离心式钻切屑干燥装置 【技术领域】
本发明一般涉及垂直式离心分离器，更具体的，涉及对这种离心分离器的改进以增强其对海上环境中的油井和天然气井钻切屑的干燥性能。
背景技术
由于油井钻切屑对环境存在负面影响，它们常常不能直接排放到环境中，为此必须放置到昂贵的处理井中进行处理。另外，由于它们中所包含的残油和化学物质具有高价值，因此习惯作法是对该油井钻切屑进行处理，以制得一种能够排放到井场周围的环境中或者能够回放到井内的固体材料，该固体材料不会污染环境或者影响该井。对这些油井钻切屑进行处理的一个方法是通过采用一种化学清洗系统。在此系统中，用包括去污剂在内的各种化学物质对油井钻切屑进行处理，并较剧烈地搅拌。接着，把该混合物分解成相对无油固体(即，钻切屑)和回收液相，该回收液相是水、油以及化学清洗系统中采用的去污剂的混合物。然后，掩埋该固体或者回注到井内。但是，这些固体仍然包含足够的油和/或化学物质，一旦与水体例如地表水、湖水或海水接触，就会得到其毒性不可接受且不利于使环境保持在最佳可能状态的毒素。另外，液相必须经处理以使油与大体积水相分离，这样该水部分就可被排放或处置而无污染问题。分离出的油和昂贵钻井液通常被再回收且用作各种用途例如燃料，或者返回来与其它油基钻井泥浆及其类似物混合。
该化学清洗系统的例子描述在美国专利Nos.2,266,586，3,860,019以及3,766,997中。多种其它系统已被提议用于除去钻切屑中的过多残余物和化学物质，并把它们转化为一种可返回至地表环境或者注入地层内的固体材料。例如，已提出多种通过采用热焚烧来闪蒸出钻切屑固体中的油残余物的热系统。这种焚烧的一个例子描述在美国专利Nos.3,693,951，2,266,586和4,139,462中。在一段持续时间里把钻切屑加热至华氏500度以上的高温。然后，经由一种容器移动这些受热钻切屑，直至所有挥发性物质都蒸发而留下可安全排放到环境中的无油固体残渣。此加热方法较昂贵，其需要大量惰性气体通过在极度温度下与受热固体的气体接触来防止内部爆炸。较大量的惰性气体使得从容器中回收液体材料变得复杂，因为不希望的高能级气体流入冷凝器及其类似物中。这种用于处理油井钻切屑的特定方法的最大缺点是：若空气或其它氧化气体与过度加热该油井钻切屑所生成的受热油蒸汽接触，系统存在发生爆炸的危险。若意外或者不小心地终止惰性气体流，与这些油蒸汽接触的空气将制造非常严重地爆炸并起火。这种装置在油井的周围区域内、特别是正在被钻的油井周围区域内是不能接受的。
上述用于处理油井钻切屑的现有方法还具有其它严重缺陷，特别是在它们用于海上钻井平台时。例如，必须花很大费用将大量化学物质输送给海上设施。另外，这些海上平台没有任何蒸汽、气体、电力或其它能源的剩余。因此，用于处理油井钻切屑的过程必须相对于海上平台的操作自给自足。另外，用于油井钻切屑的处理方法必须操作安全、不需要冗长的停留时间、其操作不影响或妨碍海上平台上进行的钻井操作、同时也要由钻切屑生成能够安全排放而对井场处环境无任何污染的固体。另外，用于处理井场处、特别是海上平台处的油井钻切屑的系统不得要求持续供应化学物质、燃料、氮或其它材料供其操作使用。
另外，干燥系统必须满足严格的规章，该规章使得这种设备可以用在空间非常宝贵的海上平台上。该规章规定用在海上设施上的设备在该设备设计和构成之后必须根据该设备的位置而满足一定的高度和重量限制。此限制用于促使设备制造商制造出占地面积尽可能小且着重于效率的设备。
已经发现并不一定要焚烧钻切屑来除去并回收残余钻切屑油和昂贵化学物质。经由如美国专利6,279,471和6,170,580所述的压缩和分离能常规地除去并回收这种油和化学物质。但是，对钻切屑而言仍然有利的是其尽可能干燥以供运输以及为注入地层内的进一步处理。
如上所述，钻切屑的干燥操作是分离器系统的二次操作，在该分离器系统中主要考虑的是除去液体并经由焚烧使残油和化学物质对环境无害。在排放或输送之前仍然需要对钻切屑作进一步处理的情况中，彻底除去残余物是不必要的，而干燥钻切屑以改进操作、运输和进一步处理变成主要目的。因此，已发现重要的是干燥钻切屑的最有效方法。
离心分离器广泛用作一种分离液体与固体的相当有效方法。但是，因为物质经过分离器的停留时间较短，所以，它们通常不被认为是干燥器，且通常不具有任何形式的热管。
一般，如在美国专利5,256,289中所述的垂直式离心分离器包括容纳一种驱动机构的外壳，该驱动机构与一种螺旋装置和一种筛网装置连接。该分离器还包括用于引入将分离物质的入口。利用螺旋筛网装置截获所引入物质，当该物质向下移动且存在于该物质上或内的液体或相当小颗粒在离心力的作用下被迫使向外经过一种细网进入位于该筛网与外壳之间的空间内时，就进行分离。然后，抽出绝大部分液体，固体通常自位于旋转驱动装置下方的排出装置排出。该排出装置通常被限定为一种用于把固体排放到容器内或者进一步输送至其它位置以供处置的锥形排料仓，从而使得干燥器相当高。
