專利名稱：輸送未經處理的鉆屑的系統、罐和輸出裝置的制作方法
本申請涉及用于輸送未經處理的鉆屑的系統。“未經處理的”意指鉆屑沒有經過任何為了使其用于運輸而進行的有效處理，如通過添加液體。
在石油和天然氣的開采過程中，鉆探礦井會產生大量鉆屑。這些鉆屑包括巖石、水和在鉆探過程中用作添加劑的各種化學物質的殘余物。鉆屑還包含碳氫化合物，如油類。
最初的時候，鉆屑會在海床上被簡單處置。但是，研究人員已經發現鉆屑會嚴重破壞環境，且尤其對深海魚類的產卵造成非常大的影響。因此，今天許多國家不再允許將鉆屑傾到在易受影響的地區的海床上。這樣，鉆屑必須被運到海岸進行處理或可選擇地，進行研磨或重新注入。在海岸上，采用環境友好的方式處理鉆屑。還包括好幾種處理方法，其中一部分鉆屑在處理掉剩余的廢水之前，可以進行商業利用。
有許多系統用來將鉆屑與井下鉆探液體分離。其例子描述在專利N0311232、N0312915、N019985493、N019991798、US2001/0039887、GB2350851中。
從WO 01/38648也可獲知一種用于從海床移走傾到的鉆屑的系統。
目前用于輸送的系統是高勞動密集型的且參與到該系統的起重機數量通常不令人滿意，尤其是不滿意鉆探設備的數量。供給船上的系統也是勞動密集型的而且占地方。對能以令人滿意的方式輸送甲板下未經處理的鉆屑的系統還沒有提出新的提議。目前，最普遍的輸送模式是鉆屑填充進鉆井平臺(或船)上的開口料車內，就像US5971084、US20032400(相應于US6585115)，WO03/095789和NO19995270描述的一樣。接著，料車被起重機升起到供給船上。然后，料車被輸送到供給船甲板上的海岸接收廠。這種甲板輸送被認為是不安全的。如果供給船遇到暴風雨的天氣，那么料車就會有被海水吞沒的危險，這要么因有意而為之的緊急傾到，要么因工作疏忽所致。因此非常期望能夠輸送甲板下的鉆屑。
鉆屑是非常粘的。已經嘗試過采用在含有攪拌器的罐內輸送鉆屑以使鉆屑盡可能地保持液態。然而，這會造成鉆屑部分地轉變成類似混凝土的混合物，而這不能被泵輸送。料車的輸送沒有太大的意義，因為料車或多或少都可以通過將它們倒置而倒空。然而，當使用船罐時，這是不可能的，石質化的鉆屑被證明幾乎不可能移走。也已經提出添加液體為了保持鉆屑液態。然而，這并不能解決問題，除此之外，大量的液體也必須被輸送。上面的例子描述在US6345672和GB2330600中。
NO20021070提出了采用拖曳在船后的罐來輸送鉆屑。如果罐被脫開漂走，必然帶來污染的風險。
雖然US6345672和GB2330600提出了解決問題的方法，但本發明仍基于使用設置在甲板下，例如供給船的甲板下的罐來輸送鉆屑。不同于以往的嘗試，本發明的研究得出這樣的結論罐和輸出機構的設計對鉆屑是否能從罐被輸送有很大的影響。當試圖尋求輸送問題的解決辦法時，要么在實際的輸送過程中，要么當從罐供給鉆屑時，先進行攪拌已經證明對鉆屑的黏度具有很大負面影響。鉆屑攪拌的程度越大，鉆屑石質化程度越高。這是因為鉆屑內的顆粒被局部壓縮，造成了水的置換和顆粒密度的增加。因而，本發明的目的是最大程度地避免鉆屑的任何攪拌。
另一個可能的解決方案是在輸送之前干燥鉆屑以允許其以粉末形式被輸送。然而，這種干燥需要大量能源和時間來進行，導致船的平臺上所要求的用于存儲的空間增加。
為了成功實現上述目的，已經賦予了罐合適的設計，其中鉆屑以最小程度的攪拌被輸送向罐出口以及輸出機構被設計以使鉆屑在給料出料過程受到盡可能低程度的攪動。
根據第一個方面，本發明的總體構想包括罐、輸出機構、向下進入泵給料車的受控閘閥和管子。整個系統的實施將由后面的權利要求1所述的特征來實現。
