Brevet FR2571379A1 — publié le 19860411

1- PROCEDE DE RECUPERATION D'HUILE A PARTIR DE BOUE COMPORTANT DES PARTICULES A PETITS GRAINS INORGANIQUES ET/OU ORGANIQUES ET DE L'HUILE, DE L'EAU OU D'AUTRES LIQUIDES EVAPORABLES La présente invention a trait à un procédé de séparation d'huile, d'eau et d'autres liquides évaporables contenus dans des boues de forage, de la terre décolorante, de la boue de réservoirs d'huile, des schistes bitumineux, etc... Le problème de la récupération d'huile à partir de boue de forage à base d'huile est apparu du fait qu'il est maintenant de plus en plus intéressant d'utiliser une telle boue contrairement à la boue de forage à base d'eau. Ceci provient des considérables avantages techniques dans les forages exploratoires de même que dans les forages de production de puits de pétrole dans les opérations de forage à terre de même qu'en mer. A cause du pourcentage d'huile de la boue provenant des trous de forage, cette boue ne peut être librement dispersée dans la nature, et si cela doit être fait il est prévu des contraintes sévères en ce qui concerne le traitement de la boue afin de lui enlever toute l'huile qu'elle contient. En particulier, la partie à grains fins de la boue de forage pose des problèmes. La partie à gros grains est tamisée dans des cribles oscillants et peut être lavée avant d'être mise à la décharge, ou bien l'huile résiduelle peut être brûlée. Ce procédé est à ce jour le plus utilisé dans les installations de la Mer du Nord. -2- La partie à grains fins provenant du crible oscillant ou du procédé de lavage est habituellement traitée dans des décanteurs ou des cyclones hydrauliques, ou une bonne partie de l'huile et de l'eau est séparée de la boue. L'huile résiduelle est fortement liée à la boue par des forces de capillarité, une tension de surface et des liaisons polaires et c'est la raison pour laquelle il n'y a pas de manière satisfaisante de traiter la boue. Au cours d'une distillation expérimentale de deux sortes de boue, l'une constituée principalement de "cuttings" de fines particules inférieures à 1000 micromètres, et l'autre consistant presque exclusivement de baryte à fines particules inférieures à 15 micromètres, on a trouvé de manière surprenante que des hautes températures étaient nécessaires pour extraire l'huile de la boue. Un accroissement du point d'ébullition de 100 à 200 C est survenu du fait desdites forces. Lorsque l'on désire extraire l'huile de la boue par chauffage suivant des méthodes conventionnelles dans une installation de distillation, de telles hautes températures sont ainsi nécessaires si bien qu'une partie des produits huileux sont fractionnés et que des nouveaux hydrocarbures sont formés. Ces conditions sont décrites dans la demande de brevet norvégien Ne 771, 423. On peut également se référer au brevet américain N 3.393.951, selon lequel de la boue de forage est amenée sur un convoyeur et est soumise à une irradiation aux infrarouges avant que la boue ne soit déversée dans la mer. A cause des conditions de température ledit procédé n'a pas été utilisé en pratique et l'huile contenue dans la boue ne peut être récupérée en vue d'être recyclée. Il en est ainsi dans le brevet américain N 2.266.586, dans lequel des brûleurs à gaz sont utilisés et la boue est également rincée à l'eau. En plus de ce qui précède il faut noter que l'eau utilisée pour le lavage préliminaire de la boue doit également être purifiée, ce qui par suite, nécessite une consommation d'énergie accrue pour le chauffage ultérieur. Le brevet américain N 3.658.015 se rapporte à un -3- four de combustion dans lequel l'huile contenue dans la boue est seulement brûlée. Ce procédé purifie effectivement la boue suffisamment pour que l'on puisse la déverser dans l'environnement mais l'huile n'est pas récupérée en vue d'être recyclée dans la préparation de la boue. Du fait du risque d'explosion ce procédé n'a pas été utilisé dans les installations de pétrole. Il faut également observer qu'il est nécessaire de fournir de l'énergie afin de brûler l'huile contenue dans la boue. Ainsi, ce procédé ne diffère pas de ce qui est connu par les fours de séchage conventionnels. Le brevet américain N 3.860.091 a trait à un procédé mécanique de purification de la boue. Ce procédé comporte l'utilisation de séparateurs pour enlever le plus d'huile possible, l'huile résiduelle étant enlevée à l'aide d'un détergent. Ce procédé est utile mais il est très coûteux du fait de la consommation en détergent. En outre, il ne donne pas de résultat dans la récupération de l'huile résiduelle après centrifugation du fait des