CN105163935A - 用于油气田应用的三丝网压挤固体脱水方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种用于非常规油气田固体管理应用的三丝网压挤固体脱水装置和方法，包括在闭环钻探系统中的钻探泥浆的脱水，以及在回流和产出水处理系统中的固体脱水，包括用于入口固体泥浆增稠和分配的单丝网带重力增稠装置，以及用于增稠固体泥浆脱水的双丝网压挤。

Description

用于油气田应用的三丝网压挤固体脱水方法及设备

相关申请

本申请请求享有2012年12月20日提交的美国临时申请61/ 740,124的优先权。

背景技术

水平钻探和水力压裂("液压破碎(fracking)")的最近技术发展已经创造出了获得和利用新的非常规石油和天然气储备的机会。水力液压破碎过程包括井建设、井的增产和废物处理。然而，水力液压破碎过程中的表面扰动和废物管理引起公众的忧虑。具体而言，在此形式的油气开发和生产中，固体废物的管理和处置是很大的挑战。

由此形式的油气生产引起的固体废物主要由钻探、水力液压破碎自身和油气生产生成。在这些应用中的大部分中，将挖掘土中储备池来用于钻探泥浆和钻屑的处置。罐组用于将油和固体与水力液压破碎过程导致的产出水分离。由此过程的产出水包括回流水和来自地质构造的水。斜罐用于保持并使从经产出水罐组处理的固体浓缩。

为了使钻探泥浆固体最小化且降低固体管理的成本，闭环钻探过程由油气经营者频繁地采用。典型的闭环钻探系统由泥浆振动筛、砂和污泥除去单元、离心固体脱水单元和一体的钻探泥浆罐构成。然而，由于低脱水固体稠度、高运营和维护成本和高能量消耗，故离心脱水单元是低效的。此外，尽管产出水的罐组除去了大部分的油，但斜罐中的固体仍含有一些油，且固体的稠度通常小于1-5%。

发明内容

下文所述的本发明解决了前述固体的管理问题，将固体增稠和脱水的技术组合在一起来提供紧凑、机动、较少维护的解决方案。除上文所述的油气应用之外，本发明还可应用于常规油气生产的重固体脱水应用中，食品加工中并可作为城市废水处理系统。

根据本发明，本发明的三丝网压挤固体脱水(TWPSD)系统包括两个区段：

区段1：单丝网带重力固体增稠

区段2：用于固体脱水的双丝网压挤

1. 单丝网带重力固体增稠：

聚合物或凝结剂加入入口泥浆中用于调节。经化学调节的泥浆流入单丝网重力固体增稠区段中。固体浓缩同时释放的水通过重力从单丝网多孔合成带排出。

对于产出水处理应用，经处理的固体稠度通常小于1-3%。单丝网重力固体增稠区段将固体稠度浓缩至4-8%。

对于闭环钻探应用，入口固体稠度可高达6-10%。单丝网带重力固体增稠区段主要用于均匀地分配给送的固体泥浆。

此外，多站点化学清洗系统安装在单丝网多孔合成带上来使用化学制品，如，过氧化氢以及水，以从入口固体泥浆除去全部石油烃(TPHs)。

2. 双丝网压挤固体脱水：

增稠的或均匀分布的固体泥浆将移动到双楔形丝网压挤区段中来脱水。在该区段中，两个楔形丝网移动带将均匀的泥浆薄层捕集在两个循环的多孔合成带之间。机械压力然后施加到带上，以便在固体经过机器时从其压出大部分水(滤液)。

对于闭环钻探系统中的钻探泥浆脱水而言，脱水固体的稠度可为40%到60%，而对于产出水固体脱水而言可为25%到40%。

根据本发明的三丝网压挤带来了优于上文所述的离心脱水单元的性能的本质改善，以运营和维护的显著较低成本产生了40%到60%的干固体，且所需马力仅为上述离心机的大约1/15到1/10。此外，本发明的三丝网压挤中的单丝网带固体增稠区段还可将固体稠度浓缩至6-10%，优于上文所述的闭环钻探系统的1-5%，且随后的双丝网压挤区段将固体脱水至25-40%。因此，本发明显著地减小了产出水处理系统中的最终固体处置体积，且在相比于上文所述的典型的闭环系统时节省了最终处置成本。

