钻井液处理的制作方法
【专利摘要】一种处理返回的油基钻井液的方法，包括：以第一速度离心分离最初的液相，并且将最初的液相分离成第一流出物和第一残渣；以第二速度离心分离第一流出物，并且将第一流出物分离成第二流出物和第二残渣；以及以第三速度离心分离第二流出物，并且将第二流出物分离成第三流出物和第三残渣。可以添加表面活性剂、聚合物、表面活性剂和聚合物的组合和/或冲洗水到返回的油基钻井液、最初的液相、最初的固相、第一流出物、第二流出物和第三流出物中的一个或多个。
【专利说明】钻井液处理
【背景技术】
[0001]在钻井中，钻头被用来钻入地核内数千英尺。石油钻机使用延伸到钻井平台上面的井架。所述井架在钻井操作过程中支撑首尾相连的钻杆的接头。随着钻头进一步被推进地中，附加的管接头被添加到接长的“管柱”或“钻柱”。因此，钻柱通常包括多个管接头。
[0002]流体“钻井泥浆”从钻井平台泵入，经过钻柱到达被支撑在钻柱下端或末端的钻头。钻井泥浆润滑钻头并且带走随着钻头钻入更深所产生的井岩屑。这些岩屑被返回的钻井泥浆流携带，经过井环空并且返回地面上的钻井平台。当钻井泥浆到达平台时，会被小块的页岩和岩石污染，在行业内被称为井岩屑或钻屑。一旦钻屑、钻井泥浆及其它的废物到达平台，就使用分离设备从钻井泥浆移除钻屑，以使得钻井泥浆可以被重新使用。然后，剩下的钻屑、废物以及残余的钻井泥浆被转移到容纳容器以备即刻或未来的处置。
[0003]由于日益增加的对环境问题的关注以及上涨的处置成本，有越来越多的激励来降低钻井废物的体积。在陆基钻井操作中，在许多钻井位置使用泥浆储备池来储存钻井废物。在主要使用反相乳化钻井液的某些区域，储存在泥浆储备池中的废物钻井液可以包含碳氢化合物、固体材料(包括胶粒)以及自由水。在某些泥浆储备池中，也可以有弱的油包水乳液。
[0004]虽然已经有本领域的很多有价值的贡献，但是开发能高效处理返回的油基处理液的系统和方法将会是有益的。
【发明内容】
[0005]在一个方面，本文中公开的实施例涉及一种处理返回的油基钻井液的方法，包括:将返回的油基钻井液分成最初的液相和最初的固相；以第一速度离心分离最初的液相，并且将最初的液相分离成第一流出物和第一残渣；以第二速度离心分离第一流出物，第二速度高于第一速度，并且将第一流出物分离成第二流出物和第二残渣；以及以第三速度离心分离第二流出物，第三速度高于第二速度，并且将第二流出物分离成第三流出物和第三残渣。
[0006]在另一个方面，本文中公开的实施例涉及一种处理返回的油基钻井液的方法，包括:将某一体积的基础油流体添加到返回的油基钻井液，其中，添加的基础油流体的体积与返回的油基钻井液的体积的比例在大约0.1到0.4之间；将基础油流体与返回的油基钻井液混合，以形成稀释的返回的油基钻井液；将表面活性剂添加到稀释的返回的油基钻井液中；以及将聚合物添加到稀释的返回的油基钻井液中。
[0007]在另一个方面，本文中公开的实施例涉及一种处理返回的油基钻井液的方法，包括:将基础油流体添加到返回的油基钻井液的最初的固相，其中，添加的基础油流体的体积与最初的固相的体积的比例在0.1到0.2之间；将最初的固相分离成稀释的分离出的液体和分离出的固体；将冲洗水添加到分离出的固体；以及从冲洗水中移除处理过的固体。
[0008]该
【发明内容】
介绍了一些概念，这些概念在下面的【具体实施方式】中有进一步的描述。该
【发明内容】
不希望作为请求主题的关键或本质特征，也不希望作为限制请求主题的范围的辅助使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是根据本公开的实施例的用于处理油田废物的系统的示意图。
[0010]图2是根据本公开的实施例的用于处理油田废物的系统的示意图。
[0011]图3是根据本公开的实施例的用于处理返回的油基钻井液的方法的流程图。
