用于处理采矿副产物的系统、方法和设备技术方案

本发明专利技术提供用于回收采矿流体、提供强化的采油以及处理采出水的各种系统、方法和设备。等离子弧炬和电解池以各种组合使用。所述等离子弧炬包括圆柱形容器，连接至或接近第一端的第一切向入口/出口，连接至或接近第二端的第二切向入口/出口，连接至所述第一端使得第一电极(a)与所述圆柱形容器的纵轴对准并且(b)延伸进入所述圆柱形容器的电极壳体，和连接至所述第二端使得空心电极喷嘴与所述纵轴对准的空心电极喷嘴，所述空心电极喷嘴部分设置在圆柱形容器内部和部分设置在圆柱形容器外部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于处理采矿副产物的系统、方法和设备专利
总的来说，本专利技术涉及油气生产领域，并且特别涉及用于处理采矿副产物的方法和设备。专利技术背景烃的生产始于采矿。使用用于油砂开采的大型起重机和卡车进行表面采挖或钻井以开采近地下地层中的烃。在任一种情形中，来自采挖、钻井、完井和/或生产烃的副产物包括钻屑、压裂返排水、采出水、以及在油砂表面采挖情况下的大量尾矿(统称为“采矿副产物”)。溶剂和/或有价值的钻井流体(统称为“采矿流体”)被用在采挖或钻井工艺中，以除此之外提供液体静压力，冷却和清洗钻头，带出钻屑(例如岩石、土壤、沙子等等)，并且在钻机不工作时使钻屑悬浮。大部分钻井流体的成本与原油的成本成正比。因此，油基泥浆(OBM)主要是柴油，合成基泥浆(SBM)是类似于Shell的合成油。例如，由Cabot公司生产的甲酸盐钻井液极其昂贵，但对环境是安全的，不含有固体且可以用在高温高压地层之中。类似地，因为只要流体的钻屑保留率(ROC)低于法规的要求，钻屑可以排放到船外，所以合成基钻井液通常用于海上钻探。离开矿山或矿井的采矿液和采矿副产物的混合物也含有烃。该混合物通常用固体控制系统(例如泥浆振动筛、泥浆气体分离机、除砂器、除泥器、脱气器、清洗机等)进行处理，以基本上将采矿液和烃从采矿副产物中分离出来。但是，这些固体控制系统并不将所有采矿液和烃从采矿副产物中除去。结果，这些有价值的采矿液和烃可能最终在尾矿池、海底或运至处理、回收和处置(TRD)设施。立式离心机通常在海上用于将ROC降低至排放限度以下。但是，在立式离心机中，堵漏材料(LCM)和水泥并不能得到有效地处理。其堵塞离心机，离心机必须关闭并进行清洗，因此在水泥胶粘操作期间或者当LCM丸粒被用来阻止循环漏失和流体进入地层时，其通常被忽略。另一种处理系统采用热脱附单元，这些热脱附单元体积庞大且具有很多活动部件。类似地，热脱附单元常常采用间接加热，其相对于直接加热是低效的。常常使用空气干燥机和摩擦干燥机，例如Schlumberger的(M-ISwaco)Hammermill，但是两者均尚不能成功地回收基液。这是因为两种干燥机均将钻屑粉碎成很细的粉末，其使得难以将基液与细钻屑分离。同样地，因为钻井液含有燃料(柴油、合成油等)，空气干燥机会产生爆炸性混合物。虽然Schlumberger在市场推出了零排放热脱附TPS系统，但是该系统仍然仅实现总烃百分比(TPH)小于0.5％的去除。最终，美国能源钻井废料管理信息系统部门(U.S.DepartmentOfEnergy’sDrillingWasteManagementInformationSystem)公布了许多用于处理钻探废料的不同热技术。当原油价格低时，接近限度的ROC并不被视为问题。但是，随着新法规压低ROC限度加上高原油价格，对于众多油气公司，从采矿副产物中回收采矿流体已经变成优先考虑的事情，并且现在是环境上可持续的目标。此外，一些采矿流体，例如含有铯的甲酸盐钻井液的成本使得从采矿副产物中回收这些采矿流体在经济和生态上都很令人满意。其他与油气资源生产相关的问题包括这样的事实：即产油井通常达到其寿命末期，而地层内仍有相当大量的石油地质储量(OIP)。生产负责人、地质学家和工程师随后可能决定是否关闭油井或采用包括水驱、蒸汽驱、注入二氧化碳和注入溶剂的强化采油(EOR)方法使油井增产。