CN111364930A - 一种油基钻屑处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油基钻屑处理技术领域，具体涉及一种油基钻屑处理方法。本发明公开了一种油基钻屑处理方法，按重量份计，包括以下步骤：S1.向100份油基钻屑中，依次加入2‑3份膨松剂溶液，1‑2份分散剂溶液，搅拌均匀，得混合物；S2.将步骤S1得到的混合物在室温下静置至少2个小时，得改性的油基钻屑；S3.将改性的油基钻屑进行热脱附处理。
Description
技术领域
本发明属于油基钻屑处理技术领域，具体涉及一种油基钻屑处理方法。
背景技术
油基泥浆因抗高温、抗盐钙侵蚀，有利于井壁稳定、润滑性好、对油气层损害小等优势，在油气田钻采过程中，使用率越来越高。在开采页岩气过程中，水平段钻进时，使用大量油基泥浆，会产生大量的含油废弃物，即油基钻屑，油基钻屑被定义为HW08类危险废物，由此，带来了严重的环保问题，因此产生了“油基钻屑无害化处理”这一项目。
油基泥浆主要组成：柴油+水+乳化剂+润湿剂+有机土+无机盐+加重剂等油溶性化学处理剂，组分很复杂。油基钻屑的处理有很多种方式，很多文献有介绍，我单位采用的热脱附处理技术，主要原理是以汽化、汽提为主的蒸发过程，主要是物理过程，实质是一个液固分馏过程。液相汽化后，收集气相冷凝，回收油品。热脱附技术或其他只要涉及高温的技术在处理油基钻屑时，普遍存在的问题，(1)油基钻屑中添加了一定成分的沥青改性物，在组分里作为降滤失剂或其他作用，这类物质在高温环境下，很容易粘附粘结在传动部件上，严重影响了设备的运转效率，包括热效率、运行周期等。(2)有机物在高温时容易结焦生碳，结焦生炭一旦形成，会慢慢积累，体积逐渐变大，最终对设备而言，就产生故障。这两者的产生，均与一个现象有关，在高温环境中，油基钻屑吸热后，液相组份流动速度加快，类似水往低处流的道理。随着流动，会在某些位置逐渐堆积，在高温环境下逐步衍生为以上两个问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种油基钻屑处理方法，按重量份计，包括以下步骤：
S1.向100份油基钻屑中，依次加入2-3份膨松剂溶液，1-2份分散剂溶液，搅拌均匀，得混合物；
S2.将步骤S1得到的混合物在室温下静置至少2个小时，得改性的油基钻屑；
S3.将改性的油基钻屑进行热脱附处理。
作为一种优选的技术方案，所述油基钻屑中油的含量为10-17wt％、固相的含量为71-80wt％、水剩余量。
作为一种优选的技术方案，所述油基钻屑中油的含量为14-17wt％、固相的含量为75-76wt％、水剩余量。
作为一种优选的技术方案，所述膨松剂为碳酸氢钠和/或碳酸氢钙。
作为一种优选的技术方案，所述膨松剂溶液为碳酸氢钠饱和溶液。
作为一种优选的技术方案，将步骤S1得到的混合物在室温下静置2-6个小时。
作为一种优选的技术方案，所述分散剂为硅酸盐。
作为一种优选的技术方案，所述硅酸盐选自硅酸钠、石英、橄榄石、蒙脱石中的至少一种。
作为一种优选的技术方案，所述分散剂溶液为硅酸盐饱和溶液。
作为一种优选的技术方案，所述热脱附处理的具体过程为：将改性的油基钻屑均匀分布在热脱附装置内部的移动床表面，热脱附温度为200-480摄氏度。
有益效果：本申请的油基钻屑经过膨松剂和分散剂改性后，油基钻屑不会向四周迅速流动，不会表现出明显的流动性；进行热脱附处理后，油基钻屑能够平铺在在热馏炉内部传动部件，随着传动部件向前移动，最终从出料口离开热馏炉，实现边进边出的连续过程，很好的解决了粘板问题以及得到的固相渣土疏松，提高了油基钻屑的处理效率。
附图说明
图1为本发明实施例1的设备粘板情况。
图2为本发明实施例1的固相渣土表面结构。
图3为本发明对比例3的设备粘板情况。
图4为本发明对比例3的固相渣土表面结构。
具体实施方式
为了解决上述问题，本发明提供了一种油基钻屑处理方法，按重量份计，包括以下步骤：
