Система для обработки текучей среды и способ использования этой системы

СИСТЕМА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭТОЙ СИСТЕМЫ Система (1) для обработки текучей среды, образованной по меньшей мере двумя фракциями из фракций твердых частиц, жидкости и/или газа. Система (1), содержащая по меньшей мере одну входную секцию (3) и две или более выходных секций (5, 7, 9), выполнена с возможностью отделять твердые частицы с размерами больше заданного размера от жидкости посредством по меньшей мере одного сепарационного устройства (23, 25), а затем выводить названные фракции из системы (1). При этом система (1) выполнена герметичной для текучей среды между по меньшей мере одной входной секцией (3) и выходными секциями (5, 7, 9) и снабжена по меньшей мере одним устройством (11, 13) для создания пониженного давления. Данное устройство обеспечивает в системе (1) пониженное давление между по меньшей мере одной входной секцией (3) и выходными секциями (5, 7, 9). По меньшей мере одно сепарационное устройство (23, 25) выполнено с возможностью разделять текучую среду на фракции твердых частиц, жидкости и/или газа, которые раздельно выводятся из системы (1). Описан также способ использования данной системы. 014456 Область техники Изобретение относится к системе для обработки текучей среды. Более конкретно оно относится к системе для отделения твердых частиц с размерами больше заданного размера, присутствующих в текучей среде, от ее жидкой части и, возможно, от газа, который выделяется из текучей среды. Неограничивающим примером текучей среды является буровая текучая среда, содержащая буровой шлам и частицы выбуренной породы (так называемые зерна породы), а также жидкость и газ. Уровень техники Методы выделения твердых частиц из потоков текучей среды, реализуемые пропусканием текучей среды через фильтры или сита (перфорированные экраны) с перфорациями такого размера, что твердые частицы не проходят сквозь них, а удерживаются на поверхности сита, хорошо известны. Эти методы применяются, например, в нефтедобывающей промышленности при бурении скважин. В частности, для выделения зерен породы из буровой текучей среды с целью возвращения ценной буровой жидкости в скважину применяются виброгрохоты или вибросита. Однако при подобной обработке текучей среды может происходить испарение газов, вредных для здоровья и окружающей среды, т.е. представляющих дополнительную угрозу для безопасности. До настоящего времени не было выявлено технических решений, реально обеспечивающих возможность герметизировать все вибросито, если не считать установку данного устройства в отдельном помещении. Однако данный вариант не преодолевает трудности, связанные с воздействием газов на персонал, управляющий соответствующим оборудованием и обслуживающий его в процессе функционирования. Даже когда вибросито используется в соответствии с уровнем техники, должны использоваться средства защиты. В заявке NO 20053230 описано, в частности, устройство для очистки текучей среды с помощью вибрационного сита и ее сепарации (разработанное авторами настоящего изобретения), которое среди других задач решает и проблему, связанную с выделением газа при работе устройства. Указанная заявка полностью включена в данное описание посредством ссылки на нее. Однако раскрытое в NO 20053230 изобретение обеспечивает только отвод газов, которые выделяются в самом сепарационном устройстве,тогда как газы, выделяющиеся из текучей среды на других этапах процесса, осуществляемого при наличии открытых зон, не могут быть собраны и отведены контролируемым образом. При оффшорной добыче углеводородов, а также и в других отраслях промышленности, в которых имеет место очистка текучих сред, например при внесении органических удобрений в сельском хозяйстве, существует явная потребность в обеспечении защиты персонала и окружающей среды от вредных для здоровья газов, которые могут выделяться из используемой текучей среды. До настоящего времени данная потребность не могла быть удовлетворена без применения защитного оборудования. Сущность изобретения Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в устранении или ослаблении по меньшей мере одного