CN1691991A - 被碳氢化合物污染的钻屑的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

通过将粘结剂与钻屑混合产生预处理混合物的方法来除去石油钻探作业中产生的钻屑中含有的碳氢化合物污染物；在一定条件下加热使碳氢化合物蒸发，此时，钻屑中可被水蒸气带走的微粒被粘结剂凝聚，同时抑制了钻屑的结块；致污物含量减少了的钻屑被除去，回收被水汽带走的颗粒含量减少了的汽化的碳氢化合物。这样，从钻屑中逸出的水蒸气中的微粒含量减少了。

Description

被碳氢化合物污染的钻屑的热处理方法
技术领域
本发明涉及被碳氢化合物污染的钻屑的处理，尤其是涉及被碳氢化合物污染的钻屑的热解吸处理。
背景技术
由于排出的钻屑对于环境的潜在反作用，对以油为主体的钻井液使用管理的环境法规已经变得很严格，特别是对于海面上的钻探操作。很显然，就像深海中发现的东西那样，以油为基础的钻井液在厌氧条件下典型地具有非常弱的生物降解能力。因此，至少在厌氧条件下其物理化学特性不会有巨大变化的一堆堆的钻屑，在海底增大，形成了潜在的环境有害堆积物。而且，一些钻井液具有高浓度的芳香碳氢化合物，这些碳氢化合物具有潜在的有害毒性溢出。
由于钻屑的近海处理存在不足，有时将钻屑收集起来并运到岸上来处置。但从钻探平台运到岸上来处理会增加钻屑意外释放到水里的风险。因为海上钻探平台提供了非常有限的空间，特别是对于钻屑的存储，人们又重新努力研究对钻屑的有效的海上处理。但是，海上钻屑处理的其中一个不利条件是设备的放置空间有限。
许多公知的方法是应用流化床将污染物从固体中蒸发。然而，正如下面讨论的那样，多数方法在气流中产生了巨大数量的细小微粒离开流化床。微粒引起了液体回收和气体排放到空气中的问题。因此，以下讨论的许多方法都需要一个外延的灰尘收集系统，比如一个旋风分离器或囊式滤尘器来除去微粒。
WO00/49269(McIntyre，8月24日，2000)描述了一种热解吸方法，其中，钻井液水蒸气从钻屑中被热解吸。被碳氢化合物污染的钻屑被输送到一个加压了的解吸室中，其中，热的可燃气体(例如，400-600F(204-316(C))被抽到该解吸室中，以便通过对流来加热钻屑。钻井液水蒸气和可燃气体的混合物通过一个顶部水汽出口排出，净化了的钻屑从一个下层流出口运走。
为除去残留在气体中的微粒，气体混合物最好经过旋风分离器处理。然后，气体混合物被冷凝回收液体形式的钻井液水蒸气，以便重新循环到钻井液的储存和循环系统中。
美国专利号US5,882,381(Hauck et al.，3月16日，1999)也描述了一种处理被碳氢化合物污染的固体的热解吸系统，这个案例是一个真空的热解吸系统。一个惰性气体产生器被用来维持低氧(低于7％)以防止生产气体流燃烧。惰性气体被添加到流化床中，其中的温度范围为600-1600(F(316-871(C))以便使污染物蒸发。
离开流化床的工业废气包含从一个高温囊式滤尘器，如一种脉动式喷气发动机陶瓷过滤器除尘器除去的残留固体。接着，离开囊式滤尘器的气流在予冷器和冷凝器中被处理，以便除去任何存留的微粒物质，水和污染物。
美国专利号US4,778,606(Meenan et al.，10月18日，1988)涉及一种处理多氯联苯(PCB)污染固体的方法和设备。被污染的矿泥(5-90％
水)与非常热的空气和燃烧气体在温度为850-2500(F(454-1,371(C)的分离器中接触。该分离器在一连续的操作中对矿泥进行干燥、分类和运输。在分离器的底面部分，部分干燥的微粒被流化以使污染物蒸发。细小的微粒物质被气流带出分离器并被添加到旋风除尘器中。
