的钻屑注入到所述激发的流体中。另外，所述方法包括在所述搅拌机中混合所述钻屑和所述激发的流体以制造浆状物；其中，所述浆状物包括体积大于20%的钻屑。在另一方面中，在此处公开的实施例涉及一种钻屑再次注入的方法，包括在搅拌系统中制造包括体积大于20%的钻屑的浆状物；从所述搅拌系统抽吸所述浆状物至钻屑注入系统中。所述方法进一步包括从所述钻屑系统注入所述浆状物到井眼中。在另一方面中，在此处公开的实施例涉及一种浆状物制造系统，包括钻屑储存容器；和流体连接至所述钻屑储存容器的模块。所述模块包括台座；和搅拌机，所述搅拌机具有进料器，用于注入钻屑；闸门，被设置为与所述进料器流体连通，以控制所述钻屑的流动；和叶轮，设置在所述搅拌机中用于激发流体；其中，所述模块流体连接至初级浆状物制造系统。本发明的其它方面和优点将从随后的描述和随附的权利要求变得清楚。
图I显示根据本发明的一个实施例的从近海钻塔卸载钻屑的方法。图2显示根据本发明的一个实施例的将钻屑制成浆状物的系统的示意图。图3显示根据本发明的一个实施例的将钻屑制成浆状物的基于台座的系统。图4显示根据本发明的一个实施例的将钻屑制成浆状物的系统。图5显示根据本发明的一个实施例的制造浆状物的系统的示意图。
具体实施例方式在一个方面中，在此处公开的实施例涉及在钻井位置处将钻屑制成浆状物的系统和方法。钻井位置可包括在岸上和海上钻井位置。另外地，在此处公开的实施例涉及使用基于模块的制造浆状物系统将钻屑制成浆状物的系统和方法。更具体地，这样的实施例涉及一种使用制造浆状物系统的用于增加浆状物中的钻屑的密度的方法。首先参考图1，显示根据本发明的一个实施例在钻塔之间运输钻屑的方法。在本实施例中，近海钻塔I可具有位于其平台上的一个或多个钻屑储存容器2。钻屑储存容器2可包括原料储存罐、废弃物储存罐、或与钻井过程相关的通常被使用的任何其它的容器。具体地，钻屑储存容器2例如可包括钻屑盒和/或ISO罐(即国际组织的标准罐)。在一些实施例中，钻屑储存容器2可包括被流体连接的几个分离的容器，以允许在其之间转移钻屑。这样的钻屑储存容器2可位于支撑构架中，例如ISO容器框架。同样地，本领域技术人员将会理解钻屑储存容器2可被用于钻屑的储存和运输。如上述参考现有技术的方法描述的，在钻井操作中不再需要钻屑储存容器2或对于在钻井位置发生的操作钻屑储存容器2暂时不需要时，钻屑储存容器2可被卸载至供应船3上。用于执行不同操作的其它系统和容器之后通过起重机11可提升至钻塔上，并且被放置在钻屑储存容器2之前被设置的位置处。以这种方式，有价值的钻塔空间可被节省，然而，以这种方式保存空间可能需要多个危险的并且昂贵的起重机梯。
与上面描述的现有技术方法相比较，在此处公开的实施例将钻屑储存容器2结合到在钻井钻塔I上执行的两个或多个操作中。在一个方面，在此处公开的实施例涉及结合钻屑储存容器2以在钻塔I上的至少两个操作中操作。在一些方面，在此处公开的实施例涉及结合钻屑储存容器2以用于钻屑储存/转移以及第二操作。更具体地，在此处公开的实施例涉及使用钻屑储存容器2作为储存/转移容器以及制造浆状物的系统中的部件。虽然对关于结合钻屑储存容器2到制造浆状物的系统中进行了描述，但是本领域技术人员将会理解在钻井位置处用于执行特定的钻井操作的任何容器可被结合到在此处公开的将钻屑制成浆状物的系统和方法中。仍然参考图1，近海钻塔I可包括位于其平台上的一个或多个钻屑储存容器2。在钻井过程中产生的钻屑可被转移至用于储存和/或随后以多种不同方式转移的钻屑储存容器2。一种这样的转移钻屑的方法是通过包括钻屑吹风机4和气动转移管道5的气动转移系统。使用强制流气动转移的系统的例子在美国专利No. 6，698，989、6，702，539和No. 6，709，216中公开，在此通过引用并入本文中。然而，本领域普通技术人员将会理解，用于从清洗操作(例如使用振动分离器)转移钻屑至钻屑储存容器2的其它方法可包括螺旋钻、传送机和气动吸入系统。