DE3038741C1 - Einrichtung zur elektrokinetischen Trennung einer Fluessigkeit in eine fluessige und feste Phase - Google Patents

Description

ins Bohrloch eingeführt wird.

Technologisch kompliziert und folglich teuer ist die Herauslösung der festen Phase aus einem Teil der Bohr-Ioch-Spülflüssigkeit sowie die Durchführung dieses Vorganges in zwei Stufen, wobei zuerst größere Teilchen und dann kleinere abgetrennt werden.

Es ist eine Einrichtung zur elektrokinetischen Trennung der Bohrloch-Spülflüssigkeit in eine flüssige und eine feste Phase beschrieben, deren Gehäuse einen Eingang für die Bohrloch-Spülflüssigkeit sowie Ausgänge für ihre getrennten Phasen aufweist und Elektroden enthält, die an die Polklemmen einer Gleichstromquelle angeschlossen sind.

Die an den Pluspol der Gleichstromquelle angeschlossene Elektrode enthält eine Kammer mit gelochter Wand, wobei die Kammer mit einem geschlossenen System für den Umlauf einer elektrisch leitenden Flüssigkeit verbunden ist. Das Gehäuse dient als zweite Elektrode und ist an den Minuspol der Gleichstromquelle angeschlossen. Beim Betrieb der Einrichtung wird die durch die Kammer fließende elektrisch leitende Flüssigkeit mit der festen Phase angereichert, während die außerhalb der Kammer stehende Bohrloch-Spülflüssigkeit diese Phase verliert. Nach mehrmaligem Durchpumpen der elektrisch leitenden Flüssigkeit durch die Kammer wird die Reinigung der Bohrloch-Spülflüssigkeit beendet. Die mit der festen Phase angereicherte elektrisch leitende Flüssigkeit wird darauf abgegossen und durch eine neue ersetzt. Ins Gehäuse der Einrichtung wird eine neue Portion der Spülflüssigkeit eingeführt, und der Reinigungsvorgang geht weiter (vgl. z. B. den nachveröffentlichten sowjetischen Urheberschein Nr. 662 688). Durch den zyklischen Umlauf der elektrisch leitenden Flüssigkeit wird die Menge der dieser Flüssigkeit zugeführten festen Phase aber begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur elektrokinetischen Trennung einer Flüssigkeit in eine flüssige und eine feste Phase zu entwickeln, in der die Ausführung der an den Minuspol der Gleichstromquelle angeschlossenen Elektrode und der Aufbau des Gehäuses eine praktisch vollständige Trennung der mit chemischen Reagenzien angereicherten festen Phase zwecks ihrer weiteren Verwendung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem in der Einrichtung zur Trennung der Flüssigkeit in eine feste und eine flüssige Phase, deren Gehäuse einen Eingang für die Flüssigkeit und Ausgänge für ihre abgetrennten Phasen aufweist und Elektroden enthält, von denen eine Elektrode an den Minuspol der Gleichstromquelle und die andere an ihren Pluspol angeschlossen sind, erfindungsgemäß die an den Minuspol angeschlossene Elektrode in der Art einer Schnecke mit einem zylindrischen und einem dahinter liegenden konischen Abschnitt ausgeführt ist, das Gehäuse als eine an den Pluspol angeschlossene Elektrode ausgebildet ist und entsprechend einen zylindrischen und einen konischen Abschnitt aufweist, wobei der Ausgang für die feste Phase der Flüssigkeit an der Stirnseite des konischen Gehäuseabschnitts liegt, und ein Sammelgefäß für die feste Phase der Flüssigkeit vorgesehen ist, das mit dem Ausgang für die feste Phase der Flüssigkeit kommuniziert.