本發明的第二個方面提供了用于輸送鉆屑的罐，其通過后面的權利要求5的特征部分所陳述的特征實現了預期的效果。
本發明的第三個方面提供了輸出機構，其通過后面的權利要求9的特征部分所陳述的特征實現了預期的效果。
優選地，泵具有獨立可變速的給料螺桿。還可以添加含有化學品的液體并進行鼓氣。
優選地，泵的操作和輸出過程受壓力、轉速和扭矩控制，且監測給料車內鉆屑的位置并避免干轉。
將參考附圖對本發明進行更詳細的說明，其中
圖1是含有根據本發明的鉆屑罐的船的一部分的縱向剖面圖；圖2是船部分和罐的頂視圖；圖3顯示了根據本發明的兩個罐，其具有關聯的輸出泵和管子；圖4顯示了根據本發明的輸出機構和用于根據本發明罐的輸出泵；圖5顯示了用于根據本發明罐的泵，以及根據本發明的給料車和閥；圖6顯示了通過根據本發明的輸出機構的剖面；圖7顯示了通過輸出機構一部分的更詳細的剖面圖；以及圖8顯示了用于根據本發明輸出機構的液壓圖和泵。
圖1和圖2分別顯示了船1的垂直剖面圖和水平剖面圖，其中設置了多個根據本發明的罐2。優選地，每一個罐具有圓形的橫截面，其上部分3是圓柱形的和下部分4形成具有側壁5的平截圓錐體，該側壁以約20°和40°之間的角度朝向圓形的平底6延伸。此罐的形狀是綜合考慮了充分利用現有的空間和輸出過程中設法使穿過罐2的底6上的開口運出物料時攪動最小的結果。通過將罐設計成具有長方形橫截面并使它們直的側壁相互倚住來實現最大程度地利用現有空間。但是這不會帶來物質的高效輸出，因為大量的物質仍將留在罐的下部角落里。圓柱形(例如，具有直的側壁)也會在罐的下部靠住側壁的地方留下物料。
最有效的輸出可以通過具有圓錐形的罐來實現，該圓錐形在其錐頂具有輸出開口。圓錐壁越陡，輸出過程越容易進行。但是，此類罐并不能充分利用現有的空間。
充分利用空間和獲得最佳輸出之間折衷考慮的結果是具有圓柱形的上部和圓錐形的下部。已經發現平截圓錐形會提供足夠的輸出容量，同時增加圓柱形部分可以利用的高度。
可以利用的整個高度H由船的底70(內部雙底)和甲板81之間的距離確定。此高度H從一條船到另一條船以及同一條船內部都是可以變化的。從此高度中扣除了罐以下的泵設備的整個高度h1。甲板81和頂部的貨物軌道80之間的高度是h2，其用于連接軟管、給料噴嘴或類似物。
罐的圓柱形部分3的直徑D最小應該是3米。使用比這還小的直徑并不是有利的。直徑不要超過船寬度的一半，因為這樣較不能充分利用現有的空間。目前，7米被認為是可實施的最大直徑。
為了確保令人滿意的待傳輸物料的輸出，輸出開口8的寬度(參見圖4)應該至少是300mm。但是，認為輸出開口大于600×800不能實施，因為很難設計開口比這還大，而同時又能承受罐內所含物料的重量的閥。此閥可以如圖顯示的長方形，可選擇圓形或橢圓形。
簡要的參考圖4，在其中顯示了緊靠平底6上面設置的輸出裝置10。在此圖中，未顯示罐壁5和上部分3。輸出裝置10將在下面詳細地說明，但這里將引用一事實，輸出裝置10通常具有占了罐2體積一小部分的圓錐形部分11。圓錐形部分的角度近似等于或比側壁5的角度更陡。由于此圓錐形11，僅有底6的外部接觸罐2內包含的物料。外部的寬度b應該幾乎等于開口8的寬度。開口8可以是長方形或圓形。
上面的限制將會確保幾乎獨一無二地定義罐的形狀。與此形狀不相同會導致不能較好地利用空間或使物料的輸出過程復雜化。
圖3更詳細地顯示了具有泵送設備12的兩個罐2。填料設備9顯示為與罐2的其中一個相連。可以從在鉆探平臺或鉆探船上一個或多個類似的罐進行填料。可選擇地，可以通過料車或大的裝料袋被到空進填料設備9上方的儲料器(未示出)進行填料。填料設備對供應船1上的所有罐來說可以是共用的且可以從一個罐移到另一罐，或者每一個罐有一個單獨的填料設備9。
