Способ удаления и извлечения маслянистого компонента из обломков выбуренной породы

(51) 09 С 1/02 (2006.01) С 10 1/04 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) СПОСОБ УДАЛЕНИЯ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ МАСЛЯНИСТОГО КОМПОНЕНТА ИЗ ОБЛОМКОВ ВЫБУРЕННОЙ ПОРОДЫ(57) Способ удаления и извлечения маслянистого компонента из обломков породы, получаемых при бурении нефтяных скважин, посредством обработки таких обломков породы растворителем, который можно сжать до жидкого состояния, при давлении в интервале от 45 до 80 бар и при температуре, соответствующей величине насыщения. 16803 Данное изобретение касается способа обработки маслянистых обломков выбуренной породы. 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 головки бура при бурении. Шлам, который может иметь волную или маслянистую основу, также создаст давление для сохранения целостности геологической формации и его назначением является вынос на поверхность обломков породы, получаемых при разработке грунта головкой бура. Маслянистый шлам состоит, например, из минерального масла, барита, бентонита и других добавок, таких как эмульгирующие агенты и полимеры. В прежние времена обломки буровой 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 применяют различные методы, среди которых отличают 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,т.е. приведение текучей среды при обработке обломков породы к состоянию свыше критического,было предложено использование сжимаемого растворителя для извлечения масла из обломков выбуренной породы при условии приемлемых остаточных уровней его концентрации в твердой фазе. 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 извлечения масла и остаточной концентрации его в твердой фазе. 2 Заявитель обнаружил, что маслянистую часть обломков породы, получаемых при бурении нефтяных скважин, можно удалить экстракционным способом, при котором используют в качестве растворителя текучую среду, сжимаемую до состояния жидкости, при этом получают масло со свойствами,аналогичными свойствам состава бурового раствора, и 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 сжимаемой текучей среды, приводимой к так называемому сверхкритическому состоянию, или за пределы критической точки, то применение сжимаемого растворителя в жидкой фазе имеет следующие преимущества- эффективность извлечения масла сравнима с таковой, достигаемой с применением текучей среды в сверхкритическом состоянии, за исключением СО 2, работая, тем не менее, при более низких давлении и температуре- 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. Более того, применение рабочей схемы, указанной ниже в качестве термокомпрессионного процесса, значительно снижает энергопотребление, позволяя понизить стоимость обработки до конкурентоспособного уровня по сравнению с утвердившимися технологиями. 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. Наконец, предварительная обработка твердой загрузки, проводимая посредством смешивания с инертным материалом,позволяет преодолеть ограничения способа, лимитирующие его осуществимость. Применение в качестве растворителя текучей среды, не вызывающей связанных с загрязнением проблем, находится в соответствии с возрастающими требованиями но охране окружающей среды благодаря безопасной природе такой текучей среды и также благодаря абсолютному отсутствию в данном способе загрязняющих отходов. Ограничения при применении указанных растворителей можно преодолеть, используя физикохимические свойства растворителей таким образом,что растворитель переходит от термодинамического в термокомпрессионный цикл, характеризуемый умеренными рабочими давлениями и низким потреблением энергии. В соответствии с этим, цель данного изобретения связана со способом очистки маслянистых обломков породы, получаемых при бурении нефтяных 16803 скважин, и одновременному извлечению маслянистого компонента, при этом способ включает следующие операции а) смешивание обломков породы с 10-40 мас. инертного материала в пересчете на общее количество, причем инертный материал предпочтительно состоит из обломков породы уже обработанных и,таким образом, частично поступающих рециклом б) обработка указанных обломков породы растворителем, сжимаемым до жидкого состояния, при давлении в интервале значений от 45 до 80 бар и при температуре, соответствующей значению насыщения операцию проводят при непрерывной подаче растворителя в жидкой фазе в сосуд, содержащий обломки