海上油基鉆屑熱解析處理技術的現場應用

覃建宇 秦世利 劉永峰

(中海石油(中國)有限公司深圳分公司深水工程技術中心，廣東 深圳 518067)

0 引言

油基鉆井液主要以柴油、低毒礦物油(白油)或合成基液作為連續相的油包水乳化鉆井液。油基鉆井液具有抗高溫、抗鹽鈣侵、有利于井壁穩定、潤滑性好和對油氣層傷害較小等多種優點，油基鉆井液已成為鉆高難度的高溫深井、大斜度定向井、水平井和各種復雜地層的重要手段。而未經處理的油基鉆屑主要由于含油量高，往往超過相關海域排放標準，因此禁止直接排海。《海洋石油勘探開發污染物排放濃度極限》(GB 4914—2008)對海上含油鉆屑排放的要求按海域的不同分為三級：含油率≤1%(一級海域)、≤3%(二級海域)、≤8%(三級海域)。

目前，國內外陸地的油基或者含油鉆屑所使用的甩干處理、回注技術、固化技術、焚燒法、微生物處理技術、溶劑萃取技術等對于海上平臺的處理都有一定局限性。而鉆屑甩干處理僅作為其他工藝的前期處理，除油效果不徹底。熱解析技術在海上適應性強，流程短，除油效果徹底，占地面積小，撬裝式便于安裝，適合作為現場隨鉆技術。

1 熱解析處理技術概述

油基鉆屑熱解析處理技術是油基鉆屑在負壓無氧條件下，加熱到一定的熱解溫度(略低于有機物及烴類物質熱分解溫度)，以惰性氣體或蒸汽等作為吹掃氣，是烴類及有機物解析附，保持一定的加熱時間，直至除去所有油；將鉆屑中絕大部分液相分離冷凝后回收，從而實現鉆屑與油分離的目的，其中不凝氣經過脫硫、堿洗、催化燃燒處理后排放，油與水回收再利用，處理后鉆屑經過降溫、除塵排放或回收利用，回收的鉆屑可用于建筑、生產水泥等。反應釜通常的加熱方式有電磁加熱、微波加熱及錘磨熱解技術，根據處理鉆屑中組分蒸發的溫度不同，加熱的溫度及時間不同。

2 油基鉆屑熱解析處理技術及裝置

2.1 油基鉆屑熱解析裝置

自1999 年第一套鉆屑熱解析裝置被工業化應用以來，已處理了超過50 萬噸的油基鉆屑，應用范圍遍布五大洲。近年來國內一些公司也在相繼研發適用于海上平臺處理油基鉆屑的熱解析裝置，由于海上平臺空間有限，海上處理裝置要求占地面積小，撬式結構便于安裝拆卸，設備運轉穩定，處理效果穩定。

本文所介紹的熱解析裝置采用電磁加熱，全負荷運轉功率為380kW，主要包括上料裝置、主反應釜撬、冷卻撬、制氮裝置、尾氣處理裝置五個撬塊，撬塊之間使用軟管連接，裝置占地面積約80m2，可較好地滿足海上平臺狹小空間的安裝；裝置有兩個反應釜可同時運轉，最大日處理量為25t，根據油基鉆屑含油水量不同，平均處理量為15～20t/d，處理后干鉆屑含油量可小于2%。

2.2 熱解析工藝原理與流程

熱解析工藝原理是將油基鉆屑甩干-離心預處理后輸送至熱解析反應釜裝置內，使用真空泵將反應釜內抽成負壓狀態，在絕氧條件下采用電磁加熱反應釜，反應釜內轉子緩慢攪拌油基鉆屑，使鉆屑受熱均勻防結焦；隨著加熱溫度不斷升高，水、油將變成氣態從鉆屑中蒸發出來，加熱到使烴類及有機物揮發溫度，一般在320～350℃，并保持此溫度30～40min 直至油氣蒸發完全，蒸發后的油氣通過排氣口進入冷卻分離裝置進行冷凝，餾分經冷凝器冷卻至40℃以下，實現液氣兩相分離。分離回收后的油水進行回收資源再利用，分離出來的氣體首先經過脫硫罐、堿洗罐吸附硫化物及中和酸性氣體，再經過催化燃燒爐進行高溫燃燒，最終將產生的氣體變成二氧化碳、二氧化氮等無害氣體排放至大氣中。油氣蒸發完全后向反應釜內充入惰性氣體，將釜內壓力達到與外界氣壓一致，然后將熱解后的干鉆屑從反應釜排渣口排出，排出的干鉆屑溫度在200℃以上，并成粉末狀，使用冷卻水噴淋干鉆屑進行冷卻，防止鉆屑產生粉塵；如果冷卻后的濕鉆屑需要回收處理，則使用振動篩將固相、水分離，分離后的鉆屑回收，水可以繼續作為冷卻水使用。

3 熱解析裝置現場應用情況

該熱解析裝置安裝在南海海上某大位移井項目，首次投入使用后，經過設備調試、改造及升級后，單釜運行處理確認處理正常后采用雙釜運行處理，雙釜運行處理量達15～21 噸/天左右，可以滿足隨鉆產生量實時處理的速率，且裝置運行穩定，共處理油基鉆屑約300 噸。

單個熱解析反應釜每次處理油基鉆屑250L，通過電磁加熱將反應釜溫度加熱至320℃以上，并維持反應釜溫度在320～350℃之間30～40min，使油基鉆屑中的水、油充分解析出來，處理后干鉆屑含油量在1.4～1.7%(質量比)之間，處理效果比較穩定，低于二級海域、三級海域含油鉆屑的排放要求。

解析反應過程中產生的油、水蒸氣進入冷凝器進行冷卻至40℃以下，油、水冷卻成液體后回收，冷卻后的可燃氣體或有害氣體先經過堿洗罐(罐內堿液pH 值10～11)中和酸性氣體，再經過脫硫罐(罐內填充脫硫劑)吸附硫化物氣體，再進入催化燃燒爐將可燃氣體或有害氣體在高溫條件下燃燒成氮氧化物、二氧化碳等無害氣體排放至大氣中，尾氣排放位置遠離人員作業場所。作業期間對排放的尾氣進行檢測，檢測結果顯示，排放的尾氣中有害氣體含量均低于職業接觸極限值，如表1 所示，對現場作業人員及作業區域不會產生危害。

表1 尾氣有害氣體含量

4 結語

熱解析技術在海上平臺現場的成功應用，解決了海上平臺油基泥漿作業井的油基鉆屑隨鉆處理問題，減少了油基鉆屑運回陸地的工作量，減少運輸成本，降低了環保監管風險。

熱解析技術加熱速度快、耗能低、除油效果好，對海上平臺隨鉆處理油基鉆屑、保護海洋環境方面具有廣泛的應用前景。

如能進一步優化熱解析關鍵技術和裝置，提高熱解設備海上處理規模、效率，實現隨鉆處理高效性，使其系統化、標準化，建立完善的體系準則，將能進一步在二、三級海域推廣。