forces capillaires mentionnées plus haut. La demande de brevet norvégien ci-dessus mentionnée N 771,423 décrit un procédé pour vaporiser l'huile contenue dans la boue amenée par un convoyeur à vis chauffée par des éléments résistants électriques et/ou par un fluide de transfert chauffant, laquelle huile à son tour est chauffée à l'aide d'échangeurs de chaleur auxiliaires électriques. Ce procédé diffère du procédé selon l'invention principalement par le fait que cette chaleur est fournie à l'aide de dispositifs d'échange de chaleur et que cette opération survient de telle manière que les forces capillaires ci-dessus mentionnées ne sont pas détruites. Comme indiqué, ceci nécessite de très hautes températures afin d'extraire l'huile de la boue. La température est de l'ordre approximativement de 260 à 360 C, et ceci correspond aux expérimentations faites durant la mise au point du procédé selon la présente invention. Ceci conduit aux mêmes problèmes indiqués comme étant très importants, à savoir l'oxydation ou la décomposition des gaz de rejet n'est pas évitée en vue d'empêcher la formation de nouveaux composés. Suivant le procédé ci-dessus des efforts sont faits pour éviter cet - 4- inconvénient en insistant sur la nécessité d'utiliser un gaz neutre avec ce procédé. Il faut aussi noter que pour avoir un fonctionnement satisfaisant il faut que tout l'oxygène ou les gaz oxydants soient évités soigneusement durant la période de chauffage de la boue dans le récipient. Des expérimentations faites par l'inventeur ont confirmé ce point. Après évaporation le gaz de rejet est conduit dans un condenseur condensant les gaz d'huile par pulvérisation directe à l'aide d'eau. Ceci diffère clairement du procédé suivant l'invention, dans lequel de l'huile froide est utilisée comme agent de condensation. L'utilisation d'eau, en fait, engendre un problème considérable de séparation du condensat eau/huile et il n'est jamais possible de garantir que l'eau séparée ne comporte pas d'huile. Puisque qu'avec une boue à base d'huile on désire utiliser des hydrocarbures qui ne sont pas très toxiques Il VI fi el iKero, 11Somentor 31,,TSD 2803, ourSD 2832), cela pose, en plus du risque d'explosion, des problèmes avec le matériel de l'installation lui-même, et provoque un encrassement plus préjudiciable que les produits de décomposition qui sont formés et qui ne peut être contrôlé en ce qui concerne les risques sanitaires. La présente invention a précisément pour objet de réduire ce problème. On peut penser que si l'huile était distillée à partir de la boue sous vide, des températures d'ébullition suffisamment basses pourraient être atteintes. Des expérimentations ont montré que cependant pas même une distillation sous vide n'entraîne de températures suffisamment basses. Avec les procédés de distillation connus à ce jour, entre autre ceux mentionnés ci-dessus, des températures d'ébullition d'approximativement 350"C sont nécessaires pour extraire suffisamment d'huile à partir des minéraux. Au cours d'études du procédé d'ébullition pendant les expérimentations avec distillation, on a trouvé que les tensions de surface sont surmontées et que les forces polaires entre molécules sont évitées grâce à une agitation, du fait qu'un mouvement relatif aussi rapide entre les molécules empêche qu'elles se --5-- lient entre elles. Ces circonstances sont utilisées dans la présente invention. La totalité de l'énergie pour le procédé de distillation est fournie par l'agitation de la boue, la chaleur pour l'ébullition étant fournie par friction dans le matériau. Du fait de la libération de l'eau en même temps que l'huile la température d'ébullition d'un type d'huile intéressant (Somentor 31) est de 188 C inférieure à celle de l'ébullition correspondante dans une cornue. Cela signifie que la pression partielle de l'huile constitue approximativement 50% de la pression totale du mélange gazeux. L'invention, ainsi, se rapporte à un procédé de distillation pour séparer l'huile de l'eau et d'autres liquides évaporables provenant de boue de forage, de terre décolorante, de boue de réservoirs d'huile, de schistes bitumineux et similaires, et ledit procédé est caractérisé en ce que l'évaporation de ladite boue est effectuée à une température inférieure à celle de l'évaporation conventionnelle, du fait que les forces capillaires liant les fractions séparées à l'intérieur des pores de la boue sont détruites dans un évaporateur à friction. La boue est battue et brisée par des bras de battage entraînés par une source d'énergie rotative, par exemple un moteur électrique ou à combustion, amenant en