在使用气动钻屑转移的系统中，在钻屑需要从钻塔I卸载至供应船3时，钻屑可通过管子6被排放至软管连接管子7。供应船3安装有供应组件8，其中，供应组件8可包括许多另外的钻屑储存容器9，例如包括ISO罐。可使供应船3靠近钻塔1，并且挠曲的软管10在其之间延伸。在本实施例中，挠曲的软管10通过连接管子7流体连接储存组件8至钻屑储存容器2。在下文描述的依据本发明的制造浆状物的系统的实施例可整体地与上面描述的钻屑转移系统结合，或作为模块单元与上面描述的钻屑转移系统结合。另外，在下文描述的实施例可包括例如上面描述的钻屑储存容器的部件，作为制造浆状物系统的一部分。因此，在本发明的特定方面中，用于制造用于再次注入的高固体含量的浆状物的制造浆状物的系统可包括包含了工作地点的现有的基础设施的基于模块的系统。如在此处所使用的，高固体含量的浆状物是包括体积百分数为20%或更高的固体含量的浆状物。参考图2，显示根据本发明的一个实施例的用于增加再次注入浆状物的固体含量的系统200。在本实施例中，系统200包括搅拌机201，搅拌机201具有进料器202、闸门203和混合部分204。混合部分204包括便于利用液体将固体制成浆状的叶轮205。搅拌机201还包括被配置以接收来自上游处理设备的液体流的进口 206和被配置以流体连接搅拌机201至下游处理设备的出口 207。在一个方面中，例如包括干燥的钻屑的干燥材料被注入到进料器202 (在箭头A处显示的)中。干燥材料可由包括振动器、储存容器或其它注入系统的上游处理设备注入，并且可通过传送装置(例如螺旋钻或气动转移系统)被注入到进料器202中。在一个实施例中，其中，干燥材料是钻屑，钻屑可在进料器202中与在制造浆状物过程中使用的化学品搅拌(例如混合)。在一个方面中，这样的化学品可包括如本领域已知的粉末、树脂和干燥的聚合物。最初，在干燥材料注入到搅拌机201中时，设置在进料器202和混合部分204之间的闸门203可被关闭。闸门203可被配置以根据钻井操作者的指令打开和关闭，使得干燥材料从进料器202流动至混合部分204是可控的。因此，控制干燥材料的流动至混合部分204可允许控制在系统200中产生的浆状物的固体含量。混合部分204操作性地连接至闸门203，使得闸门203可被调节以控制流过其中的干燥材料流量。混合部分204包括叶轮205，叶轮205被设置以使得进入混合部分204的流体可被激发。由于叶轮205在流体中加速时的叶轮205的剪切作用，在流体通过进口 206进入混合部分204时流体被激发。叶轮205的例子可包括离心泵、吹风机、涡轮、液压离合器或用于在压力下沿需要的方向推动流体的任何装置。在特定的方面中，叶轮205可进一步包括用于传送特定方向或剪切作用至流体的基部(root)或转子叶片。有效地激发流体所需要的叶轮205的速度将根据被激发的流体的类型改变。本领域普通技术人员将理解，在一个方面中，叶轮205适合的速度可以是不会使得在流体中悬浮的固体分离的任何速度。之后，被叶轮205激发的流体被引导至混合部分204，其中，闸门203被打开，并且干燥的材料被注入到其中。可以控制干燥材料的注入，使得干燥材料以需要的比率与流体混合，或使得产生需要的固体含量的浆状物。在浆状物到达需要的条件时，出口 207可被开启以允许产生的浆状物从混合部分204流动至下游处理设备。在一个实施例中，其中，干燥材料包括钻屑，钻屑可从上游分离设备(例如振动的振动器)注入，并且可被直接注入到进料器202。通过进口 206进入混合部分的流体可包括之前准备的浆状物，例如包含小于20%的固体的浆状物。因此，在这样的实施例中，干燥的钻屑可在搅拌机201中与低固体含量的浆状物混合以便增强，或在注入到井眼之前增加浆状物的固体含量。在一个方面中，注入到混合部分204中的浆状物可预先制成为现有的钻屑再次注入系统(例如上面描述的那些)的一部分。小于20%的固体含量的浆状物还可以在制造浆状物的分批循环中产生之后储存在浆状物储存容器(未显示)中。因此，在一个实施例中，系统200可被用于增加用于再次注入的浆状物的固体含量。