[0012]图4是根据本公开的实施例的用于处理返回的油基钻井液的方法的流程图。
[0013]图5是根据本公开的实施例的用于处理返回的油基钻井液的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014]在一个方面，本文中公开的实施例涉及用于处理油田废物的系统和方法。具体地讲，本文中公开的实施例涉及用于处理返回的油基钻井液的系统和方法。更特别地讲，本文中公开的实施例涉及用于分离油基钻井液的固相和液相的系统和方法。
[0015]首先参考图1，示出了根据本公开的实施例的用于处理油田废物的系统。在井眼钻探过程中在井下使用的钻井液返回到井场100的井地面。在一个实施例中，钻井液可以是油基钻井液；在其它的实施例中，钻井液可以是水基钻井液或合成基钻井液。尽管本文中引述了油基钻井液，但本领域普通技术人员会意识到水基或合成基钻井液也可以根据本公开的系统和方法处理。
[0016]在一个实施例中，返回的钻井液可以从井场100被引导到混合罐104。可以添加一定量的基础流体到返回的钻井液，以稀释返回的钻井液。在一个实施例中，返回的钻井液为返回的油基钻井液。因此，添加到返回的油基钻井液的基础流体为基础油流体。本领域普通技术人员会意识到，基础油流体可以包括各种基础油，例如，柴油、矿物油、煤油等。在一些实施例中，基础油流体可以是与返回的钻井液的基础油相同的基础油流体。在这个实施例中，被处理的返回的油基流体在处理之后可以在井下被重新使用。将基础油流体与返回的油基钻井液混合，以形成稀释的返回的油基钻井液。
[0017]在一个实施例中，添加到返回的油基钻井液中的基础油流体的体积被选择为使添加的基础油流体能有效地破坏返回的油基钻井液乳液，以使钻屑湿润。例如，在一个实施例中，添加的基础油流体的体积与返回的油基钻井液的体积的比例高于大约0.3。在其它的实施例中，添加的基础油流体的体积与返回的油基钻井液的体积的比例在大约0.2到0.4的范围内，或在大约0.1到0.15的范围内，或在大约0.3到1.5的范围内。在其它的实施例中，添加的基础油流体的体积与返回的油基钻井液的体积的比例为近似1.0。在其它的实施例中，添加的基础油流体的体积与返回的油基钻井液的体积的比例为近似0.5。
[0018]在基础油流体被添加到返回的油基钻井液之后，可以添加表面活性剂和/或聚合物到混合罐104。在一个实施例中，可以添加表面活性剂到稀释的返回的油基钻井液，以使返回的油基钻井液内夹带的颗粒物湿润。根据本公开可以使用的表面活性剂可以包括阴离子、阳离子和非离子表面活性剂。表面活性剂可以是低苯或无苯表面活性剂。在一些实施例中，表面活性剂可以是油基反萃取剂，例如包括按重量50 %的-D-柠檬烯以及按重量50 %的乙二醇的表面活性剂。其它的示例表面活性剂可以包括磺基琥珀酸酯、磺基琥珀酰胺、聚氧乙烯山梨醇脂肪酸、脱水山梨醇倍半油酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇三油酸酯、失水山梨糖醇单油酸酯、聚氧乙烯(20)脱水山梨醇单油酸酯、二辛基硫代琥珀酸钠、油酰氨基丙基二甲基胺、钠硬脂基-2-乳酸、聚氧乙烯山梨糖醇单油酸酯或它们的混合物等等。可以使用其它本领域已知的表面活性剂，例如，那些在这里并入该专利的7，338，608号以及7，381，332号美国专利中公开的表面活性剂。
[0019]在一些实施例中，聚合物可以在表面活性剂被添加到稀释的返回的油基钻井液之后被添加到稀释的返回的油基钻井液。在其它的实施例中，聚合物可以在添加表面活性剂之前被添加到稀释的返回的油基钻井液。在其它的实施例中，可以同时添加表面活性剂和聚合物。可以添加聚合物以促进絮凝物的形成，该絮凝物之后可以被更容易地从稀释的返回的油基钻井液中分离。各种聚合物可以根据钻井废物的颗粒组成被注入到返回的钻井液中。可以使用的聚合物的示例包括阳离子絮凝剂和石油馏出物，以及其它能够集聚钻井废物中携带的胶体的絮凝剂，因此允许分离过程从钻井废物中移除固体。在一些实施例中，聚合物可以包括由聚电解质和表面活性中间体构成的水基共混物。
