CN116677333A

CN116677333A - 油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用方法和系统

Info

Publication number: CN116677333A
Application number: CN202310695857.9A
Authority: CN
Inventors: 王亚琢; 顾菁; 袁浩然
Original assignee: Foshan Kehengbo Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Foshan Kehengbo Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2023-06-13
Filing date: 2023-06-13
Publication date: 2023-09-01

Abstract

本发明公开一种油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用方法和系统，涉及油气田环境工程技术领域，本发明技术方案通过采用连续热解的方法对油基钻屑进行处理，且提出了油基钻屑热解油气产物的资源化利用方式，在高效清洁处理油基钻屑的同时，能够将油分和热解气进一步资源化利用，实现油基钻屑的无害化处理与资源化利用，且满足油基钻屑大规模处理需求，具有较好的工程化应用前景。

Description

油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用方法和系统

技术领域

本发明涉及油气田环境工程技术领域，特别涉及一种油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用方法和系统。

背景技术

钻屑是由油气钻探过程中产生的岩石和砂砾颗粒的混合物组成，而开采过程中常使用油基钻井液或含油钻井液添加剂，钻井液附着在钻屑上面，随开采过程携带至地面，形成油基钻屑。由于钻井液中含有多种有机和无机污染物，包括石油烃、重金属和水溶性盐等，已被列入“国家危险废物名录”中规定的危险废弃物（类别HW08）。因此，油基钻屑若不经处理直接排放，将对陆地/海洋生态环境造成严重的危害。

目前，针对油基钻屑的处置，国内外已开发了多种处理技术，包括离心、回注、固化、生物处理、化学洗涤、焚烧和热解等，其中热解技术基于其占地面积小、油分脱除率高、二次污染可控、适应性强等优点成为最有效的油基钻屑无害化和资源化处置手段之一。针对油基钻屑热解处置，国内外皆开展了相关实验研究和技术开发，如公开号为CN109577889A的发明申请公开了一种通过电磁加热方式使得含油钻屑油水气化处置的热处理装置；公开号为CN112761557A的发明申请公开了一种使用中频感应线圈加热方式的包含进料、一二次热脱附、排料、冷却、收集等装置的处理系统；公开号为CN107120078A的发明申请同样公开了一种含油钻屑微波热脱附连续处置装置，处理后含油钻屑含油量小于1%。然而目前的油基钻屑处理系统工业化应用中皆未就热处理后的油气产物进行进一步分析，进一步的资源化利用方式尚不清晰。因此，亟需开发一种可实现油基钻屑无害化处理与资源化利用的处置工艺与装置。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用方法，旨在提供一种在高效清洁处理油基钻屑的同时，能够将油分和热解气进一步资源化利用的方法。

为实现上述目的，本发明提出的油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用方法，包括以下步骤：

S1，将钻井平台产生的油基钻屑进行振动筛分处理，得到不同颗粒大小的油基钻屑；

S2，将小颗粒油基钻屑输送至炉前料斗，将大颗粒油基钻屑进行破碎，得到小颗粒油基钻屑同样输送至炉前料斗；

S3，将油基钻屑物料在高温下热解，产生固相残渣和油气混合产物；

S4，将所述油气混合产物进行冷凝，气液分离，并进行烟气净化处理，获得热解气与油水混合物；

S5，将所述油水混合物进行油水分离，得到热解油；

S6，根据现场条件，若在海上钻井平台则将固相残渣直接排海，若在陆上钻井环境下则将固相残渣收集后作为路基填料使用；

S7，将热解气通过余热利用装置进行热解气回用，作为燃料供给热解系统升温，若在陆上钻井环境作为燃料燃烧供给燃气锅炉，若在海上钻井平台则通入放散塔排放；

S8，将热解油收集储存，加入闪点添加剂，制备油基钻井液基油，进行进一步配置，得到油基钻井液，应用于钻井作业。

可选地，所述油基钻屑的含液率为20%~70%，含油率为5%~50%，含固率为30%~80%。

可选地，所述小颗粒油基钻屑粒径小于20mm。

可选地，S3中的热解处理的温度为400~700^oC，油基钻屑的热解停留时间为10~30min。

可选地，S4中的冷凝采用循环水间接冷却方式，S5中的油水分离采用静置分离方式，油水分离后的水作为冷凝水回用。

可选地，所述固相残渣的含油率＜1%，所述热解气热值为1000~2000kcal/Nm³，所述热解油含水率＜10%。

可选地，所述闪点添加剂由多种表面活性剂复配而成，添加量为0.1%~0.5%。

本发明还提出一种油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用系统，包括振动筛分装置、破碎装置、螺旋输送机、炉前料斗、热解炉、冷却净化装置、油水分离装置、放散塔和燃气锅炉，所述放散塔设于陆上钻井平台，所述燃气锅炉设于海上钻井平台。

