含油鉆屑熱解析及焚燒處理技術研究

鄭婷婷涂妹劉莎麗杜皓王丹鳳

（1.長江大學石油工程學院， 湖北 武漢 430100；2.成都理工大學， 四川 成都 610000；3.湛江市南海西部石油職業衛生技術服務有限公司， 廣東 湛江 524000；4.華北油田采油二廠， 河北 廊坊 065700）

含油鉆屑熱解析及焚燒處理技術研究

鄭婷婷1涂妹2劉莎麗1杜皓3王丹鳳4

（1.長江大學石油工程學院， 湖北 武漢 430100；2.成都理工大學， 四川 成都 610000；3.湛江市南海西部石油職業衛生技術服務有限公司， 廣東 湛江 524000；4.華北油田采油二廠， 河北 廊坊 065700）

在頁巖氣水平井開發中，因油基鉆井液具有井壁穩定性強，潤滑力強、防卡、降阻等優勢得以廣泛應用，但也帶來了高含油的油基鉆屑處理問題。本文介紹了國內外含油鉆屑處理技術現狀，提出了一種采用熱解析和回轉窯焚燒相結合的兩級處理方式處理含油鉆屑的技術工藝。現場試驗結果表明采用此種工藝處理含油鉆屑，完全能夠滿足國家有關污染物排放標準的要求。

含油鉆屑；熱解析；焚燒處理

隨著世界對能源需求量的不斷增長，頁巖氣氣藏作為極具有開發潛力的非常規油氣藏在國內外得以重視。在頁巖氣開發過程中，由于采用了油基鉆井液，產生了大量的含油鉆屑。這些含油鉆屑必須進行無害化處理，才能符合國家排放標準，否則會造成嚴重的環保事故。因此，開展含油鉆屑無害化處理技術研究，對于保護環境，實現頁巖氣清潔開發有十分重要的意義。

1 技術現狀

目前國內外針對含油鉆屑的處理方式主要有溶劑萃取法、地層深度回注法、生物修復法、熱解析法和焚燒法等。

溶劑萃取法是采用己烷、乙酸乙酯或氯代烴等低沸點有機溶劑將鉆屑的油類溶解萃取出來，萃取液經閃蒸蒸出溶劑得到回收油，閃蒸出的有機溶劑可以繼續循環使用。回收油較徹底，但剩余污泥量大，工藝較復雜，不夠成熟,有安全隱患，且投資成本較高。

深度回注地層前，鉆屑殘油應控制在5%以下，鉆屑經破碎加水流化后高壓回注地層。但因XX區含油鉆屑量太大，采用此法不合適。

生物修復法主要是指利用微生物將含油鉆屑中長鏈烴物質或有機高分子降解成為環境可接受的低分子或氣體（如CO2），但用該處理技術的困難是如何選擇合適的微生物菌種和載體，技術不成熟，且處理周期過長，具有二次污染風險。

熱解析法是將包括油類組份在內的各種有機污染物質加熱到足夠高的溫度，使其蒸發并從受污染介質中分離出來，從而實現廢棄物的凈化處理。有機物全部處理，可有效回收原油，技術成熟，但處理完畢后鉆屑中仍會存有少量的柴油。

焚燒法是進行廢棄物無害化處理的常用方法。有機物全部處理，產生少量的灰渣，可達到無害化排放。但由于在燃燒過程中會產生有毒有害氣體，處理成本高又不能回收原油，因此，主要用于沒有資源回收價值的危險固體廢棄物的最終處置。

綜上分析，結合XX區鉆屑含油量高達20%的實際情況，采用熱解析和回轉窯焚燒相結合的方式處理含油鉆屑。先期通過熱解析的辦法將鉆屑含油量從20%左右降至2%以下，后期將通過回轉窯焚燒的方式處理，采取必要的防污染措施，使鉆屑含油量降至0.3%以下，最終達到無害化處理。

2 熱解析工藝處理含油鉆屑

根據加熱方式不同，熱解析技術有直接加熱型和間接加熱型兩類。直接加熱型指加熱介質與被加熱物質直接接觸加熱，一般用于土壤修復等低揮發性物質含量的固體廢棄物的處理與處置，對系統的氣密性要求非常高；對于高揮發性物質含量的固體廢棄物如油泥，由于產生劇烈燃燒，會帶來系統控制難、資源浪費、環境污染加重等一系列的問題，因此一般不采用直接加熱，通常選用間接加熱型熱解析技術，加熱介質與被加熱物質不直接接觸，可以避免直接熱解析工藝中不良問題的發生。