S1.向100份油基钻屑中，依次加入2-3份膨松剂溶液，1-2份分散剂溶液，搅拌均匀，得混合物；
S2.将步骤S1得到的混合物在室温下静置至少2个小时，得改性的油基钻屑；
S3.将改性的油基钻屑进行热脱附处理。
步骤S1
油基泥浆主要由油+水+乳化剂+润湿剂+有机土+无机盐+加重剂等油溶性化学处理剂组成，具体为：(1)油一般为0号柴油。柴油一般苯胺点70℃以上，闪点83℃以上，燃点93℃以上的；(2)淡水、盐水或海水都可以用作水相；一般使用较多的是CaCl2盐水；(3)乳化剂是乳状液能否稳定的决定因素，乳化剂主要为表面活性剂，在乳状液中的主要作用为：a.乳化剂在油-水界面形成一种坚固的膜，液滴相碰时，不易合并变大，使乳状液稳定。b.降低油水界面张力，使乳化剂富集，有利于形成较稳定的乳化剂层。c.增加外相(油相)粘度，以增加粒子碰撞的阻力，从而提高乳状液的稳定性。乳化剂主要分2类，其复配情况如下：第一乳化剂，或叫主乳化剂，其关键作用是形成膜的骨架，HLB值3-6。第二乳化剂，或叫辅助乳化剂，使第一乳化剂更稳定，HLB值3-6。(4)润湿剂可以改变泥浆中固体材料颗粒表面润湿性，便于在油相内分散；并且可以防止水侵污或防止水润湿的固相侵污油基钻井液；(5)有机土为一种亲油胶体，作为增粘剂及降滤失剂；(6)碱度控制剂一般使用石灰，保持pH值8.5-10.5左右，有利于发挥乳状液作用，有利于有机膨润土的配制，有利于克服H2S、CO2等酸性气体的污染，在CaCl2水相体系中，还有利于防止CaCl2的水解沉淀。(7)加重剂常用的是重晶石、石灰石、氧化铁等。
所述油基钻屑为不同粒度的岩屑和泥浆的混合物，一般都由油、水、沥青、钻屑、高分子化合物及其他杂质组成，例如沥青改性物，膨润土、矿物质等。
作为一种优选的实施方式，所述油基钻屑中油的含量为10-17wt％、固相的含量为71-80wt％、水剩余量。
作为一种优选的实施方式，所述油基钻屑中油的含量为14-17wt％、固相的含量为75-76wt％、水剩余量。
本申请人按照GB/T260-1977《石油产品水分测定法》与GB/T6531-1986《原油和燃料油中沉淀物测定法(抽提法)》对油基钻屑(以0号柴油为基础油)中的油、水、固三相含量进行测定。
现有技术中，部分油基钻屑的油相为白油。
所述柴油是碳原子数为10～22的复杂烃类的混合物。主要是由烷烃、烯烃、环烷烃、芳香烃、多环芳烃与少量硫(2～60g/kg)、氮(<1g/kg)及添加剂组成的混合物。主要由原油热脱附、催化裂化、热裂化、加氢裂化、石油焦化等过程生产的柴油馏分调配而成；也可由页岩油加工和煤液化制取。
所述柴油包括轻柴油(沸点范围约180～370℃)和重柴油(沸点范围约350～410℃)两大类。轻柴油有5、0、-10、-20、-35、-50六个牌号，重柴油有10、20、30三个牌号。
所述白油主要为饱和的环烷烃与链烷烃混合物，原油经常压和减压分馏、溶剂抽提和脱蜡，加氢精制而得。
作为一种优选的实施方式，所述膨松剂为碳酸氢钠和/或碳酸氢钙。
作为一种优选的实施方式，所述膨松剂溶液为碳酸氢钠饱和溶液。
作为一种优选的实施方式，所述分散剂为硅酸盐。
优选的，所述硅酸盐选自硅酸钠、石英、橄榄石、蒙脱石中的至少一种。
优选的，所述硅酸钠的分子式为Na2O·nSiO2，n为1.5～3.5，CAS号为1344-09-8。
更优选的，所述分散剂溶液为硅酸盐饱和溶液。
无水的硅酸钠包含由[SiO4]4-四面体阴离子单元所组成的链状聚合物。
本申请所述饱和溶液指的是25摄氏度下。
本申请人发现，所述硅酸钠溶于水后，由于Na+以骨架配位形式存在于四面体网络之外，Na+与水溶液中的H+发生离子交换作用，水溶液变成碱性，同时在固体表面形成一层硅醇烷基结构；硅醇烷基结构在碱性溶液的催化作用下，逐渐水解解聚；硅酸钠溶液水解解聚后，固体颗粒表面就有游离的二氧化硅存在，随着溶解过程的进行，当溶液中OH-离子到达一定浓度时，溶液中游离的二氧化硅就会被氢氧化钠胶溶。溶液碱性的增加，一方面提高了胶溶二氧化硅的能力，另一方面抑制了液体硅酸钠的水解，防止二氧化硅沉淀生成。
