СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ БУРОВОГО ШЛАМА
METHOD AND SYSTEM OF DRILLING SLIME TRANSFER

Изобретение относится к системе и способу транспортировки материала и, более конкретно, но не ограничиваясь этим, относится к системе и способу транспортировки не являющихся легкотекучими или относительно липких пастообразных материалов, образующихся при проведении работ по разведке и добыче углеводородов.
При разведке и добыче углеводородов часто необходимо транспортировать большие количества материала от, например, буровой установки к транспортному судну для транспортировки материала на сушу для дальнейшей переработки/утилизации. Материалы, используемые/образующиеся при буровых работах, такие как буровой шлам, специальные пасты, буровой раствор часто являются высоковязкими веществами, которые из-за их когезивных свойств трудно транспортировать. Один способ транспортировки таких материалов заключается в их загрузке в контейнер или бункер и последующей транспортировке контейнера или бункера на судно; однако перемещение контейнера или скипа по буровой установке, как требуется при этом способе, создает опасность для персонала, работающего на буровой установке.
Для более безопасной транспортировки бурового шлама от буровой установки к судну известен способ, при котором буровой шлам сначала транспортируется к ряду больших накопительных емкостей. Когда накопительные емкости заполнены, они соединяются через трубопровод с транспортными емкостями на борту транспортного судна и передают материал туда с использованием сжатого воздуха или подобного рабочего тела для содействия движению материала по трубопроводу, однако такие системы могут закупориваться из-за трудности в получении достаточно большой разности давлений между буровой установкой и судном. Европейский патент 1187783 раскрывает систему пневматической транспортировки тяжелых пастообразных материалов, обычно трудно транспортируемых, таких как загрязняющие нефть отходы бурения при бурении нефтяных скважин. Способность высоковязких материалов слипаться вместо течения в сочетании с провисанием длинного трубопровода с созданием отдельных участков трубопровода, где течение высоковязких материалов должно противодействовать силе тяжести, увеличивает вероятность закупорки трубы.
Целью настоящего изобретения является создание эффективного и безопасного способа и системы для транспортировки бурового шлама.
Согласно изобретению создан способ транспортировки бурового шлама из первого местоположения во второе местоположение, содержащий следующие этапы:
обеспечение первого контейнера, содержащего текучую среду;
транспортировку бурового шлама из первого местоположения, находящегося снаружи первого контейнера, во второе местоположение, находящееся внутри первого контейнера, посредством средства транспортировки, содержащего первый трубопровод, проходящий через впускную часть первого контейнера, и промежуточное создающее вакуум средство, соединенное с ним, расположенное выше по потоку относительно первого контейнера, содержащее нагнетательное и вакуумное средство, приспособленное для селективного переключения между режимами нагнетания и создания вакуума и имеющее промежуточную накопительную емкость;
одновременное с указанной транспортировкой бурового шлама, по меньшей мере, частичное удаление текучей среды из первого контейнера для облегчения перемещения бурового шлама в первый контейнер;
обеспечение второго контейнера, расположенного выше по потоку относительно первого контейнера;
обеспечение первого нагнетательного средства для нагнетания бурового шлама во второй контейнер под действием давления так, что буровой шлам размещается во втором контейнере до его перемещения в первый контейнер.
Способ может дополнительно включать этап, по меньшей мере, частичного удаления воздуха из первого контейнера по второму трубопроводу для, по существу, создания вакуума внутри первого контейнера.
Текучая среда может, по меньшей мере, частично удаляться из первого контейнера, при этом, по существу, предотвращая удаление бурового шлама из него.
Второй контейнер может обеспечивать временное хранение транспортируемого бурового шлама.
Давление можно прилагать ко второму контейнеру и буровому шламу, содержащемуся в нем, при достижении буровым шламом во втором контейнере заданного уровня.