然而，本领域普通技术人员将会理解，在特定的实施例中，在钻孔位置处的唯一的制造浆状物的系统可以是系统200。在这样的实施例中，注入到混合部分204中的流体可包括例如水、海水、盐水溶液或液体聚合物，如典型地在制备再次注入的浆状物中使用的流体。因此，添加钻屑到混合部分204中可被控制以便制造体积固体含量大于20%的浆状物。在这样的实施例中，可能需要连续或平行运行的几个搅拌机201，使得浆状物制造的速率对于特定的钻井操作是适合的。在一个实施例中，搅拌机201可以是涡流搅拌器。在这样的实施例中，叶轮205可吸引通过进口 206的流体、激发和搅拌流体和通过闸门203控制的一定数量的钻屑。固体加速器(未显示)可添加钻屑至激发的流体，并且之后混合物可引导制造的浆状物通过出口 207。施加至钻屑的加速运动和由涡流搅拌器提供的流体的激发可因此使得产生体积大于20%的浆状物。可与在此处公开的实施例一起使用的涡流搅拌机的一个例子是来自Schlumberger的商业销售的SBS-614P0D搅拌机。然而，如上面公开的可操作的其它搅拌装置也可与本发明的方法和系统的实施例一起使用。制造浆状物的系统200的操作参数(例如运行时间、钻屑剂量类型和注入速度)可被操作地连接的可编程逻辑控制器(“PLC”)(未显示)控制。PLC包括控制搅拌机204运行的指令，使得特定固体含量的浆状物被制造。另外，在特定的方面中，PLC可包括用于控制进口 206、出口 207、进料器202或闸门203的运行的独立的指令。指令的例子可包括依赖时间的指令，其控制在通过出口 207的转移之前浆状物保留在混合部分204中的时间。在其它的方面中，PLC可控制干燥材料注入到混合部分204中的速度或流体通过进口 206的传输速度。在另外其它的实施例中，PLC可控制化学品和/或聚合物添加剂的添加，在它们可选择地注入到混合部分204、进料器202中时或在激发流体之前。本领域普通技术人员将理解PLC可用于自动添加干燥材料、流体和/或化学品，并且可进一步被用于监控和/或控制系统200或搅拌机201的操作。另外，PLC可单独使用或与监督控制和数据采集系统(未单独显示)协作以进一步控制系统200的操作。在一个实施例中，PLC可以操作地连接至钻塔管理系统，并且因此可由在工作地点的另一位置或在远离工作地点的位置的钻井操作者(例如钻井操作指挥部)控制。PLC还可包括根据特定的混合剖面(profile)用于控制流体和钻屑的混合的指令。混合剖面的例子可包括基于步骤的混合和/或斜坡混合。基于步骤的混合可包括控制钻屑和流体的混合使得预定数量的钻屑被注入到已知体积的流体中、被混合、之后从系统中转移出去。斜坡混合可包括提供钻屑的蒸汽至流体直到到达确定浓度的钻屑。随后，包含特定浓度的钻屑的流体可从系统中转移出去。除了操作性地连接或作为PLC的函数之外，搅拌机401可包括分布式控制单元(“DCU”)。DCU控制密度和添加率，使得特定固体含量的浆状物可被制造。在特定方面中，PLC和/或DCU可因此控制发动机的速度、水温、油压、流体密度、搅拌机的吸入、排放压力、干燥添加剂的注入速度、流体添加剂的注入速度以及主要浆状物的注入速度。为了允许这样的控制，可能需要测量混合部分204中的浆状物或测量搅拌机201的其它方面。这样的测量可通过以下方式获得例如流量计确定搅拌机的吸入、密度计来确定流体或浆状物的密度以及编码器来测量在进料器202中的干燥材料的添加速度或通过进口 206的流体流速。另外，PLC和/或DCU可控制运行系统200的部件所需要的功率源或电连接。参考图3，显示根据本发明的一个实施例的用于将钻屑制成浆状物的模块300。在该实施例中，模块300包括搅拌机301、PLC308、化学品储存罐309和台座310。如所示出的，搅拌机301、PLC 308和化学品储存罐309设置在台座310上。如上所述，搅拌机301包括进料器302、闸门302和混合部分304。固体通过运输管线311可被供给至搅拌机301中，并且流体可通过进口 306连通至搅拌机301。