可选地，所述破碎装置采用颚式、圆锥式、反击式、冲击式等破碎机的一种或者多种；所述冷却净化装置包括冷凝装置和烟气净化装置，所述烟气净化装置采用脱硫装置、脱硝装置和除尘装置中的一种或者多种。

可选地，所述热解炉采用链板炉炉型，采用单层链板、双层链板或多层链板构型，所述热解炉设置有余热回收装置，油基钻屑的热解气通过所述余热回收装置得到回用。

本发明技术方案通过采用连续热解的方法对油基钻屑进行处理，且提出了油基钻屑热解油气产物的资源化利用方式，在高效清洁处理油基钻屑的同时，能够将油分和热解气进一步资源化利用，实现油基钻屑的无害化处理与资源化利用，且满足油基钻屑大规模处理需求，具有较好的工程化应用前景。

附图说明

图1为本发明油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用方法的工艺流程图；

图2为本发明油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用系统的示意图；

附图标号说明：

振动筛分装置10；破碎装置20；螺旋输送机30；炉前料斗40；热解炉50；冷却净化装置60；油水分离装置70；放散塔80；燃气锅炉90。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用方法。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

在本发明的实施例中，如图1所示，该油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用方法包括以下步骤：

S4，将油气混合产物进行冷凝，气液分离，并进行烟气净化处理，获得热解气与油水混合物；

S5，将油水混合物进行油水分离，得到热解油；

可以理解地，本发明对所述油基钻屑的来源及种类没有特殊要求，本领域技术人员熟知的油基钻屑均可以使用本发明的方法进行无害化处理和资源化利用，具体如含油钻屑、含油污泥、油泥等不同种类的油基钻屑。其中，S1至S5是油基钻屑的连续热解，S6至S8是将热解产物资源化利用。

本发明首先将油基钻屑进行破碎筛分，获得粒径小于20mm的油基钻屑。在本发明的实施例中油基钻屑含液率优选为20%~70%，含油率优选为5%~50%，含固率优选为30%~80%。破碎方式采用颚式、圆锥式、反击式、冲击式等破碎机的一种或多种。

得到小粒径油基钻屑后，本发明将油基钻屑进行热解处理，得到固相残渣和油气混合产物。在本发明的实施例中，热解处理的温度优选为400~700^oC，油基钻屑热解停留时间优选为10~30min。由于油基钻屑中含油多种污染物，通过热解方式可以减少二次污染物产生。在本发明的实施例中，热解后所得固相残渣含油率小于1%，满足国家相关排放标准。

得到油气混合产物后，本发明将油气混合产物进行冷却净化处理，得到油水混合物和热解气。在本发明的实施例中，得到的热解气热值为1000~2000kcal/Nm³。油水混合物进行油水分离，得到热解油和冷却水。在本发明的实施例中，冷凝采用循环水间接冷却方式，冷凝水不与油气混合产物直接接触，避免产生废水。油水分离方式采用静置分离方式，经长时间静置后，油分浮于上层，冷却水在下层，便于分别收集。在本发明的实施例中，经油水分离后收集得到热解油含水率＜10%。为节约用水，本发明提供的方法将收集后的冷却水用作冷凝处理的冷凝水。

得到热解气后，本发明提供的方法将热解气进行余热利用，用作热解处理的燃气。此外，在本发明的实施例中，根据现场环境，在陆上可将热解气作为燃料供给燃气锅炉90，在海上钻井平台受限于空间环境可将热解直接通入放散塔80排空。

在本发明的实施例中，小颗粒油基钻屑粒径小于20mm。本发明通过振动筛分与破碎操作，将油基钻屑处理为粒径小于20mm的小颗粒物料，使得油基钻屑热分解更充分，防止大颗粒内部油分残留，且避免输送过程的堵塞现象。