Второй контейнер может далее опорожняться посредством удаления, по меньшей мере, части бурового шлама, содержащегося во втором контейнере, по выпускному трубопроводу. Удаление, по меньшей мере, части бурового шлама по выпускному трубопроводу можно осуществлять при помощи давления, приложенного ко второму контейнеру. Выпускной трубопровод может находиться в гидравлической связи с первым трубопроводом через промежуточное создающее вакуум средство для обеспечения транспортировки бурового шлама из второго контейнера в первый контейнер.
Первый контейнер можно располагать на транспортном средстве, и второй контейнер можно располагать вблизи средства подачи бурового шлама из первичного источника бурового шлама на буровой установке.
Промежуточное создающее вакуум средство можно располагать вблизи второго контейнера и ниже по потоку относительно второго контейнера.
Согласно изобретению создана система транспортировки бурового шлама, содержащая первый контейнер, содержащий текучую среду, средство транспортировки бурового шлама из первого местоположения, находящегося снаружи контейнера, во второе местоположение, находящееся внутри контейнера, содержащее первый трубопровод, проходящий через впускную часть первого контейнера, и промежуточное создающее вакуум средство, соединенное с ним, расположенное выше по потоку относительно первого контейнера, содержащее нагнетательное и вакуумное средство, приспособленное для селективного переключения между режимами нагнетания и создания вакуума и имеющее промежуточную накопительную емкость, и вспомогательное средство, приспособленное для облегчения транспортировки бурового шлама из первого местоположения во второе местоположение посредством, по меньшей мере, частичного удаления текучей среды из первого контейнера и способное действовать одновременно со средством транспортировки, второй контейнер, расположенный выше по потоку относительно первого контейнера, и первое нагнетательное средство для нагнетания бурового шлама под давлением во второй контейнер таким образом, что буровой шлам размещается во втором контейнере до его перемещения в первый контейнер.
Вспомогательное средство может содержать второй трубопровод, проходящий через выпускную часть первого контейнера. Вспомогательное средство может дополнительно содержать создающее вакуум средство, соединенное с ним.
Впускная и выпускная части могут быть расположены на расстоянии друг от друга по диаметру первого контейнера для предотвращения попадания бурового шлама, выходящего из впускной части, в выпускную часть.
Система может содержать фильтр, расположенный в выпускной части для дополнительной защиты от попадания бурового шлама в выпускную часть и в создающее вакуум средство.
Впускная и выпускная части могут быть расположены на верхнем конце первого контейнера.
Текучая среда может быть воздухом.
Буровой шлам может быть побочным продуктом при разведке и добыче углеводородов в виде шлама.
Второй контейнер может содержать буровой шлам под давлением и быть расположен выше по потоку от промежуточного создающего вакуум средства.
Второй контейнер может быть соединен с первым контейнером для транспортировки бурового шлама между ними. Соединение между первым и вторым контейнерами может проходить через, по меньшей мере, часть промежуточного создающего вакуум средства.
Первый и второй контейнеры могут быть, по существу, цилиндрическими силосными контейнерами.
По меньшей мере, один из первого и второго контейнеров может иметь ряд расположенных по окружности разгрузочных каналов для бурового шлама, имеющих профиль поперечного сечения в виде многоугольника, приспособленный для, по существу, предотвращения уплотнения бурового шлама внутри контейнера.
Система может иметь разделительное приспособление, расположенное вблизи разгрузочных каналов для по существу предотвращения осаждения крупных кусков бурового шлама внутри разгрузочных каналов.
Преимущество вариантов осуществления изобретения состоит в том, что они позволяют перекачивать буровой шлам при помощи промежуточного или перекачивающего насосного и/или создающего вакуум средства по первому трубопроводу, пока он не будет вытолкнут в контейнер из впускной части первого трубопровода. Движение бурового шлама по первому трубопроводу и в контейнер облегчает и/или помогает значительный вакуум, создаваемый в это же время по диаметру контейнера при помощи второго трубопровода и создающего вакуум средства.