泵送設備12將在下面得到更詳細的說明。物料從泵送設備12傳輸進管子或軟管13或者管子或軟管的組合件。管子或軟管13盡可能地沒有內徑變化。而且，其不應該有太多或過多的突然彎曲。這是為了避免水從鉆屑中被帶出，使通過管13輸送鉆屑變得困難。管13連接到海灘上的接收裝置(未示出)，其包括料車、大的裝料袋、罐或填埋場。
圖3還顯示了用于將空氣引入側壁5的系統14。其可以鼓風的方式進行，尤其是在輸出過程剛一開始的時候進行，為了使輸出裝置易于移動物料。
圖4顯示了輸出裝置10，緊靠平底6設置。它具有被設計成可以旋轉的圓錐體或圓頂結構11。優選地，圓錐體與罐的圓錐形部分4的側壁5的角度相同。在圓頂11上，有輸出臂15、16。兩個臂沿著圓錐體11向下延伸、沿著平底6延伸和沿著側壁5向上延伸。優選地，這些臂16被設置成沿直徑方向成相對向來平衡施加在輸出裝置上的力。還可以使用僅一個臂16或者使用超過兩個的臂16。臂15還沿圓錐體11向下延伸和沿底6延伸但終止在底6的圓周處。圓錐體11并不必須是圓錐形的，可以具有任何圓頂形以確保物料向下朝著平底6移動。
可以設置滑軌(未示出)為了減少臂和圓錐形部分的側壁之間的摩擦，該軌道基本在臂的旋轉方向延伸。
優選地，形成的臂，其前緣更靠近底，以便形成臂和底之間的間隙，該間隙朝臂后緣的方向擴大。這有助于避免臂和底之間顆粒的楔入。
圖4顯示了罐2的支撐梁17的一部分。
在輸出開口8的下面有帶閘閥19的軸18。閘閥19被認為是最適合本申請的閥類型，因為它能承受重量大的物料。軸18向下通向接收室20，接收室又通向分配泵，優選螺桿泵21。泵送系統將會參考圖5得到更詳細的說明。
正如上面所述，開口8可以通過閘閥19閉合。閘閥具有由傳動裝置23操作的擋板22。傳動裝置可以是如圖顯示的液壓氣缸。閘閥可以從完全閉合的位置打開到相對應于100％孔橫截面積的完全打開的位置，但還可以設想中間的位置以便控制物料從罐的輸出。
輸出主要通過調整閘閥開口來控制。卸出的物料量由泵21的容量來確定。鑒于此原因，接收室20內設置加料位置指示計(未示出)，其確保了當接收室內的加料位置到達某一高度時可以縮小閘閥開口。為了為高度測量留有空間，到接收室20的軸的水平長度大于閥19的水平長度。在底部，接收室20成為圓柱體形狀，其中設置給料螺桿(未示出)用于將鉆屑加入泵21中。清潔噴嘴可以安裝在接收室內(優選在上部)用于在卸空罐后將殘余的鉆屑沖洗出來。
可以使用其它類型的容積泵來代替螺桿泵21，例如雙活塞泵。可以利用目前泵送水泥的合適的雙活塞泵。
優選地，螺桿泵21和輸出裝置12以恒定的速度運轉。
分別操作泵21的給料螺桿可以是合適的。如上所述，優選地有兩個給料螺桿(未示出)；第一螺桿位于接收室內(如上所述)和第二螺桿設置在第一螺桿后，即，在實際的泵殼21內。第一螺桿的給料容量稍微大于第二螺桿的給料容量。這確保了第二螺桿的整個工作體積被填充，這減少了水從鉆屑中被帶出且鉆屑被壓縮為類似混凝土的物質的危險。已經有這種類型的泵，但是用作其它目的，與本發明不相同。優選地，給料螺桿靠液壓發動機直接驅動。這提供了強度、過大的壓力和扭矩保護，以及小的結構尺寸。使用的泵的下游優選由耐酸性的平滑鋼管形成(任選地，具有到軟管的過渡段)，其具有緩和的彎曲部以及具有盡可能少的橫截面變化。
試驗已經顯示其運行良好以使第一螺桿以超過第二螺桿50％的旋轉速度運行。這可以期望到某一程度，但造成粘度的增加并引起接收室一端堵塞風險的增加。如果包括第一螺桿的分離操作，螺桿的扭矩控制將是個參數。
提供了一設備24用于將液體和/或聚合物引入接收室20和泵殼21之間的過渡段。添加含有高達20％水和0.5％聚合物已經證明是有效的。注入軟肥皂可以替代添加的聚合物混合物。隨后鉆屑被搗碎并成高粘性的，但是如果給料充分，泵也能起到令人滿意的作用而無需添加聚合物。排出的物料太粘了不能流動，但仍可以通過不帶銳彎管的管線系統被泵送。泵內的阻力矩可以由傳感器測量以確定是否注入液體以及注入多少液體。