из недостатков, присущих уровню техники. В своем первом аспекте изобретение представляет собой систему для выделения из текучей среды,включающей фракции твердых частиц, жидкости и газа, по меньшей мере двух фракций. Система содержит входную секцию для текучей среды, выходную секцию, имеющую выход для каждой из выделенных фракций, по меньшей мере одно сепарационное устройство и трубопровод для транспортировки через систему текучей среды и выделенных фракций. При этом система снабжена по меньшей мере одним контейнером, установленным с возможностью приема твердой фракции текучей среды, причем по меньшей мере один контейнер сообщается с установленным за ним по потоку текучей среды устройством для создания пониженного давления. Данное устройство обеспечивает в системе пониженное давление между входной секцией и выходной секцией. По меньшей мере одно сепарационное устройство выполнено с возможностью разделять текучую среду на фракции твердых частиц, жидкости и/или газа, которые выводятся из системы раздельно. Должно быть понятно, что жидкость может содержать частицы, имеющие размеры меньше заданного размера, так что эти частицы могут проходить сквозь сепарационное устройство. Представляется желательным использовать сепарационное устройство, подобное описанному в NO 20053230, т.е. предпочтительно содержащее движущийся по замкнутой траектории бесконечный просеивающий элемент и всасывающее устройство, сообщающееся с устройством для создания пониженного давления и обращенное к части нижней стороны просеивающего элемента. Чтобы накапливать разделенные твердые частицы и жидкость для их обработки вне системы, желательно снабдить систему по меньшей мере одним контейнером, который поддерживает разделение между твердыми частицами и жидкостью. В предпочтительном варианте система снабжена по меньшей мере двумя контейнерами, одним для твердой фракции и одним для жидкости. По меньшей мере один, но предпочтительно по меньшей мере два указанных контейнера может (могут) функционировать и как хранилище, и как буферный (промежуточный) резервуар до того, как фракции текучей среды, т.е. твердые частицы и жидкость, не поступят для дальнейшей обработки в указанные два контейнера или не будут перенесены раздельно на другие удобные транспортирующие устройства. Пока контейнеры находятся внутри системы, желательно, чтобы давление в них соответствовало пониженному давлению в системе. Как вариант, система может содержать по меньшей мере один контейнер для газа.-1 014456 В предпочтительном варианте устройство для создания пониженного давления выполнено таким образом, чтобы создать поток текучей среды, достаточный для перемещения ее составляющих по меньшей мере из одной входной секции по меньшей мере в один контейнер. Устройство для создания пониженного давления предпочтительно содержит вакуумный насос, известный сам по себе. В предпочтительном варианте вакуумная камера, образующая часть устройства для создания пониженного давления, выполнена с возможностью промежуточного накапливания жидкой фракции текучей среды. Текучая среда может представлять собой буровую текучую среду из нефтяной скважины. В своем втором аспекте изобретение соответствует способу выделения из текучей среды, включающей фракции твердых частиц, жидкости и газа, по меньшей мере двух фракций, в котором фракции выделяют при помощи описанной выше системы. Перечень чертежей Далее будет описан неограничивающий пример изобретения, который иллюстрируется прилагаемыми чертежами, схожие части и компоненты на которых имеют сходные обозначения. На фиг. 1 иллюстрируется принцип построения системы для обработки текучей среды согласно изобретению применительно к буровой текучей среде; на фиг. 2 в увеличенном масштабе представлено перспективное изображение первого варианта сепарационного устройства, входящего в систему по фиг. 1; на фиг. 3 в увеличенном масштабе представлено перспективное изображение второго варианта сепарационного устройства, входящего в систему по фиг. 1; на фиг. 4 иллюстрируется принцип функционирования системы для обработки текучей среды согласно изобретению в случае очистки отложений на морском дне. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Далее система для обработки текучей среды с целью ее разделения (сепарации) на твердую, жидкую и газовую фракции будет для краткости именоваться "системой 1". На фиг. 1 система 1 согласно изобретению схематично иллюстрируется применительно к буровой текучей среде (буровому раствору) в нефтедобывающей промышленности. Для наглядности она обведена штриховой линией. При этом специалисту сразу будет понятно, что различные компоненты на представленной схеме изображены в различных масштабах. Система 1 содержит входную секцию 3 и три выходные секции 5, 7 и 9 для сепарированных твердых веществ, жидкости и газа соответственно. Входная секция 3 подсоединена к ниппелю с колоколообразным корпусом для отвода отработанной буровой жидкости, установленному на райзере 50 скважины. Устройство для создания пониженного давления, представляющее собой вакуумный насос 11 с вакуумной камерой 13, сообщается с трубопроводом 15, соединяющим вакуумную камеру 13 с внутренними объемами двух контейнеров 17, 19. Транспортный контейнер 17 может отсоединяться от системы 1 и транспортироваться за ее пределы. Контейнер 19 промежуточного хранения устанавливается с возможностью подведения к нему транспортной системы 52. Данная система 52, образованная закрытой системой труб, предназначена для переноса содержимого контейнера 19 на судно 54. В представленном примере судно 54 снабжено всасывающей системой в виде вакуумного насоса 56 (с которым связана вакуумная камера 58) для всасывания содержимого контейнера 19 промежуточного хранения на судно 54. Однако должно быть понятно, что для переноса содержимого указанного контейнера 19 на судно 54 может быть применено и другое известное оборудование. К каждому из контейнеров 17, 19 подсоединен трубопровод 21, предназначенный для переноса твердых частиц, которые были выделены из буровой текучей среды, на первом сепарационном устройстве 23 и на втором сепарационном устройстве 25. Для облегчения восприятия трубопровод 21 далее именуется "трубой 21 для частиц". Первое сепарационное устройство 23 предназначено среди других задач для выделения крупных частиц из буровой текучей среды. Далее для ясности оно будет именоваться "сепаратором 23 грубого разделения". Данный сепаратор 23 будет более подробно описан далее, со ссылкой на фиг. 2. Второе сепарационное устройство 25 относится к типу устройств, описанных в заявке NO 20053230. Оно содержит движущийся по замкнутой траектории бесконечный просеивающий элемент(ситовую ткань) и обращенное к части нижней стороны данного элемента отсасывающее устройство,которое сообщается с устройством 11, 13 для создания пониженного давления. Второе сепарационное устройство 25 предназначено для выделения из возвращаемой жидкости твердых частиц буровой текучей среды, которые задерживаются на упомянутой движущейся ситовой ткани. Далее второе сепарационное устройство именуется "тонким ситом" 25. Оно будет более подробно описано далее со ссылкой на фиг. 3. Сепаратор 23 грубого разделения связан по потоку с тонким ситом 25 посредством линии 24, так что часть буровой текучей среды, прошедшая сквозь сито 237 сепаратора 23, поступает во входную часть 251 тонкого сита 25. Распределение твердых частиц, которые отводятся от сепаратора 23 грубого разделения и тонкого-2 014456 сита 25 по трубе 21 для частиц, между транспортным контейнером 17 и контейнером 19 промежуточного хранения, контролируется посредством распределительного устройства (не изображено). Возвращаемая жидкость, которая выделяется тонким ситом 25 из буровой текучей среды, переносится посредством по меньшей мере одного отсасывающего устройства 257' в вакуумную камеру 13 по линии 27. Далее линия 27 именуется "линией 27 возврата жидкости". Из вакуумной камеры 13 возвращаемая жидкость, сепарированная из буровой текучей среды, откачивается контролируемым образом посредством насосных средств известного типа (не изображены) из системы 1 в контейнер 29 для активной буровой жидкости. Посредством жидкостного насоса 31 высокого давления активная буровая жидкость закачивается известным способом из контейнера 29 в скважину по линии 33 инжекции. Газ, который высвобождается из текучей