附图说明

图1为根据本发明的TWPSD系统的前视图；以及

图2为TWPSD系统的顶视图。

具体实施方式

图1-2示出了本发明的TWPSD系统的示例性实施例。TWPSD系统的主要单元包括入口固体分配室1、单丝网带重力固体增稠区段2和双丝网压挤固体脱水区段3。

固体分配室1为倒置的截棱锥(truncated pyramid)，以减小固体上升速度和湍流，以便保护脆弱的絮状物(floc)。入口固体泥浆在进入固体分配室1的底部处的入口管4之前以聚合物和絮凝剂(flocculants)调节。旋转桨叶5安装在固体分配室1的顶部上，以将固体铲入渐开的分配槽6中。固体然后均匀地分配至单丝网多孔合成带7的顶部。八个系列的可调整犁(障碍(chicanes))8安装在单丝网多孔合成带7上方，以使固体泥浆层平缓向前移动。多站点化学清洗系统23由3排喷嘴构成，喷嘴用于喷洒氧化剂(例如，过氧化氢)和水到处于单丝网多孔合成带7上的固体泥浆层上，以除去全部石油烃(TPHs)。当固体泥浆移动经过重力区时，侧板9将固体约束在带区域内。驱动辊10具有安装在端部上的齿轮电机，以使带7开始移动。侧面(breast)张紧辊11具有鼓风器(air bellow)12，其安装在两端上来将压力施加至带。一系列重力辊13安装在单丝网带的下方。带喷淋箱(shower box)14由具有喷嘴的喷淋头、可调整的马毛或尼龙刷，以及具有排出口的集水盘构成。轨迹辊15安装在带喷淋箱14的前方，且鼓风器16安装在端部上。操纵阀组件17用于补偿由可变固体泥饼厚度和/或固体稠度波动产生的偶发的对准问题。可调整的刮片18抵靠驱动辊10定位，以除去附接在单丝网带7的表面上的任何固体。来自单丝网多孔合成带7的滤液收集在下方的集水盘42中。

双丝网压挤固体脱水区段3包括楔形区19和"S形"辊区20。楔形区19捕集来自单丝网带固体增稠区段2的重力增稠固体泥浆，且形成顶部多孔合成丝网带20与底部多孔合成丝网带21之间的固体板。2到6psi的初始压力在其穿过窄端时施加到捕集的固体泥饼上来用于初始压缩。然后，捕集的固体泥饼进入"S形"辊区22。来自楔形区的端部的固体泥饼在来自顶带和底带的压力下进入"S形"辊区22。滤液经由两个带向外离开固体泥饼，且排出至下方的"S形"辊区滤液集水盘42。固体泥饼然后经过一系列"S形"辊24，以完成压缩工序，且在"S形"辊区22的端部处释放。

顶带20由顶部驱动辊25驱动，驱动辊25具有安装在端部上的齿轮电机。顶部侧面张紧辊26具有安装在两端上的顶部鼓风器27，以将压力施加至带。顶带喷淋箱28包括具有喷嘴的喷淋头、可调整的马毛或尼龙刷，以及具有排出口的集水盘。顶部轨迹辊29安装在顶带喷淋箱的前部，且具有安装在端部上的鼓风器30。顶部操纵阀组件31用于补偿由可变固体泥饼厚度和/或固体稠度波动产生的偶发对准的问题。顶部可调整的刮片32抵靠顶部驱动辊25定位，以除去附接到顶带20的表面上的任何固体。来自顶部多孔合成丝网带20的滤液收集在下方集水盘33中。

底带21由底部驱动辊34驱动，驱动辊34具有安装在端部上的齿轮电机。底部侧面张紧辊35具有安装在两端上的底部鼓风器36，以将压力施加到带21上。底带喷淋箱37包括具有喷嘴的喷淋头、可调整的马毛或尼龙刷，以及具有排出口的集水盘。底部轨迹辊38安装在底部带喷淋箱37的前部，且具有安装在端部上的鼓风器39。底部操纵阀组件40用于补偿可变固体泥饼厚度和/或固体稠度波动产生的偶发对准问题。底部可调整刮片41抵靠底部驱动辊34定位，以除去附接到底带21的表面上的任何固体。来自底带21的滤液收集在下方的集水盘42中。

尽管参照特定示范性实施例描述了本发明，但其不由那些实施例而是仅由所附权利要求限制。将认识到的是，本领域的技术人员可变化或改变实施例，而不脱离本发明的范围和精神。

Claims (13)