泵和管子被設置，以使其可以采用具有最大可能彎曲半徑的光滑孔的管子。管子內以及管子和軟管之間的尺寸變化應該被避免。對泵21來說，具有12bar的標稱壓力可能就足夠了。泵可以具有防護裝置避免空運行且具有磨損監測器。卸料管線/軟管的內徑在6″和8″之間是合適的。軟管的內部可以有塑料涂層以使其更光滑。優選地，船也配備這些軟管(例如，在繞線輪上)以避免使用光滑度不足或具有限制性的標準卸料軟管。
優選地，泵內有一壓力計用于監測泵內的壓力。
除了添加水和/或聚合物外，還可以注入空氣，優選在泵的一端注入，如25標明的一樣。以鼓風形式注入的空氣可以使物料的硬的凝固塊被打碎。還可以設想在卸料管線路中采用鼓風，為了有助于物料順著風出來。
輸出裝置10的作用是將物料輸送向輸出開口8。物料應該盡可能少的被輸出裝置10移走為了避免不必要的攪動。所有的輸出臂15、16掃過平的底6。其運載物料穿過平的底6部分并向上到輸出開口8。此外，兩個臂16掃過罐2的圓錐形邊5為了使物料向下朝向底6的運動更容易。如上所述，輸出開口8一直從圓錐形邊5的下緣向輸出機構的圓錐形部分11延伸。這將使鉆屑經過輸出開口8的運動最小化。理想地是，相同的物料不應該被沿著底6推動旋轉超過一圈。
將參考圖6和7對說明書進行更詳細的說明。這兩個圖顯示了帶臂15、16的圓錐形部分11。臂15、16和圓錐形部分11連接到轂(hub)30，，該又通過花鍵(splines)連接到驅動軸31。驅動軸31直接由固定在軸環33上的液壓發動機32驅動。軸環33從內圓錐體34懸垂下來，內圓錐體34又固定到罐2的底6。
在罐的底6的下面是密封空間36的蓋子35，空間36內放置發動機。此空間36是充油的。在驅動軸穿過軸環33的位置是唇形密封圈37，其在空間36的上部密封充油的空間36。
在一側的圓錐形部分11和轂30以及另一側的內圓錐體34和軸環33之間的間隙38(參見圖7)用空氣填充。這是為了避免罐中可能穿透進圓錐形部分11和內圓錐體34之間的物料一直穿透唇形密封圈37并引起對其的破壞。為了維持氣密封，在軸環33內設置通道39，通過該通道，受壓的空氣被輸到間隙38。
在顯示的實施例中，發動機32從下面安裝。然而，采用合適尺寸的引入開口，還是容易從上面安裝。
在轂30上面且由螺栓連接的是圓錐形的頂40。圓錐形頂40的作用是將物料引出到圓錐形部分11。在圓錐形頂40和轂30之間的連接段形成了螺栓環以便如果輸送過程中被輸送的物料需要攪拌的話，允許圓錐形頂被常規的攪拌臂代替。
圖8顯示了根據本發明輸送系統的液壓圖。罐被示意地標示為2，輸出裝置為10以及輸出裝置10的液壓發動機為32。該圖還顯示了用于閥體22的傳動裝置23和用于泵21的液壓發動機50。輸出裝置的發動機32受到卸料側的雙向閥51控制。這里還有節流閥52確保了輸出裝置啟動平穩。在泵21的旁邊還有減壓閥53。泵21的發動機50與輸出裝置10的發動機32連續相連，確保了這些發動機的速度總是相匹配。與發動機50相關，還設置了壓力傳感器54，扭矩限制器55和比例控制閥56。
液壓控制的閥體22的傳動裝置23與三通閥57和減壓閥58和59相安裝，減壓閥58和59呈相對方向。還設置了位置傳感器60。傳動裝置23可以獨立于發動機32和50被操作，且是控制來自罐2的輸出的最重要的裝置。
圖8還顯示了具有雙向閥61的壓縮空氣系統且其配備壓力傳感器62和溫度傳感器63。設置此系統用于將風鼓進泵內的物料為了阻止低粘度鉆屑的時候物料結成硬塊。
還設置了位置傳感器64，其測量泵進口室內的位置以及如果其他參數允許將增加給料速度。
