專利名稱：高密度漿狀物的制作方法
技術領域：
本文公開的實施例總的涉及為了在工作地點進行再次注入制造漿狀物的系統和方法。更具體地，本文公開的實施例涉及為了在工作地點進行再次注入制造高密度漿狀物的系統和方法。更具體地，本文公開的實施例涉及為了在工作地點進行再次注入在工作地點使用模塊轉換鉆屑儲存和轉移容器的制造高密度漿狀物的系統和方法。
背景技在鉆井中，鉆頭被用于在地殼中挖掘數千英尺。典型地，石油鉆塔采用在鉆井平臺上方延伸的鉆架。在鉆井操作過程中，在首尾相連地連接鉆桿的管節之后，鉆架支撐管節。隨著鉆頭被進一步地推進到地表中，另外的管節被添加至不斷伸長的"桿柱"或"鉆柱"。因此，鉆柱包括多個管節。
流體"鉆井漿狀物"被通過鉆柱從鉆井平臺抽吸，并且抽吸至在鉆柱的下端或遠端處支撐的鉆頭。鉆井漿狀物潤滑鉆頭，并且隨著鉆頭挖掘的更深，運走由鉆頭產生的鉆屑。鉆屑通過井環空(well annulus)在鉆井漿狀物的回流中被運送并且運回至在地表處的鉆井平臺。在鉆井漿狀物達到平臺時，它被在工業上稱作鉆井屑或鉆屑的小片的頁巖和巖石污染。當鉆屑、鉆井漿狀物以及其它廢棄物到達平臺時，"漿狀物振動篩"通常被用于從鉆屑中移除鉆井漿狀物，使得鉆井漿狀物可被重復使用。之后，剩余的鉆屑、廢棄物和剩余的鉆井漿狀物被轉移至存儲槽被處理掉。在一些情形中，例如對于特定類型的鉆井漿狀物，鉆井漿狀物可能不能重復使用并且必須被處理掉。典型地，非重復利用的鉆井漿狀物通過借助于容器將鉆井漿狀物傳送至處理地點，與鉆屑和其它廢棄物分開處理。
鉆屑和鉆井漿狀物的處理是復雜的環境問題。鉆屑不但包括將會污染周圍環境的剩余的鉆井漿狀物產品，還包括對環境特別有害的油和其它廢棄物，尤其是在海洋環境中鉆井時。
例如，在墨西哥灣中，具有為了鉆取石油和煤氣的鉆入到海底中的數百個鉆井平臺。這些鉆井平臺可用于水的深度是數百英尺的位置處。在這樣的海洋環境，典型地，水中充滿了不能忍受處理的鉆屑廢棄物的海洋生命。因此，需要一種在海洋和其它脆弱的環境中處理鉆屑、鉆井漿狀物、和/或其它廢棄物的簡單而又可行的方法。
傳統的處理方法包括傾卸(dumping)、桶運輸、笨重的傳送帶、
螺旋傳送器以及需要大量水的洗滌技術。添加的水產生增加體積和容積
(bulk)、污染和運輸問題的另外的問題。安裝傳送器需要對鉆塔區域進行
很大的改造，并且涉及很長的安裝時間和費用。
另一處理方法包括在高壓下通過注入將鉆屑、鉆井漿狀物和/或其它的廢棄物返回到地層中。通常，注入過程涉及在以地面為基礎的設備中準備漿狀物，和抽吸漿狀物至在地下延伸至接收巖層或適當的地層中相當深的井中。所述過程中的重要步驟包括識別對于注入適當的巖層或地
層；準備適當的注入井；配制漿狀物，包括考慮例如重量、固體含量、pH、凝膠體等；執行注入操作，包括測定和監視泵速率，例如單位時間和壓力的體積；以及覆蓋井。
在一些例子中，被一些石油污染的鉆屑被從鉆井鉆塔以很稠、很重的漿糊或漿狀物的形式運輸至近海鉆塔或陸地，用于注入到地球地層中。典型地，所述材料被放置在大約10噸容量的特定起重罐中，所述起重罐通過起重機從鉆塔被裝載至供應船上。這是很難而且很危險的操作，其可能是費力的和昂貴的。
US專利No.6,709,216和相關的同族專利公開了鉆屑還可被運送至和儲存在封閉的、可運輸的容器中，其中，之后容器可被運輸至目的地，并且鉆屑可被提取。可運輸的儲存容器具有下部圓錐形部分，其被構造以獲得容器中的混合物的質量流，鉆屑的提取包括施加壓縮氣體至在容器中的鉆屑。可運輸的容器被設計為裝配在20英尺的ISO容器框架中。
這些圓錐形容器在本文中將被稱為ISO容器。
如在美國專利No. 6,709,216和專利族中公開的，ISO容器可通過鉆塔起重機被提升至鉆井鉆塔上，并且被用于儲存鉆屑。之后，容器可被用于將鉆屑轉移至供應船上，并且還可在沒有供應船時用作緩沖儲存器。可替換地，儲存容器可被起重機提升離開鉆塔，并且被供應船運輸。
近海平臺上的空間是有限的。除了鉆屑的儲存和轉移，許多另外的操作發生在鉆井鉆塔上，包括油罐清洗、制成漿狀物的操作、鉆井、化學處理操作、原材料儲存、漿狀物制備、漿狀物循環、漿狀物分離以及其它操作。
由于受限的空間，模塊化這些操作并且在不需要模塊時或在空間需要用于設備時，換出模塊是常見的。例如，鉆屑容器可從鉆塔上卸載下來以為用于制成漿狀物的模塊化的設備提供空間。如上所述的這些提升操作是困難的、危險的以及昂貴的。另外地，許多模塊化的操作包括例如泵、閥和罐或儲存容器等的多余設備。
