CN107165594B - 一种深井聚磺钻井液废弃泥浆及岩屑的处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深井聚磺钻井液废弃泥浆及岩屑的处理装置，该装置由上料机、冷却换热干化炉、二燃室、三级旋风分离器、重晶石收集槽、布袋除尘器、脱硫塔、水膜除尘器、燃气储罐、燃烧室、供气风机、热空气喷嘴、热交换装置、防粘结装置、高温热解炉、收集槽、干化料进料装置、收集仓、气体分布器、进料装置连接构成。本发明装置能快速、高效、便捷的实现深井聚磺钻井液废弃泥浆及钻屑的资源化、无害化处理，同时实现了热能和重晶石资源的回收利用。
Description
技术领域
本发明属于油气田废弃泥浆处理技术领域，具体涉及一种深井聚磺钻井液废弃泥浆及岩屑的资源化、无害化处理方法。
背景技术
在深井钻井过程中，由于地层温度高，为了实现钻井作业的高效、安全，普遍采用添加了重晶石、磺化酚醛树脂、磺化单宁、沥青粉等添加剂的聚磺防塌高温钻井液体系。该体系保证了钻井过程的安全快速钻进，但由于所含的添加剂种类多、加量高、组成复杂，因此作业结束后形成的废弃泥浆岩屑异常稳定、污染成分复杂、处理难度大，采用常规的固化法、化学洗法、生物法处理难以实现固废物浸出液的色度和CODCr达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的2级标准。
为了实现深井聚磺钻井液废弃泥浆的资源化、无害化处理，科技工作者在上世纪90年代就开始采用破胶/固化复合处理技术、干化煅烧处理等。
CN 200610022008公开了一种钻井废弃泥浆无害化处理方法，在泥浆池中搅拌加入盐酸或硫酸或草酸中至少一种工业酸中和废弃泥浆中的氢氧化钠和碳酸钠，再加入漂白粉或双氧水或次氯酸钠中至少一种氧化剂除去或降低废弃泥浆中的有机物含量；最后边搅拌边加入多聚硅酸钠或硫酸铝或明矾或石膏粉或氧化镁，破坏废弃泥浆的乳液平衡。该发明采用化学处理的方法在一定程度上解决了废弃泥浆处理费用高、环境污染的问题，但CODCr和色度难以稳定达标。
CN 102295401 B公开的深井聚磺钻井液废弃泥浆的无害化处理方法包含：(1)复合固化：向深井聚磺钻井液废弃泥浆中加入复合固化剂，搅拌均匀进行固化处理；(2)氧化：在经步骤(1)固化处理后的固废物中加入氧化剂进行搅拌；(3)调整：在经步骤(2)氧化处理的固废物中加入调整剂将固废物的pH调整为中性。经该工艺处理后，固废物浸出液各项指标可达到《污水综合排放标准》GB8978-1996的1级技术标准要求，但不能实现泥浆中如重晶石等资源的回收利用。
CN 105570905 A涉及一种废弃泥浆处理装置及方法，该废弃泥浆处理装置包括泥浆存储罐、废浆喷化单元、一级煅烧炉、二级煅烧炉、布袋式除尘器、洗涤净化塔、煤粉机等。该发明能满足一次性处理达标排放的要求，使环保变得更容易，无需再做二次处理。但该方法仅为废泥浆的煅烧处理，没有能够实现废泥浆中如重晶石、热等资源的回收利用，也没有能够提出含沥青粉等高黏度、遇热易凝固的深井聚磺钻井液废弃泥浆的资源化、无害化处理。
CN 105674298 A公开了一种钻井废弃泥浆干化煅烧处理系统，包括回转式干化煅烧装置、回转驱动机构和回转支撑机构，回转式干化煅烧装置穿过回转驱动机构和回转支撑机构，回转式干化煅烧装置的干化端设有原料送料系统和干化供热装置，回转式干化煅烧装置的煅烧端设有煤粉燃烧器和螺旋输送机，回转式干化煅烧装置倾斜设置，干化端高于煅烧端，干化供热装置的出气口与回转式干化煅烧装置的热风进口连接，煤粉燃烧器的燃烧端伸入煅烧端内，回转式干化煅烧装置的中部连接有除尘净化系统。该发明能快速、高效、便捷的实现钻井废弃泥浆的处理，可解决钻井废弃泥浆的污染问题。但该发明没有能够实现废泥浆中如重晶石、热等资源的回收利用，也没有能够提出含磺化酚醛树脂、沥青粉、重晶石等高黏度、遇热易凝固的深井聚磺钻井液废弃泥浆的资源化、无害化处理。