[0020]在一个实施例中，聚合物可以是干燥的聚合物。在这个实施例中，聚合物可以在添加聚合物到返回的油基钻井液之前通过将水与干燥形式的聚合物混合而被水合。在一个实施例中，干燥的聚合物可以包括阳离子型水溶性聚合物。在一些实施例中，干燥的聚合物不包含金属或碳氢化合物。
[0021]聚合物可以以本领域已知的任何系统或方法被水合。例如，可以把进料器(例如，具有筛子和旋转盘的储料器)连接到多喷射器102，如在这里并入该专利的8，002，991号美国专利中所公开的。多喷射器102可以包括为干燥的聚合物特别设计的高效喷射器。通常，多喷射器可以产生高真空气流以从进料器的旋转盘传输干燥的聚合物絮凝剂。在这样的系统中，多喷射器可以被连接到进料器，并且从其中接收干燥的聚合物。多喷射器也可以被流体连接到供水管路。
[0022]多喷射器可以通过使用在高效喷嘴中加速的水稀释干燥的聚合物。高速度水流可以在流出喷嘴时通过夹带的气体产生真空。多喷射器中聚合物颗粒和水流之间的高速度的碰撞可以使聚合物颗粒分散。因此，如上描述的，使用多喷射器可以使得水合速度更快，并且减少聚合物活化的老化时间。
[0023]在一个实施例中，随着干燥的聚合物进入多喷射器，水调节阀可以控制水流进入多喷射器。在多喷射器中，水与干燥的聚合物混合，所得到的溶液可以消散到老化罐。在老化罐中，聚合物可以根据所使用的聚合物的时间要求老化。在适当的老化后，聚合物可以被注入到稀释的返回的油基钻井液中。可以通过可编程逻辑控制器(PLC)控制聚合物到使用过的钻井液的注入，以便通过控制聚合物泵、容积式泵和/或隔膜泵对聚合物消散到返回的钻井液进行控制。
[0024]在其它的实施例中，可以添加包括聚合物的油包水乳液到返回的油基钻井液中。油包水乳液可以包括从至少一种水溶性单体得到的聚合物。在这个实施例中，聚合物在与所述返回的油基钻井液接触前没有明显可溶或溶解。油包水乳液中的聚合物可以是阳离子、阴离子或非离子。可以使用的水溶性单体的示例包括阳离子、阴离子或非离子单体，例如(烷基)丙烯酰胺、(烷基)丙烯酸、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基甲酰胺、丙烯腈、富马酸、巴豆酸、马来酸、羟烷基甲基丙烯酸酯、2-丙烯酰氨基-2-烷基磺酸，其中，所述烷基包含I到6个碳原子、苯乙烯磺酸、乙烯磺酸，任何上述物质的盐，或如7，338，608号和7，381，332号美国专利所描述的单体。
[0025]在一些实施例中，可以添加阳离子聚丙烯酰胺乳液到返回的油基钻井液中。在一个实施例中，乳液可以包括按重量0-5%的己二酸、按重量25.66-26.06%的馏出物、石油、加氢轻馏分、按重量39-41%的乙铵、N.N.N.-三甲基-2-[1-氧代-2-丙烯基)氧基]-酰氯、具有2-丙酰胺的聚合物、按重量1.77-2.17%的醇、C12-14-次级、乙氧基化、以及按重量0-5%的1，2, 3-朽1檬酸。
[0026]在其它的实施例中，可以使用包括聚合物的油包水乳液。也可以使用其它的絮凝剂和/或凝结剂，包括，例如包括铝基和铁基凝结剂的无机凝结剂，例如氯化铝、聚(羟基铝)氯化物、硫酸铝、硫酸铁、氯化铁等等或它们的组合。其它的凝结剂可以包括水溶性有机聚合物，其可以是阳离子、阴离子或非离子。阳离子单体的示例可以包括二烯丙基二烷基卤化铵和二烷基氨基烷基(甲基)_丙烯酸酯和-丙烯酰胺，(作为酸加成或季铵盐)。在一个特殊的实施例中，凝结剂可以包括聚二烯丙基二甲基氯化铵，而在其它的实施例中，可以使用无机凝结剂，例如聚(羟基铝)氯化物。根据被处理的钻井废物的类型，所使用的聚合物的类型可以变化。因此，在某些实施例中，聚合物可以只包括絮凝剂或凝结剂，而在其它实施例中，可以使用絮凝剂和/或凝结剂的组合。