本发明提出的热解气余热利用方法，将热解气回用于热解炉50作为燃料加热油基钻屑，实现热解气的资源化利用，降低了系统的外部能源供给。此外，本发明仍提供了不同环境条件下热解气的其他利用方式，在陆地上，热解气可作为燃料供给锅炉，在海上钻井平台热解气可直接通入放散塔80排放。

本发明提供了油基钻屑高效热处置及油气产物资源化利用系统，具有处置能力大、油分处理彻底、处置效率高、过程环保等优点，同时能够将热解气和热解油进一步回收利用，且系统装置占地面积小、经济性高，适合于陆上及海上钻井平台油基钻屑的大规模处理。

在本发明的实施例中，S3中的热解处理的温度为400~700^oC，油基钻屑的热解停留时间为10~30min。保证热解后固相残渣含油率满足国家排放标准。

在本发明的实施例中，S4中的冷凝采用循环水间接冷却方式，本发明提出的循环水间接冷却方式，冷凝水与油基钻屑热解挥发分不直接接触，避免产生废水。

在本发明的实施例中，S5中的油水分离采用静置分离方式，油水分离后的水作为冷凝水回用。本发明采用静置方式进行油水分离，操作简单，且将回收后的冷却水作为冷凝水用于冷却净化装置60，提高了系统水的循环利用率，降低运行成本。

在本发明的实施例中，闪点添加剂由多种表面活性剂复配而成，添加量为0.1%~0.5%。本发明通过在热解油中加入闪点添加剂，提高油分闪点，可作为油基钻井液基油使用，实现了油基钻屑的资源化利用。

本发明还提出一种油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用系统，如图2所示，包括振动筛分装置10、破碎装置20、螺旋输送机30、炉前料斗40、热解炉50、冷却净化装置60、油水分离装置70、放散塔80和燃气锅炉90，放散塔80设于陆上钻井平台，燃气锅炉90设于海上钻井平台。

在本发明的实施例中，振动筛分装置10设置有油基钻屑入口与筛上物出口和筛下物出口，经振动筛分处理后，大颗粒油基钻屑由筛上物出口排出，小颗粒油基钻屑由筛下物出口排出。破碎装置20设有大颗粒油基钻屑入口和小颗粒油基钻屑出口，大颗粒油基钻屑入口与筛上物出口相连，经破碎处理后的油基钻屑粒径小于20mm。

在本发明的实施例中，根据油基钻屑物性特征，破碎装置20优选为颚式、圆锥式、反击式、冲击式等破碎机的一种或者多种。螺旋输送机30分别与振动筛分装置10筛下物出口和破碎装置20小颗粒油基钻屑出口相连。炉前料斗40的入口与螺旋输送机30的出口相连。热解炉50设置有油基钻屑物料入口、空气出口、挥发分出口、固相残渣出口和热解气入口，其中油基钻屑物料入口与炉前料斗40的出口相连，空气出口用于排空炉内空气，与引风机相连。

在本发明的实施例中，热解炉50优选为链板式热解炉50。当需处理大规模油基钻屑时，链板式热解炉50可采用多层链板结构。

在本发明的实施例中，链板热解炉50热解方式优选为微波加热、电加热或燃料加热，且热解炉50外置有余热回收装置，可回收热解气作为补充燃料，减少系统外部能源供给，节省能源消耗。

本发明中，油基钻屑热解产生的固相残渣由热解炉50的固相残渣出口排出，可直接排海或作为路基材料。

本发明提供的冷却净化装置60设置有挥发分入口、油水混合物出口、热解气出口、冷凝水入口和冷凝水出口，其中挥发分入口与热解炉50的挥发分出口相连，热解后的挥发分进入冷却净化装置60后，被冷凝系统冷却转变为油水混合物和热解气，分别由油水混合物出口和热解气出口排出。

在本发明的实施例中，冷凝方式采用循环水间接冷却方式，冷凝水与油基钻屑热解挥发分不直接接触，避免产生废水；烟气净化方式优选为脱硫装置、脱硝装置和除尘装置中的一种或者多种。本发明提供的油水分离装置70设置有油水混合物入口、热解油出口和冷却水出口，油水混合物分离后，热解油和冷却水分别由热解油出口和冷却水出口排出。