CN 105888614 A公开了一种油气田钻井废弃泥浆处理装置，包括窑体头部、窑体中段和窑体尾部，窑体中段与窑体头部和窑体尾部均转动连接，窑体中段下方设有回转驱动机构，窑体头部前部设有煤粉下料管、物料下料管、煤粉进风管和物料进风管，煤粉下料管上端安装有煤粉料斗，物料下料管上端安装有物料料斗，煤粉进风管进风口连接有煤粉鼓风机，物料进风管的进风口连接有物料鼓风机，窑体头部设有点火口；窑体尾部底部设有出料口，窑体尾部上部设有排气口，排气口上连接有气体净化系统。该发明实现了钻井废弃物无害化处理，处置混合物符合国家土壤质量的三级标准，各组件高度集成，装置占地面积小，可集中连续进行，处理效率高，但没有涉及尾气处理系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能快速、高效、便捷的实现资源化、无害化处理含磺化酚醛树脂、沥青粉、重晶石等高黏度、遇热易凝固的深井聚磺钻井液废弃泥浆及岩屑的装置。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：上料机与冷却换热干化炉上部的进料装置相连通，冷却换热干化炉顶部的出气口通过管道与三级旋风分离器相连通，三级旋风分离器依次与布袋除尘器、脱硫塔、水膜除尘器相连通；冷却换热干化炉下部的内壁上设置有气体分布器、底部设置有收集仓，气体分布器通过冷却换热干化炉下部的进气管与二次燃烧器相联通，收集仓下设置有干化料进料装置，二燃室与高温热解炉炉尾的出气口相连通，干化料进料装置与高温热解炉炉尾的进料口相连通，高温热解炉的炉头沿炉壁一周均布设置有热空气喷嘴，热空气喷嘴与燃烧室相连通，燃烧室与燃气储罐相连通；高温热解炉炉头的出料口与热交换装置相连通，热交换装置的进气口与供气风机相连通、出气口与燃烧室相连通。
上述的气体分布器为均匀分布有气嘴的环形管。
上述的进料装置是：进料筒的一端外部安装有电机和减速机，减速机的动力输出端与螺旋推进器的一端相联，螺旋推进器位于进料筒内，螺旋推进器的中心线与进料筒的中心线重合，螺旋推进器的另一端安装有切刀，进料筒靠近减速机一端上侧壁加工有进料孔，进料筒的中心线和冷却换热干化炉的中心线垂直。
上述的高温热解炉的炉头沿炉内壁一周均布设置有8～16个热空气喷嘴，所述的热空气喷嘴与高温热解炉的炉壁之间的夹角为5～20°。
上述的高温热解炉炉尾内壁上沿圆周方向均布设置有8～10个防粘结装置，所述的防粘结装置是：在高温热解炉炉尾内壁上设置有两个固定环，固定环上铰接有与拍打料板连为一体的连接轴，连接轴靠近炉尾一端上设置有螺旋杆。
上述的螺旋杆与高温热解炉内壁之间的距离为20～30mm，螺旋杆的长度为300～400mm，拍打料板的长度为200～300mm、高度为高温热解炉内径的1/7～1/5、厚度为5～15mm。
本发明的有益效果如下：
1、本发明将深井聚磺钻井液废弃泥浆及钻屑与来自高温热解炉并经二次燃烧器燃烧处理的废气在冷却换热干化炉接触、急冷，实现了深井聚磺钻井液废弃泥浆及岩屑在高温热解处理前的初步干化、尾气的快速降温及较大程度的热能回收再利用，同时可消除二噁英及有机废气等对大气的污染。
2、本发明通过热交换装置将热渣与空气进行热交换，回收了高温热解处理后残渣中的热能，减少了热污染。
3、本发明的高温热解炉内安装有防粘结装置，消除了深井聚磺钻井液废弃泥浆及钻屑遇热后急剧硬化、粘结的难题，使处理装置能够长周期平稳运行。
4、本发明利用冷却换热干化炉底部的气体分布器，实现了深井聚磺钻井液废弃泥浆及钻屑与从二燃室出来高热气体的充分接触，强化了物料与热气体之间的传热功效。
5、本发明经过三级旋风分离器、布袋除尘器、脱硫塔、水膜除尘器处理，实现了废气的达标处理。