[0027]在其它的实施例中，可以添加表面活性剂和聚合物的水基混合物到返回的钻井液。例如，可以使用两种表面活性剂和一种聚合物的水基混合物以助于颗粒物的凝结或絮凝。在这个实施例中可以使用上面描述的表面活性剂和聚合物。
[0028]仍然参考图1，在表面活性剂和/或聚合物被添加到稀释的返回的油基钻井液之后，稀释的返回的油基钻井液被引导至分离器106。分离器106将最初的固相从返回的油基钻井液分离。在一个实施例中，分离器106是离心机。离心机可以包括沉降式离心机，该沉降式离心机可以包括碗和位于碗内的输送机组件。市场上可得到的离心机的示例包括⑶-500离心机和518离心机，两者都可以从M-1 L.L.C，德克萨斯州休斯敦的斯伦贝谢子公司获得(Schlumberger Company, Houston, TX)。在其它的实施例中，分离器106可以是沉淀罐或聚结器。例如，在一个实施例中，稀释的返回的油基钻井液可以被引导至沉淀罐，并且在沉淀罐中持续预先确定的一段时间以允许水、固体和油析出。然后各相可以被分离。在另一个实施例中，稀释的返回的油基钻井液可以被引导至聚结器，该聚结器包括位于罐中的一系列板。随着稀释的返回的油基钻井液流经一系列聚结器的板，稀释的返回的油基钻井液的水相沿盘子表面拖拽以从油相分离水相。在其它的实施例中，可以使用水力旋流器分离稀释的返回的油基钻井液的各相。
[0029]然后，可以将处理过的返回的油基钻井液从分离器106移除并且引导至储存罐108。然后，处理过的返回的油基钻井液可以返回到用于井下的现役钻井液系统。在其它的实施例中，处理过的返回的油基钻井液可以作为上面所讨论的基础油流体被添加到返回的油基钻井液。这样，处理过的返回的油基钻井液可以在井下作为钻井液被重新使用或者可以作为基础油使用以稀释从井场100返回的钻井液。从分离器106移除的固相可以以将在下面更详细讨论的方式被处置。
[0030]仍然参考图1，在一些实施例中，第一分离器(未不出)可以位于井场100处,并且从井中接收返回的油基钻井液，且将返回的油基钻井液分成最初的液相和最初的固相。第一分离器可以包括例如页岩振动筛。例如，第一分离器可以是头筛，以提供岩屑从返回的钻井液的粗分离。在其它的实施例中，也可以使用其它本领域已知的分离器，例如离心机、旋流分离器、过滤器等等，以提供返回的钻井液的最初的固相和最初的液相的初始分离。然后，最初的固相和最初的液相可以被各自单独地处理。例如，最初的液相可以以上面描述的方法处理:通过将液相引导至混合罐104，添加基础油流体，并且添加表面活性剂和/或聚合物到返回的油基钻井液的最初的液相。
[0031]根据本文中公开的实施例，可以添加某一体积的基础油流体到返回的油基钻井液的最初的固相。本领域普通技术人员会意识到，基础油流体可以是任何基础油，例如柴油、矿物油、煤油等等。在一些实施例中，基础油流体可以是与返回的钻井液的油流体相同的基础油流体。将基础油流体与返回的油基钻井液的最初的固相混合，以形成稀释的最初的固相。
[0032]在一个实施例中，添加到返回的油基钻井液的最初的固相的基础油流体的体积被选择为使添加的基础油流体能有效地破坏返回的油基钻井液乳液，以使最初的固相湿润。例如，在一个实施例中，添加的基础油流体的体积与返回的油基钻井液的最初的固相的体积的比例高于大约0.3。在其它的实施例中，添加的基础油流体的体积与返回的油基钻井液的最初的固相的体积的比例在大约0.2到0.4的范围内，或在大约0.1到0.15的范围内，或在大约0.3到1.5的范围内。在其它的实施例中，添加的基础油流体的体积与返回的油基钻井液的最初的固相的体积的比例为近似1.0。在其它的实施例中，添加的基础油流体的体积与返回的油基钻井液的最初的固相的体积的比例为近似0.5。