1.一种用于油气应用中的固体脱水的方法，包括以下步骤：

利用单丝网带重力固体增稠单元，利用倒置的截棱锥分配室来减小入口固体的上升速度和湍流，以产生入口固体泥浆，以便保护随所述入口固体进入的脆弱的絮状物；

在单丝网多孔合成带上使所述入口固体泥浆浓缩来产生增稠的固体板；

将所述增稠的固体板移动至双丝网压挤固体脱水区段，以及除去收集在所述单丝网带固体增稠单元下方的集水盘中的第一滤液；

利用双丝网压挤固体脱水单元，在楔形区中捕集从单丝网带重力固体增稠单元接收的增稠固体泥浆；

在"S形"辊区中压缩所述增稠的固体泥浆；以及

将第二滤液收集在设在所述双丝网压挤固体脱水单元中的滤液集水盘中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在闭环钻探系统中，所述单丝网带固体增稠单元平稳且均匀地分配所述入口固体。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在水或废水处理固体处理系统中，所述单丝网带固体增稠单元使所述入口固体泥浆浓缩，并平稳且均匀地分配所述入口固体泥浆。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多站点化学清洗系统从所述入口固体泥浆除去石油烃。

5.一种单丝网带固体增稠单元，包括：

倒置的截棱锥分配室；

渐开的分配槽；

用于固体泥浆分配的一系列可调整的犁(障碍)；

单丝网多孔合成带；

带驱动系统，其包括驱动和引导所述合成带的辊，所述带驱动系统配置成向所述合成带提供可变速运动/功率；

带张紧系统，其将单独的张紧压力施加至所述合成带；

带对准系统，其控制所述带的两侧边的轨迹且将带保持在所述带驱动系统的辊的中间；以及

带喷淋系统，其用以彻底地清洁所述带。

6.一种双丝网压挤固体脱水单元，包括：

顶丝网带系统和底丝网带系统，各个带系统均包括：

多孔合成丝网带，

带驱动系统，其向所述带提供可变速运动/功率，

带张紧系统，其将单独的张紧压力施加至所述带，

带对准系统，其控制所述带的两侧边的轨迹且将它们保持在所述辊的中间，

带喷淋系统，其用以彻底地清洁所述带。

7.根据权利要求5所述的单丝网带固体增稠单元，其特征在于，所述带驱动系统包括：

用以除去附接在所述带上的固体的刮片、19英寸的驱动辊、锥齿轮驱动箱，以及7.5hp电机可变频驱动器。

8.根据权利要求5所述的单丝网带固体增稠单元，其特征在于，所述单元还包括：

12 ¾''∅侧面张紧辊；

将力施加至所述侧面张紧辊的推力轴上的压力鼓风器组件；

与对准轴和齿轮连接的不锈钢推力轴；以及

空气流和压力控制面板。

9.根据权利要求5所述的单丝网带固体增稠单元，其特征在于，所述单元还包括：

8''的带对准辊和轴承；

鼓风器气动纵向带对准组件；

桨叶台、空气控制阀，以及带边缘传感器的桨叶组件；

位于所述桨叶附近以在对准或张力故障的情况中立即停止所述带的触簧开关；以及

一组气压计和控制阀。

10.根据权利要求5所述的单丝网带固体增稠单元，其特征在于，所述单元还包括：

喷淋箱；

喷淋喷嘴手轮控制的清洁刷，其具有定位以从所述喷淋头冲洗喷嘴碎屑的医用阀；

具有31不锈钢喷嘴定位的1½''不锈钢喷淋头；

手轮控制的轴安装的黄铜清洁刷；

可调整的马毛或尼龙刷；

具有排放的喷淋水集水盘；以及

具有EPDM刮水器的可调整的喷淋喷雾抑制片。

11.根据权利要求6所述的双丝网压挤固体脱水单元，其特征在于，所述单元还包括：

12 ¾''∅侧面张紧辊；

将力施加至所述侧面张紧辊的推力轴上的压力鼓风器组件；

与对准轴和齿轮连接的一组不锈钢推力轴；以及

空气流和压力控制面板。

12.根据权利要求6所述的双丝网压挤固体脱水单元，其特征在于，所述单元还包括：

8''的带对准辊和轴承；

鼓风器气动纵向带对准组件；

桨叶台、空气控制阀，以及带边缘传感器的桨叶组件；

位于所述桨叶附近以在对准或张力故障的情况中立即停止所述带的触簧开关；以及

一组气压计和控制阀。

13.根据权利要求6所述的双丝网压挤固体脱水单元，其特征在于，所述单元还包括：

喷淋箱；

喷淋喷嘴手轮控制的清洁刷，其具有定位以从所述喷淋头冲洗喷嘴碎屑的医用阀；

具有31不锈钢喷嘴定位的1½''不锈钢喷淋头；

手轮控制的轴安装的黄铜清洁刷；

可调整的马毛或尼龙刷；

具有排放的喷淋水集水盘；以及

具有EPDM刮水器的可调整的喷淋喷雾抑制片。