среды, отводится вместе с воздухом (который всасывается в систему 1 у сепаратора 23 грубого разделения) посредством устройства 11, 13 для создания пониженного давления по выводящей линии 16 в окружающую среду. Должно быть понятно, что в качестве альтернативы газ перед выпуском в атмосферу может накапливаться в соответствующем контейнере (не изображен) для его обработки и, возможно, очистки. На фиг. 2 в перспективном изображении, в увеличенном масштабе и более подробно представлен сепаратор 23 грубого разделения, схематично показанный на фиг. 1. Для наглядности некоторые части данного сепаратора представлены прозрачными. Однако должно быть понятно, что сепаратор 23 грубого разделения помещен в кожух. Буровая текучая среда поступает (от ниппеля для отвода отработанной буровой жидкости на райзере 50) на вход 231 в корпусе 233. Корпус 233 жестко закреплен на ситовом устройстве 235, которое содержит бесконечную ситовую ткань 237, натянутую, с возможностью перемещения, на трех роликах (из которых показан только один). От бурового шлама, подаваемого в сепаратор 23 грубого разделения, отделяются крупные частицы,которые не проходят сквозь ситовую ткань 237, на которой они транспортируются, а затем падают в дробилку 238 для крупных частиц. В дробилке 238, которая приводится в действие двигателем 239, крупные частицы измельчаются в более мелкие фракции. Из выходной части 238' дробилки 238 крупные частицы переносятся внутри закрытой системы 1 в трубу 21 для частиц и далее через распределитель (не изображен) в транспортный контейнер 17 и/или в контейнер 19 промежуточного хранения. Часть бурового шлама, прошедшая сквозь ситовую ткань 237, подается через выходную часть 237' в линию 24 и далее во входную часть 251 тонкого сита 25 (см. фиг. 3). Сепаратор 23 грубого разделения находится под пониженным давлением, которое создается устройством 11, 13 для создания пониженного давления и управляющим клапаном (не изображен) для подачи воздуха. Данный клапан установлен в соответствующей части сепаратора 23 грубого разделения. Поток воздуха, который создается посредством указанного управляющего клапана и устройства 11, 13 для создания пониженного давления, обеспечивает подачу бурового шлама. Поток воздуха может дополнительно действовать как охладитель бурового шлама, что может способствовать уменьшению испарения токсичных фракций. На фиг. 3 в перспективном изображении, в увеличенном масштабе и более подробно представлено тонкое сито 25, схематично показанное на фиг. 1. Для наглядности некоторые части данного сита представлены прозрачными. Однако должно быть понятно, что тонкое сито 25 помещено в кожух. Подробное описание тонкого сита 25 можно найти в NO 20053230. Буровой шлам, прошедший сквозь ситовую ткань 237 в сепараторе 23 грубого разделения, поступает по линии 24 во входную часть 251, расположенную в корпусе 253. Корпус 253 жестко закреплен на ситовом устройстве 255, которое содержит бесконечную ситовую ткань 257, натянутую, с возможностью перемещения, на четырех роликах 256 (из которых показаны два). Под частью ситовой ткани 257, т.е. с ее нижней стороны установлены, с взаимным пространственным смещением, всасывающие сопла 257', связанные по потоку текучей среды с устройством 11, 13 для создания пониженного давления. Эти сопла 257' всасывают жидкость и частицы, проходящие через отверстия в ситовой ткани 257, подавая их по линии 27 возврата жидкости в вакуумную камеру 13, как это было описано выше. В одном варианте (не изображен) тонкое сито 25 снабжено также акустическим генератором, например источником ультразвука, дополнительно повышающим эффективность отделения жидкости от твердых веществ. Подходящий акустический генератор (описанный в заявке NO 20051433, содержание которой полностью включено в данное описание посредством ссылки) разработан авторами настоящего изобретения. На фиг. 4 система для обработки текучей среды согласно изобретению (представленная в блочной форме) показана в применении для обработки текучей среды, которая всасывается с морского дна, например, в бухте. Таким образом, реализуемый процесс сходен с проиллюстрированным на фиг. 1 (и описанным выше) процессом разделения буровой