[发明专利]用于处理采矿副产物的系统、方法和设备

说明书

发明领域

总的来说，本发明涉及油气生产领域，并且特别涉及用于处理采矿副产物的方法和设备。

发明背景

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-I Swaco)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.Department Of Energy’s Drilling Waste Management Information System)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。