même temps à évaporation l'eau de cristallisation de même que l'eau libre de la boue, en sorte que la pression partielle de la vapeur d'huile (vapeur provenant d'autres liquides) ajoutée à la pression partielle d'eau forme une pression totale dans le mélange gazeux avec une réduction en conséquence de la température d'évaporation de la totalité du mélange gazeux correspondant à la température d'évaporation pour la pression partielle de l'huile, et de l'énergie est fournie à la boue à partir de la source d'énergie sous forme de chaleur de friction provenant de la friction entre les particules de la boue ainsi qu'entre lesdites particules et les bras de battage. En outre, l'invention a trait à l'évacuation de la chaleur de condensation. On utilise un condenseur à injection du type conventionnel ou un condenseur à éjecteur. La caractéristique -6- nouvelle réside dans le fait qu'on utilise comme agent de refroidissement un condensat refroidi. Outre la diminution des problèmes de la séparation de l'huile et de l'eau, cette manière d'opérer n'est pas sensible à la pollution par les poussières et évite également toute pollution de l'eau de refroidissement. De plus, on peut récupérer la plupart de la chaleur de la boue séchée pour le chauffage préliminaire de la boue non encore traitée, le rendement thermique étant ainsi considérablement accru. Afin de vérifier le procédé, en particulier l'affirmation relative à la réduction de la température, une installation pilote de 45 kW a été réalisée. Elle comprend un tambour d'évaporation ayant un diamètre de 550 mm et une longueur de 600 mm, à l'intérieur duquel est disposé un rotor muni de, bras de battage ayant un jeu d'environ 10 mm par rapport à la paroi du tambour. Ce rotor est entraîné par un moteur synchrone de 45 kW muni d'un ampèremètre mesurant l'ampérage à son entrée. La vitesse de rotation du rotor est approximativement 2000 tours/min. A la partie supérieure du tambour disposé horizontalement sont disposés un conduit de gaz de rejet relié à un condenseur et un conduit d'amenée de boue. L'huile utilisée dans la boue de forage a différentes fractions s'évaporant à différentes températures. Ceci est clairement apparu durant les expérimentations. La température s'est élevée rapidement à approximativement 42 C et a été maintenue pendant quelques minutes jusqu'à ce que la fraction considérée soit éliminée. Puis la température a été élevée de quelques degrés et est ensuite maintenue constante jusqu'à ce que la fraction suivante fût éliminée. De cette manière la température a continué à s'élever suivant approximativement 7 niveaux de température, l'huile étant entretemps séparée des gaz condensés. La raison pour laquelle il n'y a pas eu d'accroissement de température aux différents niveaux de température jusqu'à ce que les fractions en question fussent évaporées réside dans le fait que la totalité de l'énergie fournie a été utilisée pour évaporer l'huile. Lorsque la température a atteint 172 C une augmentation graduelle a suivi sans autre étape de température -7- marquée ou de vapeur d'huile. La boue séchée était une poudre a grains fins ayant une couleur pâle en contraste avec la matière première qui était noire. La couleur et la consistance de la boue séchée étaient les mêmes avec les "cuttings" et avec la baryte à l'huile. Au cours des essais on a obtenu les résultats suivants: 1. Echantillon brut 16% d'huile 2. Echantillon brut 13,9% d'huile Essai 021084 172 C 1. Echantillon 0% d'huile 2. Echantillon 3,6% d'huile Essai 031084 1. Echantillon 3.5% d'huile Essai 041084 150 C 1. Echantillon 3,6% d'huile Essai 041084 160 C 1. Echantillon 2,45% d'huile Essai 031084 172 C 1. Echantillon 1,8% d'huile La raison des variations dans les résultats doit être trouvée dans l'imprécision du procédé de mesure ainsi que dans les échantillons qui n'étaient pas tout à fait homogènes. Le procédé va maintenant être décrit plus en détail en se référant à la figure 1 du dessin annexé. De la boue provenant d'un réservoir à boue 12 est dirigée par l'intermédiaire d'une pompe réglable 9 sur un évaporateur 1 fonctionnant sur le principe de la friction et que l'on appellera pour cette raison évaporateur à friction. La boue est mise en ébullition dans ledit évaporateur et la vapeur est dirigée par l'intermédiaire de moyens de séparation de poussières, représentés par un ventilateur 2 et un cyclone 3, vers un condenseur à contact direct 4. La boue sèche se trouve alors sous la forme d'une poudre fluidisée qui est extraite libre d'huile par l'intermédiaire d'une vanne de régulation 10. A partir de la sortie 10 la boue séchée