Zweckmäßig wird das Sammelgefäß für die feste Phase in der Art von zwei koaxial angeordneten Behältern aus einem biegsamen gewellten Werkstoff ausgeführt, wobei der Innenbehälter aus einem netzartigen elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt wird, an den Minuspol der Gleichstromquelle angeschlossen wird und mit dem Ausgang im Gehäuse für die feste Phase kommunizieren soll, wobei der Außenbehälter aus dielektrischem Werkstoff mit Öffnungen zum Abguß der abgeschiedenen flüssigen Phase ausgeführt wird.

Die biegsame gewellte Konstruktion des Sammelgefäßes für die feste Phase und sein veränderlicher Rauminhalt schließen die Bildung von Lufteinschlüssen aus. die den Durchfluß des elektrischen Stromes behindern.

Die Ausführung des Innenbehälters als Netzkatode verhindert außerdem das Haften von Tonteüchen an

ίο den Wänden des Innenbehälters und das Verstopfen der Netzmaschen, wobei die Menge der abgetrennten flüssigen Phase (des Filtrats) zusätzlich vergrößert wird, d. h. die feste Phase der Flüssigkeit noch dicker wird.
Auch zweckmäßig wird der Ausgang für die flüssige Phase der Flüssigkeit am konischen Abschnitt des Gehäuses angeordnet und mit einer Netzzwischenwand versehen.

Eine derartige Anordnung des Ausganges für die flüssige Phase am konischen Gehäuseabschnitt gewährleistet eine effektivere Abscheidung des Filtrats und eine stärkere Verdickung der festen Phase der Flüssigkeit im Gehäuse der Einrichtung.

Es ist erwünscht, den zylindrischen Abschnitt des Gehäuses aus drei Teilen zusammenzubauen, wobei der mittlere Teil von den an den Seiten liegenden Teilen elektrisch isoliert wird und als Anode dient.

Bei dieser Ausführung werden die Anodenzone und die Katodenzone im mittleren Teil des Gehäuses gebildet. Da die hochkolloidalen und negativ geladenen Teilchen an der Anode sedimentieren, erfolgt dabei die Absetzung des dickeren Anteils der Flüssigkeit im mittleren Gehäuseteil mit höherer Effektivität.

Die Schneckenblätter und der konische Abschnitt der Schnecke sind aus dielektrischem Werkstoff und die Schneckenwelle aus elektrisch leitendem Werkstoff auszuführen.

Eine derartige Ausführung der Schnecke ist für die Bildung eines gleichmäßigen elektrischen Feldes im Gehäuseinnenraum notwendig.

Unter dem Außenbehälter wird zweckmäßigerweise ein Sammelbehälter für die abgetrennte flüssige Phase eingebaut. Bei dieser Anordnung ist die wiederholte Benutzung des Filtrats möglich.
Somit gewährleistet die Einrichtung zur Trennung der festen Phase Flüssigkeit von ihrer flüssigen Phase (vom Filtrat) eine effektivere Verdickung der festen Phase.

Bedeutende technische Vorteile der vorgeschlagenen Einrichtung werden durch einfache technologische Vorgänge und wirtschaftliche Arbeitsgänge erreicht. Das einfache konstruktive Schema der Einrichtung garantiert ihren zuverlässigen Betrieb. Beim Betrieb der vorgeschlagenen Einrichtung wird eine wesentliche Einsparung von Tonrohstoffen und chemischen Reagenzien erreicht.

Nachstehend wird ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in der die erfindungsgemäß ausgeführte Einrichtung zur elektrokinetischen Trennung einer Bohrloch-Spülflüssigkeit in eine feste und eine flüssige Phase schematisch im Längsschnitt dargestellt ist, wobei der Schneckenantrieb nicht gezeigt ist.

