Способ удаления и извлечения маслянистого компонента из обломков выбуренной породы жидким СО2

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) СПОСОБ УДАЛЕНИЯ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ МАСЛЯНИСТОГО КОМПОНЕНТА ИЗ ОБЛОМКОВ ВЫБУРЕННОЙ ПОРОДЫ ЖИДКИМ СО 2(57) Способ удаления и извлечения маслянистого компонента из обломков породы, получаемых при бурении нефтяных скважин, посредством обработки обломков породы растворителем, сжимаемым до жидкого состояния, при давлении в интервале от 45 до 80 бар и при температуре, соответствующей величине насыщения. 16273 Данное изобретение касается способа обработки маслянистых обломков породы, выбуренной из нефтяных скважин. Более конкретно, данное изобретение относится к способу удаления и извлечения маслянистого компонента из выбуренной породы, что позволяет осуществлять одновременное выделение выбуренной породы из класса опасных отходов. Термин обломки выбуренной породы,используемый в описании и формуле изобретения данной заявки, обозначает смешанный с буровым шламом раздробленный материал, получаемый при бурении. Таким образом, эти обломки выбуренной породы представляют собой текучую среду,реологические свойства которой типичны для водных суспензий с высоким содержанием твердого вещества, таких как шлам или взвесь. Известно, что назначением бурового шлама является укрепление стенок ствола нефтяной скважины, защита металлических деталей от коррозии, охлаждение и смазка долота при бурении. Шлам, который может иметь водную или маслянистую основу, также создает давление для сохранения целостности геологической формации и его назначением является вынос на поверхность обломков породы, получаемых при разработке грунта долотом. Маслянистый шлам состоит,например, из минерального масла, барита,бентонита и других добавок, таких как эмульгирующие агенты и полимеры. В прежние времена обломки выбуренной породы, поступающие главным образом с оснований для морского бурения, сгружали в море,нанося недопустимый вред окружающей среде. Значительные проблемы также возникали при рассеивании их по земле. Для удаления нефтешлама из обломков породы применяли различные методы, среди которых системы промывки детергентами, системы тепловой обработки и дистилляции. Основные недостатки этих способов связаны, соответственно, с низкой эффективностью, ограниченной безопасностью,особенно в случае работ на море, высокой стоимостью и сложностью конструкции установки. Со ссылкой на сверхкритические процессы было предложено использование сжимаемого растворителя для извлечения масла из обломков выбуренной породы при условии приемлемых остаточных уровней концентрации в твердой фазе,т.е. приведение текучей среды при обработке обломков породы к состоянию свыше критического. В заявке .. (2000)63126 () Сверхкритическая СО 2 экстракция в применении к маслянистым обломкам выбуренной породы применение диоксида углерода (СО 2) не является конкурентоспособным с экономической точки зрения. Также установлено, что процесс обработки,осуществляемый СО 2 при сверхкритических условиях, сильно зависит от физико-химических свойств обломков породы, что подвергает риску возможность эффективного удаления с точки зрения 2 извлечения масла и остаточной концентрации его в твердой фазе. Заявитель обнаружил, что маслянистую часть обломков породы, получаемых при бурении нефтяных скважин, можно удалить экстракционным способом, при котором используют в качестве растворителя СО 2 в жидком состоянии при этом получают масло со свойствами, аналогичными свойствам продукта из бурового раствора, которое при введении подходящих добавок можно использовать повторно при других операциях бурения, в то время как твердую часть (обломки породы) можно возвращать в окружающую среду или отправлять на традиционные отвалы. Что касается СО 2 в так называемом сверхкритическом состоянии или за пределами критической точки, то применение СО 2 в жидком состоянии имеет следующие преимущества- более низкая дегидратация твердой фазы и,следовательно, более низкое поступление воды,подлежащей отправке на обработку- снижение стоимости установки с точки зрения оборудования и системы трубопроводов благодаря ограниченным рабочим давлениям. Кроме того, маслянистая фракция, удаляемая с применением сжимаемой текучей среды, полностью извлекается по окончании процесса, при этом она не загрязняется технологическими растворителями и может быть использована вновь при последующей