步骤S2
作为一种优选的实施方式，将步骤S1得到的混合物在室温下静置2-6个小时。
通过静置至少2个小时，使得膨松剂、分散剂与油基钻屑充分反应。
步骤S3
所述热脱附处理的具体过程为：将改性油基钻屑均匀分布在热脱附装置内部的移动床表面，热脱附温度为200-480摄氏度。
优选的，所述热脱附处理的具体过程为：将改性油基钻屑由布料器均匀分布在热脱附装置内部的移动床表面，油基钻屑在热脱附装置内部的移动床表面实现颗粒物料向前移动，装置实现连续生产。
所述改性油基钻屑在移动床表面向前移动并充分吸热，内部不与明火接触，不产生明火，改性油基钻屑的吸热是以辐射传热为主，对流传热与传导传热为辅的间接吸热的过程。所述改性油基钻屑通过汽化、汽提作用，实现固液分离过程；产生的高温混合气收集起来，进行冷凝分离，剩余固相(即油基泥浆原料中添加的有机土和地层破碎岩石)通过移动床在线传输到装置尾端，由出料装置输出至储存池。
理论情况下，在高温环境(≤450℃)中，油基钻屑进入热馏炉后，油基钻屑吸热后，平铺在在热馏炉内部传动部件即移动床表面，随着传动部件向前移动，最终从出料口离开热馏炉，实现边进边出的连续过程。
但是由于存在没有经过链板输送受热的现象，直接到达出渣点，或者流动至下层链板、辐射管表面(导致结焦生碳)、炉膛底部(表现为炉膛底部温度偏低)等各种炉内复杂情况导致油基钻屑的运动偏离轨迹。一方面：随着油基钻屑吸热，温度越来越高，粘性较大的一部分物质，失去流动能力后，由于粘性高，将紧紧粘结在传动部件上，只要发生粘结，这种粘结将持续积累，时间一长，移动床表面将被粘附一层厚厚的隔热层即粘连的灰渣。新平铺在移动床表面的油基钻屑，不能直接平铺在移动床表面，而是平铺在移动床表面上的灰渣上，灰渣传热效果极差，油基钻屑不能充分吸热，影响处理效率及效果；另一方面随着油基钻屑吸热，温度越来越高，液相组份流动速度加快，将偏离原定的运行轨迹。偏离原定的运行轨迹后，会顺势流向热馏炉内加热部件及炉内其他位置，并堆积，随着温度升高，在满足条件时，会发生物理反应或者化学反应，比如结焦生炭、矿物质的分解、油气挥发等等，由于新物料是连续进入的，这种化学反应也会因为新物料的存在而持续发生，反应生成物堆积越来越多，对加热部件造成影响。
本申请人意外发现，在油基钻屑进行热脱附处理前先用膨松剂和分散剂进行处理，能够有效改善油基钻屑流动性，使得油基钻屑的流动性减弱，使得改性油基钻屑即使在较高的热脱附温度下，也能平铺在在热馏炉内部传动部件，随着传动部件向前移动，而不会流向热馏炉内加热部件或炉内其他位置。猜测原因是：硅酸钠溶液在碳酸氢钠的促进作用下，更好的与油基钻屑中的油相、沥青、矿物质、等相互作用，而且Na+与偶极性强的水分子中的氧原子很容易形成配位，使得油基钻屑中各物质的分子间运动减弱。
本申请人还意外发现，当膨松剂为碳酸氢钠、分散剂为硅酸钠时，油基钻屑经过热脱附后不会出现粘板、而且固相渣土结构疏松，可能是因为在热脱附装置内，未改性的油基钻屑中烯烃发生聚合、环化、缩合生成较大分子的烯烃、二烯烃和芳香烃。所生成的芳烃在裂解温度下易脱氢缩合成多环芳烃、稠环芳烃直至转化为焦；以及低分子烃发生分解生成碳；加入一定量的碳酸氢钠和硅酸钠后，碳酸氢钠受热分解产生二氧化碳，二氧化碳的存在使得灰渣表面产生孔洞；同时碳酸氢钠受热分解产生的碳酸钠对于烃类裂解等反应有着催化作用，另外油基钻屑中的矿物相会附着在焦炭表面，从而降低焦炭与其他材料的接触面积。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。
实施例
实施例1
一种油基钻屑处理方法，按重量份计，包括以下步骤：
S1.向100份油基钻屑中，依次加入2.5份膨松剂溶液，1.5份分散剂溶液，搅拌均匀，得混合物；
S2.将步骤S1得到的混合物在室温下静置2个小时，得改性的油基钻屑；
