專利名稱：離心式鉆切屑干燥裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及垂直式離心分離器，更具體的，涉及對這種離心分離器的改進(jìn)以增強(qiáng)其對海上環(huán)境中的油井和天然氣井鉆切屑的干燥性能。
背景技術(shù)：
由于油井鉆切屑對環(huán)境存在負(fù)面影響，它們常常不能直接排放到環(huán)境中，為此必須放置到昂貴的處理井中進(jìn)行處理。另外，由于它們中所包含的殘油和化學(xué)物質(zhì)具有高價值，因此習(xí)慣作法是對該油井鉆切屑進(jìn)行處理，以制得一種能夠排放到井場周圍的環(huán)境中或者能夠回放到井內(nèi)的固體材料，該固體材料不會污染環(huán)境或者影響該井。對這些油井鉆切屑進(jìn)行處理的一個方法是通過采用一種化學(xué)清洗系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，用包括去污劑在內(nèi)的各種化學(xué)物質(zhì)對油井鉆切屑進(jìn)行處理，并較劇烈地攪拌。接著，把該混合物分解成相對無油固體(即，鉆切屑)和回收液相，該回收液相是水、油以及化學(xué)清洗系統(tǒng)中采用的去污劑的混合物。然后，掩埋該固體或者回注到井內(nèi)。但是，這些固體仍然包含足夠的油和/或化學(xué)物質(zhì)，一旦與水體例如地表水、湖水或海水接觸，就會得到其毒性不可接受且不利于使環(huán)境保持在最佳可能狀態(tài)的毒素。另外，液相必須經(jīng)處理以使油與大體積水相分離，這樣該水部分就可被排放或處置而無污染問題。分離出的油和昂貴鉆井液通常被再回收且用作各種用途例如燃料，或者返回來與其它油基鉆井泥漿及其類似物混合。
該化學(xué)清洗系統(tǒng)的例子描述在美國專利Nos.2,266,586，3,860,019以及3,766,997中。多種其它系統(tǒng)已被提議用于除去鉆切屑中的過多殘余物和化學(xué)物質(zhì)，并把它們轉(zhuǎn)化為一種可返回至地表環(huán)境或者注入地層內(nèi)的固體材料。例如，已提出多種通過采用熱焚燒來閃蒸出鉆切屑固體中的油殘余物的熱系統(tǒng)。這種焚燒的一個例子描述在美國專利Nos.3,693,951，2,266,586和4,139,462中。在一段持續(xù)時間里把鉆切屑加熱至華氏500度以上的高溫。然后，經(jīng)由一種容器移動這些受熱鉆切屑，直至所有揮發(fā)性物質(zhì)都蒸發(fā)而留下可安全排放到環(huán)境中的無油固體殘渣。此加熱方法較昂貴，其需要大量惰性氣體通過在極度溫度下與受熱固體的氣體接觸來防止內(nèi)部爆炸。較大量的惰性氣體使得從容器中回收液體材料變得復(fù)雜，因為不希望的高能級氣體流入冷凝器及其類似物中。這種用于處理油井鉆切屑的特定方法的最大缺點是若空氣或其它氧化氣體與過度加熱該油井鉆切屑所生成的受熱油蒸汽接觸，系統(tǒng)存在發(fā)生爆炸的危險。若意外或者不小心地終止惰性氣體流，與這些油蒸汽接觸的空氣將制造非常嚴(yán)重的爆炸并起火。這種裝置在油井的周圍區(qū)域內(nèi)、特別是正在被鉆的油井周圍區(qū)域內(nèi)是不能接受的。
上述用于處理油井鉆切屑的現(xiàn)有方法還具有其它嚴(yán)重缺陷，特別是在它們用于海上鉆井平臺時。例如，必須花很大費用將大量化學(xué)物質(zhì)輸送給海上設(shè)施。另外，這些海上平臺沒有任何蒸汽、氣體、電力或其它能源的剩余。因此，用于處理油井鉆切屑的過程必須相對于海上平臺的操作自給自足。另外，用于油井鉆切屑的處理方法必須操作安全、不需要冗長的停留時間、其操作不影響或妨礙海上平臺上進(jìn)行的鉆井操作、同時也要由鉆切屑生成能夠安全排放而對井場處環(huán)境無任何污染的固體。另外，用于處理井場處、特別是海上平臺處的油井鉆切屑的系統(tǒng)不得要求持續(xù)供應(yīng)化學(xué)物質(zhì)、燃料、氮或其它材料供其操作使用。