可被移動至鉆塔上的制成漿狀物的系統通常是很大的完全獨立的模塊，接收來自鉆井鉆塔的流體漿狀物回收系統的鉆屑。例如，PCT公開No. WO 99/04134公開一種過程模塊，包括第一漿狀物槽、研磨泵、系統漿狀物振動篩、第二漿狀物槽和可選的存儲罐。模塊可通過起重機提升至近海鉆井平臺上。
制造漿狀物的系統還可設置在便攜式單元中，其可被從一個工作地點運輸至另一工作地點。如在美國專利No. 5,303,786中公開的，制造漿狀物的系統可被安裝在可在工作地點之間托運的半托掛車上。所述系統包括多個罐、泵、磨粉機、研磨機、攪拌機、儲料器和傳送機等。如在美國專利No. 5,303,786中公開的，制造漿狀物的系統可被移動至下述地點，在該地點處具備待處理的大量的材料，例如保存大量的鉆屑的現有的或廢棄的儲備池。
美國專利No. 6,745,856公開了設置在運輸工具上的另一種可運輸的制造漿狀物的系統。運輸工具(即容器或船)被靠近工作地點(即近海平臺)配置，并且在操作時連接至位于工作地點的設備。有害材料從工作地點轉移至運輸工具，其中，有害材料被制成漿狀物。漿狀物可被轉移回工作地點，在一個例子中用于再次注入到地層中。可替換地，漿狀
物可通過運輸工具運輸至處理地點。如在美國專利No. 6,745,856中公開的，儲存容器設置在運輸工具上，用于在運輸期間容納漿狀物。在運送至處理地點期間，設置在儲存容器中的攪拌機可攪拌漿狀物以保持固體懸浮在流體中。
雖然這些系統和方法在制造漿狀物和再次注入系統中提供改進的工藝，但是它們需要如上所述的困難的、危險的以及昂貴的提升和安裝操作。另外地，這些工藝可能需要很長的安裝和處理時間，其可能降低了工作地點的總效率。
在鉆屑的再次注入操作中，包括流體和清潔的鉆屑的漿狀物被制備。典型地，漿狀物通過將之前依據尺寸分類的鉆屑與流體成需要的比例混合在一起而被準備，使得包括與總體積成需要的百分數的鉆屑的漿狀物被產生。本領域技術人員將會理解，通常在鉆屑再次注入操作中使用的漿狀物的固體含量是體積大約20%的固體含量。因此，在給定的鉆屑再次注入操作中，通過混合鉆屑和流體直到漿狀物的固體含量為20%來制備漿狀物用于再次注入。在準備漿狀物之后，槳狀物被抽吸至用于儲存的容器中，直到高壓注入泵被開啟，并且漿狀物從儲存容器抽吸至井眼。
在嘗試增加漿狀物的固體含量至大于20%從而允許再次注入更多的鉆屑到地層中的操作中，這樣的操作導致了不均一的漿狀物并且因此導致無效的漿狀物。典型地，在鉆井操作者嘗試增加漿狀物的固體含量時，大于20%的固體含量的漿狀物通過混合鉆屑與流體而被產生，之后如上所述地儲存所述混合物。因為漿狀物典型地被分批地制造、儲存，并且之后注入到井眼中，在儲存漿狀物的過程中，在再次注入之前，漿狀物中的固體將不再懸浮。隨著固體不再懸浮，它們可能阻礙或阻塞注入設備(包括流動管道和泵)，從而使得漿狀物不能被再次注入。
另外，即使大于20%的固體含量的漿狀物被注入到井眼中，因為漿狀物典型地被成批地注入，在注入操作之間可有相當的時間。因此，大于20%的固體含量的漿狀物可被注入到井下，并且在再次注入的停工時間中固體在井下可能開始不再懸浮。如果固體在到達目標地層之前在井眼中不再懸浮，那么固體可能在井眼中固化，從而阻礙井眼用于之后的再次注入。以這種方式被阻礙的井眼之后必須被再次鉆孔，使用昂貴的操作移除鉆屑，或被放棄。由于與從阻塞的井眼中移除鉆屑相關的成本很高，在再次注入期間阻塞的井通常被放棄，從而促使鉆井操作者使用替代方法處理剩余的漿狀物和鉆屑。
替代方法的例子可包括在陸地上的鉆屑坑中處理鉆屑或轉移鉆屑至替換的再次注入地點。在每一情形中，鉆井操作可發生與運輸鉆屑和漿狀物至替換的處理地點相關的另外的費用，從而增加了鉆井操作的總體成本。
因此，存在對這樣一種制造漿狀物的系統的持續的需求，該系統可增加再次注入漿狀物的固體含量，并且提供用于鉆屑再次注入操作的模塊化的解決方案。
發明內容
在一個方面中，在此處公開的實施例涉及用于將鉆屑制成漿狀物的模塊，該模塊包括臺座、設置在臺座上的可編程邏輯控制器和攪拌機。所述攪拌機包括:用于注入鉆屑的進料器；閘門，被設置為與進料器流體連通，用于控制鉆屑的流動；和用于激發流體的葉輪，其中，模塊被配置為可移除地連接至位于工作地點處的鉆屑儲存容器。
在另一方面中，在此處公開的實施例涉及一種制造漿狀物的方法，包括提供鉆屑至攪拌機，所述攪拌機包括進料器，用于注入所述鉆屑；閘門，被設置為與所述進料器流體連通，用于控制所述鉆屑的流動；和葉輪，設置在所述攪拌機中用于激發流體。所述方法進一步包括提供流體至所述攪拌機；激發在所述攪拌機中的流體；和將來自所述進料器的鉆屑注入到所述激發的流體中。另外，所述方法包括在所述攪拌機中混合所述鉆屑和所述激發的流體以制造漿狀物；其中，所述漿狀物包括體積大于20%的鉆屑。