任何含有超量污染物的微粒物质将被逆向返回到一个搅拌器中进行再循环。该搅拌器将干燥的微粒物质与新进入的矿泥进行混合以便输送到分离器中。
Meenan et al.建议，如果需要，可在搅拌器/进料机的矿泥中添加附加材料，象干净的水或化学药品，以便提供一种预定百分比(例如，水重占50％)的矿泥，或者在搅拌器中对矿泥进行消毒或其他处理。
Schattenberg(DE 36 04 761 A1，8月20日，1987)也描述了一种使用旋转管或流化床来处理碳氢化合物污染土壤的热解吸。一种惰性载体气体，如氮，被用来加热土壤至碳氢化合物污染物的沸腾温度(例如，400(C(752(F))。氮，水蒸气以及被蒸发的碳氢化合物在流出旋转管或流化床时先经过一个除尘器以分离微粒，然后经过一个蒸馏塔来分离水和油。
上述所提到的方法中没有一种描述或提出，以一种减少微粒释放或增加粒度的方式在热解吸之前处理固体。
Weitzman(美国专利号5,200,033，4月6日，1993)建议在凝固/稳定性过程中使用粘结剂。Weitzman的热解吸方法使用了用电的或流体热壁的热接触器。杂质固体被搅拌并用蒸汽喷嘴、空气喷射、机械耙子、犁和臂将其从燃烧室中移走。壁温随着固体移动的方向顺流增加以便加热固体并释放挥发组分。一种吹扫用的气体，如一种不可冷凝的气体或过热蒸汽，被用来净化从固体中释放的挥发组分。
添加粘结剂可稳定和固化杂质固体。建议使用的粘结剂包括波特兰水泥，凝硬性材料，飞尘，水泥窑粉尘，石灰窑粉尘，生石灰，氢氧化钙，氧化钙，镁化合物，氢氧化钠和可溶硅酸盐。粘结剂可单独添加到间室中或者与杂质土壤进行予混。
来自间室的气体被冷凝以移走致污物和水蒸气，然后它通过一个微粒收集装置(例如，静电沉淀剂，洗刷物或织物过滤)。Weitzman意识到很多种的固体将会在热表面结块，比如在电流接触器的壁上。因此，它提供了一系列的刮刀或耙子来刮电流接触器的壁。
但是，由于固体以及钻井液本身的特性，当被加热时，钻屑特别容易结块。虽然象Weitzman的方法那样，可刮热电流接触器的壁来处理结块，流化床对其他设备是不传导的。而且，当结块出现的时候，固体外部层将碳氢化合物污染物包在块状物的里面，导致无效处理。因此，这些技术中的熟练人员已避免向杂质固体添加可能导致进一步结块的附加成分。
另一方面，热解吸方法，特别是流化床方法，产生了细小的微粒，他们并不容易处理，特别是在空间有限的情况下。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种方法，可将碳氢化合物污染物从石油钻探作业中产生的钻屑中除去，它包括：
1)将含有碳氢化合物污染物的钻屑与粘结剂混合以产生一种予处理混合物；
2)在一定条件和温度下加热予处理的混合物以有效蒸发钻屑中的碳氢化合物致污物，其中，通常被水蒸气带走的钻屑微粒被粘结剂凝聚，钻屑的结块得到了抑制；
3)回收致污物含量减少了的钻屑，并且
4)回收被蒸发的碳氢化合物，其拥有的可被水汽带走的微粒含量减少了。
本发明的一个优选实施例提供一种方法来处理被至少被一种碳氢化合物污染的钻屑，它包括如下步骤：
(a)提供具有一第一中值直径的第一粒度分布的碳氢化合物污染物钻屑；
(b)将碳氢化合物污染物钻屑与粘结剂混合以产生一予处理混合物；
(c)在予处理混合物中建立一种基于予处理混合物总重量的、范围为5wt.％至约20wt.％的予处理总液量；
(d)在一定温度下搅拌并加热予处理混合物，以便足以充分蒸发所有碳氢化合物，同时使钻屑中的可被水蒸气带走的微粒凝聚以形成凝聚物；并且