在本发明的实施例中，油水分离方式优选为静置分离，冷却水回用于冷却净化装置60，减少运行成本。

本发明提供的热解油资源化利用方式是在热解油中加入闪点添加剂，然后将热解油复配为油基钻井液基油应用于钻井的钻探过程。

在本发明的实施例中，热解炉50采用链板炉炉型，采用单层链板、双层链板或多层链板构型，热解炉50设置有余热回收装置，油基钻屑的热解气通过余热回收装置得到回用。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

采用油基钻屑高效热处置及油气产物资源化利用系统对某钻井平台产出的油基钻屑进行处理，该油基钻屑的成分如表1所示。其中油基钻屑高效热处置及油气产物资源化利用的工艺流程如图1所示，所用系统的结构示意图如图2所示。具体处理流程如下：

表1 油基钻屑成分分析

项目	含液率	含油率	含固率
				含量/wt%	20	5	80

将含液率20 wt%，含油率5 wt%，含固率80 wt%的油基钻屑输送至振动筛分装置10和破碎装置20中进行筛分破碎，获得粒径小于20mm的油基钻屑，通过螺旋输送机30输送至料斗中，随后进入热解炉50中，热解处理采用单层链板，热解温度为400^oC，停留时间为30min，得到热解挥发分和固相残渣，检测固相残渣含油率为0.83%，符合我国油基钻屑排放标准。挥发分随后输送至冷却净化装置60中，经冷却净化后分别得到油水混合物与热解气，检测热解气热值为1200 kcal/Nm³。油水混合物于油水分离装置70中静置分离，获得热解油和冷却水，热解油基本特性如表2所示，冷却水回用于冷却净化装置60。在分离后的热解油中加入0.5%比例的闪点添加剂，复配为油基钻井液基油，检测基油闪点为98^oC，符合常用基油要求。

表2 实施例1获得的热解油基本特性

运动黏度40^oC,mm²/s	密度/20^oC,g/cm³	水分/%	凝点/^oC	开口闪点/^oC	初馏点/^oC	干点/^oC
							2.8	0.8538	2.4	-45	35	90	326

实施例

采用油基钻屑高效热处置及油气产物资源化利用系统对某钻井平台产出的油基钻屑进行处理，该油基钻屑的成分如表3所示。其中油基钻屑高效热处置及油气产物资源化利用的工艺流程如图1所示，所用系统的结构示意图如图2所示。具体处理流程如下：

表3油基钻屑成分分析

项目	含液率	含油率	含固率
				含量/ wt%	40	20	60

将含液率40wt%，含油率20 wt%，含固率60wt%的油基钻屑输送至振动筛分装置10和破碎装置20中进行筛分破碎，获得粒径小于20mm的油基钻屑，通过螺旋输送机30输送至料斗中，随后进入热解炉50中，热解处理采用单层链板，热解温度为500^oC，停留时间为200min，得到热解挥发分和固相残渣，检测固相残渣含油率为0.54%，符合我国油基钻屑排放标准。挥发分随后输送至冷却净化装置60中，经冷却净化后分别得到油水混合物与热解气，检测热解气热值为1500 kcal/Nm³。油水混合物于油水分离装置70中静置分离，获得热解油和冷却水，热解油基本特性如表4所示，冷却水回用于冷却净化装置60。在分离后的热解油中加入0.3%比例的闪点添加剂，复配为油基钻井液基油，检测基油闪点为89^oC，符合常用基油要求。

表4 实施例2获得的热解油基本特性

运动黏度40^oC,mm²/s	密度/20^oC,g/cm³	水分/%	凝点/^oC	开口闪点/^oC	初馏/^oC	干点/^oC
							2.3	0.8309	0.3	<-50	38	90	326

实施例

采用油基钻屑高效热处置及油气产物资源化利用系统对某钻井平台产出的油基钻屑进行处理，该油基钻屑的成分如表5所示。其中油基钻屑高效热处置及油气产物资源化利用的工艺流程如图1所示，所用系统的结构示意图如图2所示。具体处理流程如下：

表5油基钻屑成分分析

项目	含液率	含油率	含固率
				含量, wt%	55	35	45

将含液率55 wt%，含油率35wt%，含固率45 wt%的油基钻屑输送至振动筛分装置10和破碎装置20中进行筛分破碎，获得粒径小于20mm的油基钻屑，通过螺旋输送机30输送至料斗中，随后进入热解炉50中，热解处理采用单层链板，热解温度为600^oC，停留时间为15min，得到热解挥发分和固相残渣，检测固相残渣含油率为0.36%，符合我国油基钻屑排放标准。挥发分随后输送至冷却净化装置60中，经冷却净化后分别得到油水混合物与热解气，检测热解气热值为1600 kcal/Nm³。油水混合物于油水分离装置70中静置分离，获得热解油和冷却水，热解油基本特性如表6所示，冷却水回用于冷却净化装置60。在分离后的热解油中加入0.2%比例的闪点添加剂，复配为油基钻井液基油，检测基油闪点为86^oC，符合常用基油要求。