Die zur elektrokinetischen Trennung der Bohrloch-Spülflüssigkeit in feste und flüssige Phase bestimmte Einrichtung enthält ein Gehäuse 1 mit daran angeschlossenem Stutzen 2, der als Eingang für die Spülflüssigkeit dient, sowie mit einem Stutzen 3, der als Ausgang für die abgetrennte flüssige Phase der Spülflüssigkeit

benutzt wird. Im Gehäuse 1 ist eine Schnecke 4 angeordnet, die einen zylindrischen Abschnitt 5 und eine dahinter liegenden konischen Abschnitt 6 aufweist Die Welle 7 der Schnecke 4 ist aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt und über einen Kollektor 7 a an den Minuspol einer Gleichstromquelle 8 angeschlossen. Die Blätter 9 der Schnecke 4 und ihr konischer Abschnitt 6 sind aus einem dielektrischen Werkstoff ausgeführt. Entsprechend weist das Gehäuse 1 einen aus drei miteinander verbundenen Teilen 10a, iOb und 10c gebildeten zylindrischen Abschnitt und einen konischen Abschnitt 11 auf. Der mittlere Teil IOb des zylindrischen Gehäuseabschnitts ist mittels dielektrischer Zwischenlagen 12 von den an den Seiten liegenden Teilen 10a und 10a isoliert. Dieser mittlere Teil 10ό ist an den Pluspol der Gleichstromquelle 8 angeschlossen.

Der für die abgetrennte feste Phase der Spülflüssigkeit bestimmte Ausgang 13 liegt an der Stirnseite des konischen Abschnitts 11 des Gehäuses 1. An diese Stirnseite schließt sich ein mit dem Ausgang 13 kommunizierendes Sammelgefäß 14 für die feste Phase der Spülflüssigkeit an. Dieses Sammelgefäß 14 besteht aus einem Innenbehälter 15 und einem Außenbehälter 16, wobei diese Behälter 15 und 16 koaxial angeordnet sind. Sie sind aus einem biegsamen gewellten Werkstoff hergestellt und haben eine gemeinsame Grundplatte 17. Die Behälter 15 und 16 sind so befestigt, daß zwischen ihnen ein Ringspalt bleibt.

Der Innenbehälter 15 ist aus einem netzartigen elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt und an den Minuspol der Gleichstromquelle 8 angeschlossen, wobei er als Katode dient. Der Behälter 15 kommuniziert mit dem Ausgang 13 des Gehäuses 1.

Der mit der Grundplatte 17 verbundene Außenbehälter 16 ist aus einem dielektrischen Werkstoff ausgeführt und weist Öffnungen 18 zum Abguß der zusätzlich separierten flüssigen Phase auf. Zum Ansammeln dieser flüssigen Phase ist unter dem Außenbehälter 16 ein Sammelbehälter 19 aufgestellt, der mittels einer Rohrleitung 20 mit einem Behälter 21 für die Bohrloch-Spülflüssigkeit verbunden ist.

Zur Verbindung des Sammelgefäßes 14 mit dem Gehäuse 1 sind an diesen Flansche 22 bzw. 23 vorgesehen, zwischen denen eine Zwischenlage 24 eingelegt wird. Diese Flansche sind mit Hilfe einer aus dielektrischen Werkstoff hergestellten Schelle 25 miteinander verbunden.

Der Stutzen 3 ist am konischen Abschnitt 11 des Gehäuses 1 befestigt, da die Abscheidung der flüssigen Phase in diesem Abschnitt durch die netzartige Zwischenwand 26 effektiver abläuft.

Der Behälter 21 ist mittels einer Rohrleitung 27 mit dem Stutzen 3 und mit Hilfe einer anderen Rohrleitung 28 über eine Pumpe 29 mit dem Stutzen 2 verbunden.

Die vorgeschlagene Einrichtung zur elektrokinetischen Trennung der Bohrloch-Spülflüssigkeit funktioniert wie folgt.