[0033]然后，稀释的最初的固相通过分离器102分离成分离出的固体112和稀释的分离的液体。分离器102可以包括例如页岩振动筛102a、离心机102b、螺旋器或其它本领域已知的分离装置。本领域普通技术人员会意识到，分离器102可以包括串联或并联的一个或多个单独的分离器。在一个实施例中，分离器102可以包括离心机102b，特别是高速立式离心机或材料干燥机。市场上可得到的干燥机的一个示例是来自德克萨斯州休斯敦的斯伦贝谢公司M-1 L.L.C的Vert1-G干燥机。
[0034]在一个实施例中，基础油流体可以在最初的固相被引导至分离器102之前被添加到最初的固相中。在其它的实施例中，基础油流体可以在最初的固相进入分离器102时添力口。例如，分离器102可以包括一个或多个喷嘴。当最初的固相被引导进入分离器102，一个或多个喷嘴可以向最初的固相喷射基础油流体。
[0035]稀释的分离出的流体可以从分离器102被引导至混合罐104。然后，可以添加表面活性剂和/或聚合物到混合罐104中的稀释的分离出的液体，并且以上面描述的方法处理。
[0036]分离出的固体112从分离器102被引导至冲洗罐114。添加冲洗水到分离出的固体112，以进一步移除分离出的固体上沉积的油。冲洗水可以是钻井液系统使用的水。在这个示例中，冲洗水可以在冲洗分离出的固体112之后返回122。到钻井液系统冲洗水可以包括化学添加剂，以帮助释放分离出的固体上携带的油。冲洗罐114可以包括螺旋器，以连续地使分离出的固体112移动通过罐114，并且保证分离出的固体与化学添加剂恰当地混合。
[0037]可以用于冲洗水中的化学添加剂包括例如表面活性剂、硅酸钠、沸石以及其它在钻井废物处理中有用的添加剂。在一些实施例中，冲洗水可以包括生物表面活性剂，该生物表面活性剂可以包括消化油微生物。这样的微生物消化地面和土壤中的有机污染物，并将碳氢化合物、油和油脂转化为无毒化合物。市场上可得到的生物表面活性剂包括:REMEDY (泄露应急方案，Emergency Spill Solution)，商品代码 22005 ;以及 ENDURANCE，商品代码22008,这两者都来自Bionex Environmental Technologies有限公司，皮尔兰,德克萨斯州。除了微生物，生物表面活性剂可以进一步包括至少一种表面活性剂。也可以使用其它的絮凝剂和/或凝结剂，包括例如包括铝基和铁基凝结剂的无机凝结剂，例如，氯化铝、聚(羟基铝)氯化物、硫酸铝、硫酸铁、氯化铁等等或它们的组合。其它的凝结剂可以包括水溶性有机聚合物，其可以是阳离子、阴离子或非离子。阳离子单体的示例可以包括二烯丙基二烷基卤化铵和二烷基氨基烷基(甲基)_丙烯酸酯和-丙烯酰胺，(作为酸添加或季铵盐)。在特殊的实施例中，凝结剂可以包括聚二烯丙基二甲基氯化铵，在其它的实施例中，可以使用无机凝结剂，例如聚(羟基铝)氯化物。
[0038]被处理过的固体116可以从冲洗罐114移除并且被处置。在一个实施例中，可以添加结合剂(例如，粉煤灰)到处理过的固体以使处理过的固体为建设120所用做准备。例如，处理过的固体可以被传送到搅拌机。试剂可以被储存在压力池罐中或者通过料槽被引导到搅拌机。在一些实施例中，可以添加水。搅拌机利用一个或多个混合浆叶将处理过的固体搅碎和混合。混合的产品，即，凝固的钻屑，可以被移到储存区域以允许混合物被放置。然后混合物可以用作道路或其他建筑的基础。为了达到特定的环境标准，凝固的钻屑可能需要达到下面表1提供的参数限制，以作为道路基础材料重新使用。
[0039]表1作为道路基础材料使用的环境限制
[0040]
【权利要求】