породы, при этом растворитель подают в пропорции от 2 до 20 к массе обломков породы в) отделение жидкой фазы (раствора) от твердой фазы, причем твердую фазу оставляют внутри сосуда для обработки г) понижение давления раствора, получаемого на операции (в), отделение маслянистой фазы и рециркуляция растворителя, находящегося в паровой фазе, при этом маслянистую фазу выгружают и извлекают из расширительного сосуда д) сжатие и охлаждение парообразного растворителя, 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 фазу 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 растворителя. В термокомпрессионном цикле для сжатия растворителя до парогазообразного состояния применяют компрессор, а фазовые переходы технологической текучей среды происходят благодаря взаимному обмену энергией, т.е. благодаря взаимному обмену теплоты парообразования и конденсации. Способ, являющийся целью данного изобретения, включает применение маломерных механизмов и, следовательно, также пригоден для применения на море. Более того, оказывается, что с экономической точки зрения данный способ очень интересен в случае альтернативных процессов на суше. Далее, с чисто иллюстративной целью, приведены примеры, касающиеся удаления маслянистой фракции из обломков породы, причем примеры касаются двух различных процессов, а именно термокомпрессионного цикла и классического цикла. Пример 1. Термокомпрессионный цикл Типичное воплощение способа, являющегося целью данного изобретения, приведено в виде блоксхемы на прилагаемой фиг.1, со ссылкой на термокомпрессионный способ. Подлежащие обработке обломки породы тщательно смешивают с определенным количеством инертного материала, при этом их доля в процентах составляет от 10 до 40 мас., обычно 20 мас Полученную массу затем загружают в камеру давления, причем указанный экстрактор (3) известен в технике. Для удерживания обломков породы экстрактор снабжен фильтрующими перегородками,расположенными вверх и вниз по потоку и обычно изготавливаемыми из пористой стали. После того, как экстрактор закрывают, в него из накопительного резервуарапод давлением подают растворитель в паровой фазе. Подачу растворителя под давлением можно осуществлять из впускного отверстия, расположенного на дне сосуда, или из впускного отверстия, расположенного в верхней части как правило, подачу осуществляют со дна. При достижении давления, значение которого близко давлению в накопительном резервуаре, подачу паров прекращают, и в экстрактор попрежнему из накопительного резервуара подают растворитель в жидкой фазе. Подачу растворителя под давлением можно осуществлять из впускного отверстия, расположенного на дне сосуда, или из впускного отверстия, расположенного в верхней части как правило, подачу осуществляют со дна. Полное заполнение реактора осуществляют, вводя в действие объемный компрессор (7), расположенный по потоку ниже экстрактора, всасывая пары из экстрактора и нагнетая жидкость из накопительного резервуара. Жидкость тщательно распределяется в обломках породы, растворяя маслянистую фракцию. Следуя аналогичной процедуре, во всех частях установки создают повышенное давление. Фаза удаления начинается при непрерывной подаче жидкости в экстрактор при помощи насосной системы (на схеме не указана), при этом экстрактор находится в соответствии с потоком растворителя. Выходящий из экстрактора жидкий раствор, состоящий из растворителя 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 растворителя, формирующего смесь, в паровую фазу, в результате чего маслянистая фракция отделяется от потока в виде жидкой фазы. Смесь парообразного растворителя и жидкой маслянистой фазы пропускают через сепаратор (6) циклонного действия, или через ряд последовательно расположенных сепараторов гравитационного и циклонного действия, для достижения полного от 3 16803 деления жидкой маслянистой фракции от потока парообразного растворителя. Конфигурацию секции отделения можно завершить дополнительным разделительным фильтром. Жидкая маслянистая фракция собирается на дне сепаратора или сепараторов, откуда се удаляют через отверстие периодического действия посредством клапана, расположенного на дне каждого сепаратора. Выходящий из секции отделения растворитель в аэрированной парогазообразной фазе охлаждают и конденсируют (8), и возвращают в накопительный резервуар (1), откуда, после переохлаждения (2), его повторно используют в цикле экстракции. Что касается термокомпрессионного цикла, перемещение