表6 实施例3获得的热解油基本特性

运动黏度40^oC,mm²/s	密度/20^oC,g/cm³	水分/%	凝点/^oC	开口闪点/^oC	初馏/^oC	干点/^oC
							3.5	0.8449	1.1	<-50	33	90	316

实施例

采用油基钻屑高效热处置及油气产物资源化利用系统对某钻井平台产出的油基钻屑进行处理，该油基钻屑的成分如表7所示。其中油基钻屑高效热处置及油气产物资源化利用的工艺流程如图1所示，所用系统的结构示意图如图2所示。具体处理流程如下：

表7油基钻屑成分分析

项目	含液率	含油率	含固率
				含量, wt%	70	50	30

将含液率70 wt%，含油率50wt%，含固率30 wt%的油基钻屑输送至振动筛分装置10和破碎装置20中进行筛分破碎，获得粒径小于20mm的油基钻屑，通过螺旋输送机30输送至料斗中，随后进入热解炉50中，热解处理采用单层链板，热解温度为700^oC，停留时间为10min，得到热解挥发分和固相残渣，检测固相残渣含油率为0.12%，符合我国油基钻屑排放标准。挥发分随后输送至冷却净化装置60中，经冷却净化后分别得到油水混合物与热解气，检测热解气热值为1900 kcal/Nm³。油水混合物于油水分离装置70中静置分离，获得热解油和冷却水，热解油基本特性如表8所示，冷却水回用于冷却净化装置60。在分离后的热解油中加入0.1%比例的闪点添加剂，复配为油基钻井液基油，检测基油闪点为79^oC，符合常用基油要求。

表8实施例4获得的热解油基本特性

运动黏度40^oC,mm²/s	密度/20^oC,g/cm³	水分/%	凝点/^oC	开口闪点/^oC	初馏/^oC	干点/^oC
							2.2	0.8350	0.5	<-50	39	91	325

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S5，将所述油水混合物进行油水分离，得到热解油；

2.如权利要求1所述的油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用方法，其特征在于，所述油基钻屑的含液率为20%~70%，含油率为5%~50%，含固率为30%~80%。

3.如权利要求1所述的油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用方法，其特征在于，所述小颗粒油基钻屑粒径小于20mm。

4.如权利要求1所述的油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用方法，其特征在于，S3中的热解处理的温度为400~700^oC，油基钻屑的热解停留时间为10~30min。

5.如权利要求1所述的油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用方法，其特征在于，S4中的冷凝采用循环水间接冷却方式，S5中的油水分离采用静置分离方式，油水分离后的水作为冷凝水回用。

6.如权利要求1所述的油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用方法，其特征在于，所述固相残渣的含油率＜1%，所述热解气热值为1000~2000kcal/Nm³，所述热解油含水率＜10%。

7.如权利要求1所述的油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用方法，其特征在于，所述闪点添加剂由多种表面活性剂复配而成，添加量为0.1%~0.5%。

8.一种油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用系统，其特征在于，包括振动筛分装置、破碎装置、螺旋输送机、炉前料斗、热解炉、冷却净化装置、油水分离装置、放散塔和燃气锅炉，所述放散塔设于陆上钻井平台，所述燃气锅炉设于海上钻井平台。

9.如权利要求8所述的油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用系统，其特征在于，所述破碎装置采用颚式、圆锥式、反击式、冲击式等破碎机的一种或者多种；所述冷却净化装置包括冷凝装置和烟气净化装置，所述烟气净化装置采用脱硫装置、脱硝装置和除尘装置中的一种或者多种。

10.如权利要求8所述的油基钻屑连续热处置及其油气产物资源化利用系统，其特征在于，所述热解炉采用链板炉炉型，采用单层链板、双层链板或多层链板构型，所述热解炉设置有余热回收装置，油基钻屑的热解气通过所述余热回收装置得到回用。