(e)回收一具有大于所述第一中间直径的第二中间直径的第二粒度分布的已处理钻屑，所述已处理的钻屑其残留的碳氢化合物含量小于等于其已处理钻屑总重量的约3wt.％.。
附图说明
参考下面的具体描述及附图可对本发明的热解吸方法进行更好的理解，其中
图1是对被碳氢化合物污染的钻屑进行热处理方法的一个实施例的流程图；
图2是对被碳氢化合物污染的钻屑进行热处理方法的另一实施例的流程图，其中至少部分已处理钻屑被再循环；
图3是用在实例1中的被碳氢化合物污染的钻屑进行热处理方法的更具体的流程图。
具体实施方式
定义
粒度通常用其“颗粒直径”的尺寸来表述。非球型微粒通常用与其具有相同质量、体积、表面积或沉降速度的球体的相当的直径来表述。颗粒直径典型地以μm(即：10-6m)为单位来描述。
“中值直径”是指颗粒直径，其中的被测量的微粒中有一半数量(质量、表面积、数量)具有低于该“中值直径”的颗粒直径。因此，中值直径，d50，是一个集中趋势尺寸并能够很容易的估计出，特别是当数据用累积的形势表示时。数据可通过筛析的方式来获得。
“凝聚物”是指通过物理、化学和/或物理化学作用结合在一起的两个或以上微粒的串。
“凝结剂”是指当载液被蒸发掉后将固体微粒凝聚成凝聚物的物质。
“粘结剂”是指凝结剂和载液的溶液或混合物。
“总液量”(“”TCL”)是指混合物中所有液体的总重量，包括散装液体、固体微粒表面的液体、以及被固体微粒吸收的液体。液相的条件是大气压力和工作温度。混合物中的液体包括但不限于：水、碳氢化合物、盐水溶液、粘结剂、乳化剂、表面活性剂、以及其结合。
“碳氢化合物致污钻屑”(“HC致污钻屑”)是指钻井作业中带回的岩石微粒和钻井液。钻屑确切的成分会因作业不同而有所变化，即使在同一作业中，也会因岩石成分及钻井液的成分的改变而有所变化。然而，碳氢化合物致污钻屑包括但不限于：碳氢化合物、水、页岩、粘土、沙岩、碳酸盐、钻井液、以及其结合。
“蒸汽可带走微粒”是指钻屑中的微粒，特别是细小的微粒。这些微粒具有这样的物理特性，即：在加热步骤中，他们很可能残留在所述的从予处理混合物中蒸发逸出的碳氢化合物水汽中。它也包括那些在加热过程中可能被气体，典型的为经过予处理混合物的惰性载气带走的颗粒。
方法
根据本发明，碳氢化合物致污钻屑(HC致污钻屑)用粘结剂混合获得予处理混合物。予处理混合物被加热使钻屑中的碳氢化合物致污物蒸发，同时钻屑中的水汽可带走微粒凝聚形成凝聚物，这些凝聚物不会被从予处理混合物中逸出的碳氢化合物水汽带走。
在一个优选实施例中，预处理混合物的总液量(“TCL”)被控制在一定液量范围内，该液量占予处理混合物总重量的约5％-20％。然后，该混合物在一个热解吸单元中被搅拌并加热，这样(1)形成凝聚物，并且(2)所有的碳氢化合物被充分蒸发。典型地，该碳氢化合物可包含C8-C24的碳氢化合物。通过产生凝聚物，特别是细小微粒的凝聚物，存留在热解吸单元中气体中的细小微粒的数量大大的减少了。然而，这些凝聚物还不至于那么大以致在热解吸单元产生结块。
通常，碳氢化合物致污钻屑是可被流体化的，因此，致污钻屑在流化状态下是很容易进行加热或热解吸的。建立流体化状态所使用的气体典型地为惰性气体，比如氮。同时，通过予处理混合物的这些气体的流向适合帮助来自予处理混合物的碳氢化合物水汽的逸出。
通常，经过处理的钻屑，其中值直径大于处理之前HC致污钻屑的中值直径。而且，经过处理的钻屑中残存的HC含量已少于其总重量的3％。