Beim Ingangsetzen der Einrichtung werden die in der Zeichnung nicht gezeigten Antriebe der Schnecke 4 und der Pumpe 29 eingeschaltet. Die zur Trennung bestimmte Bohrloch-Spülflüssigkeit wird mit Hilfe der Pumpe 29 durch die Rohrleitung 28 und den Stutzen 2 in den Innenraum des Gehäuses 1 eingeführt, wo die Spülflüssigkeit der elektrischen Behandlung unterzogen wird. Bei dieser elektrischen Behandlung setzt sich die kolloidale tonhaltige Phase der Spülflüssigkeit am Gehäuseteil 106 ab, und die auf diese Weise behandelte Flüssigkeit fließt durch die netzartige Zwischenwand 26, den Stutzen 3 und die Rohrleitung 27 wieder in den Behälter 21. Die der Behandlung unterzogene Bohrloch-Spülflüssigkeit durchläuft mehrmals das elektrische Feld der Einrichtung und läßt an der Wand des Gehäuseteils tOb die tonhaltige Phase zurück. Anfänglich Jagern sich am Gehäuseteil IQb die kleinsten Teilchen der Kolloidphase der Spülflüssigkeit ab, die durch die sich drehende Schnecke 4 fortwährend von den Wänden entfernt, zum Gefäß 14 übertragen und weiter durch den Ausgang 13

ίο in den Innenbehälter 15 zum Ansammeln der festen Phase geschoben werden. Infolge der biegsamen gewellten Ausführung des Behälters 15 entsteht ein Gegendruck, der eine Verdichtung dieser Phase im Innenraum des Behälters 15 bewirkt. Unter Einwirkung des elektrischen Feldes erfolgt die zusätzliche Abscheidung der flüssigen Phase von dieser verdichteten tonhaltigen Phase. Der negativ geladene Behälter 15 stößt die negativ geladenen kolloidalen Tonteilchen ab, läßt aber das Filtrat frei durch. Das abgeschiedene Filtrat gelangt in den Ringspalt zwischen den Behältern 15 und 16, und

fließt durch die Öffnungen 18 in den Sammelbehälter 19 für die abgeschiedene flüssige Phase und weiter in den Behälter 21.

Durch Änderung der Durchlaufzahl für die durch das Gehäuse 1 gepumpte Spülflüssigkeit und durch Regelung der Stromstärke läßt sich im Gefäß 14 die Kolloidphase der Spülflüssigkeit von gleichem Feinheitsgrad ansammeln. Nach der Abscheidung der feineren Fraktion ersetzt man das Sammelgefäß für die feste Phase durch ein leeres, und bei Erhöhung der Stromstärke läßt man die zu behandelnde Bohrloch-Spülflüssigkeit mit einer bestimmten Zykluszahl das Gehäuse 1 zwecks Ansammlung der Fraktion mit größeren Teilchen durchlaufen usw.

Das für die feste Phase vorgesehene Sammelgefäß 14 kann nachträglich zur Aufbewahrung und zum Transport des abgetrennten pastenförmigen Tons an den Ort seiner wiederholten Verwendung benutzt werden. Der Anschluß der Schnecke 4 und des Behälters 15 an den Minuspol der Gleichstromquelle 8 verhindert das Ankleben von Tonteilchen an diesen Bauteilen.

Somit gewährleistet die Einrichtung zur elektrokinetischen Trennung der Bohrloch-Spülflüssigkeit in feste und flüssige Phase eine effektive Abscheidung der durch chemische Reagenzien angereicherten hochkolloidalen Phase und die Bildung einer Paste daraus, die wieder verwendet werden kann.

Der ökonomische Nutzen der vorgeschlagenen Einrichtung zur Trennung der Bohrloch-Spülflüssigkeit in

so feste und flüssige Phase ergibt sich aus der Senkung der Aufwendungen für chemische Reagenzien zwecks Zubereitung der Bohrloch-Spülflüssigkeit und Erhaltung ihrer Eigenschaften, aus ihrer längeren Lebensdauer und aus der Erhöhung des Bohrfortschritts infolge der Verbesserung der Qualität der aus der Paste zubereiteten Bohrloch-Spülflüssigkeit.