在制备浆状物之后，浆状物可通过出口 307从搅拌机301出来。在本实施例中，干燥的钻屑从运输管线311供应至进料器302中，并且流体通过进口 306注入到混合部分304中。设置在混合部分304中的叶轮(未显示)根据由通过控制线路313电连接至搅拌机301的PLC308提供的指令激发流体。来自PLC 308的指令可包括如上所述的时间间隔控制指令或另外地可通过搅拌机302调节浆状物的混合。在流体根据适合的指令在混合部分304中被激发时，通过打开的闸门303添加干燥的钻屑，以使得钻屑从进料器302流入到包含在混合部分304中的激发的流体中。在这种搅拌期间，PLC 308可进一步提供指令至搅拌机301、化学品储存罐309或可选择地设置在其之间的泵(未显示)，用于控制制造浆状物的化学品流动到混合部分304中。本领域普通技术人员将会理解，制造浆状物的化学品可替换地在注入到混合部分304之前被添加至流体或在注入钻屑到混合部分304中之前被添加至进料器302。如所显示地，通过流体连接化学品储存罐309和混合部分304的化学品线路312实现化学品添加剂的添加。在一个实施例中，系统300在台座310上可以是大致独立的。台座310可以简单地像金属固定装置一样，系统300的部件固定连接在其上，或在其它的实施例中，可包括大致包围系统300的外壳。因为系统300设置在台座310上，在钻井操作需要可以得益于再次注入的浆状物中的增加的固体含量的系统时，系统300可被轻易地运输至工作地点(例如，基于陆地的钻塔、近海钻塔或再次注入地点)。本领域普通技术人员将理解，虽然系统300被显示设置在钻塔上，但是在特定的实施例中，系统300可包括被单独地设置在工作地点的完全不同的部件。因此，未模块化的系统，例如这些系统不包括台座，仍然在本发明的范围内。现在参考图4，显示根据本发明的一个实施例的钻屑制造浆状物和再次注入系统。在本实施例中，制造衆状物的系统400流体连接至初级制造衆状物系统413和再次注入系统414。初级制造浆状物系统413操作性地制造包括体积小于20%的固体的浆状物，制造浆状物的系统400增加浆状物的固体含量至体积大于20%，再次注入系统414注入固体体积大于20%的浆状物至井眼415。如之前描述的，制造浆状物的系统400包括搅拌机401，搅拌机401具有进料器402、闸门403和混合部分404。混合部分404包括叶轮405以便于利用液体将固体制成浆状物。搅拌机401还包括被配置用于接收来自初级制造浆状物系统413的液体流的进口406和被配置流体连接搅拌机401至再次注入系统414的出口 417。在本实施例中，干燥钻屑从钻屑储存容器416例如通过螺旋钻或气动转移装置被转移。钻屑储存容器的例子可包括钻屑盒、ISO罐或如本领域已知的用于保持钻屑的其它容器。其它的结构部件可被包含在制造浆状物的系统400中，包括例如磨粉机用于减小钻屑的尺寸和机械搅拌装置用于混合和/或防止干燥的固体凝结。在一个实施例中，初级制造浆状物系统413包括钻屑储存容器417、初级浆状物制造混合器418和初级浆状物储存容器419。在操作中，来自钻屑储存容器417的钻屑注入到混合器418中，包含体积固体含量小于20%的浆状物被制造。浆状物储存在初级浆状物储存容器419中，并保持在其中，直到需要在制造浆状物的系统400中进一步地制造浆状物和/或固体增补。本领域普通技术人员将理解，在特定实施例中，钻屑储存容器417可与钻屑储存容器416相同。并且在特定的实施例中，钻屑储存容器416和417可包括多个容器或容器系统，其中，钻屑可能已经根据尺寸预先被分离。因此，在一个实施例中，注入来自钻屑储存容器416或417中的任一个的钻屑可包括基于尺寸(例如细或粗钻屑)并且以特定速度注入钻屑以制造特定固体含量的浆状物。钻屑再次注入系统414包括流体连接至制造浆状物的系统400的进口 420和靠近井眼415设置的注入泵421。