在另一方面中，在此處公開的實施例涉及一種鉆屑再次注入的方法，包括在攪拌系統中制造包括體積大于20%的鉆屑的漿狀物；從所述攪拌系統抽吸所述漿狀物至鉆屑注入系統中。所述方法進一步包括從所述鉆屑系統注入所述漿狀物到井眼中。
在另一方面中，在此處公開的實施例涉及一種槳狀物制造系統，包 括鉆屑儲存容器；和流體連接至所述鉆屑儲存容器的模塊。所述模塊 包括臺座；和攪拌機，所述攪拌機具有進料器，用于注入鉆屑；閘 門，被設置為與所述進料器流體連通，以控制所述鉆屑的流動；和葉 輪，設置在所述攪拌機中用于激發流體；其中，所述模塊流體連接至初 級漿狀物制造系統。
本發明的其它方面和優點將從隨后的描述和隨附的權利要求變得清楚。
圖1顯示根據本發明的一個實施例的從近海鉆塔卸載鉆屑的方法。 圖2顯示根據本發明的一個實施例的將鉆屑制成漿狀物的系統的示 意圖。
圖3顯示根據本發明的一個實施例的將鉆屑制成槳狀物的基于臺座 的系統。
圖4顯示根據本發明的一個實施例的將鉆屑制成漿狀物的系統。 圖5顯示根據本發明的一個實施例的制造漿狀物的系統的示意圖。
具體實施例方式
在一個方面中，在此處公開的實施例涉及在鉆井位置處將鉆屑制成 漿狀物的系統和方法。鉆井位置可包括在岸上和海上鉆井位置。另外 地，在此處公開的實施例涉及使用基于模塊的制造漿狀物系統將鉆屑制 成漿狀物的系統和方法。更具體地，這樣的實施例涉及一種使用制造漿 狀物系統的用于增加漿狀物中的鉆屑的密度的方法。
首先參考圖1，顯示根據本發明的一個實施例在鉆塔之間運輸鉆屑的 方法。在本實施例中，近海鉆塔1可具有位于其平臺上的一個或多個鉆 屑儲存容器2。鉆屑儲存容器2可包括原料儲存罐、廢棄物儲存罐、或與 鉆井過程相關的通常被使用的任何其它的容器。具體地，鉆屑儲存容器2 例如可包括鉆屑盒和/或ISO罐(即國際組織的標準罐)。在一些實施例
10中，鉆屑儲存容器2可包括被流體連接的幾個分離的容器，以允許在其
之間轉移鉆屑。這樣的鉆屑儲存容器2可位于支撐構架中，例如ISO容 器框架。同樣地，本領域技術人員將會理解鉆屑儲存容器2可被用于鉆 屑的儲存和運輸。
如上述參考現有技術的方法描述的，在鉆井操作中不再需要鉆屑儲 存容器2或對于在鉆井位置發生的操作鉆屑儲存容器2暫時不需要時， 鉆屑儲存容器2可被卸載至供應船3上。用于執行不同操作的其它系統 和容器之后通過起重機11可提升至鉆塔上，并且被放置在鉆屑儲存容器 2之前被設置的位置處。以這種方式，有價值的鉆塔空間可被節省，然 而，以這種方式保存空間可能需要多個危險的并且昂貴的起重機梯。
與上面描述的現有技術方法相比較，在此處公開的實施例將鉆屑儲 存容器2結合到在鉆井鉆塔1上執行的兩個或多個操作中。在一個方 面，在此處公開的實施例涉及結合鉆屑儲存容器2以在鉆塔1上的至少 兩個操作中操作。在一些方面，在此處公開的實施例涉及結合鉆屑儲存 容器2以用于鉆屑儲存/轉移以及第二操作。更具體地，在此處公開的實 施例涉及使用鉆屑儲存容器2作為儲存/轉移容器以及制造漿狀物的系統 中的部件。雖然對關于結合鉆屑儲存容器2到制造漿狀物的系統中進行 了描述，但是本領域技術人員將會理解在鉆井位置處用于執行特定的鉆 井操作的任何容器可被結合到在此處公開的將鉆屑制成漿狀物的系統和 方法中。
仍然參考圖1，近海鉆塔1可包括位于其平臺上的一個或多個鉆屑儲 存容器2。在鉆井過程中產生的鉆屑可被轉移至用于儲存和/或隨后以多 種不同方式轉移的鉆屑儲存容器2。 一種這樣的轉移鉆屑的方法是通過包 括鉆屑吹風機4和氣動轉移管道5的氣動轉移系統。使用強制流氣動轉 移的系統的例子在美國專利No. 6,698,989、 6,702,539和No. 6,709,216中 公開，在此通過引用并入本文中。然而，本領域普通技術人員將會理 解，用于從清洗操作(例如使用振動分離器)轉移鉆屑至鉆屑儲存容器2 的其它方法可包括螺旋鉆、傳送機和氣動吸入系統。
在使用氣動鉆屑轉移的系統中，在鉆屑需要從鉆塔1卸載至供應船3 時，鉆屑可通過管子6被排放至軟管連接管子7。供應船3安裝有供應組件8，其中，供應組件8可包括許多另外的鉆屑儲存容器9，例如包括 ISO罐。可使供應船3靠近鉆塔1，并且撓曲的軟管10在其之間延伸。 在本實施例中，撓曲的軟管10通過連接管子7流體連接儲存組件8至鉆 屑儲存容器2。
在下文描述的依據本發明的制造漿狀物的系統的實施例可整體地與 上面描述的鉆屑轉移系統結合，或作為模塊單元與上面描述的鉆屑轉移 系統結合。另外，在下文描述的實施例可包括例如上面描述的鉆屑儲存 容器的部件，作為制造漿狀物系統的一部分。因此，在本發明的特定方 面中，用于制造用于再次注入的高固體含量的漿狀物的制造漿狀物的系 統可包括包含了工作地點的現有的基礎設施的基于模塊的系統。如在此 處所使用的，高固體含量的漿狀物是包括體積百分數為20%或更高的固 體含量的漿狀物。