另外，干燥系統(tǒng)必須滿足嚴(yán)格的規(guī)章，該規(guī)章使得這種設(shè)備可以用在空間非常寶貴的海上平臺上。該規(guī)章規(guī)定用在海上設(shè)施上的設(shè)備在該設(shè)備設(shè)計和構(gòu)成之后必須根據(jù)該設(shè)備的位置而滿足一定的高度和重量限制。此限制用于促使設(shè)備制造商制造出占地面積盡可能小且著重于效率的設(shè)備。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并不一定要焚燒鉆切屑來除去并回收殘余鉆切屑油和昂貴化學(xué)物質(zhì)。經(jīng)由如美國專利6,279,471和6,170,580所述的壓縮和分離能常規(guī)地除去并回收這種油和化學(xué)物質(zhì)。但是，對鉆切屑而言仍然有利的是其盡可能干燥以供運輸以及為注入地層內(nèi)的進(jìn)一步處理。
如上所述，鉆切屑的干燥操作是分離器系統(tǒng)的二次操作，在該分離器系統(tǒng)中主要考慮的是除去液體并經(jīng)由焚燒使殘油和化學(xué)物質(zhì)對環(huán)境無害。在排放或輸送之前仍然需要對鉆切屑作進(jìn)一步處理的情況中，徹底除去殘余物是不必要的，而干燥鉆切屑以改進(jìn)操作、運輸和進(jìn)一步處理變成主要目的。因此，已發(fā)現(xiàn)重要的是干燥鉆切屑的最有效方法。
離心分離器廣泛用作一種分離液體與固體的相當(dāng)有效方法。但是，因為物質(zhì)經(jīng)過分離器的停留時間較短，所以，它們通常不被認(rèn)為是干燥器，且通常不具有任何形式的熱管。
一般，如在美國專利5,256,289中所述的垂直式離心分離器包括容納一種驅(qū)動機(jī)構(gòu)的外殼，該驅(qū)動機(jī)構(gòu)與一種螺旋裝置和一種篩網(wǎng)裝置連接。該分離器還包括用于引入將分離物質(zhì)的入口。利用螺旋篩網(wǎng)裝置截獲所引入物質(zhì)，當(dāng)該物質(zhì)向下移動且存在于該物質(zhì)上或內(nèi)的液體或相當(dāng)小顆粒在離心力的作用下被迫使向外經(jīng)過一種細(xì)網(wǎng)進(jìn)入位于該篩網(wǎng)與外殼之間的空間內(nèi)時，就進(jìn)行分離。然后，抽出絕大部分液體，固體通常自位于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置下方的排出裝置排出。該排出裝置通常被限定為一種用于把固體排放到容器內(nèi)或者進(jìn)一步輸送至其它位置以供處置的錐形排料倉，從而使得干燥器相當(dāng)高。
本干燥器系統(tǒng)采用離心分離器作為干燥器，且設(shè)置用以滿足與適用于油井鉆探、尤其是與其設(shè)置在海上平臺上相關(guān)的所有使用要求，而不存在現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，還提供自給自足的操作且操作員注意力最少、操作絕對安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用一種用于在運輸或進(jìn)一步處理之前干燥鉆切屑的垂直式離心分離器。該分離器適于接收來自任何熱源的提取熱且還適于包括內(nèi)部輸送器，從而減少總工作面并延長切屑在受熱環(huán)境中的停留時間。


為進(jìn)一步理解本發(fā)明的特征和目的，應(yīng)結(jié)合附圖參照以下詳細(xì)說明，其中，相同部件給出相同參考數(shù)字圖1是優(yōu)選實施例的垂直正視圖；圖2是該優(yōu)選實施例的頂視圖；圖3是該優(yōu)選實施例的側(cè)視圖；圖4是一種具有平臺和排料倉的傳統(tǒng)垂直式離心分離器的垂直正視圖；圖5是圖4所示垂直式離心分離器的頂視圖；以及圖6是沿圖2所示視線6-6的該優(yōu)選實施例的剖視圖。
具體實施例方式
典型的，如圖4所示，通過按照使固體能夠排入一種位于錐形排料倉12正下方的收集或輸送容器(未表示)內(nèi)的方式將傳統(tǒng)垂直式離心分離器10簡單地提升到該排料倉12的框架上，該分離器10可用于分離鉆切屑中的液體和微細(xì)固體物，其中，該錐形排料倉12安裝在分離器10的底面處。通常，圍繞分離器10的周邊設(shè)置走道14以進(jìn)行維修和保養(yǎng)，如圖4和5所示。因為總高度要求以及需要把鉆切屑輸送至鉆井平臺的其它位置，這種裝置盡管可用于例如陸上鉆井平臺，但不適用于海上操作。
