模块扩展系统及振荡器系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请
[0002] 本申请涉及以下专利申请并主张以下专利申请的优先权，它们是：在2010年5月 12日申请的美国临时专利申请61/334, 117、在2010年11月8日申请的美国临时专利申请 61/411，298,以及在2010年11月26日申请的美国临时专利申请61/417, 390,这些申请的 内容均以引用的方式并入本文中。
[0003] 本申请是名称为"用于对钻肩进行干燥的系统及方法"的发明专利申请（【申请号】 201180023736.5)的分案申请。
技术领域
[0004] 本发明描述了用于从钻肩中分离流体的系统及方法。特别地，本发明涉及包含真 空系统及/或分区的改装的振荡器，以及操作此类振荡器来实现流体高度分离的方法。该 系统和方法在多种筛孔尺寸、真空流以及真空设计中都是有效的。该系统尤其有助于从钻 井液中分离气体。
【背景技术】
[0005] 对于能源勘探行业而言，钻井液的损失意味着一些技术及成本上的问题。这些问 题通常包含钻井液渗入到地层造成的渗流损失、在表面上的钻井液的回收及/或被钻井液 污染的钻探岩肩或钻肩的处理。在本发明的上下文中，"钻井液"既包含在表面上预备的以 未变更状态用于钻探的流体，也包含从井中回收的所有流体，这些流体可包含来自井中的 多种污染物，污染物包含水以及碳氢化合物（既有液体，也有气体）。
【背景技术】 [0006] 中存在一种已知的情况，即，在挖掘或钻探过程中，钻井液的损失量可达 到 :在钻探项目的整个过程中损失的钻井液接近300立方米。由于一些钻井液的价值超过 1600美元每立方米，因此，此类流体的大量损失对钻探运营商来说意味着高成本。
[0007] 钻井液通常可分为水基钻井液或油基钻井液，所属领域的技术人员所熟知的，这 些钻井液可能包含许多昂贵并且专用的化学品。因此，在钻探项目中希望钻井液的损失量 是最小的，于是人们思考和/或采用了多种技术来使井下和表面上的钻井液损失最小化。
[0008] 此外，在一些地区，通过输送油或水来配制钻井液，对于一些运作而言，这种做法 可能会造成一些成本上的问题，特别是在沙漠、近海处，甚至也包含一些不允许将水的配给 用于此目的地区。
[0009] 如上文所述，一个具体的问题是，如何将可能在表面处粘附到钻肩上的钻井液与 来自地层的所有碳氢化合物（统称为"流体"）分离。已通过各种技术来达成从钻肩中有效 分离各种流体，所述技术包含但不限于，水力旋流器、泥浆清洁器、线性运动振荡器、螺旋推 进式离心机、立式篮式离心机（VBC)、真空器件，以及涡流分离器。如所属领域的技术人员 所熟知的，这些器件通常以每天1000-2000美元的价格出租，因此，对运营商构成显著的成 本。因此，流体的回收对补偿这些费用是必要的，这就要求回收的流体的价值大于设备的租 赁费用，从而使回收技术在经济上更合理。在挖掘工程中，高成本钻井液的损失量很大（例 如，超过3立方米每天），于是，对专用分离设备按日收取租赁费可实现有利的经济效益。此 外，在运营商设计钻井液/钻肩的分离/回收系统时，很可能还会将环境影响及/或被钻井 液污染的钻肩的处理成本考虑在内。
[0010] 另外，当钻肩在振荡器设备上处理时，用于从钻肩中分离钻井液的以往技术也使 用液体喷淋系统来将"清洗"液输送到钻肩中。当钻肩在振荡器上处理时，此类清洗液以及 关联的流体供应系统被用来输送多种清洗流体，并且根据所处理的钻井液的类型，可包含 多种类型的设计来输送不同的清洗流体。例如，根据在振荡器上处理的钻井液和钻肩，清洗 液可包含油、水或乙二醇。通常，应用这些清洗流体来减少粘附到钻肩上的流体的粘度及/ 或表面张力，和实现对更多的流体进行回收。然而，通常这些技术对许多钻井液而言都不具 有成本效益，因为稀释流体的使用通常造成钻井液的体积增加及/或化学稳定性的改变， 这是不可接受的，并且因此造成钻井液流变学性质的改变。