本领域普通技术人员应当理解泵421可包括高压泵、低压泵或对本领域普通技术人员是已知的能够迫使或能够便于运输流体至井眼中的其他抽吸装置。另外，在特定实施例中，由系统400产生的很高固体含量的浆状物可能需要另外的压力(即，高压泵)以便于向井下抽吸浆状物。然而，在特定的实施例中，因为向井下注入浆状物可以是大致连续的，所以低压泵可以是适合的以便于注入。在操作中，钻屑从上游处理操作(例如振动分离器)注入到钻屑储存容器417中。钻屑在混合器418中与流体混合以产生初级浆状物，初级浆状物的体积固体含量小于20%。本领域普通技术人员应当理解虽然固体含量的大部分可包括从钻屑储存容器417供给的钻屑，但在特定的方面中，固体含量还可包括增重剂和/或化学添加剂，它们在上游处理操作中未被移除或为了有利于浆状物而添加的。在初级浆状物在混合器418中被制造之后，初级浆状物被转移至初级浆状物储存罐419。浆状物可以分批循环地制造，使得大量的浆状物可被制造并且之后被储存。通常，如上所述，包括体积小于20%的固体的浆状物可被储存一段时间而固体不与浆状物的液相分离。然而，在特定的实施例中，初级浆状物储存罐419包括搅拌器(例如机械搅拌装置)可能也是有利的，用于确保初级浆状物不分离成其组成成分。在特定的方面中，初级浆状物可被大致连续地制造，不是分批循环地制造，并且在这样的操作中，对搅拌装置的需要可能不再是必需的。在钻井操作者决定开始钻屑再次注入循环时，初级浆状物被通过进口 406注入到搅拌机401的混合部分404中。叶轮405激发初级浆状物，并且闸门403被打开以允许从进料器402添加钻屑。在混合部分404中的浆状物的混合可如上所述地通过PLC来控制，并且可以包括添加来自多种来源的化学品添加剂、水、海水、盐水溶液、聚合物、细屑、粗研磨物、干燥钻屑和/或浆状物。因此，在一个实施例中，复合搅拌系统可允许二级搅拌机处理包括体积固体含量大于20%的浆状物的流体。体积固体含量大于20%的浆状物之后通过出口 407从混合部分404转移出去。制造浆状物的系统400的出口 407流体连接至钻屑再次注入系统414。在本实施例中，再次注入系统可以包括靠近井眼415设置的高压注入泵421。在高固体含量的浆状物被制造浆状物的系统400制造时，注入泵421被开启以抽吸浆状物到井眼415中。本领域普通技术人员将会理解，因为高固体含量的浆状物的制造可能比初级浆状物的制备慢，所以注入过程可以是大致连续的。因此，如果钻屑再次注入循环被开始，那么它可能保持在大致连续的操作中，直到钻井操作者终止操作。另外地，搅拌机401的使用允许浆状物中的固体含量保持更加均匀地分离和悬浮。同样地，即使再次注入过程被停止，如上所讨论的固体从悬浮中的分离可以被避免。现在参考图5，显示了根据在此处公开的实施例的制造浆状物和再次注入系统500的示意表示图。在本实施例中，系统500被显示可以建立在近海钻塔上。最初，干燥钻屑可收集在钻屑储存容器522中。钻屑储存容器522可例如通过管道和/或气动转移线路523连接至另外的上游处理设备。钻屑储存容器522还流体连接至水合系统524，使得在钻井操作者开始成批处理再次注入浆状物时，干燥钻屑在混合之前被水合作用。水合可包括添加流体至钻屑。流体可包括流体聚合物、水、海水、盐水溶液或包含在流体池525中的其它水合媒介。本领域普通技术人员将会理解,在可替换的实施例中,流体可通过例如舱底泵直接从周围环境供给。因此，在特定的实施例中，流体池525可以是不必要的。然而，如所显示的，流体池525流体连接至水合系统524和成分混合器526。成分混合器526可被用于在注入到搅拌机501中之前混合流体、液体化学品、干燥化学品或在制造浆状物过程中使用的其它添加剂。在来自流体池525的流体和来自钻屑储存容器522的钻屑合并时，它们被注入到初级浆状物制造混合器518中。如所显示的，系统包括两个浆状物制造混合器518，然而，本领域普通技术人员应当理解，混合器518的数量可根据预期的和需要的生产和再注入速度而改变。