間接加熱型熱解析技術分蒸餾分離和冷凝回收兩部分。含油鉆屑進入間接加熱熱解析裝置，由蛇形螺旋輸送機輸送在爐中往復多次進行蒸餾分離，鉆屑中的揮發性有機物受熱揮發形成油氣混合物，在真空泵的真空抽吸作用下，進入除塵塔將油氣混合物中的粉塵與油氣分離，分離后的粉塵形成的含油廢渣將再進入熱解析裝置進行蒸餾分離；而另一路在除塵塔中分離的油氣進入分離塔冷凝，分離成輕質柴油和重質柴油的液體和氣體，再進入各自的冷卻槽再次冷凝，沉淀罐沉淀后，將純凈的輕質柴油和重質柴油輸入各自的儲油罐存放。少部分未冷凝的油氣再進行過濾，廢氣進入熱解析裝置重復利用，廢渣進入熱解析裝置再處理，沉淀罐內廢水進入中和池處理后再利用，經熱解析裝置處理后的廢渣進入回轉窯焚燒。

3 焚燒工藝處理廢渣

經熱解析裝置處理后的鉆屑廢渣經自動進料系統均勻的送入旋轉窯燃燒室，廢棄物與高溫燃燒氣體激劇攪動，迅速發生氧化反應，破解有害物質中難以燃燒的成分，根據燃燒3T（溫度、時間、渦流）原則，在旋轉燃燒室內充分氧化、熱解、燃燒，產生的尾氣進入二燃室采用1100～1200℃高溫燃燒，進一步去除煙氣中未燃盡的有害物質，焚燒后的煙氣進入旋風集塵器，除去煙氣中的粉塵，煙氣進入噴淋急冷塔進行強制降溫（200℃以下），隨后進入布袋除塵，煙氣由外經過濾袋時，煙氣中的粉塵被截留在濾袋外表面，從而得到凈化，再經除塵器內文氏管進入上箱體，最后通過煙囪達標排放。

4 現場試驗結果

按上述工藝在XX區進行了多次試驗并改良設備后，設備性能有效提高：在熱解析爐里間接加熱蒸餾含油鉆屑，直接燃燒天然氣產生的有害物質濃度，SO2為0.0000096g/ m3，NO2為0.00192～0.00368 g/m3, 煙 塵 顆 粒 物 為0.00008～0.00024g/m3，符合GB16297-1996《大氣污染物綜合排放標準》有關新污染源大氣污染物無組織排放監控濃度限值標準；從熱解析爐出來的廢渣含油量為0.8%～1.6%，滿足了處理含油量＜2%的要求。廢渣進入回轉窯直接焚燒通過煙囪排放的煙（粉）塵的濃度為100～150g/m3，煙氣黑度（格林曼級）為1級，符合GB 9078-1996《工業爐窯大氣污染物排放標準》標準；產生殘渣檢測結果為石油類含量里層為0.007%，表層為0.004%，符合規定的含油量小于0.3%的標準。

5 結語

①熱解析裝置采取間接加熱，可避免焚燒帶來有毒有害氣體排放的問題，同時減少溫室氣體的排放；

②熱解析裝置采用天然氣燃燒加熱，基本上不產生有害尾氣；

③采用熱解析工藝處理含油鉆屑回收了鉆屑中的大部分油分，可將鉆屑的含油量從20%左右降低至2%以下，實現資源化利用；

④進入回轉窯燃燒的廢渣含油量低于2%，燃燒產生的廢氣能夠做到達標排放；

⑤采用以上熱解析和回轉窯焚燒相結合的方式處理含油鉆屑，同焚燒及其它的熱解析技術相比具有投資、運行成本低的優勢。

[1]Hanna B, Iskandar S.Methods for handling

offshore oil-based mud waste[J]．Saudi Aramco Journal of Technology，2000，26:50-60．

[2]王中華.國內頁巖氣開采技術進展[J].中外能源，2013年02期.

[3]胡小剛，康濤，蔡占文,等.國外鉆井鉆屑處理技術與國內應用研制分析[J].石油機械，2009（9）：159-161.

[4]許毓，史永照，邵奎政,等.廢油基鉆井液處理及油回收技術研究．油氣田環境保護，2007，17(3):8-12.

[5]劉振東，薛玉志，周守菊，劉從軍，唐代緒,等.全油基鉆井液完井液體系研究及應用[J].鉆井液與完井液，2009年06期.

[6]王銘劍,湯克敏.熱解析技術在有機污染場地環境修復中的應用初探.廣東化工，2011年第8期.