含油鉆屑熱解析處理技術(shù)研究

楊建榮，李世勇，方曉軍

(1. 低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710018；2.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院， 陜西 西安 710018)

1 前言

隨著頁巖氣的大規(guī)模開發(fā)，油基鉆井液被越來越廣泛的應(yīng)用，但是在使用油基鉆井液的過程中會(huì)產(chǎn)生大量固體廢棄物，若大規(guī)模任意排放，會(huì)產(chǎn)生帶有毒素的芳香烴，所含芳香烴的量越多，毒性越大。其含有油類、鹽類、有機(jī)硫化物和有機(jī)磷化物等污染物，它們在很長時(shí)間內(nèi)都難以分解，對環(huán)境影響嚴(yán)重，產(chǎn)生極大的危害，目前大量含油鉆屑達(dá)不到無害化處理,進(jìn)行填埋，環(huán)境危害巨大[1]。

2 概述

2.1 現(xiàn)狀分析

油基鉆井液廢物處理技術(shù)薄弱，配套技術(shù)匱乏，目前國際上對含油鉆屑的處理一般采用集中處理，有熱分離技術(shù)、脫油凈化深埋、生物降解、焚燒法和回注地層等方法進(jìn)行處理，其中熱處理(蒸餾)法，可將含油鉆屑中巖屑、油和水分離回收，處理后的鉆屑含油量大大減少可直接排放，但是其投資成本較大，處理成本很高[2，4]。

國內(nèi)處理案例較少，一般采用填埋、焚燒、微波、電磁、熱洗或回注地層的方法[6]，這幾種處理方法還存在難度大、處理費(fèi)用高、處理不均勻等缺點(diǎn)，同時(shí)留下了潛在的污染隱患，還浪費(fèi)了大量的基礎(chǔ)油等資源，并不適用于規(guī)模化推廣應(yīng)用，因此尋找一種經(jīng)濟(jì)有效的含油鉆屑處理與資源化再利用技術(shù)對保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源及企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都有重要意義[4，8]。

2.2 熱解析處理技術(shù)

2.2.1 熱解析技術(shù)概述

熱解析處理技術(shù)是新興的油基鉆屑處理技術(shù)。該技術(shù)是將含油鉆屑加入到熱解析分離器中，在分離器中含油鉆屑高速旋轉(zhuǎn)翻滾，使含油鉆屑迅速升溫，直至溫度達(dá)到大部分液體(油和水)的蒸發(fā)點(diǎn)，保持這一溫度直至所有的污染物都蒸發(fā)，使油水蒸發(fā)并進(jìn)行冷凝分離收集，剩余的鉆屑含油量大大減少可直接排放[7]。

2.2.2 處理流程

如圖1所示，該流程主要是對振動(dòng)篩出來的含油鉆屑進(jìn)入預(yù)處理罐中，在熱解析分離系統(tǒng)中，使油水蒸發(fā)并進(jìn)入一級冷凝和二級冷凝罐，乳化液進(jìn)入回收罐，固相通過螺旋輸料螺旋外輸，使固相含油量小于1.0%，達(dá)到廢物排放控制指標(biāo)[3，9]。

圖1 含油鉆屑處理流程

3 檢測分析

3.1 含油鉆屑組分分析

室內(nèi)通過OIL-510型紅外分光測油儀對1井、2井和3井的含油鉆屑，進(jìn)行含油測定，用四氯化碳萃取水中的油類物質(zhì)，測定總萃取物，然后將萃取液用硅酸鎂吸附，去除動(dòng)、植物油等極性物質(zhì)后，測定石油類(表1)。

表1 含油鉆屑組分檢測

由表1可以得出，使用油基鉆井液鉆井過程中排放的含油鉆屑中，鉆屑含油量最高為23.3%，含水最高為24.5%，固相含量最高為74.0%。該區(qū)域含油鉆屑主要由合成劑、水、巖屑及少量添加劑組成，依據(jù)室內(nèi)檢測和現(xiàn)場測試情況，鉆屑含油約為17.7%～23.3%，含水約為8.3%～24.5%，固相巖屑及其它約為55%～74%。

3.2 合成基沸程測

室內(nèi)通過全自動(dòng)沸程測定儀(溫度范圍:0～400 ℃)，對現(xiàn)場配置油基鉆屑用合成基進(jìn)行蒸餾測定，其不同批次測定結(jié)果如表2所示。