6、本发明从根源解决废弃泥浆中资源重复利用和减量化、无害化、一次性处理达标排放的要求，使难处理的高粘高污染的深井聚磺废泥浆及钻屑无害化处理更容易，同时实现了深井聚磺废泥浆及钻屑的高温热解处理与重晶石资源的回收利用，处理后的残渣可作为油田井场建设中的路基材料，回收的重晶石可再利用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是进料装置20的结构示意图。
图3是防粘结装置14的结构示意图。
图4是防粘结装置14的左视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例的深井聚磺钻井液废弃泥浆及岩屑的处理装置由上料机1、冷却换热干化炉2、二燃室3、三级旋风分离器4、重晶石收集槽5、布袋除尘器6、脱硫塔7、水膜除尘器8、燃气储罐9、燃烧室10、供气风机11、热空气喷嘴12、热交换装置13、防粘结装置14、高温热解炉15、收集槽16、干化料进料装置17、收集仓18、气体分布器19、进料装置20连接构成。
上料机1通过管道与冷却换热干化炉2内部的进料装置20相连通。如图2所示，进料装置20由电机20-1、减速机20-2、进料筒20-3、螺旋推进器20-4和切刀20-5连接构成。进料筒20-3的中心线和冷却换热干化炉2的中心线垂直，进料筒20-3的一端外部安装有电机20-1和减速机20-2，减速机20-2的动力输出端与螺旋推进器20-4的一端相联，螺旋推进器20-4位于进料筒20-3内，螺旋推进器20-4的中心线与进料筒20-3的中心线重合。螺旋推进器20-4的另一端安装有切刀20-5，切刀20-5用于对物料进行破碎，进料筒20-3靠近减速机20-2一端上侧壁加工有进料孔，物料从进料孔进入进料筒20-3内，电机20-1通过减速机20-2带动螺旋推进器20-4旋转，将物料运送到进料筒20-3的另一端，位于螺旋推进器20-4另一端的切刀20-5旋转，继而对物料进行破碎。冷却换热干化炉2顶部的排气口通过管道与三级旋风分离器4相连接，三级旋风分离器4底部安装有重晶石收集槽5，三级旋风分离器4通过管道依次与除尘器6、脱硫塔7、水膜除尘器8相连接，进入冷却换热干化炉2内的深井聚磺钻井液废弃泥浆及钻屑在干化过程中产生的温度低于250℃的废气从冷却换热干化炉2顶部排出，经三级旋风分离器4、布袋除尘器6、脱硫塔7及水膜除尘器8处理后外排，重晶石粉落入三级旋风分离器4下方的重晶石收集槽5中回收。
冷却换热干化炉2下部的内壁上加工有气体分布器19，气体分布器19为均匀分布有气嘴的环形管，气体分布器19经冷却换热干化炉2下部的进气管与二燃室3相联通，二燃室3通过管道与高温热解炉15炉尾的出气口相连接，来自高温热解炉15并经二燃室3燃烧处理后的高热气体经冷却换热干化炉2下部的气体分布器19均匀分布后，与进入冷却换热干化炉2内的废弃泥浆及钻屑逆向充分接触，对废弃泥浆及钻屑进行干化处理。冷却换热干化炉2底部加工有收集仓18，收集仓18下安装有干化料进料装置17，干化料进料装置17与高温热解炉15炉尾的进料口相连接，收集仓18用于收集经冷却换热干化炉2干化后的泥浆，干化料进料装置17用于将干化后的泥浆送入高温热解炉15内。
高温热解炉15内壁上沿圆周方向均布安装有10个防粘结装置14，如图3和图4所示，防粘结装置14由螺旋杆14-1、连接轴14-2、拍打料板14-3、固定环14-4连接构成。在高温热解炉15炉尾内壁上焊接有两个固定环14-4，两个固定环14-4上铰接有与拍打料板14-3连为一体的连接轴14-2，拍打料板14-3为钢板，连接轴14-2靠近炉尾一端上焊接有螺旋杆14-1，螺旋杆14-1与高温热解炉15内壁之间的距离为20mm，螺旋杆14-1的长度为400mm，拍打料板14-3的长度为300mm、高度为高温热解炉15内径的1/5、厚度为10mm。