обработке после процесса очистки и/или добавления соответствующих добавок. Применение в качестве растворителя текучей среды, не вызывающей связанных с загрязнением проблем, такой как СО 2, находится в соответствии с возрастающими требованиями по охране окружающей среды в виду безопасной природы такой текучей среды, а также благодаря абсолютному отсутствию в данном способе загрязняющих отходов. В соответствии с этим цель данного изобретения связана со способом очистки маслянистых обломков породы, получаемых при бурении нефтяных скважин,и одновременного извлечения маслянистого компонента, при этом способ включает следующие операции а) обработка указанных обломков породы СО 2 в жидком состоянии при давлении в интервале значений от 45 до 80 бар и при температуре,соответствующей значению насыщения операцию проводят при непрерывной подаче находящегося в жидкой фазе растворителя в сосуд, содержащий обломки породы, в пропорции от 2 до 20 к массе обломков породы б) отделение жидкой фазы (раствора) из твердой фазы, причем твердую фазу оставляют в сосуде для обработки в) понижение давления раствора, получаемого на операции (б), отделение маслянистой фазы и рециркуляция СО 2, находящегося в паровой фазе,при этом маслянистая фаза стекает, и ее извлекают из расширительного сосуда 16273 г) сжатие и охлаждение парообразного СО 2 и его подача рециклом на операцию (а) после возможного переохлаждения. Более конкретно данное изобретение описано в прилагаемой формуле изобретения. Способ по данному изобретению имеет значительные преимущества как с экономической,так и экологической точек зрения. Обломки выбуренной породы, относимые согласно текущему законодательству к опасным отходам, обладают такими свойствами, что после обработки становятся совместимыми с окружающей средой, а удаляемую маслянистую часть при добавлении возможных добавок можно использовать повторно в качестве бурового шлама. В условиях способа и при условиях окружающей среды используемый растворитель является инертным. Способ осуществляют в замкнутом цикле при полном рецикле СО 2. Способ,являющийся целью данного изобретения, включает применение маломерных механизмов и, следовательно, также пригоден для применения в море. Более того, с экономической точки зрения оказывается, что данный способ очень интересен в случае альтернативных процессов на суше. Далее с чисто иллюстративной целью приведен пример,касающийся удаления маслянистой фракции из традиционных обломков породы. Пример Типичное воплощение способа, являющегося целью данного изобретения, приведено в виде блоксхемы на прилагаемом чертеже. Подлежащие обработке обломки породы загружают в экстрактор (3) в соответствии с известными методиками. Для ограничения обломков породы по потоку перед экстрактором и после него расположены фильтрующие перегородки,обычно изготавливаемые из пористой стали. После того, как экстрактор закрывают, в него из накопительного резервуара (1) под давлением подают СО 2 в паровой фазе. Подачу СО 2 под давлением можно осуществлять из впускного отверстия, расположенного на дне сосуда, или из впускного отверстия, расположенного в верхней части как правило, оно расположено на дне. При достижении давления, значение которого близко к давлению в накопительном резервуаре,подачу паров прекращают, и в экстрактор попрежнему из накопительного резервуара подают СО 2 в жидкой фазе. Полное заполнение реактора осуществляют,вводя в действие объемный насос, расположенный по потоку выше экстрактора, и всасывая жидкий СО 2 из накопительного резервуара. Жидкий СО 2 распределяется непосредственно в обломках породы, растворяя маслянистую фракцию. Следуя аналогичной процедуре, во всех частях установки создают повышенное давление. Фаза удаления начинается при непрерывной подаче жидкого СО 2 в экстрактор при помощи насосной системы, при этом экстрактор находится в соответствии с потоком растворителя. Выходящий из экстрактора жидкий раствор,состоящий из растворителя - СО 2 и растворенной маслянистой фракции, протекает через клапан (4) расслоения),подвергаясь декомпрессии до более низкого давления. Таким образом, маслянистую фракцию непрерывно удаляют из обломков породы. Смесь жидкости и пара, которая образуется после расслоения, подают на теплообменник (5),назначением которого является переведение СО 2 растворителя, формирующего смесь, в паровую фазу, в результате чего маслянистая фракция отделяется от потока в виде жидкой фазы. Смесь