Die vorgeschlagene Erfindung kann besonders zweckmäßig beim Niederbringen von Erdöl-, Gas- und Untersuchungsbohrlöchern benutzt werden. Die Erfindung kann auch in der chemischen Industrie, in der Baustoffindustrie sowie in anderen Industriezweigen angewandt werden, in denen die Abscheidung der festen Phase aus Suspensionen erforderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 der Tiefbohrung mehrere wichtige Theologische Eigen- Patentansprüche: schäften dieser Flüssigkeit. Das Verfahren zur Zubereitung einer Bohrloch-Spülflüssigkeit stellt daher einen

1. Einrichtung zur elektrokinetischen Trennung Vorgang dar, bei dem Tonsuspensionen erhalten werder Flüssigkeit in eine feste und eine flüssige Phase, 5 den und ihr Gehalt an Kolloidteilchen der festen Phase deren Gehäuse einen Eingang für die Flüssigkeit und einen Grad erreicht, der die geforderten rheologischen Ausgänge für ihre abgetrennten Phasen aufweist Eigenschaften der Spülflüssigkeit ergibt. Der Dispergie- und Elektroden enthält, von denen eine Elektrode an rungs- oder Zerkleinerungsgrad der Tonteilchen fester den Minuspol einer Gleichstromquelle und die ande- Phase bestimmt bei diesem Vorgang die Qualität der re an ihren Pluspol angeschlossen sind, dadurch io erhaltenen Tontrübe. Die Verringerung der Gesamtgekennzeichnet, daß die an den Minuspol der menge der festen Phase in der Spülflüssigkeit unter Bei-Gleichstromquelle (8) angeschlossene Elektrode in behaltung ihrer rheologischen Eigenschaften erhöht der Art einer Schnecke (4) mit einem zylindrischen den mechanischen Bohrfortschritt. Dazu muß aber der Abschnitt (5) und einem dahinter liegenden koni- Dispergierungsgrad erhöht werden.

sehen Abschnitt (6) ausgeführt ist, das Gehäuse (t) 15 Die Bohrloch-Spülflüssigkeit wird aus Tonpulver von als eine an den Pluspol der Gleichstromquelle (8) hoher Qualität mit Zusätzen von teueren chemischen angeschlossene Elektrode ausgebildet ist und ent- Reagenzien zur Änderung und Stabilisierung ihrer vorsprechend einen zylindrischen Abschnitt (10a, 106, gegebenen Eigenschaften zubereitet. Nach Beendigung iOc) und einen konischen Abschnitt (11) aufweist, der Bohrarbeit wird die ganze Menge der Spülflüssigwobei der Ausgang (13) für die feste Phase der Flüs- 20 keit in die Kippe weggegossen, weil der Transport diesigkeit an der Stirnseite des konischen Abschnitts ser Flüssigkeit mit 85 bis 90% Wassergehalt zu einem (11) des Gehäuses (1) liegt, und ein Sammelgefäß (14) anderen Bohrloch zu teuer ist. Daher bietet sich ein für die feste Phase der Flüssigkeit vorgesehen ist, das Problem dar, den wertvolleren hochkolloidalen Anteil mit dem Ausgang (13) für die feste Phase der Flüssig- der Bohrloch-Spülflüssigkeit, der die Grundlage ihrer keit im Gehäuse (1) kommuniziert. 25 Struktur bildet, von ihr abzutrennen und anzusammeln,

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- um so mehr, als diese Fraktion durch die in die Spülflüszeichnet, daß das Sammelgefäß (14) für die feste sigkeit eingeführten chemische Reagenzien angerei-Phase in der Art von zwei koaxial angeordneten chert ist.

Behältern (15, 16) aus einem biegsamen gewellten Gegenwärtig wird die Bohrloch-Spülflüssigkeit nur

Werkstoff ausgeführt ist, wobei der Innenbehälter 30 beim Bohren gereinigt. Zu diesem Zweck gibt es ver-

(15) aus einem netzartigen elektrisch leitenden schiedene Einrichtungen.