本干燥器系统采用离心分离器作为干燥器，且设置用以满足与适用于油井钻探、尤其是与其设置在海上平台上相关的所有使用要求，而不存在现有技术的缺陷，还提供自给自足的操作且操作员注意力最少、操作绝对安全。
【发明内容】
本发明采用一种用于在运输或进一步处理之前干燥钻切屑的垂直式离心分离器。该分离器适于接收来自任何热源的提取热且还适于包括内部输送器，从而减少总工作面并延长切屑在受热环境中的停留时间。
【附图说明】
为进一步理解本发明的特征和目的，应结合附图参照以下详细说明，其中，相同部件给出相同参考数字：
图1是优选实施例的垂直正视图；
图2是该优选实施例的顶视图；
图3是该优选实施例的侧视图；
图4是一种具有平台和排料仓的传统垂直式离心分离器的垂直正视图；
图5是图4所示垂直式离心分离器的顶视图；以及
图6是沿图2所示视线6-6的该优选实施例的剖视图。
【具体实施方式】
典型的，如图4所示，通过按照使固体能够排入一种位于锥形排料仓12正下方的收集或输送容器(未表示)内的方式将传统垂直式离心分离器10简单地提升到该排料仓12的框架上，该分离器10可用于分离钻切屑中的液体和微细固体物，其中，该锥形排料仓12安装在分离器10的底面处。通常，围绕分离器10的周边设置走道14以进行维修和保养，如图4和5所示。因为总高度要求以及需要把钻切屑输送至钻井平台的其它位置，这种装置尽管可用于例如陆上钻井平台，但不适用于海上操作。
在静止或浮动平台上进行的海上钻井操作常常设备空间非常有限。因此，重要的是每个设备都要尽可能的紧凑和高效。如图1所示。一种垂直式离心分离器10具有型面高度较小的基本型，而其上未安装有如图4所示任何形式的用于以受控方式排放固体和/或把该固体沉积到传送器或容器内的排放或收集仓。如图1所示，分离器10可经由环绕其底座周向延伸的外壳法兰16直接安装到甲板上。但是，延伸外壳18并增加第二法兰20可调节该分离器的总高度。一板按照能有效封闭分离器底座的方式固定到该分离器10的底座法兰16上。半干燥钻切屑的浆液或液流可以某种方式输送给分离器10，并在该分离器的顶部处注入锥形开口22内，在该分离器内利用离心力除去任何液体并经由出口23排出该液体。由于重要的是提供一些用以除去所分离固体的方式并希望维持最小可能的分离器型面，所以可附加一对螺旋输送器24a，24b。输送器24a，24b如图2所示穿过分离器外壳的两壁17、在传动箱26的每一侧上且平行于该传动箱26延伸、穿过该分离器外壳壁17向外延伸以及形成了外部驱动电机28的支承件，该传动箱26位于分离器10的垂直中心线和直径中央上。内部螺旋输送器24a，24b把干燥固体钻切屑输送给位于每个内部输送器24a，24b的外部且与该每个内部输送器24a，24b的一端垂直连接的收集输送器30。但是，该收集输送器可由任何固体收集系统如压力或真空系统来代替，以把干燥切屑输送至钻井平台的其它位置以作进一步处理、运输或排放到环境中。
外部驱动电机32驱动每个内部螺旋输送器24a，24b和收集输送器。
如在此所指出的，钻切屑的干燥是头等重要的。
但是，并不一定要焚烧钻切屑来除去残留在该钻切屑上或内的全部残油和/或化学物质。因此，热能不需要超过500华氏度。在此温度范围内的热能可容易地从在钻井平台上通常可以获得的热交换器、发动机排热管等中提取。热量可以收集在绝缘热回收管中，然后用管道输送给如图2所示设在分离器侧壁上且如图3所示位于检查窗盖36之间的热管34。
现在参照图6，我们看到在工作时，半干燥钻切屑的浆液经由顶部漏斗22进入分离器10，并在转动锥36与静止筛网38之间向下移动，在那里，离心力把液体和细颗粒甩过该筛网38并最终经由围绕该分离器10周边设置的一个或多个出口23排出该液体和细颗粒。未通过筛网38的固体沉积到位于传动箱40两侧上的螺旋输送器24a，24b内，该传动箱40包围转动锥的滑轮并穿过分离器壁17向外延伸。设置自输送器槽起且在该输送器槽之间延伸的隔板用以收集和引导固体进入输送器24a，24b内。检查门可被重新安置以提供进入传动箱40的通路，从而允许对传动装置进行维修。如图3所示，安装在分离器壁17内的热管34有必要安装在输送器24a，24b的下方。于是，通过固体与受热输送槽接触的热交换，把热量传递给该固体。如果需要提供排气口，还可在分离器壁17内提供反压孔。
因为在这里所教导的发明构思的范围内可做出许多变化和不同实施例，以及因为依据法律的描述性要求可对在此描述的实施例做出许多变型，因此应理解的是，这里的细节都是出于说明目的而非限定目的。