растворителя осуществляют посредством объемного компрессора (7), который всасывает пары, выходящие из секции (6) отделения, и сжимает их до значения, соответствующего давлению в накопительном резервуаре. Фазу удаления продолжают до достижения требуемого параметра извлечения, под которыми понимают долю удаляемой маслянистой фракции по отношению к ее исходному содержанию в обломках породы (удаляемая доля), или долю удаляемой масТекучий растворитель Тип обломков породы Содержание инертного продукта Исходное содержание масла Давление экстракции Температура экстракции Отношение СО 2 к обломкам породы Конечное содержание масла Степень извлечения масла Пример 2. Классический цикл Типичное воплощение способа согласно классическому процессу, являющегося целью данного изобретения, приведено в виде блок-схемы на прилагаемой фиг. 2. Подлежащие обработке обломки породы тщательно смешивают с определенным количеством инертного материала, при этом их доля в процентах составляет от 10 до 40 мас., обычно 20 мас Полученную массу затем загружают в экстрактор (3) как это известно в данной области техники. Экстрактор аналогичен экстрактору, используемому в термокомпрессионном цикле. После того, как экстрактор закрывают, в него,как в примере 1, из накопительного резервуара (1) под давлением подают растворитель в паровой фазе. При достижении давления, значение которого близко давлению в накопительном резервуаре, подачу паров прекращают, и в экстрактор попрежнему из накопительного резервуара подают растворитель в жидкой фазе. В этом случае полное заполнение реактора также осуществляют, вводя в действие объемный насос, расположенный по потоку выше экстрактора, и всасывая жидкость из накопительного резервуара. 4 лянистой фракции по отношению к количеству обрабатываемых сырьевых обломков породы (доля выхода). Временной параметр процесса удаления обеспечивают отношением используемого количества растворителя в расчете на единицу массы обрабатываемых обломков породы. Это массовое отношение,находящееся в интервале от 2 до 30, и обычно составляющее 8, зависит от параметров процесса, типа применяемого растворителя и типа обрабатываемых обломков породы. При прерывании фазы удаления из-за остановки непрерывной подачи потока растворителя, экстрактор отделяют, и содержащийся в нем растворитель извлекают, применяя технологический компрессор,или вспомогательный компрессор. Растворитель возвращают в накопительный резервуар. После конечной фазы сброса давления до атмосферного его значения и последующего извлечения,согласно известным способам, обработанных обломков породы, следует фаза извлечения растворителя. В результате осуществления приведенного выше исследования получены следующие данные Диоксид углерода (СО 2) стандартный 25 9,5 64 бар 20 С 6 кг/кг 0,8 90 Жидкость тщательно распределяется в обломках породы, растворяя маслянистую фракцию. Следуя аналогичной процедуре, во всех частях установки создают повышенное давление. Фаза удаления начинается при непрерывной подаче жидкости в экстрактор при помощи насосной системы,при этом экстрактор находится в соответствии с потоком растворителя. Выходящий из экстрактора жидкий раствор, состоящий из растворителя и растворенной маслянистой фракции, протекает через клапан (4) расслоения( ), подвергаясь декомпрессии до более низкого давления. Таким образом, маслянистую фракцию постоянно удаляют из обломков породы. Смесь жидкости и пара, которая образуется после расслоения, подают на теплообменник (5), назначением которого является переведение растворителя, формирующего смесь, в паровую фазу, при этом маслянистая фракция отделяется от потока в виде жидкой фазы. Смесь парообразного растворителя и жидкой маслянистой фазы пропускают через сепаратор (6) циклонного действия, или через ряд последовательно расположенных сепараторов гравитационного и циклонного действия, для достижения полного от 16803 деления жидкой маслянистой фракции от потока парообразного растворителя. 