在靜止或浮動平臺上進(jìn)行的海上鉆井操作常常設(shè)備空間非常有限。因此，重要的是每個設(shè)備都要盡可能的緊湊和高效。如圖1所示。一種垂直式離心分離器10具有型面高度較小的基本型，而其上未安裝有如圖4所示任何形式的用于以受控方式排放固體和/或把該固體沉積到傳送器或容器內(nèi)的排放或收集倉。如圖1所示，分離器10可經(jīng)由環(huán)繞其底座周向延伸的外殼法蘭16直接安裝到甲板上。但是，延伸外殼18并增加第二法蘭20可調(diào)節(jié)該分離器的總高度。一板按照能有效封閉分離器底座的方式固定到該分離器10的底座法蘭16上。半干燥鉆切屑的漿液或液流可以某種方式輸送給分離器10，并在該分離器的頂部處注入錐形開口22內(nèi)，在該分離器內(nèi)利用離心力除去任何液體并經(jīng)由出口23排出該液體。由于重要的是提供一些用以除去所分離固體的方式并希望維持最小可能的分離器型面，所以可附加一對螺旋輸送器24a，24b。輸送器24a，24b如圖2所示穿過分離器外殼的兩壁17、在傳動箱26的每一側(cè)上且平行于該傳動箱26延伸、穿過該分離器外殼壁17向外延伸以及形成了外部驅(qū)動電機(jī)28的支承件，該傳動箱26位于分離器10的垂直中心線和直徑中央上。內(nèi)部螺旋輸送器24a，24b把干燥固體鉆切屑輸送給位于每個內(nèi)部輸送器24a，24b的外部且與該每個內(nèi)部輸送器24a，24b的一端垂直連接的收集輸送器30。但是，該收集輸送器可由任何固體收集系統(tǒng)如壓力或真空系統(tǒng)來代替，以把干燥切屑輸送至鉆井平臺的其它位置以作進(jìn)一步處理、運輸或排放到環(huán)境中。
外部驅(qū)動電機(jī)32驅(qū)動每個內(nèi)部螺旋輸送器24a，24b和收集輸送器。
如在此所指出的，鉆切屑的干燥是頭等重要的。
但是，并不一定要焚燒鉆切屑來除去殘留在該鉆切屑上或內(nèi)的全部殘油和/或化學(xué)物質(zhì)。因此，熱能不需要超過500華氏度。在此溫度范圍內(nèi)的熱能可容易地從在鉆井平臺上通?？梢垣@得的熱交換器、發(fā)動機(jī)排熱管等中提取。熱量可以收集在絕緣熱回收管中，然后用管道輸送給如圖2所示設(shè)在分離器側(cè)壁上且如圖3所示位于檢查窗蓋36之間的熱管34。
現(xiàn)在參照圖6，我們看到在工作時，半干燥鉆切屑的漿液經(jīng)由頂部漏斗22進(jìn)入分離器10，并在轉(zhuǎn)動錐36與靜止篩網(wǎng)38之間向下移動，在那里，離心力把液體和細(xì)顆粒甩過該篩網(wǎng)38并最終經(jīng)由圍繞該分離器10周邊設(shè)置的一個或多個出口23排出該液體和細(xì)顆粒。未通過篩網(wǎng)38的固體沉積到位于傳動箱40兩側(cè)上的螺旋輸送器24a，24b內(nèi)，該傳動箱40包圍轉(zhuǎn)動錐的滑輪并穿過分離器壁17向外延伸。設(shè)置自輸送器槽起且在該輸送器槽之間延伸的隔板用以收集和引導(dǎo)固體進(jìn)入輸送器24a，24b內(nèi)。檢查門可被重新安置以提供進(jìn)入傳動箱40的通路，從而允許對傳動裝置進(jìn)行維修。如圖3所示，安裝在分離器壁17內(nèi)的熱管34有必要安裝在輸送器24a，24b的下方。于是，通過固體與受熱輸送槽接觸的熱交換，把熱量傳遞給該固體。如果需要提供排氣口，還可在分離器壁17內(nèi)提供反壓孔。
因為在這里所教導(dǎo)的發(fā)明構(gòu)思的范圍內(nèi)可做出許多變化和不同實施例，以及因為依據(jù)法律的描述性要求可對在此描述的實施例做出許多變型，因此應(yīng)理解的是，這里的細(xì)節(jié)都是出于說明目的而非限定目的。
權(quán)利要求