參考圖2，顯示根據本發明的一個實施例的用于增加再次注入漿狀物 的固體含量的系統200。在本實施例中，系統200包括攪拌機201，攪拌 機201具有進料器202、閘門203和混合部分204。混合部分204包括便 于利用液體將固體制成漿狀的葉輪205。攪拌機201還包括被配置以接收 來自上游處理設備的液體流的進口 206和被配置以流體連接攪拌機201 至下游處理設備的出口 207。
在一個方面中，例如包括干燥的鉆屑的干燥材料被注入到進料器202 (在箭頭A處顯示的)中。干燥材料可由包括振動器、儲存容器或其它注 入系統的上游處理設備注入，并且可通過傳送裝置(例如螺旋鉆或氣動 轉移系統)被注入到進料器202中。在一個實施例中，其中，干燥材料 是鉆屑，鉆屑可在進料器202中與在制造漿狀物過程中使用的化學品攪 拌(例如混合)。在一個方面中，這樣的化學品可包括如本領域已知的粉 末、樹脂和干燥的聚合物。
最初，在干燥材料注入到攪拌機201中時，設置在進料器202和混 合部分204之間的閘門203可被關閉。閘門203可被配置以根據鉆井操 作者的指令打開和關閉，使得干燥材料從進料器202流動至混合部分204 是可控的。因此，控制干燥材料的流動至混合部分204可允許控制在系 統200中產生的漿狀物的固體含量。混合部分204操作性地連接至閘門203，使得閘門203可被調節以控 制流過其中的干燥材料流量。混合部分204包括葉輪205，葉輪205被設 置以使得進入混合部分204的流體可被激發。由于葉輪205在流體中加 速時的葉輪205的剪切作用，在流體通過進口 206進入混合部分204時 流體被激發。葉輪205的例子可包括離心泵、吹風機、渦輪、液壓離合 器或用于在壓力下沿需要的方向推動流體的任何裝置。在特定的方面 中，葉輪205可進一步包括用于傳送特定方向或剪切作用至流體的基部 (root)或轉子葉片。有效地激發流體所需要的葉輪205的速度將根據被 激發的流體的類型改變。本領域普通技術人員將理解，在一個方面中， 葉輪205適合的速度可以是不會使得在流體中懸浮的固體分離的任何速 度。
之后，被葉輪205激發的流體被引導至混合部分204，其中，閘門 203被打開，并且干燥的材料被注入到其中。可以控制干燥材料的注入， 使得干燥材料以需要的比率與流體混合，或使得產生需要的固體含量的 漿狀物。在漿狀物到達需要的條件時，出口 207可被開啟以允許產生的 槳狀物從混合部分204流動至下游處理設備。
在一個實施例中，其中，干燥材料包括鉆屑，鉆屑可從上游分離設 備(例如振動的振動器)注入，并且可被直接注入到進料器202。通過進 口 206進入混合部分的流體可包括之前準備的漿狀物，例如包含小于 20%的固體的漿狀物。因此，在這樣的實施例中，干燥的鉆屑可在攪拌機 201中與低固體含量的漿狀物混合以便增強，或在注入到井眼之前增加漿 狀物的固體含量。在一個方面中，注入到混合部分204中的漿狀物可預 先制成為現有的鉆屑再次注入系統(例如上面描述的那些)的一部分。 小于20%的固體含量的漿狀物還可以在制造漿狀物的分批循環中產生之 后儲存在漿狀物儲存容器(未顯示)中。因此，在一個實施例中，系統 200可被用于增加用于再次注入的漿狀物的固體含量。然而，本領域普通 技術人員將會理解，在特定的實施例中，在鉆孔位置處的唯一的制造漿 狀物的系統可以是系統200。在這樣的實施例中，注入到混合部分204中 的流體可包括例如水、海水、鹽水溶液或液體聚合物，如典型地在制備 再次注入的漿狀物中使用的流體。因此，添加鉆屑到混合部分204中可被控制以便制造體積固體含量大于20%的漿狀物。在這樣的實施例中， 可能需要連續或平行運行的幾個攪拌機201，使得漿狀物制造的速率對于 特定的鉆井操作是適合的。
在一個實施例中，攪拌機201可以是渦流攪拌器。在這樣的實施例 中，葉輪205可吸引通過進口 206的流體、激發和攪拌流體和通過閘門 203控制的一定數量的鉆屑。固體加速器(未顯示)可添加鉆屑至激發的 流體，并且之后混合物可引導制造的漿狀物通過出口 207。施加至鉆屑的 加速運動和由渦流攪拌器提供的流體的激發可因此使得產生體積大于 20%的漿狀物。可與在此處公開的實施例一起使用的渦流攪拌機的一個例 子是來自Schlumberger的商業銷售的SBS-614 POD攪拌機。然而，如上 面公開的可操作的其它攪拌裝置也可與本發明的方法和系統的實施例一 起使用。