在此描述的该方法的优点包括但不限于：(1)减少了离开热解吸单元的气体中的微粒浓度；(2)鉴于HC含量大大减少，经过处理的钻屑可被更安全的处置；(3)HC被回收，并且，由于被冷凝回收的HC中微粒含量被减少，HC可被再利用。如果需要(4)可较传统方法减少陆地和海上平台的所需空间。
方法阐述
参照图1，处理HC致污钻屑122的热过程110具有一个予处理模块120、一个热解吸模块140、一个处理来自热解吸模块140的输出气体的输出气体处理模块160，以及一个处理来自热解吸模块140的已经过处理的钻屑的已处理钻屑的处理模块180。下面将对每个模块进行进一步全面地描述。
本发明的热处理，可在一批、分批、连续、半连续或频繁的模式下操作，例如，可依据生产量需要对比加工能力来定。最好的是，本发明热处理在一个连续的模式下操作。
予处理模块
在被添加到热解吸模块140之前，HC致污钻屑122在予处理模块120中进行予处理。添加的HC致污钻屑122与粘结剂124混合，下面还要进一步讨论，来产生一予处理混合物126。予处理混合物的总液量(“TLC”)被控制在予处理混合物126总重量的大约5％-20％。
被添加的HC致污钻屑122典型的具有一个第一中值直径，其范围在约15μm-400μm(10-6m)。HC致污钻屑的总液量将随操作不同或同一操作中不同阶段而有所改变。然而，TLC通常占HC致污钻屑122总重量的约5％-40％，更典型的范围是大约15％-20％。
在与粘结剂124混合后，预处理混合物126的TLC(TLCPT)将会在予处理混合物126总重量的约5％-20％的范围内。如果TLCPT小于5％，凝聚物就很少形成，但如果TLCPT大于20％，凝聚就很难控制并且会有结块出现。在特别中试实验中发现，当TLCPT为约40％时，热解吸单元将在操作2小时之后出现结块以致操作被迫停止。另一方面，TLCPT为约20％时，同一单元在操作24小时之后才出现结块并需要停下来除去结块物质。TLCPT的范围最好在大约10wt.％-18wt.％之间。更好的是，TLCPT的范围约14wt.％-17wt.％之间。
TLC可采用通常用在钻井液业务的蒸馏方法测量，或采用其他合适的商业可用实验方法来测量。
如果TLCPT超出了所期望的范围，可按下述方法来调整TLC。然而，应当理解的是有一些操作或操作的阶段，它的预处理混合物126正好在所要求的范围内，且并不需要对TLC进行任何调整。
予处理混合物126的TLCPT可采用如下几种方法进行控制。例如，为降低TLC，可从钻屑中除去液体和/或将相对干的固体混合到HC致污钻屑122中。采用任何一种方案，在添加粘结剂124之前和/或之后，TLC都会被降低下来。然而，要除去液体最好在添加粘结剂124之前进行，否则，粘结剂124就损失了。
例如，当HC致污钻屑的TLC(TLCDC)122在添加粘结剂124之前约高于20wt.％，可从钻屑中除去液体。液体可被除去，例如但不限于，将HC致污钻屑122通过一压力(未示出)、一振动筛(未示出)、一离心分离机(未示出)或他们之间的组合来实现。
但当TLCDC低于约20wt.％时，通过上述机械设备移走液体变得更为困难。因此，当低于20wt.％时，最好是在HC致污钻屑122中添加相对干燥的固体。在一个优选实施例中，如图2所示及下面详细讨论的那样，为使TLCDC降低到所需的水准，已处理钻屑284的至少一部分被重新循环到予处理模块226中以使TLCDC降低到所要求的水准。在处理之后，已处理钻屑284将被冷却或应用到一个温暖或热的状态中。
使用先前已处理钻屑284的一个好处是，随后要处置的固体总数量不会增加超出从钻井操作中回收的数量。作为选择，其他较为干燥的粒状物质将被添加到HC致污钻屑122。例如，合适的干燥粒状材料包括但不限于：地面岩石、石膏、粘土、沙、煤粉及其混合物。