[0011] 因此，虽然有多种分离系统通常能够有效及/或有效率地达成一定水平的流体/ 钻肩分离，但是每种形式的分离技术通常只在一定范围内的条件或参数下并且在特定的价 位上才能有效率地操作。例如，利用筛网的标准振荡器能够相对有效率并且持续地从钻肩 中移除一定量的钻井液，在振荡器的通常操作中，操作者通常能够使钻井液/钻肩分离达 到流体相对于钻肩重量的12-40%的水平（即，所回收钻肩的总质量的12-40%为钻井液）。 流体/钻肩重量百分比的范围通常由筛孔尺寸来控制，其中通过使用较大的筛孔（例如， 50-75目），操作者可实现较高程度的流体/钻肩分离，通过使用较小的筛孔（例如，最高 325目）来实现较低程度的流体/钻肩分离。由于筛孔尺寸影响了通过筛网的固体量，所以 须在使用大目筛网与小目筛网之间作出取舍。也就是说，虽然操作者能够通过使用较大的 筛孔（50-75目）来降低钻肩上保留的浆料从振荡器脱落，但是使用较大的筛孔的问题是： 实质上更大量的固体将会通过筛网，随后会显著地影响所回收流体的流变学性质和密度及 /或需要使用额外的有可能效率不高的分离技术来将这些固体从所回收的钻井液中移除。 相反，如果使用小的筛孔，虽然有可能将对用于从所回收的钻井液中移除固体的进一步下 游分离技术的需要降为最低，但实质上会导致较大量的钻井液未被回收，因为这些钻井液 更有可能避开筛网并因此导致更大的钻井液损失，以及/或者需要后续的处理。
[0012] 相应地，在许多操作中，操作者将通过离心力式设备调节从振荡器中所回收的流 体，使其经受额外的处理，从而在回收或再生钻井液之前减小流体密度并且移除尽可能多 的微细固体。然而，此类调节需要更昂贵的设备，例如离心机、螺旋推进式离心机、水力旋流 器等，它们会增加回收总成本。这些处理技术也被其处理的流体的质量直接影响，因此由使 用粗筛网的振荡器预处理的流体将不如从较微细筛网接收的流体，后者更为优化。
[0013] 此外，离心机和水力旋流器以及其他设备的性能也受到进料流体的粘度和密度的 直接影响。因此，能够将重且含固体颗粒的流体输送到二级处理设备的钻井液回收技术需 要力度更强的技术，例如增加重力及/或真空来实现分离，而这通常会导致钻肩的破碎。
[0014] 此外，此类二级处理设备通常不能以相同的振荡器吞吐量值来处理钻肩及钻井 液，结果造成可能需要额外的分离设备，或是可能需要额外的存储槽来临时存放所积累的 钻井液。
[0015]因此，操作者会试图将钻井液损失的成本，与所回收的流体的质量，连同其他的考 虑因素一起衡量。虽然操作者通常对钻肩处理的质量以及可用的流体回收技术没有多少选 择余地，但是许多操作者将操作分离设备，使得从分离设备所回收的钻井液密度会比系统 中的循环流体的密度重大约200-300kg/m3。当这种含有显著量的微细固体的较重流体被留 在钻井液中时，将会立刻或在一段时间后破坏钻井液或其他任何类型流体的性能。
[0016] 因此，依然需要这样的系统，其能经济地增大从振荡器中所回收的流体的体积，且 不会对所回收的钻井液的流变学性质造成不利影响。具体而言，需要这样的分离系统，其可 使所回收的流体密度相对于原始流体密度在5-100kg/m 3的范围内，并且不影响塑性粘度、 胶凝强度等流变学性质。
[0017] 此外，需要开发低成本的改装技术，所述技术可强化流体回收并且低于当前所采 用的机制和技术的成本。此外，还需要这样的改装技术，其可用于由不同制造商制造的各种 振荡器，并且可用来强化现有振荡器的操作。