制造漿狀物的系統200的操作參數(例如運行時間、鉆屑劑量類型 和注入速度)可被操作地連接的可編程邏輯控制器("PLC")(未顯示) 控制。PLC包括控制攪拌機204運行的指令，使得特定固體含量的漿狀 物被制造。另外，在特定的方面中，PLC可包括用于控制進口 206、出口 207、進料器202或閘門203的運行的獨立的指令。指令的例子可包括依 賴時間的指令，其控制在通過出口 207的轉移之前漿狀物保留在混合部 分204中的時間。在其它的方面中，PLC可控制干燥材料注入到混合部 分204中的速度或流體通過進口 206的傳輸速度。在另外其它的實施例 中，PLC可控制化學品和/或聚合物添加劑的添加，在它們可選擇地注入 到混合部分204、進料器202中時或在激發流體之前。本領域普通技術人 員將理解PLC可用于自動添加干燥材料、流體和/或化學品，并且可進一 步被用于監控和/或控制系統200或攪拌機201的操作。另外，PLC可單 獨使用或與監督控制和數據采集系統(未單獨顯示)協作以進一步控制 系統200的操作。在一個實施例中，PLC可以操作地連接至鉆塔管理系 統，并且因此可由在工作地點的另一位置或在遠離工作地點的位置的鉆 井操作者(例如鉆井操作指揮部)控制。
PLC還可包括根據特定的混合剖面(profile)用于控制流體和鉆屑的 混合的指令。混合剖面的例子可包括基于步驟的混合和/或斜坡混合。基于步驟的混合可包括控制鉆屑和流體的混合使得預定數量的鉆屑被注入 到已知體積的流體中、被混合、之后從系統中轉移出去。斜坡混合可包 括提供鉆屑的蒸汽至流體直到到達確定濃度的鉆屑。隨后，包含特定濃 度的鉆屑的流體可從系統中轉移出去。，
除了操作性地連接或作為PLC的函數之外，攪拌機401可包括分布
式控制單元("DCU")。 DCU控制密度和添加率，使得特定固體含量的 漿狀物可被制造。在特定方面中，PLC和/或DCU可因此控制發動機的 速度、水溫、油壓、流體密度、攪拌機的吸入、排放壓力、干燥添加劑 的注入速度、流體添加劑的注入速度以及主要漿狀物的注入速度。為了 允許這樣的控制，可能需要測量混合部分204中的漿狀物或測量攪拌機 201的其它方面。這樣的測量可通過以下方式獲得例如流量計確定攪拌 機的吸入、密度計來確定流體或漿狀物的密度以及編碼器來測量在進料 器202中的干燥材料的添加速度或通過進口 206的流體流速。另外，PLC 和/或DCU可控制運行系統200的部件所需要的功率源或電連接。
參考圖3，顯示根據本發明的一個實施例的用于將鉆屑制成漿狀物的 模塊300。在該實施例中，模塊300包括攪拌機301、 PLC308、化學品儲 存罐309和臺座310。如所示出的，攪拌機301、 PLC 308和化學品儲存 罐309設置在臺座310上。如上所述，攪拌機301包括進料器302、閘門 302和混合部分304。固體通過運輸管線311可被供給至攪拌機301中， 并且流體可通過進口 306連通至攪拌機301。在制備漿狀物之后，漿狀物 可通過出口 307從攪拌機301出來。
在本實施例中，干燥的鉆屑從運輸管線311供應至進料器302中， 并且流體通過進口 306注入到混合部分304中。設置在混合部分304中 的葉輪(未顯示)根據由通過控制線路313電連接至攪拌機301的 PLC308提供的指令激發流體。來自PLC 308的指令可包括如上所述的時 間間隔控制指令或另外地可通過攪拌機302調節漿狀物的混合。在流體 根據適合的指令在混合部分304中被激發時，通過打開的閘門303添加 干燥的鉆屑，以使得鉆屑從進料器302流入到包含在混合部分304中的 激發的流體中。在這種攪拌期間，PLC 308可進一步提供指令至攪拌機 301、化學品儲存罐309或可選擇地設置在其之間的泵(未顯示)，用于控制制造漿狀物的化學品流動到混合部分304中。本領域普通技術人員
將會理解，制造漿狀物的化學品可替換地在注入到混合部分304之前被 添加至流體或在注入鉆屑到混合部分304中之前被添加至進料器302。如 所顯示地，通過流體連接化學品儲存罐309和混合部分304的化學品線 路312實現化學品添加劑的添加。
在一個實施例中，系統300在臺座310上可以是大致獨立的。臺座 310可以簡單地像金屬固定裝置一樣，系統300的部件固定連接在其上， 或在其它的實施例中，可包括大致包圍系統300的外殼。因為系統300 設置在臺座310上，在鉆井操作需要可以得益于再次注入的漿狀物中的 增加的固體含量的系統時，系統300可被輕易地運輸至工作地點(例 如，基于陸地的鉆塔、近海鉆塔或再次注入地點)。本領域普通技術人員 將理解，雖然系統300被顯示設置在鉆塔上，但是在特定的實施例中， 系統300可包括被單獨地設置在工作地點的完全不同的部件。因此，未 模塊化的系統，例如這些系統不包括臺座，仍然在本發明的范圍內。