S3.将改性的油基钻屑进行热脱附处理。
所述油基钻屑中油的含量为15.67wt％、固相的含量为75.44wt％、水剩余量。
所述膨松剂溶液为碳酸氢钠饱和溶液。
所述分散剂溶液为硅酸钠饱和溶液。
所述热脱附处理的具体过程为：将改性油基钻屑均匀分布在热脱附装置内部的移动床表面，热脱附温度为350摄氏度。
实施例2
一种油基钻屑处理方法，按重量份计，包括以下步骤：
S1.向100份油基钻屑中，依次加入2份膨松剂溶液，1.0份分散剂溶液，搅拌均匀，得混合物；
S2.将步骤S1得到的混合物在室温下静置2个小时，得改性的油基钻屑；
S3.将改性的油基钻屑进行热脱附处理。
所述油基钻屑中油的含量为14.92wt％、固相的含量为75.96wt％、水剩余量。
所述膨松剂溶液为碳酸氢钠饱和溶液。
所述分散剂溶液为硅酸钠饱和溶液。
所述热脱附处理的具体过程为：将改性油基钻屑均匀分布在热脱附装置内部的移动床表面，热脱附温度为350摄氏度。
实施例3
一种油基钻屑处理方法，按重量份计，包括以下步骤：
S1.向100份油基钻屑中，依次加入3份膨松剂溶液，2份分散剂溶液，搅拌均匀，得混合物；
S2.将步骤S1得到的混合物在室温下静置3个小时，得改性的油基钻屑；
S3.将改性的油基钻屑进行热脱附处理。
所述油基钻屑中油的含量为16.12wt％、固相的含量为75.07wt％、水剩余量。
所述膨松剂溶液为碳酸氢钠饱和溶液。
所述分散剂溶液为硅酸钠饱和溶液。
所述热脱附处理的具体过程为：将改性油基钻屑均匀分布在热脱附装置内部的移动床表面，热脱附温度为350摄氏度。
对比例1
一种油基钻屑处理方法，按重量份计，包括以下步骤：
S1.向100份油基钻屑中，加入1.5份分散剂溶液，搅拌均匀，得混合物；
S2.将步骤S1得到的混合物在室温下静置2个小时，得改性的油基钻屑；
S3.将改性的油基钻屑进行热脱附处理。
所述油基钻屑中油的含量为15.67wt％、固相的含量为75.44wt％、水剩余量。
所述分散剂溶液为硅酸钠饱和溶液。
所述热脱附处理的具体过程为：将改性油基钻屑均匀分布在热脱附装置内部的移动床表面，热脱附温度为350摄氏度。
对比例2
一种油基钻屑处理方法，按重量份计，包括以下步骤：
S1.向100份油基钻屑中，加入2.5份膨松剂溶液，搅拌均匀，得混合物；
S2.将步骤S1得到的混合物在室温下静置2个小时，得改性的油基钻屑；
S3.将改性的油基钻屑进行热脱附处理。
所述油基钻屑中油的含量为15.67wt％、固相的含量为75.44wt％、水剩余量。
所述膨松剂溶液为碳酸氢钠饱和溶液。
所述热脱附处理的具体过程为：将改性油基钻屑均匀分布在热脱附装置内部的移动床表面，热脱附温度为350摄氏度。
对比例3
一种油基钻屑处理方法，按重量份计，包括以下步骤：
S1.将油基钻屑进行热脱附处理。
所述油基钻屑中油的含量为15.67wt％、固相的含量为75.44wt％、水剩余量。
所述热脱附处理的具体过程为：将油基钻屑均匀分布在热脱附装置内部的移动床表面，热脱附温度为350摄氏度。
对比例4
一种油基钻屑处理方法，按重量份计，包括以下步骤：
S1.向100份油基钻屑中，依次加入2.5份膨松剂溶液，10份分散剂溶液，搅拌均匀，得混合物；
S2.将步骤S1得到的混合物在室温下静置2个小时，得改性的油基钻屑；
S3.将改性的油基钻屑进行热脱附处理。
所述油基钻屑中油的含量为15.67wt％、固相的含量为75.44wt％、水剩余量。
所述膨松剂溶液为碳酸氢钠饱和溶液。
所述分散剂溶液为硅酸钠饱和溶液。
所述热脱附处理的具体过程为：将改性油基钻屑均匀分布在热脱附装置内部的移动床表面，热脱附温度为350摄氏度。
对比例5
一种油基钻屑处理方法，按重量份计，包括以下步骤：
S1.向100份油基钻屑中，依次加入2.5份膨松剂溶液，1.5份分散剂溶液，搅拌均匀，得混合物；
S2.将步骤S1得到的混合物在室温下静置2个小时，得改性的油基钻屑；
S3.将改性的油基钻屑进行热脱附处理。