任何固体的中值直径，不管是再循环的已处理钻屑，还是其他干燥的粒状材料或其混合物，它们的中值直径最好都在大约30-400μM之间的范围内。
为提高TLC，包括附加粘结剂124、海水和/或该过程中回收的液体在内的液体都可添加到HC致污钻屑122和/或予处理混合物126中。
予处理混合物126应被充分混合以便形成一充分均匀的混合物。例如，适合的混合装置包括但不限于：带状螺旋混料机、螺旋式蜗杆混合器、捏和拌机及其组合。
予处理混合物126随后经输送装置42被输送到热解吸单元140中。例如，合适的送料装置包括但不限于：螺旋输送机、输送带及其组合。
粘结剂及凝结剂
正如以上所定义的，一种粘结剂是一种液体和一种凝结剂的溶液或混合物，被用来将两个或多个微粒凝聚到一起形成一个凝聚物。用来产生粘结剂的液体最好是水或水溶液。适合的凝结剂包括物质能够(1)在干燥时形成实体桥，(2)通过低粘度液体的界面张力将微粒结合在一起并在被加热时变稠密、变浓、变硬，以及/或(3)通过分子内力和静电力使微粒结合在一起。
当凝结剂在热处理条件下变干燥时，通过凝结剂的结晶形成了实体桥。例如，形成实体桥的凝结剂包括但不限于：碱金属及碱土金属盐。
另一种合适的架桥机构是由最初通过低粘度液体界面张力将微粒结合在一起的粘结剂提供的。这种粘结剂，它通过微粒之间接触点的镜头型环状物将微粒结合在一起。在热解吸之后，该粘结剂凝固，就像许多粘合剂那样。淀粉是这类粘结剂的合适的凝结剂。
第三类的凝结剂是用分子内力和静电力将微粒结合在一起，并不出现象由低粘度液体桥和固体桥形成的那些有形桥。在该案例中，凝结剂的微粒在搅动下接触钻屑微粒形成凝聚物。
通过机械连锁和固定液桥来将微粒结合在一起的凝结剂在本发明热处理中最好不用，因为粘结机构的凝聚力典型不足以在处理中将凝聚物结和在一起。
公知的凝结剂有很多，然而，作为一种凝结剂为获得本发明HC致污钻屑处理方法的最佳效果，该凝结剂最好能达到下列标准：
1、在热解吸单元140所应用的温度下是稳定的。例如，在温度范围为约200(C-400(C的温度下凝聚应当是稳定的。很显然，在热解吸单元处理温度下，凝结剂不能热分解也不能被蒸发。
2、与以HC为基础的钻井液应是兼容的。特别是，该凝结剂应当适当为惰性的、不能与以HC为基础的钻井液的成分以任何可能防碍凝聚功能的方式反应。
3、与湿的HC致污钻屑可混合以形成充分均匀的混合物。
4、提供足够的力来维持整个过程中凝聚物的外形完整性。所需力依赖于方法和应用的设备。但合成凝聚力最好至少约为200kPa。
凝结剂最好也要符合已处理钻屑的近岸和/或掩埋处理的环境标准。更好的是，该凝结剂要满足经过处理的钻屑的就地处置环境标准。
一种凝结剂及适当浓度的选择会根据具体的方法和设备来决定，具体会使用与有计划的热方法成比例的实验室规模模型进行实验室规模检测确定。
例如，适当的盐包括碱金属的氯化物、亚氯酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、硫化物、亚硫酸盐、碳酸盐，以及碱土金属的氯化物、亚氯酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、硫化物、亚硫酸盐、碳酸盐，以及其组合。优先选用的盐包括NaCl、CaCl2、KCl以及其组合。
例如，相配的淀粉包括玉米淀粉、土豆淀粉以及其组合。
正如以上所述，凝结剂应当提供足够的力来维持所述方法中凝聚物的完整性。影响凝聚力的因素包括但不限于，例如，温度、混合程度、凝结剂浓度、以及予处理混合物的TLC。