Вышеописанная система позволяет втянуть с помощью вакуума в промежуточном или перекачивающем насосном и/или создающем вакуум средстве небольшое количество бурового шлама, ограниченное максимальной полостью промежуточного или перекачивающего насосного и/или создающего вакуум средства, из второго контейнера в промежуточную накопительную емкость промежуточного или перекачивающего насосного и/или создающего вакуум средства. Находящееся под действием повышенного давления содержимое второго контейнера обычно помогает этому процессу посредством создания положительной разности давлений между областью внутри второго контейнера и областью вне второго контейнера. Когда промежуточная накопительная емкость заполнена, промежуточное или перекачивающее насосное и/или создающее вакуум средство переключаются, или вручную или автоматически, в режим нагнетания для перекачивания содержимого промежуточной накопительной емкости в первый контейнер этому процессу помогает вакуум, создаваемый в первом контейнере при помощи второго трубопровода и создающем вакуум средстве.
Вариант осуществления настоящего изобретения будет далее описан со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:
Фиг.1 изображает схему, показывающую течение бурового шлама через систему согласно настоящему изобретению;
Фиг.2А - схематический вид спереди контейнера, используемого в системе на фиг.1;
Фиг.2В - вид сверху контейнера на фиг.2А в направлении, обозначенном стрелками В;
Фиг.2С - вид сбоку с местным продольным разрезом контейнера на фиг.2А;
Фиг.2D - вид в поперечном разрезе контейнера на фиг.2С по линии С-С, показывающий расположение клапанов в нижней части контейнера;
Фиг.2Е - вид сбоку с местным продольным разрезом контейнера емкости на фиг.2С в направлении, обозначенном стрелками D;
Фиг.2F - вид в поперечном разрезе контейнера на фиг.2Е по линии Е-Е, показывающий расположение шестиугольных разгрузочных каналов и конуса,. используемое в предпочтительном варианте осуществления системы.
На фиг.1 показана система 10 транспортировки бурового шлама. Система 10 содержит первый контейнер 22 и второй контейнер 14, первое нагнетательное средство 12, соединенное со вторым посредством входного трубопровода 16. Контейнер 14 соединен с промежуточным создающим вакуум средством 18 посредством выпускного трубопровода 20. Создающее вакуум средство 18 также соединено с первым контейнером через первый трубопровод 24. Второй трубопровод 26 соединен с вспомогательным средством 28, приспособленным для облегчения транспортировки бурового шлама и представляющим собой создающее вакуум средство, и сообщен с внутренней полостью контейнера 22.
Средства 12, 18, 28 могут селективно переключаться между режимом создания вакуума, при котором буровой шлам затягивается в встроенную промежуточную накопительную емкость 30, и режимом нагнетания, при котором буровой шлам удаляется из емкости 30 под действием давления. Разность давлений, требуемая как для режима создания вакуума, так и для режима нагнетания, создается воздушным компрессором (не показан), присоединенным к или встроенным в средства 12, 18, 28. Примером предпочтительных средств, который может обеспечить такие характеристики по нагнетанию и созданию вакуума, является система SUPAVAC™, которая продается по всему миру для потребителей в нефтегазовой индустрии компанией ITS Drilling Services Limited, Великобритания, но специалисты в данной области техники поймут, что другие стандартные создающие вакуум средства также могут использоваться, хотя эти другие стандартные средства могут не работать так же быстро и эффективно.
3
3
Контейнеры 14 и 22 представляют собой большие цилиндрические емкости, которые способны хранить относительно большой объем бурового шлама. Каждый контейнер 14, 22 способен хранить приблизительно от 15 м до 20 м бурового шлама, хотя необходимо отметить, что могут использоваться емкости меньшего или большего объема, не влияя на работу системы 10 в целом.
Контейнер 14 имеет внешний вертикальный трубопровод 32, проходящий от нижней части до верхней части контейнера 14, где он заканчивается отверстием 34, при этом внутренняя полость трубопровода 32 сообщена с внутренней полостью контейнера 14. Нижняя часть внешнего вертикального трубопровода 32 соединена с нагнетательным средством 12 посредством входного трубопровода 16. Хотя трубопровод 32 находится вне системы 10, следует учесть, что он может, как вариант, находиться внутри системы 10.