[0018] 此外，还需要开发能强化二级分离设备的操作的分离技术。
[0019] 真空技术的使用是改善钻井液分离的一个解决方案。然而，真空技术本身具有多 种问题，包含对钻肩/流体分离不充分，如上所述，其需要额外且昂贵的下游处理，并且其 不能从所回收的钻井液中有效地移除细粒，从而增大了所回收的钻井液的密度。此外，力度 强的真空系统也将使钻肩破碎，从而使生成细粒的问题增大。
[0020] 此外，在工作场所中多种真空技术还可能出现尘埃和薄雾问题，例如使用过去的 真空技术，需要用高压冲洗来定期地清理堵塞的筛网。筛网的高压冲洗产生的空气中漂浮 的尘埃以及薄雾对操作者造成了危害。因此，仍然需要能使对筛网的清洗的需求最小化的 技术。
[0021] 此外，在真空筛网的下侧需要改善的流体分离系统，其允许被吸入穿过真空筛网 的相对较大体积的空气与被吸入穿过真空筛网的相对较小体积的钻井液有效地并且有效 率地分离。也就是说，需要改善的流体/空气分离系统。还需要有助于钻井液中脂肪酸氧 化的真空技术，从而减少对额外乳化剂的需要。
[0022] 在操作上，还需要改善的操作真空系统的方法，该方法有效地使筛网堵塞的风险 最小化并且能够使用更微细的筛网。
[0023] 此外，需要这样的系统，其既允许有效率地替换筛网，还能改善在真空系统与筛网 之间的垫圈与密封。
[0024] 此外，还需要改装系统，该类改装系统可用于通用的各种振荡器，而且无需实质修 改当前的振荡运动，并且能够在工作地点快速且容易的安装。此外，还需要改装系统，该类 改装系统能够实现便利的系统拆解，以便于运输及/或维护。
[0025] 此外，还需要这样的系统，其能够实现钻探项目中的整体固体控制项目的改善，从 而允许在固体控制设备的管理中有更大灵活性，使得较少的流体被输送到二级处理设备， 同时可将更多昂贵的钻井液更有效率且更有效地回收。
[0026] 脱气
[0027] 已知，在钻探操作中常常发生来自地层的气体进入到循环的钻井液中的情况，其 中来自地层的压缩气体与循环的钻井液混合，并且会溶解在钻井液内，是否发生溶解取决 于气体的量与压力是否会使钻井液完全饱和。这种情况尤其发生在钻头进入油层时，此时 钻头处于地层中，在井孔中会发生地层气体的回流，这就会导致钻井液与地层气体的饱和。 随着钻井液升高到表面且压力变小，气体会从钻井液中释放。
[0028] 在表面上，气体"迸入"或不受控制地进入到循环系统中的首要征兆之一是在振 荡器处出现泡沫化的钻井液，这是由于在粘性的钻井液内形成了气泡所造成的。在振荡器 上，泡沫化的钻井液通常会造成钻井液的损失，这是因为在振荡器上气泡可能不会破裂，且 /或这些气泡使得钻肩与振荡器筛网的接触最小化，进而减少了振荡器在给定时间内的应 有效力。也就是说，振荡器的重力可能会滞后，或者不足，以至于不能立即克服气泡的表面 张力。
[0029] 此问题常通过增加筛孔尺寸（即较粗大的筛孔）来解决，但是，上述动作将造成所 回收的钻井液的质量下降。或者，此问题常常也通过如下方式来解决：绕过振荡器，直接用 可能引发钻井液降解的其他气体分离设备。
[0030]因此，仍需要这样的系统，其能改善振荡器系统在振荡器处分离气体/流体的能 力，也能够将关于钻头相对于油层的位置的有效信息提供给操作者。
[0031] 现有技术回顾
[0032] 对现有技术的回顾揭示了包含真空技术在内的多种技术在以前已用于从钻肩中 分尚钻井液，这些技术包含振动式振荡器。
[0033]例如，美国专利4, 350, 591描述了钻探泥浆清洁装置，所述装置具有倾斜的传送 带筛网（travelling belt screen)以及包含排风罩和鼓风机的脱气装置。美国专利申请公 开案2008/0078700揭示了具有用于清洁筛网的改装喷淋喷