現在參考圖4，顯示根據本發明的一個實施例的鉆屑制造漿狀物和再 次注入系統。在本實施例中，制造漿狀物的系統400流體連接至初級制 造漿狀物系統413和再次注入系統414。初級制造漿狀物系統413操作性 地制造包括體積小于20%的固體的漿狀物，制造漿狀物的系統400增加 漿狀物的固體含量至體積大于20%，再次注入系統414注入固體體積大 于20%的漿狀物至井眼415。
如之前描述的，制造漿狀物的系統400包括攪拌機401，攪拌機401 具有進料器402、閘門403和混合部分404。混合部分404包括葉輪405 以便于利用液體將固體制成漿狀物。攪拌機401還包括被配置用于接收 來自初級制造漿狀物系統413的液體流的進口 406和被配置流體連接攪 拌機401至再次注入系統414的出口 417。在本實施例中，干燥鉆屑從鉆 屑儲存容器416例如通過螺旋鉆或氣動轉移裝置被轉移。鉆屑儲存容器 的例子可包括鉆屑盒、ISO罐或如本領域已知的用于保持鉆屑的其它容 器。其它的結構部件可被包含在制造漿狀物的系統400中，包括例如磨 粉機用于減小鉆屑的尺寸和機械攪拌裝置用于混合和/或防止干燥的固體 凝結。在一個實施例中，初級制造漿狀物系統413包括鉆屑儲存容器417、 初級漿狀物制造混合器418和初級漿狀物儲存容器419。在操作中，來自 鉆屑儲存容器417的鉆屑注入到混合器418中，包含體積固體含量小于 20%的漿狀物被制造。漿狀物儲存在初級漿狀物儲存容器419中，并保持 在其中，直到需要在制造漿狀物的系統400中進一步地制造漿狀物和/或 固體增補。本領域普通技術人員將理解，在特定實施例中，鉆屑儲存容 器417可與鉆屑儲存容器416相同。并且在特定的實施例中，鉆屑儲存 容器416和417可包括多個容器或容器系統，其中，鉆屑可能已經根據 尺寸預先被分離。因此，在一個實施例中，注入來自鉆屑儲存容器416 或417中的任一個的鉆屑可包括基于尺寸(例如細或粗鉆屑)并且以特 定速度注入鉆屑以制造特定固體含量的漿狀物。
鉆屑再次注入系統414包括流體連接至制造漿狀物的系統400的進 口 420和靠近井眼415設置的注入泵421。本領域普通技術人員應當理解 泵421可包括高壓泵、低壓泵或對本領域普通技術人員是已知的能夠迫 使或能夠便于運輸流體至井眼中的其他抽吸裝置。另外，在特定實施例 中，由系統400產生的很高固體含量的漿狀物可能需要另外的壓力 (即，高壓泵)以便于向井下抽吸漿狀物。然而，在特定的實施例中，因 為向井下注入漿狀物可以是大致連續的，所以低壓泵可以是適合的以便 于注入。
在操作中，鉆屑從上游處理操作(例如振動分離器)注入到鉆屑儲 存容器417中。鉆屑在混合器418中與流體混合以產生初級漿狀物，初 級漿狀物的體積固體含量小于20%。本領域普通技術人員應當理解雖然 固體含量的大部分可包括從鉆屑儲存容器417供給的鉆屑，但在特定的 方面中，固體含量還可包括增重劑和/或化學添加劑，它們在上游處理操 作中未被移除或為了有利于漿狀物而添加的。
在初級漿狀物在混合器418中被制造之后，初級漿狀物被轉移至初 級漿狀物儲存罐419。漿狀物可以分批循環地制造，使得大量的漿狀物可 被制造并且之后被儲存。通常，如上所述，包括體積小于20%的固體的 漿狀物可被儲存一段時間而固體不與漿狀物的液相分離。然而，在特定 的實施例中，初級漿狀物儲存罐419包括攪拌器(例如機械攪拌裝置)可能也是有利的，用于確保初級漿狀物不分離成其組成成分。在特定的 方面中，初級漿狀物可被大致連續地制造，不是分批循環地制造，并且 在這樣的操作中，對攪拌裝置的需要可能不再是必需的。
在鉆井操作者決定開始鉆屑再次注入循環時，初級漿狀物被通過進
口 406注入到攪拌機401的混合部分404中。葉輪405激發初級漿狀 物，并且閘門403被打開以允許從進料器402添加鉆屑。在混合部分404 中的漿狀物的混合可如上所述地通過PLC來控制，并且可以包括添加來 自多種來源的化學品添加劑、水、海水、鹽水溶液、聚合物、細屑、粗 研磨物、干燥鉆屑和/或漿狀物。因此，在一個實施例中，復合攪拌系統 可允許二級攪拌機處理包括體積固體含量大于20%的漿狀物的流體。