Нижняя часть контейнера 14 может иметь плоский или конический разгрузочный канал, соединенный с выпускными клапанами, однако в настоящем и предпочтительном варианте осуществления изобретения (как лучше всего видно на фиг.2С, 2Е и 2F) по окружности контейнера 14 размещены несколько разгрузочных каналов 36 с шестиугольным профилем поперечного сечения, имеющие сотовое расположение. В центре каналов 36 также расположено разделительное приспособление в виде конуса 40 с шестиугольным профилем поперечного сечения, назначение которого будет описано позднее. Удовлетворяющее необходимым требованиям сопло 36 сотовидной формы профиля поперечного сечения описано в заявке по РСТ WO 00/55073, содержание которой включено здесь посредством ссылки.
На нижнем конце каждого канала 36 размещен выпускной клапан 38, соединенный с выпускными трубами 42, которые сходятся вместе на конце выпускного трубопровода 20.
Основные составные элементы контейнера 22 по существу такие же, как и контейнера 14 и поэтому далее описываться не будут. В последующем описании одни и те же ссылочные позиции используются для обозначения подобных элементов контейнеров с добавлением индекса «А».
В схеме расположения, показанной на фиг.1, выпускные трубы 42А контейнера 22, в отличие от контейнера 14, не подсоединены к выпускному трубопроводу. Однако контейнер 22 имеет дополнительный внешний вертикальный трубопровод 44, расположенный напротив внешнего впускного вертикального трубопровода 32А. На верхнем конце трубопровода 44 имеется впускное отверстие 46 второго трубопровода, являющееся выпускной частью первого контейнера 22, назначение которого будет описано позднее. Дополнительный внешний вертикальный трубопровод 44 проходит в направлении вниз от впускного отверстия 46 второго трубопровода и соединяется со вторым трубопроводом 26, который проходит к средству 28.
Необходимо отметить, что длины трубопроводов 16, 20, 24, 26 на фиг.1 показаны не в реальном масштабе и были изменены в целях ясности понимания. В действительности первый трубопровод 24 должен иметь длину, достаточную для транспортирования бурового шлама от создающего вакуум средства агрегата 18, находящегося рядом с контейнером 14, расположенным на буровой установке (не показана), к контейнеру, расположенному на грузовом судне (не показано), и эта длина, вероятно, будет варьироваться в зависимости от конкретного места и условий применения, типично от 10 м до 200 м.
В последующем описании течение бурового шлама через систему 10 показано стрелками 48 на фиг.1, и отрицательная разность давлений всасывания (или вакуумметрических давлений), создаваемая средствами 12, 18, 28, показана белыми стрелками 50.
В процессе работы нагнетательное средство 12 включается в режиме создания вакуума. В результате в промежуточной емкости 30 создается вакуум, который засасывает буровой шлам 48 в емкость 30. Необходимо отметить, что буровой шлам 48 на вход системы 10 поступает от оборудования для обработки первичного бурового шлама, такого как вибрационное сито/центрифуга и других, типично используемых при буровых работах. Вакуум в промежуточной емкости 30 поддерживается до тех пор, пока промежуточная емкость 30 не будет заполнена, буровым шламом 48, что происходит, когда в емкости 30 содержится около 400 л бурового шлама 48. Будучи заполненной, промежуточная емкость 30 не может более затягивать буровой шлам 48 и должна теперь быть опорожнена.
Для опорожнения емкости 30 первое нагнетательное средство 12 переключается в режим нагнетания. В режиме нагнетания сжатый воздух закачивается в емкость 30 компрессором (не показан). Повышенное давление в емкости 30 вытесняет буровой шлам 48 в емкости 30 в выходной трубопровод 16. Буровой шлам 48, вследствие действия на него давления сжатого воздуха в емкости 30, продвигается вверх по вертикальному трубопроводу 32 до тех пор, пока он не достигнет впускного отверстия 34, и в этом месте буровой шлам 48 входит в контейнер 14. Сила тяжести заставляет буровой шлам 48 падать в направлении нижней части контейнера, тем самым заполняя контейнер 14 от нижней части и вверх.