表2 合成基蒸餾溫度測試結(jié)果

由表2可以看出含油鉆屑油蒸餾溫度范圍：初餾點(diǎn)約175 ℃，揮發(fā)5%組分溫度約為185 ℃，揮發(fā)90%組分溫度約為308 ℃為，終餾點(diǎn)約為315 ℃。

3.3 合成基性能指標(biāo)

由表3可以看出，合成基的閃點(diǎn)為89 ℃，燃點(diǎn)為114 ℃。

表3 基礎(chǔ)油性能指標(biāo)

4 技術(shù)運(yùn)用

4.1 處理流程

鉆屑經(jīng)過篩除雜物及大顆粒后，將鉆屑泵至預(yù)處理罐中。為了增加高固相含油鉆屑具有一定的流動(dòng)性，在預(yù)處理罐進(jìn)行初步預(yù)熱，并攪拌均勻后由進(jìn)料泵進(jìn)入熱解析分離器內(nèi)，在分離器里完成油、水和巖屑的分離過程，液相吸熱揮發(fā)的油和水形成油氣進(jìn)入到一級冷凝和二級冷凝分離器，回收后的液相繼續(xù)配制油基鉆井液；固相鉆屑通過分離器下部的出料口進(jìn)入到螺旋輸送器，輸送至安全地點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一處理。

4.2 現(xiàn)場生產(chǎn)

現(xiàn)場生產(chǎn)過程中，處理時(shí)間在6～12 min之間，處理溫度原則上低于315 ℃，處理量為1.0～1.5 t/h,在該參數(shù)下,設(shè)備運(yùn)行生產(chǎn)，檢測處理后鉆屑含油量均低于1.0%，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求[5]。對現(xiàn)場生產(chǎn)過程中，部分時(shí)間段的參數(shù)及處理后結(jié)果如表4所示。

通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)確定了油基鉆屑處理參數(shù)，確定處理溫度為300～330 ℃，處理時(shí)間為10 min左右，最佳處理量為1.3 t/h，在此參數(shù)下處理后鉆屑含油量及回收油固含量均滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3 處理后結(jié)果檢測

4.3.1 固相含油量檢測

室內(nèi)對處理后的鉆屑進(jìn)行含油量測定，其不同處理期間結(jié)果如5所示。

表4 不同處理量下處理結(jié)果

備注：由于是動(dòng)平衡過程，數(shù)據(jù)為10分鐘內(nèi)平均值或范圍

表5 固相含油量檢測

由表5可以看出，處理前鉆屑含油量均大于15%，，經(jīng)過熱解析處理后鉆屑含油量均小于1%，最低為0.14%，最高為0.70%(圖2、圖3)。

圖2 處理前含油鉆屑

圖3 處理后鉆屑

4.3.2 回收液性能測試

室內(nèi)對回收液體，加入適量水、乳化劑、有機(jī)膨潤土、提粘劑及合成基等藥劑，重新配制油基鉆井液，攪拌后測性能指標(biāo)，具體指標(biāo)見表6。

由表6可以看出，含油鉆屑經(jīng)熱解析處理后，對油氣再進(jìn)行冷凝回收，回收的液體，經(jīng)重新調(diào)配后各性能指標(biāo)同現(xiàn)場用油基鉆井液指標(biāo)相近，性能穩(wěn)定，滿足現(xiàn)場鉆井要求。

5 結(jié)論

針對威遠(yuǎn)頁巖氣示范區(qū)含油鉆屑難處理處理等問題，開展了含油鉆屑熱解析處理技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn)，形成了含油鉆屑熱解析處理工藝技術(shù)。確定處理溫度為300～330 ℃，處理時(shí)間為10～12 min，最佳處理量為1.3 t/h，最大處理量可達(dá)1.5 t/h，處理后鉆屑含油量最低可達(dá)0.14%，該技術(shù)具有處理徹底、無二次污染、處理周期短、效率高的特點(diǎn)。處理后的固相含油量均小于1.0%,滿足填埋指標(biāo)要求，回收的基礎(chǔ)液性能滿足再次配制油基鉆井液要求。

表6 油基鉆井液性能指標(biāo)測試