通常，通过混合流体和钻屑而制造的浆状物将被转移至一个或多个初级浆状物储存罐519中。在特定的实施例中，在混合器518中制造浆状物之前，另外的干燥钻屑可从二级储存容器527中添加。如上所述地，在混合器518中制造的初级浆状物包括体积小于20%的固体含量。同样地，在用于二级浆状物制造过程中之前，初级浆状物可被储存在初级浆状物储存罐519中。虽然显示独立于钻屑储存容器522，本领域普通技术人员将理解，二级储存容器527可包括干燥钻屑或在特定实施例中，还可以是钻屑储存容器522。然而，在一个方面中，二级储存容器527可包括在浆状物制造过程中使用的干燥或液体聚合物或化学品，并且同样地，可与混合器518流体连通。在钻井操作者选择开始钻屑再次注入循环时，初级浆状物如上所述地与来自二级储存容器527或成分混合器526中的任一个的另外的干燥钻屑和/或化学品一起注入到搅拌机501中。在可替换的实施例中，如之前所述地固体可由钻屑储存容器522直接供给。固体和流体被混合以制造包括体积固体含量大于20%的浆状物。因此，在本发明的一个方面中，在注入之前，最终的浆状物由特定再次注入操作的需要确定可包括大于20%的固体含量、40%的固体含量、50%固体含量或甚至更大的固体含量。在注入高固体含量的浆状物之后，浆状物流体连通至高压泵528、低压泵或两种类型的泵以便于转移浆状物到井眼中。在一个实施例中，泵可以是彼此流体连通，以便控制浆状物被注入到井下的压力。然而，为了进一步控制浆状物的注入，另外的部件(例如减压阀530)可在浆状物在井眼中分散之前被增加至管路中。这样的减压阀可帮助控制注入过程的压力以增加操作的安全性和/或控制注入速度，以进一步增加注入过程的效率。浆状物之后被转移至井下的管子531中，用于注入到井眼中。井下的管子531可包括挠曲管线、已有的管道或在本领域是已知的用于再次注入钻屑到井眼中的其它管子。有利地，在此处公开的实施例可以提供一种系统和方法，其允许制造和注入高固体含量的浆状物，用于在钻孔地点处的再次注入操作。这样的包括大于浆状物的体积的20%的固体部分的高固体含量浆状物可允许再次注入操作以比使用低固体含量的浆状物更快地和更有效率地完成。在浆状物中的增加的固体含量还可以允许再次注入过程是大致连续的，从而避免阻塞井眼、昂贵的再次钻井操作或与现有的再次注入操作相关的化学处理。另外，通过使得制造浆状物的系统成为使用现有的钻塔和/或钻孔地点基础设备的模块，本发明的实施例可以有利地减小用于钻屑注入设备的提升操作的量。这样的操作可增加钻井效率、减少钻塔的停工期、减小工作地点处的事故，并且另外减小与再次注入操作相关的成本。虽然参考有限数量的实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员得益于此处公开的内容，应当理解可以设计其它的不背离如在此处公开的本发明的范围的实施例。因此，本发明的范围应当仅由随附的权利要求来限制。
权利要求
1.一种钻屑再次注入的方法，包括在搅拌系统中制造包括体积大于20%的钻屑的浆状物； 从搅拌系统抽吸浆状物至钻屑注入系统中；和从钻屑系统注入浆状物到井眼中。
2.根据权利要求I所述的方法，进一步包括用可编程逻辑控制器调节浆状物的注入。
全文摘要
一种用于将钻屑制成浆状物的模块，包括台座、设置在台座上的可编程逻辑控制器和搅拌机。所述搅拌机包括用于注入钻屑的进料器、被设置与进料器流体连通用于控制钻屑的流动的闸门和用于激发流体的叶轮，其中，模块被配置为可移除地连接至位于工作地点处的钻屑储存容器。另外，一种钻屑再次注入的方法，包括在搅拌系统中制造包括体积大于20％的钻屑的浆状物，并从搅拌系统抽吸浆状物至钻屑注入系统。所述方法进一步包括从钻屑注入系统注入浆状物到井眼中。
文档编号E21B21/06GK102979467SQ20121057035
公开日2013年3月20日 申请日期2008年1月31日 优先权日2007年1月31日
发明者弗朗西斯科·弗莱格夏 申请人:M-I有限公司