После того как первое нагнетательное средство 12 вытеснило содержимое своей емкости 30 в контейнер 14, оно переключается обратно в режим создания вакуума (автоматически или вручную оператором), чтобы снова заполнить емкость 30 буровым шламом 48 из вибрационного сита/центрифуги и другого оборудования, которое размещено на буровой платформе (не показана). Когда следующая партия бурового шлама заполняет первое нагнетательное средство 12, его содержимое перемещается в контейнер 14 таким же образом, как было описано ранее. Данное циклическое заполнение и опорожнение емкости 30 повторяется первым нагнетательным средством 12 до заполнения контейнера 14 до требуемого уровня, заданного пользователем. Вес и, тем самым, объем бурового шлама внутри контейнера 14 может быть рассчитан пользователем посредством вычитания известного веса пустого контейнера 14 из полного веса контейнера, находящегося в процессе работы, с учетом плотности бурового шлама (при расчете объема).
Необходимо отметить, что средства 12, 18, 28 имеют очень мало подвижных частей, таких как, например, рабочие колеса и т.д., так как они могут легко быть забиты высоковязким буровой шламом, проходящим через агрегаты. Вместо этого средства 12, 18, 28 в основном содержат камеры и клапаны (не показаны), которые, в сочетании с источником сжатого воздуха, могут комбинироваться различным образом, чтобы получить требуемое действие по нагнетанию или созданию вакуума.
Хотя на фиг.1 показан один контейнер 14, буровая установка может иметь ряд контейнеров 14 для увеличения возможности буровой установки по хранению бурового шлама 48 до его выгрузки. Количество контейнеров на буровой установке типично находилось бы в пределах от 1 до 8, хотя можно было бы разместить и большее количество, если это позволяет конструкция буровой установки. Когда имеется несколько контейнеров 14, входной трубопровод 16, при заполнении соединенного с ним контейнера 14, отсоединяется от него и затем подсоединяется к пустому контейнеру 14.
Когда требуется транспортировать содержимое контейнера 14 на, например, морское грузовое судно (не показано), один конец выпускного трубопровода 20 соединяется с выпускными трубами 42 опорожняемого контейнера 14. Другой конец выпускного трубопровода 20 подсоединяется к впускному отверстию создающего вакуум средства 18. Затем в свободном от бурового шлама пространстве в верхней части внутри контейнера 14 повышается давление (при этом выпускные клапаны 38 закрыты) или используя дополнительный источник давления, такой как пневматический насос или воздушный компрессор, или используя первое нагнетательное средство 12, работающий в режиме нагнетания. Повышение давления в этой области приводит к тому, что содержимое контейнера 14 вытесняется по направлению к нижней его части. Затем открываются выпускные клапаны 39 на нижней части контейнера 14, и далее заполняется емкость 30 посредством создания в ней вакуума средством 18 подобно тому, как было ранее описано. Вакуум 50, созданный в выпускном трубопроводе 20 создающим вакуум средством 18 (в сочетании с действием давления области повышенного давления на буровой шлам 48 в контейнере 14), затягивает буровой шлам 48 из контейнера 14. Когда емкость 30 заполнена буровым шламом 48, средство 18 выключается, готовясь к перекачиванию бурового шлама 48 в первый контейнер 22, расположенный, например, на грузовом судне. На грузовом судне могут иметься ряд таких контейнеров 22, например от 1 до 20 емкостей, чтобы максимизировать возможности грузового судна по транспортированию бурового шлама.