Werkstoff hergestellt ist, am Minuspol der Gleich- In solchen bekannten Einrichtungen wie Vibratorsieb, stromquelle (8) liegt und mit dem Ausgang (13) für Hydrozyklon und Zentrifuge werden von der Spülflüsdie feste Phase im Gehäuse (1) kommuniziert, wobei sigkeit nur größere losgebohrte Gesteinsteile der Außenbehälter (16) aus dielektrischem Werk- 35 (Schlamm) abgeschieden, während hochkolloidale Teilstoff ausgeführt ist und Öffnungen zum Abguß der chen der festen Phase in der Flüssigkeit bleiben, wobei abgeschiedenen flüssigen Phase aufweist. im Ergebnis dieser Aufbereitung die Eigenschaften der

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Spülflüssigkeit schlechter werden. Man ist dabei gezeichnet, daß der Ausgang (3) für die flüssige Phase zwungen, einen Teil der Flüssigkeit wegzugießen, und am konischen Abschnitt (11) des Gehäuses (1) liegt 40 den anderen Teil mit Wasser zu verdünnen und mit und mit einer Netzzwischenwand (26) versehen ist. chemischen Reagenzien anzureichern, um die für das

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Bohren erforderlichen optimalen rheologischen Eigenzeichnet, daß der zylindrische Abschnitt des Gehäu- schäften der Spülflüssigkeit zu erhalten. Nach Abschluß ses aus drei Teilen (10a, 106, iOc) besteht, wobei der der Bohrung wird die Spülflüssigkeit in der Regel wegmittlere Teil (iOb) von den an den Seiten liegenden 45 gegossen.

Teilen (10a, 10c) elektrisch isoliert ist und als Anode Die obigen Betrachtungen lassen erkennen, daß die

dient. Abscheidung von Kolloidteilchen der festen Phase von

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- der Bohrloch-Spülflüssigkeit eine wesentliche Bedeuzeichnet, daß die Blätter (9) der Schnecke (4) und ihr tung für das wirtschaftliche Tiefbohren hat.
konischer Abschnitt (6) aus dielektrischem Werk- 50 Es ist eine Einrichtung zur Abscheidung, der stabilen stoff und die Schneckenwelle (7) aus elektrisch lei- lehmigen kolloidalen Phase von der Bohrloch-Spülflüstendem Werkstoff ausgeführt sind. sigkeit bekannt, bei deren Anwendung die aus dem

6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Bohrloch heraustretende schlammhaltige Spülflüssigzeichnet, daß unter dem Außenbehälter (16) ein keit vorher mit Wasser verdünnt wird, worauf die Her-Sammelbehälter (19) für die abgetrennte flüssige 55 auslösung größerer Schlammteilchen aus der Flüssig-Phase aufgestellt ist. keit erfolgt. In der verdünnten und also gereinigten

Spülflüssigkeit bleiben kleine ungeladene losgebohrte

. Gesteinsteilchen sowie negativ geladene kolloidale

Tonteilchen. Von dieser KoHoidlösung werden dann ne-60 gativ geladene Tonteilchen abgeschieden, wobei sie sich

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur an einer drehbaren Anode ablagern, worauf man sie

.elektrokinetischen Trennung einer Flüssigkeit in eine mittels eines Abstreifers entfernt. Die sich ablagernden

flüssige und eine feste Phase. negativ geladenen Teilchen reißen einen Teil der unge-

Diesbezüglich stellt beispielsweise eine Bohrloch- ladenen Teilchen mit sich, die an der drehbaren Anode

Spülflüssigkeit ein heterogenes flüssiges System dar, 65 auch abgesetzt werden (vgl. das CS-Patentl 09 992).

welches unbedingt auch Kolloidteilchen der festen Pha- Mit der beschriebenen Einrichtung wird aber nur ein

se enthalten soll. Das Vorhandensein dieser Teilchen in Teil der Bohrloch-Spülflüssigkeit behandelt, während

der Spülflüssigkeit bedingt in Hinseht auf die Qualität der andere, bedeutend größere Teil ohne Aufbereitung