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 секции отделения растворитель в аэрированной парогазообразной фазе охлаждают и конденсируют (8), и возвращают в накопительный резервуар (1), откуда, после переохлаждения (2), его используют на возобновления цикла экстракции. Что касается классического цикла удаления,перемещение растворителя осуществляют посредством объемного насоса (7), который всасывает жидкость, выходящую из накопительного резервуара(1), и сжимает ее до значения, соответствующего давлению в накопительном резервуаре. Фазу удаления продолжают до достижения требуемого параметра извлечения, под которым 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 обТекучий растворитель Тип обломков породы Содержание инертного продукта Исходное содержание масла Давление экстракции Температура экстракции Отношение СО 2 к обломкам породы Конечное содержание масла Степень извлечения масла ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ очистки маслянистых обломков породы, получаемых при бурении нефтяных скважин, и одновременного извлечения маслянистого компонента, включающий следующие операции а) смешивание обломков породы с инертным материалом б) смешивание указанных обломков породы с растворителем, сжимаемым до жидкого состояния,при давлении в интервале значений от 45 до 80 бар и при температуре, соответствующей значению насыщения, с растворением маслянистой фракции обломков породы в) удаление жидкой фазы (раствора) из твердой фазы (обломки породы) г) понижение давления и нагревания раствора,получаемого на операции (а), с извлечением стекшей маслянистой фракции и растворителя в паровой фазе д) охлаждение и конденсацию технологического растворителя, и его подача рециклом на операцию (а) после возможного переохлаждения. 2. Способ по п.1, в котором смешивание обломков породы производят при давлении в интервале от рабатываемых сырьевых обломков породы (доля выхода). Временной параметр процесса удаления обеспечивают отношением используемого количества растворителя 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 растворителя, экстрактор изолируют, и содержащийся в нем растворитель извлекают, применяя вспомогательный компрессор,который необходим в этом случае для сжатия паров до давления, соответствующего давлению в накопительном резервуаре. После конечной фазы сброса давления до атмосферного его значения и последующего извлечения,согласно известным способам, обработанных обломков породы, следует фаза извлечения растворителя. В результате осуществления исследования, приведенного согласно описанной выше методике, получены следующие данные Диоксид углерода (СО 2) стандартный 25 9,5 68 бар 20 С 9 кг/кг 1,0 90 45 до 80 бар, а отделение маслянистой фракции осуществляют при давлении в интервале от 30 до 65 бар. 3. Способ по пп. 1 или 2, в котором операцию смешивания обломков породы и операцию отделения маслянистой фракции осуществляют при температуре, близкой к значению насыщения жидкой фазы. 4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором степень переохлаждения жидкой фазы находится в интервале от 0 до 5 С. 5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором растворитель подают в экстракционный сосуд в пропорции от 2 до 20 к массе обломков породы. 6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором обломки породы смешивают с 10-40 мас. инертного материала в пересчете на общее количество. 7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором инертный материал состоит из уже обработанных обломков породы и, таким образом, частично поступающих рециклом. 8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором технологическая текучая среда выбрана из группы,включающей диоксид углерода, алкан или алкен с числом атомов углерода 3 или менее, легкий гидрофторуглерод , смесь алканов и/или алкенов и/или ГФУ (Н). 5 16803 9. Способ по любому из пп. 1-8, в котором перемещение технологической текучей среды осуществляют с применением объемного компрессора,расположенного между секцией отделения и накопительным резервуаром. 10. Способ по любому из пп. 1-8, в котором перемещение технологической текучей среды осуществляют с применением объемного насоса, расположенного между накопительным резервуаром и экстрактором. 11. Способ по любому из пп. 1-10, в котором экстрагированную маслянистую фазу отделяют с применением одного или более неавтономного сепаратора. 12. Способ по п. 11, в котором секция отделения состоит из единственного сепаратора циклонного действия. 13. Способ по п. 11, в котором секция отделения состоит из двух сепараторов, причем первый является инерционным сепаратором, второй - сепаратором циклонного действия. 14. Способ по любому из пп. 11-13, в котором фильтр для отделения захваченной жидкости располагают по потоку ниже секции отделения. 15. Способ по п. 9, в котором фазовые переходы технологической текучей среды осуществляют благодаря обмену теплоты парообразования и теплоты конденсации.