1.一種用于海上鉆井平臺的鉆切屑干燥設(shè)備，包括a)垂直式離心分離器，其具有垂直入口和錐形分離器篩網(wǎng)；b)至少一個液體排出口；c)限定了固體排出開口的底座安裝法蘭；以及d)至少一個螺旋輸送器，其以使所述輸送器位于所述排出開口的上方且不影響所述分離器的總高度的方式與所述分離器一體設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆切屑干燥設(shè)備，其特征在于，所述分離器還包括熱引導(dǎo)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆切屑干燥設(shè)備，其特征在于，所述分離器還包括用于延長所述分離器高度的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉆切屑干燥設(shè)備，其特征在于，所述用于延長高度的裝置包括外殼延伸法蘭件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆切屑干燥設(shè)備，其特征在于，所述分離器還包括收集螺旋輸送器，所述收集螺旋輸送器以垂直方式連接位于與所述分離器一體設(shè)置的所述螺旋輸送器的外部且與其連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆切屑干燥設(shè)備，其特征在于，所述分離器還包括引導(dǎo)固體進(jìn)入與所述分離器一體設(shè)置的所述輸送器內(nèi)的隔板。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆切屑干燥設(shè)備，其特征在于，所述引導(dǎo)熱從不相關(guān)的現(xiàn)有產(chǎn)熱設(shè)備源中提取。
8.一種用于海上鉆井平臺的鉆切屑干燥設(shè)備，包括a)垂直式離心分離器，具有垂直入口和錐形分離器篩網(wǎng)；b)至少一個液體排出口；c)限定了固體排出開口的底座安裝法蘭；d)錐形排料倉，其具有與所述排出開口連接的排放口；e)支承結(jié)構(gòu)，其用于把所述分離器定位于可運輸容器的上方；以及f)走道，具有圍繞所述分離器的扶欄。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉆切屑干燥設(shè)備，其特征在于，所述分離器還包括熱引導(dǎo)裝置。
10.一種用于海上鉆井平臺的鉆切屑干燥設(shè)備，包括a)垂直式離心分離器，具有錐形分離器篩網(wǎng)和若干排液口；b)外殼，其具有限定了固體排出開口的底座法蘭；c)傳動箱，圍繞所述分離器的垂直中心線設(shè)置且穿過所述外殼垂直向外延伸并進(jìn)一步地支承一外部驅(qū)動電動機(jī)；d)螺旋輸送器，位于穿過所述外殼的所述傳動箱的每側(cè)附近且位于所述底座法蘭上方與所述分離器一體設(shè)置；以及e)收集螺旋輸送器，位于所述分離器的外部且與每個所述螺旋輸送器的一端垂直連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于海上鉆井平臺的鉆切屑干燥設(shè)備，還包括一種自現(xiàn)有設(shè)備提取廢熱并把所述熱量引入所述分離器的裝置。
12.一種干燥鉆切屑的方法，包括步驟把所述鉆切屑輸入一具有一體螺旋輸送器的垂直式離心分離器中，排出與所述鉆切屑分離的液體，在內(nèi)部使所述鉆切屑承受從若干廢熱源收集的熱，把所述鉆切屑收集到所述一體螺旋輸送器內(nèi)，以及把所述干燥狀態(tài)的切屑排出到一外部收集及傳輸裝置以把所述切屑排放至所述鉆井平臺上的其它位置處。
全文摘要
一種垂直式離心分離器(10)用于在運輸或進(jìn)一步處理之前干燥鉆切屑。該分離器適于接收來自任何熱源的提取熱，且還適于包括內(nèi)部輸送器(24a，24b)，從而降低總工作型面并延長鉆切屑在受熱環(huán)境中的停留時間。
文檔編號E21B21/06GK1666005SQ03815571
公開日2005年9月7日 申請日期2003年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月31日
發(fā)明者杰弗里·雷德道赫 申請人:貝克休斯公司