Установка и способ для фрагментации твердых частиц

012709 Область техники Настоящее изобретение относится к способу обработки твердых частиц в обратном притоке к скважине перед обратной закачкой суспензии в нагнетательную скважину в нефтедобывающей промышленности. Более конкретно, настоящее изобретение относится к фрагментации так называемых проппантов,используемых, помимо прочего, при проведении работ по возбуждению скважины, для устранения опасности закупорки нагнетательной скважины фрагментированными проппантами. Под проппантами здесь понимаются мелкие, предпочтительно сферические и очень твердые частицы, изготовленные из материала, такого как, но не исключительно, спеченный боксит. Специалистам известно, что твердость таких проппантов составляет приблизительно 700-800 по Виккерсу. Для сравнения, твердость бурового шлама, содержащего известняк, песок и т.д., составляет приблизительно 250-400 по Виккерсу. Предшествующий уровень техники Задачей настоящего изобретения является создание установки и способа для фрагментации проппантов, поднятых к буровой установке в обратном притоке к скважине, перед обратной закачкой суспензии в нагнетательную скважину, которые позволяют закачивать фрагментированные проппанты в скважину для сброса промысловых сточных вод вместе с другими отходами, вместо того, чтобы транспортировать их к береговому месту отвала. Известно несколько способов дробления частиц, вынесенных на поверхность, например, буровой установкой при бурении скважин. Патенты Норвегии NO 316937 и NO 175412 и патенты США US 5303786 и US 4942929 описывают различные способы и средства обработки бурового шлама, позволяющие уменьшать размер частиц бурового шлама и, таким образом, закачивать или прокачивать его в виде дисперсии или эмульсии в подземные конструкции, такие как скважины для закачки отходов. Хотя, по меньшей мере, некоторые из указанных способов доказали свою эффективность для обработки бурового шлама и его обратной закачки, задачи, относящиеся к обработке проппантов для обратной закачки, не решаются способами и средствами, описанными в указанных или других патентных публикациях. По этой причине твердые частицы, такие как проппанты в обратном притоке к скважине, собирают на буровой установке и транспортируют на берег для отвала. В связи с этим следует заметить,что попытки обратной закачки проппантов в скважины для закачки отходов проводились, однако, опасность закупорки труб, насосов и нагнетательных скважин слишком велика, и потому практически все проппанты, поднимаемые на поверхность в обратном притоке к скважине, отделяются и транспортируются на берег для отвала, как было сказано выше. Сущность изобретения Задачей настоящего изобретения является устранение или, по меньшей мере, уменьшение одного или более недостатков известного уровня техники. Решение указанной задачи достигается способом и установкой, имеющими признаки, описанные ниже и в прилагаемой формуле изобретения. В соответствии с одним аспектом настоящее изобретение предлагает способ обработки твердых измельченных материалов, поднятых на поверхность скважины обратным притоком к скважине в связи с продуктивными скважинами или с проведением работ по возбуждению скважины в нефтедобывающей промышленности, причем способ включает в себя фрагментацию твердых частиц при помощи дробильного устройства, посредством чего фрагментированные твердые частицы подвергают суспендированию и затем закачивают обратно в нагнетательную скважину. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения перед фрагментацией твердых частиц в дробильном устройстве твердые частицы отделяют от текучей среды в обратном притоке к скважине. Это разделение твердого вещества и текучей среды осуществляют при помощи одного или более отделительных устройств известного по существу типа, например, таких как,но не исключительно, вибрационные сепараторы, так называемые вибрационные сита и/или гидроциклоны. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения дробильное устройство представляет собой дробилку, оборудованную дробильными валиками, специально приспособленными для дробления твердых частиц, таких как проппанты, возможная твердость которых составляет приблизительно 700-800 по Виккерсу. Поскольку важно, чтобы, по существу, все твердые частицы были раздроблены перед смешиванием с текучей средой, например, при помощи трубы Вентури,для образования суспензии твердых частиц, дробилка может содержать один или более наборов валиков,расположенных, например, друг над другом. Использование нескольких наборов валиков особенно предпочтительно при варьировании размера частиц. Однако специалисту понятно, что, по меньшей мере,искусственные проппанты обычно имеют относительно одинаковый размер частиц, что делает возможным практически 100% дробление материала с использованием только одного набора валиков. Краткое описание графических материалов Далее на неограничивающем примере