所述油基钻屑中油的含量为15.67wt％、固相的含量为75.44wt％、水剩余量。
所述膨松剂溶液为碳酸钠饱和溶液。
所述分散剂溶液为硅酸钠饱和溶液。
所述热脱附处理的具体过程为：将改性油基钻屑均匀分布在热脱附装置内部的移动床表面，热脱附温度为350摄氏度。
性能测试
(1)改性油基钻屑流动性评价：取油基钻屑置于平板上，观察油基钻屑向四周铺展的速度。
(2)改性油基钻屑经过热脱附后的粘板情况：肉眼观察是否有粘板现象。
(3)改性油基钻屑经过热脱附后后固相渣土的结构：肉眼观察固相渣土表面结构。
(4)改性油基钻屑经过热脱附后后固相渣土的坚固性：陶瓷研磨，评价固相渣土的坚固性。
(5)改性油基钻屑经过热脱附后后固相渣土的含油量：实施例1-3及对比例1-6中得到的固相渣土含油率都≤1.0％。
| 实施例 | 流动性评价 | 粘板情况 | 固相渣土的结构 |
| 实施例1 | 铺展速度慢 | 不粘板 | 蓬松，有孔洞 |
| 实施例2 | 铺展速度慢 | 不粘板 | 蓬松，有孔洞 |
| 实施例3 | 铺展速度慢 | 不粘板 | 蓬松，有孔洞 |
| 对比例1 | 铺展速度慢 | 粘板 | 坚硬 |
| 对比例2 | 铺展速度快 | 粘板 | 不坚硬 |
| 对比例3 | 铺展速度快 | 严重粘板 | 坚硬 |
| 对比例4 | 铺展速度慢 | 不粘板 | 坚硬 |
| 对比例5 | 铺展速度慢 | 粘板 | 坚硬 |
通过图1、2、3、4可以看出，加入膨松剂和分散剂处理后不会出现粘板情况，而且固相渣土疏松。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或更改为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种油基钻屑处理方法，其特征在于，按重量份计，包括以下步骤：
S1.向100份油基钻屑中，依次加入2-3份膨松剂溶液，1-2份分散剂溶液，搅拌均匀，得混合物；
S2.将步骤S1得到的混合物在室温下静置至少2个小时，得改性的油基钻屑；
S3.将改性的油基钻屑进行热脱附处理。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述油基钻屑中油的含量为10-17wt％、固相的含量为71-80wt％、水剩余量。
3.如权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述油基钻屑中油的含量为14-17wt％、固相的含量为75-76wt％、水剩余量。
4.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述膨松剂为碳酸氢钠和/或碳酸氢钙。
5.如权利要求4所述的处理方法，其特征在于，所述膨松剂溶液为碳酸氢钠饱和溶液。
6.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，将步骤S1得到的混合物在室温下静置2-6个小时。
7.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述分散剂为硅酸盐。
8.如权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述硅酸盐选自硅酸钠、石英、橄榄石、蒙脱石中的至少一种。
9.如权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述分散剂溶液为硅酸盐饱和溶液。
10.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述热脱附处理的具体过程为：将改性的油基钻屑均匀分布在热脱附装置内部的移动床表面，热脱附温度为200-480摄氏度。
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