上面描述了直接位于罐下面的泵送設備。然而，對具有從罐進入泵的垂直路徑的物料來說，這不是最重要的。泵還可以略微設置在罐的一側以允許物料以一角度流入泵內。通過以這種方式設置泵，來自兩個或多個罐的流動通道可以引向同一個泵。這允許減少泵和其相配套的設備的數目，節省了相當大的空間。泵的這種設置方式對低粘度鉆屑的情況特別有利。
到鉆探平臺，罐可以用于輸送，例如輸送到鉆探平臺或船的化學品。而輸出機構可以任選地被用作攪拌器，可以與上述的攪拌器臂一起使用。對所有的部件提供EX-保護是合適的以允許易燃性化學品的輸送。基于此原因，不優選電發動機。
權利要求
1.一種用于輸送未經處理的鉆屑的系統，包括用于在輸送過程中裝有鉆屑的罐，其特征在于所述罐設置在船上的甲板下面且包括所述罐底的輸出裝置，用于將所述鉆屑輸送向所述罐底的輸出開口，以及在比所述罐底更低的位置設置泵，用于接收所述鉆屑并使其穿過卸料管線前行，該卸料管線具有基本上不變的橫截面且其形狀被設置成使流經相同橫截面時靠近所述卸料管線內壁的流動速度基本相同。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于所述卸料管線由具有低摩擦系數的材料，如塑性材料形成或者所述卸料管線具有這種材料的內壁。
3.根據權利要求1或2所述的系統，其特征在于所述泵是容積泵。
4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于所述泵具有第一給料螺桿，所述第一給料螺桿的給料容量比下端的第二給料螺桿的給料容量大。
5.一種用在權利要求1所述的系統中的罐，其特征在于所述罐具有上部的基本上圓形的圓柱形部分和下部的平截部分，該下部終結于基本上平的底，所述基本上平的底包括一輸出開口，其從所述圓錐形部分的側壁延伸向與所述平的底基本上同心設置的內部圓頂或圓錐體。
6.根據權利要求5所述的罐，其特征在于所述圓頂或圓錐體由輸出裝置上的轂形成，其包括設置成旋轉的一個或多個臂以便將所述鉆屑輸送向所述輸出開口。
7.根據權利要求5或6所述的罐，其特征在于所述輸出開口具有閥，優選閘閥，其設置成呈現在完全閉合和完全打開之間的一些位置，為了控制所述鉆屑的輸出速度。
8.根據權利要求5、6或7所述的罐，其特征在于所述罐具有至少3米的最大直徑和不超過所述船可利用的內部寬度的一半，所述圓錐形部分的所述側壁具有20°和45°之間的角度，以及所述圓頂或圓錐體具有的角度被限制在相同的范圍內。
9.一種用在權利要求1所述的系統中的輸出裝置，其特征在于所述輸出裝置包括轂和從所述轂伸出的一個或多個臂，所述轂形成圓錐體或圓頂形且設置在所述罐底的中心，以及所述至少一個臂從所述轂延伸到所述底的圓周。
10.根據權利要求9所述的輸出裝置，其特征在于至少一個臂至少部分地沿著所述罐的圓錐形部分的側壁向上延伸。
全文摘要
用來輸送未經處理的鉆屑的系統，包括罐(2)。罐(2)設置在船(1)的甲板下面且在底(6)處具有輸出裝置(10)，以將鉆屑輸送向輸出開口(8)。在罐(2)的底的下面設有泵(21)以將鉆屑輸送穿過卸料管線(13)。卸料管線(13)具有基本上不變的橫截面且其形狀被設置成使在相同橫截面方向上靠近內壁的流體速度基本相同。罐(2)具有上部的圓柱形部分(3)和下部的平截部分(4)以及基本上平的底(6)。在平的底(6)上有一輸出開口(8)，其從平截部分(4)的側壁(5)延伸向內部的圓頂或圓錐體(11)。
文檔編號E21B41/00GK1922383SQ200480042064
公開日2007年2月28日 申請日期2004年9月29日 優先權日2004年1月29日
發明者安德斯·埃德 申請人:佩爾吉爾拉姆工程師有限公司