описан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые детали обозначены одина-1 012709 ковыми номерами позиций. На фиг. 1 схематически представлена часть технологической установки для дробления твердых частиц, в которой обратный приток к скважине проходит через вибрационное сито для отделения жидкой фазы от твердого вещества, которое затем проходит через дробильный агрегат, после чего раздробленное твердое вещество смешивают с текучей средой в трубе Вентури, в результате чего образуется суспензия,пригодная для обратной закачки в нагнетательную скважину. На фиг. 2 схематически представлен дробильный узел, образующий часть отдельного очистного узла в существующем узле обработки для очистки обратного притока к скважине. На фиг. 3 представлен упрощенный вид очистного узла по фиг. 2 в увеличенном масштабе. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения На чертежах позицией 1 обозначено дробильное устройство, представляющее собой дробилку, специально предназначенную для дробления так называемых проппантов, поднимаемых на поверхность скважины в обратном притоке к скважине в связи с добычей и возбуждением скважины в нефтедобывающей промышленности. Специалисту понятно, что устройство также пригодно для дробления других частиц, помимо проппантов, и что оно также может быть использовано в других областях промышленности. На фиг. 1 обратный приток к скважине поступает по трубопроводу 3 в просеивающее устройство 5 известного, по существу, типа, и просеивающее устройство 5 предназначено для отделения твердого вещества, такого как проппанты, от жидкой фазы в обратном притоке к скважине. Просеивающее устройство 5 может содержать одну или более ситовых тканей. Использование нескольких ситовых тканей позволяет отделять твердое вещество в соответствии с размером частиц известным, по существу, способом. Это создает возможность отделения твердых частиц, размер которых превышает заданный размер, определенный в соответствии с установками дробилки 1, и затем направлять их на другие обрабатывающие установки (на чертеже не показано) известного, по существу, типа для дальнейшей обработки. После отделения твердого вещества от жидкой фазы его переносят по трубопроводу 7 в дробилку 1. Жидкость, отделенную от обратного притока к скважине в просеивающем устройстве 5, откачивают насосом 4 и отводят по трубопроводу 4'. В дробилке 1 проппанты фрагментируют или дробят до частиц заданного размера. На фиг. 1 представлены две расположенных друг над другом пары валиков 2, 2'. Следует заметить, что валики каждой пары предпочтительно установлены параллельно, так что зазор между валиками, по существу, постоянный в продольном направлении валиков. Зазор между валиками может быть одинаковым для обеих пар валиков, но в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения валики установлены так, что зазор верхней пары 2 валиков больше, чем зазор нижней пары 2' валиков. Таким образом, в таком агрегате размер фрагментированных проппантов определяется величиной зазора нижней пары 2' валиков с меньшим зазором. Фрагментированные проппанты переносят по трубопроводу 11 из дробилки 1 в трубу Вентури 13. Жидкость также проходит через трубу Вентури 13, причем жидкость поступает в трубу Вентури 13 по трубопроводу 15. В результате образуется суспензия частиц фрагментированных проппантов, которую переносят по трубопроводу 17 и дальше в приемный коллектор (на чертеже не показан). Из приемного коллектора суспензию частиц нагнетают в нагнетательную скважину (на чертеже не показана) способом,который сам по себе известен. На фиг. 2 показано, как система по фиг. 1 может быть встроена в существующую технологическую систему в виде отдельного узла 10 фрагментации и суспендирования в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. После прохождения процессов очистки в пескоотделителе 20 и гидроциклоне 22 текучая среда и твердое вещество, например, но не исключительно, проппанты, направляют в отделения промежуточного бака-хранилища 9 по трубопроводам 24 (показан только один). Жидкость переносят из промежуточного бака-хранилища 9 по трубопроводу 28 в бак 26 для размещения и смешивания. Проппанты переносят из отделения для твердого вещества промежуточного бака-хранилища 9 в узел 10 фрагментации и суспендирования, в котором они фрагментируются и смешиваются с текучей средой. Текучая среда поступает в узел 10 фрагментации и суспендирования через насос 29 и питающий трубопровод 30. Специалистам понятно, что дли отделения жидкой фазы притока к скважине от твердого вещества притока к скважине могут использоваться другие очистные устройства, вместо указанного пескоотделителя 20 и гидроциклона 22. На фиг. 3 схематически представлен в увеличенном масштабе узел 10 фрагментации и суспендирования. Узел 10 фрагментации и суспендирования по фиг. 3 расположен внутри грузового контейнера 40 известного, по существу, типа, позволяющего транспортировать узел 10 