1.一种处理返回的油基钻井液的方法，包括: 将返回的油基钻井液分成最初的液相和最初的固相； 以第一速度离心分离最初的液相，并且将最初的液相分离成第一流出物和第一残渣；以第二速度离心分离第一流出物，第二速度高于第一速度，并且将第一流出物分离成第二流出物和第二残渣；以及 以第三速度离心分离第二流出物，第三速度高于第二速度，并且将第二流出物分离成第三流出物和第三残渣。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括:将表面活性剂和聚合物中的至少一种添加到第一流出物、第二流出物和第三流出物中的至少一种中。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括:将两种表面活性剂和一种聚合物的水基混合物添加到第一流出物、第二流出物和第三流出物中的至少一种中。
4.如权利要求1所述的方法,其中，第一速度在1000到1600rpm之间。
5.如权利要求1所述的方法，其中，第二速度在2400到2700rpm之间。
6.如权利要求1所述的方法，其中，第三速度在2900到3500rpm之间。
7.如权利要求 1所述的方法，进一步包括:将最初的固相和第一残渣中的至少一种引导至材料干燥机。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括:将来自材料干燥机的液相与第一流出物混口 ο
9.一种处理返回的油基钻井液的方法，包括: 将某一体积的基础油流体添加到返回的油基钻井液，其中，添加的基础油流体的体积与返回的油基钻井液的体积的比例在大约0.1到0.4之间； 将基础油流体与返回的油基钻井液混合，以形成稀释的返回的油基钻井液； 将表面活性剂添加到稀释的返回的油基钻井液中；以及 将聚合物添加到稀释的返回的油基钻井液中。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包括:将最初的固相从返回的油基钻井液分离。
11.如权利要求10所述的方法，其中，分离包括: 将稀释的返回的油基钻井液引导至离心机、沉淀罐和聚结器中的至少一个； 从离心机、沉淀罐和聚结器中的所述至少一个移除处理过的返回的油基钻井液；以及 从离心机、沉淀罐和聚结器中的所述至少一个移除最初的固相。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括:将处理过的返回的油基钻井液返回到钻井液系统。
13.如权利要求11所述的方法，进一步包括:将处理过的返回的油基钻井液作为基础油流体返回到混合罐。
14.如权利要求9所述的方法，其中，聚合物为干燥的聚合物。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括:在添加聚合物到返回的油基钻井液之前，通过将水与干燥的聚合物混合来水合干燥的聚合物。
16.—种处理返回的油基钻井液的方法，包括: 将基础油流体添加到返回的油基钻井液的最初的固相，其中，添加的基础油流体的体积与最初的固相的体积的比例在0.1到0.2之间；将最初的固相分离成稀释的分离出的液体和分离出的固体； 将冲洗水添加到分离出的固体；以及 从冲洗水中移除处理过的固体。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括:将结合剂添加到移除的处理过的固体中。
18.如权利要求16所述的方法，其中，冲洗水包括表面活性剂和消化油微生物中的至少一种。
19.如权利要求16所述的方法，进一步包括: 将表面活性剂添加到混合罐中的稀释的分离出的液体；以及 将聚合物添加到混合罐中的稀释的分离出的液体。
20.如权利要求 19所述的方法，其中，聚合物为非乳液聚合物。
【文档编号】E21B43/22GK103958827SQ201280058888
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年10月1日 优先权日:2011年9月30日
【发明者】G·福特, M·萨沃伊 申请人:M-I有限公司