текучей среды на фракции твердых веществ, буровой жидкости и газа. Однако система для обработки текучей среды на фиг. 4 имеет только два выхода: один по линии 33 инжекции и другой (не изображен) через транспортный контейнер 17 или контейнер 19 промежуточного хранения. Текучая среда, подлежащая очистке, закачивается в систему посредством насоса 50'. Изобретение может быть также весьма полезно при очистке загрязненных масс на поверхности-3 014456 земли, например песка, загрязненного нефтью. К загрязненной массе могут быть добавлены реагенты,облегчающие растворение загрязнителей, после чего компоненты текучей среды, такие как твердые частицы (песок), жидкость (реагенты и нефть) и газ (из реагентов и нефти), могут быть собраны контролируемым образом и, возможно, подвергнуты дальнейшей обработке. Примером применения изобретения в другой области является сепарация органических удобрений,которые могут разделяться на фракции твердого вещества, жидкости и газа. Твердое вещество может быть использовано в качестве биомассы для производства биогаза или формования брикетов для улучшения почвы. Жидкость, возможно, вместе с газом будет пригодна для ввода в почву в качестве эффективного метода внесения удобрений. Использование системы для создания пониженного давления, составляющей основу изобретения,может обеспечить построение оборудования с меньшим количеством факторов безопасности, т.е. имеющего меньшие размеры и массу, чем аналогичное оборудование, использующее повышенное давление. Это связано с тем, что последствия возможной аварии в системе с пониженным давлением не столь велики, как в оборудовании, работающем под давлением. Таким образом, изобретение заключается в создании способа обработки текучей среды, обеспечивающего полный контроль фракций текучей среды. Это составляет очень важное преимущество по сравнению с уровнем техники в отношении аспектов, связанных со здоровьем и с экологией и возникающих при реализации соответствующего процесса очистки. В дополнение, изобретение открывает новые перспективы для очистки текучих сред, содержащих твердые вещества, жидкость и, возможно, газ. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система (1) для выделения из текучей среды, включающей фракции твердых частиц, жидкости и газа, по меньшей мере двух фракций, содержащая входную секцию (3) для текучей среды, выходную секцию (5, 7, 9), имеющую выход для каждой из выделенных фракций, по меньшей мере одно сепарационное устройство (23, 25) и трубопровод (3, 15, 21, 24) для транспортировки через систему текучей среды и выделенных фракций, отличающаяся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере один контейнер (17, 19), установленный с возможностью приема твердой фракции текучей среды, причем по меньшей мере один контейнер (17, 19) сообщается с установленным за ним по потоку текучей среды устройством (11, 13) для создания пониженного давления. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно из указанных сепарационных устройств (25) содержит движущийся по замкнутой траектории бесконечный просеивающий элемент (257) и всасывающее устройство (257'), сообщающееся с устройством (11, 13) для создания пониженного давления и обращенное к части нижней стороны просеивающего элемента (257). 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что вакуумная камера (13), образующая часть устройства (11,13) для создания пониженного давления, выполнена с возможностью промежуточного накапливания жидкой фракции текучей среды. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере один контейнер для газа. 5. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство (11, 13) для создания пониженного давления выполнено с возможностью создания потока текучей среды, достаточного для перемещения ее составляющих по меньшей мере из одной входной секции (3) по меньшей мере в один контейнер (13, 17, 19). 6. Система по п.1, отличающаяся тем, что текучая среда является буровой текучей средой из нефтяной скважины. 7. Способ выделения из текучей среды, включающей фракции твердых частиц, жидкости и газа, по меньшей мере двух фракций, заключающийся в том, что фракции выделяют при помощи системы по пп.1-6.