в виде единого узла. Твердое вещество, такое как проппанты, подают из промежуточного бака-хранилища 9 (фиг. 2) в усреднительный резервуар 42. На фиг. 3 это обозначено стрелками 41. Проппанты подают в дробилку 1 из усреднительного резервуара 42 питающим шнеком 44. Однако следует заметить, что проппанты могут также доставляться непосредственно, например, из промежуточного бака-хранилища 9 без использования усреднительного резервуара 42. Питающий шнек имеет известную, по существу, конструкцию для обеспечения желаемой скорости подачи проппанта в дробилку 1. Фрагментированные проппанты поступают через воронку 46 в трубу Вентури 13, и текучую среду из питающего трубопровода 30 (фиг. 2) закачивают в-2 012709 трубу Вентури 13 при помощи насоса 32, в результате чего образуется суспензия с фрагментированными проппантами. Затем суспензию переносят из узла 10 фрагментации и суспендирования по трубопроводу 17, обозначенному на фиг. 3 стрелкой. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения по фиг. 2 перед закачкой в нагнетательную скважину известным, по существу, способом суспендированную текучую среду возвращают в резервуар 26 для размещения и смешивания перед отправлением для дальнейшего суспендирования в узел 10 фрагментации и суспендирования или на промежуточное хранение в резервуар (не показан). Способ по фиг. 2 обеспечивает полный контроль соотношения между фрагментированными частицами и жидкостью в суспензии. Таким образом, способ в соответствии с настоящим изобретением решает задачи, связанные с отработанными проппантами, которые до настоящего времени требовали отвала на берегу. Испытания на месте показали, что использование способа в соответствии с настоящим изобретением устраняет проблему закупорки труб, насосов и нагнетательных скважин. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обработки проппантов в обратном притоке к скважине для использования при проведении работ по возбуждению скважины, включающий первоначальное отделение проппантов из притока к скважине и дополнительно включающий в себя следующие этапы:a) фрагментацию проппантов до частиц заданного размера;b) смешивание фрагментированных проппантов с текучей средой в трубе Вентури для образования суспензии частиц, имеющей более высокую степень дисперсности, чем указанный приток к скважине, иc) закачку суспензии частиц в скважину. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что текучая среда на этапе (b) содержит приток к скважине. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что другие твердые вещества отделяют от притока к скважине перед этапом (а). 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап (а) включает в себя прохождение проппантов через два последовательных дробильных устройства (2, 2'), причем зазор первого дробильного устройства больше, чем зазор второго дробильного устройства. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что текучая среда на этапе (b) содержит суспензию твердых частиц и что фрагментированные проппанты на этапе (b) смешивают с предварительно изготовленной суспензией твердых частиц, причем соотношение между фрагментированными частицами и жидкостью в суспензии может регулироваться. 6. Установка для обработки проппантов в обратном притоке к скважине для использования при проведении работ по возбуждению скважины, содержащая просеивающее устройство (5) для отделения проппантов от жидкой фазы в обратном притоке к скважине, трубопровод (7) для переноса проппантов из просеивающего устройства в узел (10) фрагментации и суспендирования, отличающаяся тем, что узел(10) фрагментации и суспендирования содержит по меньшей мере одно дробильное устройство (2, 2') для фрагментации указанных проппантов до частиц заданного размера, соединенное с трубой Вентури (13),причем труба Вентури (13) на входе соединена с источником текучей среды через питающий трубопровод (30), а на выходе соединена с трубопроводом (17) для транспортировки суспензии, содержащей указанные частицы проппантов и текучую среду из источника текучей среды. 7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что дробильное устройство (2, 2') содержит два последовательных дробильных устройства, причем зазор первого дробильного устройства (2) больше, чем зазор второго дробильного устройства (2'). 8. Установка по п.6, отличающаяся тем, что дробильное устройство содержит дробилку (2, 2'),имеющую валики, специально приспособленные для дробления твердых частиц, таких как проппанты. 9. Установка по п.6, отличающаяся тем, что узел (10) фрагментации и суспендирования дополнительно содержит усреднительный резервуар (42) для получения проппантов и питающий шнек (44) для транспортировки проппантов из усреднительного резервуара и в дробильное устройство. 10. Установка по любому из пп.6-9, отличающаяся тем, что узел (10) фрагментации и суспендирования выполнен с возможностью размещения внутри грузового контейнера (40) известного типа.