高温热解炉15旋转时带动拍打料板14-3往复摆动，螺旋杆14-1随着拍打料板14-3周期性转动，从而使从干化料进料装置17进入高温热解炉15的物料在拍打料板14-3及螺旋杆14-1的作用下，进一步破碎并阻止其在高温热解炉15炉壁上粘连，以消除废弃泥浆及钻屑遇热后急剧硬化、粘结的难题，使处理装置能够长周期平稳运行。高温热解炉15炉尾的下部安装有收集槽16，收集槽16用于回收废弃泥浆及钻屑经高温热解炉15氧化热解后产生的重晶石粉。高温热解炉15的炉头沿炉内壁一周均布安装有12个热空气喷嘴12，热空气喷嘴2为扁口型喷嘴，热空气喷嘴2朝向与高温热解炉15炉头方向相反，热空气喷嘴12与高温热解炉15的炉壁之间的夹角为10°。热空气喷嘴12与燃烧室10相连接，燃烧室10与燃气储罐9相连接，破碎后的废弃泥浆及钻屑与从高温热解炉15炉头内的热空气喷嘴12进入的高热空气逆向接触，对废弃泥浆及钻屑中的有机物进行高温氧化热解处理。高温热解炉15炉头的出料口与热交换装置13相连接，热交换装置13的进气口与供气风机11相连接、出气口与燃烧室10相连接，热解后进入热交换装置13的热渣在下落过程中与来自供气风机11的空气进行热交换，回收高温热解处理后残渣中的热能，减少热污染，热交换后的残渣输送至收集点达标外排，热交换后的空气经燃烧室10加热后再通过安装在高温热解炉15炉头的热空气喷嘴12进入高温热解炉15内，对废弃泥浆及钻屑进行氧化热解处理，以实现热量的循环利用，减少能量消耗。废弃泥浆及钻屑热解后生成的有机废气从高温热解炉15的炉尾排出，经二燃室3燃烧处理后通过气体分布器19均匀分布后再进入到冷却换热干化炉2中对废弃泥浆及钻屑进行干化处理，使产生的热量循环利用，较大程度的热能回收，同时可消除二噁英及有机废气等对大气的污染。
发明人采用上述装置对塔里木某油气田深井聚磺钻井液废弃泥浆及岩屑进行了处理，处理方法如下：
将含磺化酚醛树脂、沥青粉、重晶石且含水率达85％以上的深井聚磺钻井液废弃泥浆及钻屑用上料机1从冷却换热干化炉2的上部输送入冷却换热干化炉2内，经冷却换热干化炉2内的进料装置20破碎处理后从顶部落下。来自高温热解炉15并经二燃室3燃烧处理后温度为850～1100℃的高热气体经冷却换热干化炉2下部的气体分布器19均匀分布后，进入冷却换热干化炉2内。从冷却换热干化炉2内落下的废弃泥浆及钻屑与进入冷却换热干化炉2内的高热气体逆向充分接触，将废弃泥浆及钻屑预热至200℃以上，对其进行干化处理，使废弃泥浆及钻屑的含水率降低至40％以下后，废弃泥浆及钻屑下落入位于冷却换热干化炉2底部的收集仓18中。干化过程中产生的温度低于250℃的废气从冷却换热干化炉2顶部排出，经三级旋风分离器4、布袋除尘器6、脱硫塔7及水膜除尘器8处理后外排，部分重晶石粉落入三级旋风分离器4下方的重晶石收集槽5中回收。将收集仓18中干化处理后温度为180℃以上的废弃泥浆及钻屑在干化料进料装置17的作用下从高温热解炉15的炉尾输送到高温热解炉15内，启动高温热解炉15使其以3～5转/分钟的转速旋转。在高温热解炉15旋转的过程中，高温热解炉15内的防粘结装置14将进入高温热解炉15的废弃泥浆及钻屑进一步破碎，破碎后的废弃泥浆及钻屑与从高温热解炉15炉头内的热空气喷嘴12进入的温度为650～850℃的高热空气逆向接触，将废弃泥浆及钻屑加热至600～800℃，对其中的有机物进行高温氧化热解处理。热解后的残渣落入热渣收集装置13内，残渣下落过程中与来自供气风机11的空气进行热交换，热交换后的残渣输送至收集点达标外排，热交换后的空气经燃烧室10加热至150℃以上后再通过安装在高温热解炉15炉头的热空气喷嘴12进入高温热解炉15内，对废弃泥浆及钻屑进行氧化热解处理。废弃泥浆及钻屑热解后生成的有机废气从高温热解炉15的炉尾排出，经二燃室3燃烧处理后温度升高至850～1100℃，通过气体分布器19均匀分布后再进入到冷却换热干化炉2中对废弃泥浆及钻屑进行干化处理。废弃泥浆及钻屑经高温热解炉15氧化热解后，重晶石粉从高温热解炉15的炉尾落入收集槽16中回收。