同样地，甚至在油井的峰值产量期间，由于石蜡堵塞生产管道，油井可能必须关闭。这样会导致多个问题，包括产量下降和连接到地面泵的抽油杆的分离或折断。另一个与大多数油气井相关的问题是采出水。当水到达地面时，其从油和气中分离，然后必须在最终处置之前进行处理。最近，主要由于高原油价格，许多勘探公司转向非常规的重油资源(API<22)，例如油砂沥青、油页岩母质及重油本身。加拿大含有最大量的已知油砂储量，估计超过1万亿桶可回收沥青。同样地，最大量的已知非常规石油或烃资源可以在科罗拉多州、怀俄明州和犹他州的绿河地层中找到。全世界油页岩储量估计为约2.9～3.3万亿桶页岩油，而仅绿河地层的储量估计含有1.5～2.6万亿桶。但是，关于再次提起的对油页岩开发的兴趣而出现的问题包括水资源、温室气体排放和基础设备的需求。同样地，加拿大油砂具有其自身的问题，包括非常大的尾矿池和缺乏对从油砂回收的沥青改质的能力。此外，蒸汽辅助重力排流(SAGD)工艺利用大量的能源来产生蒸汽。与产生蒸汽有关的两个问题首先是水资源及除去沉积在锅炉管道壁上的染污物，其次是向井底注入蒸汽时回收蒸汽内的潜热。问题在于间接热传递。热通过辐射、对流和传导进行传递。事实上，SAGD蒸发器和锅炉通过辐射、对流和传导来传递热。虽然锅炉中的火焰通过辐射和对流将热传递给锅炉管道，但经过锅炉管道的热传递仅通过热传导进行。并且在SAGD设施中，降低生产成本的障碍是通过锅炉管道的热传导的热传递。当锅炉管道的热传递表面被污染物，例如二氧化硅覆盖时，则热传递减少，并且锅炉和/或蒸发器必须关闭进行维修。在SAGD设施中，这是常见的问题，特别是对于二氧化硅，现在已被视为不可持续性的。二氧化硅随着油砂同时产生。因此，由挥发性二氧化硅化合物蒸发以及挥发性有机化合物(VOC)造成的砂污染是利用传统的以锅炉进行的水处理方法和单程蒸汽发生设备的目前的EOR操作中的遗留问题。因此，需要回收采矿流体、提供强化采油和处理采出水的系统、方法和设备。专利技术概述本专利技术提供从采矿副产物中回收采矿流体的系统、方法和设备。此外，本专利技术能够采用蒸汽等离子体将有价值的采矿流体的回收与清洁水的生产相结合。进一步地，本专利技术可以熔化采矿副产物，例如砂、粘土、钻屑和盐以生产惰性材料。因此，本专利技术可以为操作者减少或消除从开始到结束的问题。此外，本专利技术的一个实施方案可以大量地将可利用的天然气裂解成氢和碳，然后以逆流方式使用氢作为等离子气体用来熔化钻屑和回收液体，实现零或减少的柴油和/或天然气发动机排放。这真正开启了绿色钻探和绿色完井的大门。氢可以在现场压缩和存储，以用于完井阶段或者在钻井操作期间使用，以利用氢使柴油发动机烧尽(leanout)来减少柴油排放。因此，本专利技术结合了油气水处理和有价值的资源，例如烃、钻井液、合成气体(合成气)、氢和清洁水的回收。所有这些可以在闭环系统中实现。此外，本专利技术提供用于原位和/或在井口处将重油改质或部分改质成轻油的系统、方法和设备。本专利技术还提供用于以非常有效的方式回收油气生产中使用的所有的水，同时减少或消除环境影响，如空气排放，例如燃烧化石燃料以回收化石燃料的系统、方法和设备。例如，本专利技术提供一种等离子系统，其包括油/水分离器，连接至油/水分离器的泵的输入端，连接至泵的输入端的第一三通阀，具有连接至泵的输出端的输入端和连接至第一三通阀的底部入口/出口的辉光放电室，以及等离子弧炬。等离子弧炬包括具有第一端和第二端的圆柱形容器；连接至或接近第一端的第一切向入口/出口，连接至或接近第二端的第二切向入口/出口，连接至圆柱形容器的第一端使得第一电极(a)与圆柱形容器的纵轴对准以及(b)延伸进入圆柱形容器的电极壳体，以及连接至圆柱形容器的第二端使得空心电极喷嘴的中心线与圆柱形容器的纵轴对准的空心电极喷嘴，所述空心电极喷嘴具有设置在圆柱形容器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子系统，其包括：油/水分离器；连接至所述油/水分离器的泵输入端；连接至所述泵输入端的第一三通阀；具有连接至所述泵的输出端的输