Когда средство 18 переключено в режим нагнетания, оно начинает перекачивать буровой шлам 48 по первому трубопроводу 24 посредством закачивания сжатого воздуха в емкость 30. Во время перекачивания бурового шлама 48 по первому трубопроводу 24 вспомогательное средство 28 работает в режиме создания вакуума, чтобы создать вакуум во втором трубопроводе 26. Вакуум, созданный в трубопроводе 26, сообщается с внутренней полостью контейнера 22 через открытое впускное отверстие 46 трубопровода 26. Нагнетательное действие, обеспечиваемое вторым средством 18 в сочетании с вакуумом, созданным в контейнере 22, создает большую разность давлений между концами бурового шлама 48, движущегося по первому трубопроводу 24. Величина этой разности давлений является по существу большей, чем получаемая при выполнении только одного из действий: нагнетания или создания вакуума, и идеально подходит для обеспечения непрерывного течения вязкого бурового шлама, например бурового шлама (который имеет свойство слипаться и закупоривать элементов трубопровода) через систему 10. Это верно даже в случае, если расстояние, на которое требуется транспортировать буровой шлам 48 (по трубопроводу 24) с буровой платформы на грузовое судно, является относительно большим.
Когда буровой шлам 48 достигает внутреннего впускного отверстия 34А, он вытекает в контейнер 22 и падает под действием силы тяжести в направлении нижней его части. Необходимо отметить, что разность давлений между впускным отверстием 34А контейнера 14 и впускным отверстием 46 имеет величину, недостаточную для засасывания бурового шлама 48 через зазор между этими отверстиями в трубопровод 26. Из этих же соображений, чтобы предотвратить попадание бурового шлама 48 в трубопровод 26, при достижении объема бурового шлама 48 в контейнере 22 определенного уровня, операция транспортирования должна быть переключена на другой контейнер (не показан), так как если контейнер 22 будет переполнен, буровой шлам 48 вероятнее всего вошел бы в трубопровод 26, что нежелательно. Когда каждый контейнер 22 на судне заполнен до требуемого уровня, трубопровод 24 отсоединяется и судно может двигаться к расположенному на берегу комплексу по переработке/утилизации.
Разделительное приспособление 40, 40А в контейнерах 14 и 22 соответственно служит для распределения бурового шлама 48, падающего из впускных частей контейнеров в виде отверстий 34, 34А между разгрузочными каналами 36, 36А. Из-за относительно малого поперечного сечения ряда каналов 36, 36А (в сравнении с конструкцией, когда на нижней части контейнеров 14, 22 имеется только один канал) формируются несколько меньших по размеру отдельных участков, на которые буровой шлам, расположенный выше, может давить, на которых уплотнение бурового шлама, расположенного на нижней части контейнеров 14,22 становится менее вероятным.
Когда контейнеры 22 должны быть опорожнены, в свободном от бурового шлама пространстве в верхней части контейнера 22 может быть повышено давление (при этом выпускные клапаны 38А закрыты) или используя дополнительный источник давления, такой как пневматический насос (не показан), или используя вспомогательное средство 28, работающее в режиме нагнетания (и/или, если это возможно, создающее выкуум средство 18, как будет описано далее). Повышение давления в этой области приводит к тому, что содержимое контейнера 22 оттесняется в направлении к его нижней части аналогично тому, как было описано ранее для контейнера 14. Затем открываются выпускные клапаны 38А на нижней части контейнера 22 и его содержимое удаляется или только за счет повышенного давления в контейнере 22 или посредством присоединения к ней дополнительного создающего вакуум средства (не показан).
В вышеописанных вариантах осуществления изобретения могут быть выполнены модификации и усовершенствования, не выходя за объем изобретения.
Например, хотя вариант осуществления системы 10, описанный выше, используется для транспортировки бурового шлама, система 10 может использоваться для транспортировки любого бурового шлама, который протекает через трубопровод, и особенно выгодно для транспортировки буровой шламов, которые иначе имели бы тенденцию к закупориванию трубопроводов.
Средства 12, 18 могут быть заменены любым другим создающими вакуум средствами, в частности такими, которые способны действовать и как вакуумное средство, и как нагнетательное средство, не засоряясь при этом буровым шламом, проходящим через них. Вспомогательное средство 28 может быть заменено средством, способным создавать достаточно большой вакуум.
Кроме того, создающее вакуум средство 18 может быть размещено не на буровой установке, а на грузовом судне, в этом случае выпускной трубопровод 20 является соответствующим образом удлиненным и трубопровод 24 является соответствующим образом укороченным.