體積固體含量大于20%的漿狀物之后通過出口 407從混合部分404 轉移出去。制造漿狀物的系統400的出口 407流體連接至鉆屑再次注入 系統414。在本實施例中，再次注入系統可以包括靠近井眼415設置的高 壓注入泵421。在高固體含量的漿狀物被制造漿狀物的系統400制造時， 注入泵421被開啟以抽吸漿狀物到井眼415中。本領域普通技術人員將 會理解，因為高固體含量的漿狀物的制造可能比初級漿狀物的制備慢， 所以注入過程可以是大致連續的。因此，如果鉆屑再次注入循環被開 始，那么它可能保持在大致連續的操作中，直到鉆井操作者終止操作。
另外地，攪拌機401的使用允許漿狀物中的固體含量保持更加均勻 地分離和懸浮。同樣地，即使再次注入過程被停止，如上所討論的固體 從懸浮中的分離可以被避免。
現在參考圖5，顯示了根據在此處公開的實施例的制造漿狀物和再次 注入系統500的示意表示圖。在本實施例中，系統500被顯示可以建立 在近海鉆塔上。最初，干燥鉆屑可收集在鉆屑儲存容器522中。鉆屑儲 存容器522可例如通過管道和/或氣動轉移線路523連接至另外的上游處 理設備。鉆屑儲存容器522還流體連接至水合系統524，使得在鉆井操作 者開始成批處理再次注入漿狀物時，干燥鉆屑在混合之前被水合作用。 水合可包括添加流體至鉆屑。流體可包括流體聚合物、水、海水、鹽水 溶液或包含在流體池525中的其它水合媒介。本領域普通技術人員將會 理解，在可替換的實施例中，流體可通過例如艙底泵直接從周圍環境供
18給。因此，在特定的實施例中，流體池525可以是不必要的。然而，如 所顯示的，流體池525流體連接至水合系統524和成分混合器526。成分 混合器526可被用于在注入到攪拌機501中之前混合流體、液體化學 品、干燥化學品或在制造漿狀物過程中使用的其它添加劑。
在來自流體池525的流體和來自鉆屑儲存容器522的鉆屑合并時， 它們被注入到初級漿狀物制造混合器518中。如所顯示的，系統包括兩 個漿狀物制造混合器518，然而，本領域普通技術人員應當理解，混合器 518的數量可根據預期的和需要的生產和再注入速度而改變。通常，通過 混合流體和鉆屑而制造的漿狀物將被轉移至一個或多個初級漿狀物儲存 罐519中。在特定的實施例中，在混合器518中制造漿狀物之前，另外 的干燥鉆屑可從二級儲存容器527中添加。如上所述地，在混合器518 中制造的初級漿狀物包括體積小于20%的固體含量。同樣地，在用于二 級漿狀物制造過程中之前，初級漿狀物可被儲存在初級漿狀物儲存罐519 中。
雖然顯示獨立于鉆屑儲存容器522，本領域普通技術人員將理解，二 級儲存容器527可包括干燥鉆屑或在特定實施例中，還可以是鉆屑儲存 容器522。然而，在一個方面中，二級儲存容器527可包括在漿狀物制造 過程中使用的干燥或液體聚合物或化學品，并且同樣地，可與混合器518 流體連通。
在鉆井操作者選擇開始鉆屑再次注入循環時，初級漿狀物如上所述 地與來自二級儲存容器527或成分混合器526中的任一個的另外的干燥 鉆屑和/或化學品一起注入到攪拌機501中。在可替換的實施例中，如之 前所述地固體可由鉆屑儲存容器522直接供給。固體和流體被混合以制 造包括體積固體含量大于20%的漿狀物。因此，在本發明的一個方面 中，在注入之前，最終的漿狀物由特定再次注入操作的需要確定可包括 大于20%的固體含量、40%的固體含量、50%固體含量或甚至更大的固體
在注入高固體含量的漿狀物之后，漿狀物流體連通至高壓泵528、低 壓泵或兩種類型的泵以便于轉移漿狀物到井眼中。在一個實施例中，泵 可以是彼此流體連通，以便控制漿狀物被注入到井下的壓力。然而，為了進一步控制漿狀物的注入，另外的部件(例如減壓閥530)可在漿狀物 在井眼中分散之前被增加至管路中。這樣的減壓閥可幫助控制注入過程 的壓力以增加操作的安全性和/或控制注入速度，以進一步增加注入過程
的效率。漿狀物之后被轉移至井下的管子531中，用于注入到井眼中。 井下的管子531可包括撓曲管線、已有的管道或在本領域是已知的用于 再次注入鉆屑到井眼中的其它管子。
有利地，在此處公開的實施例可以提供一種系統和方法，其允許制 造和注入高固體含量的漿狀物，用于在鉆孔地點處的再次注入操作。這 樣的包括大于漿狀物的體積的20%的固體部分的高固體含量漿狀物可允 許再次注入操作以比使用低固體含量的漿狀物更快地和更有效率地完 成。在漿狀物中的增加的固體含量還可以允許再次注入過程是大致連續 的，從而避免阻塞井眼、昂貴的再次鉆井操作或與現有的再次注入操作 相關的化學處理。另外，通過使得制造漿狀物的系統成為使用現有的鉆 塔和/或鉆孔地點基礎設備的模塊，本發明的實施例可以有利地減小用于 鉆屑注入設備的提升操作的量。這樣的操作可增加鉆井效率、減少鉆塔 的停工期、減小工作地點處的事故，并且另外減小與再次注入操作相關 的成本。