入端和连接至所述第一三通阀的底部入口/出口的辉光放电室；等离子弧炬，其包括：具有第一端和第二端的圆柱形容器，连接至或接近所述第一端的第一切向入口/出口，连接至或接近所述第二端的第二切向入口/出口，电极壳体，所述电极壳体连接至所述圆柱形容器的第一端使得第一电极(a)与所述圆柱形容器的纵轴对准，并且(b)延伸进入所述圆柱形容器，和空心电极喷嘴，所述空心电极喷嘴连接至所述圆柱形容器的第二端使得所述空心电极喷嘴的中心线与所述圆柱形容器的纵轴对准，所述空心电极喷嘴具有设置在所述圆柱形容器内部的第一端和设置在所述圆柱形容器外部的第二端；连接至所述辉光放电室的顶部出口和所述等离子弧炬的第一切向入口/出口的第二三通阀；连接在所述第二三通阀与所述等离子弧炬的第一切向入口/出口之间的压缩机；连接所述等离子弧炬的第二切向入口/出口的第三三通阀；连接至所述第三三通阀的第四三通阀；具有连接至所述第三三通阀的切向入口、连接至所述第四三通阀的底流管和连接至所述压缩机的顶流管的旋风分离器；连接至所述第四三通阀的第五三通阀；和连接至所述第一三通阀和所述第五三通阀的泵。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.15 US 61/787293;2013.10.01 US PCT/US2013/01.一种等离子处理系统，其包括：等离子弧炬，其包括：具有第一端和第二端的圆柱形容器，连接至或接近所述第一端的第一切向入口/出口，连接至或接近所述第二端的第二切向入口/出口，电极壳体，所述电极壳体连接至所述圆柱形容器的第一端使得第一电极(a)与所述圆柱形容器的纵轴对准，并且(b)延伸进入所述圆柱形容器，和空心电极喷嘴，所述空心电极喷嘴连接至所述圆柱形容器的第二端使得所述空心电极喷嘴的中心线与所述圆柱形容器的纵轴对准，所述空心电极喷嘴具有设置在所述圆柱形容器内部的第一端和设置在所述圆柱形容器外部的第二端；具有入口和出口的螺旋进料器，所述出口与所述空心电极喷嘴的中心线对准；连接至所述螺旋进料器出口的滤网，其与所述空心电极喷嘴的中心线对准并延伸接近所述空心电极喷嘴；连接至所述螺旋进料器出口并包围邻近螺旋进料器的滤网的一部分的T形管，所述T形管具有排放出口；和高温容器，所述高温容器连接至所述等离子弧炬和所述T形管，使得所述空心电极喷嘴连接至所述高温容器或延伸进入所述高温容器内且所述滤网延伸进入所述高温容器内。2.如权利要求1所述的等离子处理系统，其进一步包括自螺旋进料单元延伸并与所述空心电极喷嘴的中心线对准的针电极。3.如权利要求1所述的等离子处理系统，其进一步包括连接至所述等离子弧炬的第一切向入口/出口的骤冷器或辉光放电系统。4.如权利要求1所述的等离子处理系统，其进一步包括连接至所述等离子弧炬的第一切向入口/出口的气体源。5.如权利要求1所述的等离子处理系统，其进一步包括连接至螺旋进料单元的入口的泵或传送机。6.如权利要求1所述的等离子处理系统，其进一步包括连接至螺旋进料单元的输出端的处理机或分离器。7.如权利要求1所述的等离子处理系统，其进一步包括可操作地连接至所述第一电极以相对于所述空心电极喷嘴调节所述第一电极的位置的线性致动器。8.如权利要求1所述的等离子处理系统，所述空心电极喷嘴的第一端的第一内径大于所述空心电极喷嘴的第二端的第二内径。9.如权利要求8所述的等离子处理系统，所述第一内径和所述第二内径形成沉头孔。10.如权利要求8所述的等离子处理系统，其进一步包括从所述第一内径过渡到所述第二内径的空心电极喷嘴内的第一锥形部分。11.如权利要求8所述的等离子处理系统，其进一步包括从所述第一内径过渡到所述空心电极喷嘴的第一端处的第三内径的空心电极喷嘴内的第二锥形部分，其中所述第三内径大于所述第一内径。12.如权利要求1所述的等离子处理系统，所述空心电极喷嘴具有外部法兰。13.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·弗雷特，
申请(专利权)人：弗雷特等离子实验室公司，
类型：发明
国别省市：美国;US