парообразного СО 2 и жидкой маслянистой фазы пропускают через сепаратор (6) циклонного действия или через ряд последовательно расположенных сепараторов гравитационного и циклонного действия для достижения полного отделения жидкой маслянистой фракции от потока парообразного СО 2. Конфигурацию секции отделения можно завершить дополнительным разделительным фильтром. Жидкая маслянистая фракция собирается на дне сепаратора или сепараторов, откуда ее удаляют через отверстие периодического действия посредством клапана, расположенного на дне каждого сепаратора. Выходящий из сепаратора СО 2 в аэрированной парогазовой фазе охлаждают и конденсируют (8) и возвращают в накопительный резервуар (1), откуда после переохлаждения (2) его используют для возобновления цикла экстракции. Что касается цикла удаления, перемещение растворителя осуществляют объемным насосом (7),который всасывает жидкость, выходящую из накопительного резервуара (1), и сжимает ее до значения,соответствующего давлению в накопительном резервуаре. Фазу удаления продолжают вплоть до достижения требуемых параметров извлечения, под которыми понимают долю удаляемой маслянистой фракции по отношению к ее исходному содержанию в обломках породы (удаляемая доля), или долю удаляемой маслянистой фракции по отношению к количеству обрабатываемых сырьевых обломков породы (доля выхода). Временной параметр процесса удаления обеспечивают отношением используемого количества СО 2 к единице массы обрабатываемых обломков породы. Это массовое отношение,находящееся в интервале от 4 до 30 и обычно составляющее 10, зависит от параметров процесса,типа применяемого растворителя и типа обрабатываемых обломков породы. При прерывании фазы удаления из-за остановки непрерывной подачи потока СО 2 экстрактор отсоединяют, и содержащийся в нем растворитель извлекают, применяя вспомогательный компрессор,который необходим на этой фазе для сжатия паров 3 16273 до давления, соответствующего давлению в накопительном резервуаре. После конечной фазы сброса давления до атмосферного его значения и последующего извлечения,согласно известным способам,Текучий растворитель Тип обломков породы Исходное содержание масла Давление экстракции Температура экстракции Отношение СО 2 к обломкам породы Конечное содержание масла Степень удаления масла ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ очистки маслянистых обломков породы, получаемых при бурении нефтяных скважин,и одновременного извлечения маслянистого компонента, включающий следующие операции) смешивание указанных обломков породы с СО 2 в жидком состоянии при давлении в интервале значений от 45 до 70 бар и при температуре,соответствующей значению насыщения,и растворение маслянистой фракции обломков породы) удаление жидкой фазы (раствора) из твердой фазы (обломки породы)) понижение давления до 30-60 бар и нагревание раствора, получаемого на операции ,и извлечение стекшей маслянистой фракции и СО 2 в паровой фазе) охлаждение и конденсация технологического О 2 и подача его рециклом на операцию (а) после возможного переохлаждения. 2. Способ по п.1, в котором операцию смешивания обломков породы и операцию отделения маслянистой фракции осуществляют при температуре, близкой к значению насыщения обработанных обломков породы следует фаза извлечения СО 2. В результате осуществления приведенного выше исследования получены следующие данные Диоксид углерода (СО 2) Стандартный 9,568 бар 20 С 9 кг/ кг 1,090 жидкой фазы. 3. Способ по любому из пп.1-2, в котором степень переохлаждения жидкого СО 2 находится в интервале от 0 до 5 С. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором жидкий СО 2 подают в экстракционный сосуд в пропорции от 2 до 20 к массе обломков породы. 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором перемещение жидкого СО 2 осуществляют с применением объемного насоса, расположенного между накопительным резервуаром и экстрактором. 6. Способ по любому из пп.1-5, в котором экстрагированную маслянистую фазу отделяют с применением одного или более неавтономного сепаратора. 7. Способ по п.6, в котором секция отделения состоит из единственного сепаратора циклонного действия. 8. Способ по п.6, в котором секция отделения состоит из двух сепараторов, причем первый является инерционным сепаратором, второй сепаратором циклонного действия. 9. Способ по любому из пп.6-8, в котором фильтр для отделения захваченной жидкости располагают по потоку ниже секции отделения.