et tiède peut être dirigée, à travers un échangeur de chaleur 14 o elle cède sa chaleur à de -8-. l'huile chaude provenant d'une pompe 15 envoyant l'huile chauffée à un échangeur de chaleur 16, dans le réservoir 12 de manière à préchauffer la boue non encore traitée. En vue d'évacuer ultérieurement la boue séchée sous forme d'une poudre, ladite poudre peut être moulée en briquettes avec adjonction d'un ciment ordinaire. Cette solution présente l'avantage que le volume et, par suite, l'étendue de la surface de la poudre sont réduits, ce qui diminue fortement le risque que le baryum soit libéré de la baryte (BaSO4) lorsque le matériau est évacué dans la nature. Les briquettes peuvent être cubiques, cylindriques ou d'une autre forme, ce qui est une manière pratique de manier la poudre qui peut être évacuée dans des décharges appropriées ou analogues. Dans le condenseur à contact direct 4 la vapeur d'huile est condensée à l'aide d'huile réfrigérée provenant d'un réservoir d'huile 6, laquelle huile est fournie au condenseur à contact direct 4 à l'aide d'une pompe de circulation 7. L'huile provenant du condenseur 4 est refroidie dans un échangeur de chaleur 5 avant d'atteindre le réservoir à huile 6. L'extraction de chaleur dans l'échangeur de chaleur s'effectue à l'aide d'eau de refroidissement fournie par une pompe à eau de refroidissement 8. Si le procédé par ébullition est mis en oeuvre sous vide afin d'obtenir une réduction supplémentaire de la température d'ébullition, il sera nécessaire soit d'utiliser un condenseur à jet, soit d'éliminer les gaz de rejet provenant du condenseur par l'intermédiaire d'une pompe à vide. L'évaporateur à friction 1 va maintenant être décrit en se reportant à la figure 2 du dessin annexé. L'évaporateur à friction 1 comporte une enveloppe cylindrique en deux parties 16 munie intérieurement de nervures 17 d'usure allongées. A l'intérieur de l'enveloppe 16 est monté rotatif un rotor comportant un arbre moteur 18, des plaques de rotor 20 et des bras de battage 19. Les bras de battage 19 sont agencés comme dans les broyeurs à marteaux conventionnels, mais ils sont plus larges dans le cas présent afin d'éviter la pulvérisation non -9- nécessaire des particules de boue. Lorsque le rotor tourne (à 1500/1400 tours/min) à l'aide d'un moteur électrique, de la boue est projetée vers l'extérieur en direction de la paroi cylindrique et forme un anneau rotatif engendrant une grande friction interne entre les particules. De l'énergie est ainsi fournie par friction entre les particules et entre les particules et lesdits bras de battage. Il est à noter qu'il n'y a pas de contact entre la boue et les plaques de rotor sur lesquels sont montés les bras de battage. C'est également ce principe de montage qui permet de pulvériser d'autres minéraux à base d'huile, par exemple des schistes bitumineux, en vue de séparer l'huile de ceux-ci. L'énergie provenant du moteur électrique est transférée à la boue sous forme de chaleur de friction. La boue est amenée à travers un orifice d'entrée 21 à l'une des parois d'extrémité de l'enveloppe. Lorsque la boue de forage est amenée de manière continue elle s'évapore à une telle vitesse dans l'évaporateur à friction que l'anneau rotatif dans l'enveloppe comporte principalement de la poudre sèche fluidisée. Cette poudre peut ensuite être facilement extraite de manière continue à l'autre paroi d'extrémité de l'enveloppe par l'intermédiaire d'une vanne de régulation 22 qui est de préférence commandée par la température de la vapeur de rejet. La vapeur libérée se déplace en direction du centre du rotor et la poussière contenue dans la vapeur est séparée de manière efficace et totale grâce à l'effet cyclone, tandis que la vapeur relativement pure quitte l'évaporateur à travers un orifice 23 de sortie de vapeur de rejet. -10- REVENDICATI ONS 1. Procédé de séparation d'huile, d'eau, et d'autres liquides évaporables, contenus dans la boue de forage, la terre décolorante, la boue provenant de réservoirs d'huile, les schistes bitumineux, et similaires, caractérisé en ce que l'on fait évaporer ladite boue à une température inférieure à celle d'une évaporation conventionnelle du fait que les forces capillaires liant les fractions séparées dans les pores de la boue sont détruites dans un évaporateur à friction (1). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la vapeur provenant de l'évaporateur à friction (1) est condensée à l'aide d'un condensat refroidi du même type que celui constituant la vapeur et/ou l'un des liquides lorsque la vapeur consiste en un mélange de plusieurs types de liquides.