雖然參考有限數量的實施例對本發明進行了描述，但是本領域技術 人員得益于此處公開的內容，應當理解可以設計其它的不背離如在此處 公開的本發明的范圍的實施例。因此，本發明的范圍應當僅由隨附的權 利要求來限制。
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權利要求
1.一種用于將鉆屑制成漿狀物的模塊，包括臺座；可編程邏輯控制器，設置在所述臺座上；和攪拌機，設置在所述臺座上，所述攪拌機包括進料器，用于注入鉆屑；閘門，被設置為與所述進料器流體連通，用于控制所述鉆屑的流動；和葉輪，用于激發流體；其中，所述模塊被配置為可移除地連接至位于工作地點的鉆屑儲存容器。
2. 根據權利要求l所述的模塊，其中，所述攪拌機進一步包括出口 ；其中，所述出口被配置為與鉆屑注入系統流體連通。
3. 根據權利要求2所述的模塊，其中，所述可編程邏輯控制器提供用于大致連續地從所述鉆屑儲存容器注入漿狀物到井眼的指令。
4. 根據權利要求1所述的模塊，其中，所述可編程邏輯控制器包括用于從所述流體和所述鉆屑混合漿狀物的指令。
5. 根據權利要求4所述的模塊，其中，所述漿狀物包括體積大于20%的鉆屑。
6. 根據權利要求1所述的模塊，其中，所述流體是初級漿狀物。
7. 根據權利要求l所述的模塊，進一步包括與所述攪拌機流體連通的至少一個化學品儲存罐。
8. —種制造漿狀物的方法，包括步驟提供鉆屑至攪拌機，所述攪拌機包括進料器，用于注入所述鉆屑；閘門，被設置為與所述進料器流體連通，用于控制鉆井液的流動；禾口葉輪，設置在所述攪拌機中用于激發流體；提供流體至所述攪拌機；激發在所述攪拌機中的流體；將來自所述進料器的鉆屑注入到所述激發的流體中；和 在所述攪拌機中混合所述鉆屑和所述激發的流體以制造漿狀物； 其中，所述漿狀物包括體積大于20%的鉆屑。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中，鉆屑的注入由操作地連接至所述攪拌機的可編程邏輯控制器來控制。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中，所述可編程邏輯控制器調 節進入到所述攪拌機中的鉆屑的流量。
11. 根據權利要求9所述的方法，其中，所述可編程邏輯控制器調節 進入到所述攪拌機中的流體的流動。
12. 根據權利要求9所述的方法，其中，所述可編程邏輯控制器根 據漿狀物的測量密度自動調節進入到井眼中的漿狀物的注入。
13. 根據權利要求8所述的方法，其中，所述漿狀物包括體積大于 40%的鉆屑。
14. 根據權利要求8所述的方法，其中，所述流體包括初級漿狀物。
15. 根據權利要求8所述的方法，其中，所述流體包括由水、聚合 物和鹽水溶液構成的組中的至少一種。
16. —種鉆屑再次注入的方法，包括 在攪拌系統中制造包括體積大于20%的鉆屑的漿狀物； 從攪拌系統抽吸漿狀物至鉆屑注入系統中；和 從鉆屑系統注入漿狀物到井眼中。
17. 根據權利要求15所述的方法，進一步包括 用可編程邏輯控制器調節漿狀物的注入。
18. —種漿狀物制造系統，包括 鉆屑儲存容器；和流體連接至所述鉆屑儲存容器的模塊，所述模塊包括臺座；禾口攪拌機，所述攪拌機包括進料器，用于注入鉆屑；閘門，被設置為與所述進料器流體連通，用于控制所述鉆屑的流動；和葉輪，設置在所述攪拌機中用于激發流體；其中，所述模塊流體連接至初級漿狀物制造系統。
19. 根據權利要求18所述的系統，其中，所述模塊進一步包括操作地連接至所述攪拌機的可編程邏輯控制器。
20. 根據權利要求18所述的系統，其中，所述模塊進一步包括與所述攪拌機流體連通的流體儲存池。
21. 根據權利要求18所述的系統，其中，所述流體包括初級漿狀物。
22. 根據權利要求21所述的系統，其中，所述攪拌機被配置以由所述鉆屑和所述初級漿狀物產生包括體積大于20%的鉆屑的漿狀物漿狀物。
全文摘要
一種用于將鉆屑制成漿狀物的模塊，包括臺座、設置在臺座上的可編程邏輯控制器和攪拌機。所述攪拌機包括用于注入鉆屑的進料器、被設置與進料器流體連通用于控制鉆屑的流動的閘門和用于激發流體的葉輪，其中，模塊被配置為可移除地連接至位于工作地點處的鉆屑儲存容器。另外，一種鉆屑再次注入的方法，包括在攪拌系統中制造包括體積大于20％的鉆屑的漿狀物，并從攪拌系統抽吸漿狀物至鉆屑注入系統。所述方法進一步包括從鉆屑注入系統注入漿狀物到井眼中。
文檔編號B63B27/00GK101600849SQ200880003706
公開日2009年12月9日 申請日期2008年1月31日 優先權日2007年1月31日
發明者弗朗西斯科·弗萊格夏 申請人:M-I有限公司