对处理后从水膜除尘器8排出的废气以及从热渣收集装置13排出的残渣进行检测，检测结果见表1～4。
表1处理后残渣中重金属含量检测结果
表2处理后残渣浸出液的污染物重金属含量分析
表3焚烧后污泥各项指标
| 项目 | 残渣含油量 | 残渣含水率 | 残渣量 | 残渣浸出液COD |
| 含量 | 0.2％ | 0.5％ | 99.98％ | 40mg/L |
表4废气分析结果
Claims (7)
1.一种深井聚磺钻井液废弃泥浆及岩屑的处理装置，其特征在于：上料机（1）与冷却换热干化炉（2）内部的进料装置（20）相连通，冷却换热干化炉（2）顶部的出气口通过管道与三级旋风分离器（4）相连通，三级旋风分离器（4）依次与布袋除尘器（6）、脱硫塔（7）、水膜除尘器（8）相连通；冷却换热干化炉（2）下部的内壁上设置有气体分布器（19）、底部设置有收集仓（18），气体分布器（19）通过冷却换热干化炉（2）下部的进气管与二燃室（3）相连通，收集仓（18）下设置有干化料进料装置（17），二燃室（3）与高温热解炉（15）炉尾的出气口相连通，干化料进料装置（17）与高温热解炉（15）炉尾的进料口相连通，高温热解炉（15）的炉头沿炉内壁一周均布设置有热空气喷嘴（12），热空气喷嘴（12）与燃烧室（10）相连通，燃烧室（10）与燃气储罐（9）相连通；高温热解炉（15）炉头的出料口与热交换装置（13）相连通，热交换装置（13）的进气口与供气风机（11）相连通、出气口与燃烧室（10）相连通。
2.根据权利要求1所述的深井聚磺钻井液废弃泥浆及岩屑的处理装置，其特征是：所述的气体分布器（19）为均匀分布有气嘴的环形管。
3.根据权利要求1所述的深井聚磺钻井液废弃泥浆及岩屑的处理装置，其特征是：所述的进料装置（20）是：进料筒（20-3）的一端外部安装有电机（20-1）和减速机（20-2），减速机（20-2）的动力输出端与螺旋推进器（20-4）的一端相联，螺旋推进器（20-4）位于进料筒（20-3）内，螺旋推进器（20-4）的中心线与进料筒（20-3）的中心线重合，螺旋推进器（20-4）的另一端安装有切刀（20-5），进料筒（20-3）靠近减速机（20-2）一端上侧壁加工有进料孔，进料筒（20-3）的中心线和冷却换热干化炉（2）的中心线垂直。
4.根据权利要求1所述的深井聚磺钻井液废弃泥浆及岩屑的处理装置，其特征是：所述的高温热解炉（15）的炉头沿炉内壁一周均布设置有8～16个热空气喷嘴（12）。
5.根据权利要求4所述的深井聚磺钻井液废弃泥浆及岩屑的处理装置，其特征是：所述的热空气喷嘴（12）与高温热解炉（15）的炉壁之间的夹角为5～20°。
6.根据权利要求1所述的深井聚磺钻井液废弃泥浆及岩屑的处理装置，其特征是：所述的高温热解炉（15）炉尾内壁上沿圆周方向均布设置有8～10个防粘结装置（14），防粘结装置（14）是：在高温热解炉（15）炉尾内壁上设置有两个固定环（14-4），固定环（14-4）上铰接有与拍打料板（14-3）连为一体的连接轴（14-2），连接轴（14-2）靠近炉尾一端上设置有螺旋杆（14-1）。
7.根据权利要求6所述的深井聚磺钻井液废弃泥浆及岩屑的处理装置，其特征是：所述的螺旋杆（14-1）与高温热解炉（15）内壁之间的距离为20～30mm，螺旋杆（14-1）的长度为300～400mm，拍打料板（14-3）的长度为200～300mm、高度为高温热解炉（15）内径的1/7～1/5、厚度为5～15mm。
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