凝结剂浓度最好是在予处理混合物总重量约0.2％-5％的范围内。
热解吸单元
一旦予处理混合物126经输送装置142被输送到热解吸单元140中，混合物在热解吸单元140中就被搅拌并加热。
热解吸单元140至少提供强制对流供热，通过与热原料气144的直接接触来加热予处理混合物。原料气144应当处于足以使HC致污钻屑中碳氢化合物(HC)蒸发的一定温度。原料气144被引入热解吸单元140时所处的温度范围最好是在约200℃-500℃之间。一旦温度大于500℃，HC焦化就很可能出现，并在设备表面形成沉淀物。
例如，适当的热解吸单元包括但不限于：流化床、喷泉床、旋转杯、振动输送机、摆动输送机以及其组合。热解吸单元最好是流化床。
用来加热HC致污钻屑的原料气144最好相对HC致污钻屑是惰性的或实质上不氧化的以便减少碳氢化合物水汽点火的几率。更好地是，输送到热解吸单元140的原料气144含有摩尔分数少于8％的氧气。最佳地是，原料气144是从由氮、二氧化碳、蒸汽及其组合组成选择。
来自热解吸单元140的输出气体162被输送到输出气体处理模块160中，下面对此进行更具体的讨论。在一个较佳实施例中，如图2所示及下面的具体讨论，输出气体262经过一个初步的固体分离单元250，典型的是一个旋风分离器，该气体246的一部分被重新循环到热解吸单元240中。在该例中，重新循环到热解吸单元240中的经过处理的输出气体246将包括最初引入的任何气体、蒸汽、以及HC水汽。
在热解吸单元140中的平均滞留时间依赖于很多因素，包括但不限于：单元含量、热解吸单元的类型、温度、予处理混合物的流速、TLCPT以及气体流速。但通常来讲，如果热解吸单元是流化床，平均滞留时间最好在大约1分钟至15分钟的范围内。更好的是，在流化床中的平均滞留时间范围约为3-6分钟。
当钻屑在流化床中被混合、加热、并搅拌时，凝聚物形成了。经传统方法处理的钻屑可能有(1)不可控制的凝聚可能导致结块，和/或(2)巨大的微粒残留在气体中并离开热解吸单元。通过控制TLCPT，并使用一种凝结剂，结块被大大减少，以致(a)几乎没有设备停机时间，并且(b)HC从钻屑中被完全蒸发掉。同时，残存在输出气体中的微粒被大大的减少了，从而巨大的减少了因微粒而进行的气体处理。
输出气体处理模块
离开热解吸单元140中的输出气体162被输送到输出气体处理模块160中。输出气体处理模块160包括但不限于：除去剩余的残留微粒的一个或多个过程，降低输出气体的温度，冷凝水蒸汽，并分离碳氢化合物水蒸气。
残留微粒通常具有一个最高约达30μm的颗粒直径。与传统的钻屑处理方法相比，本发明的HC致污钻屑处理方法的其中一个优点是残留在输出气体162中的微粒数量大大降低了。
残留在输出气体162中的剩余微粒可被除去，例如，但不局限于，通过离心涡流分离、旋风分离器分离、袋滤捕尘器分离、气雾捕尘法、离心分离、粒状床分离、过滤、静电沉淀、惯性分离以及其组合。
输出气体162释放到环境中之前最好先进行处理以降低其温度。例如，离开热解吸单元140的输出气体162的温度可能在大约200(C-400(C范围内。在将气体释放到大气中之前，温度最好降到100(C，更佳地是降到约40(C。
当输出气体162被冷却时，水和HC蒸气将被冷凝。冷凝的HC最好从水中分离出。
在一个较佳实施例中，被冷凝分离出的HC在钻探作业中被循环使用。因为与传统的HC致污钻屑处理方法相比较残留颗粒被大大减少了，在输出气体处理模块160中回收的冷凝HC的固体装载被大大的降低。被冷凝的HC的固体装载最好少于其总重量的10％。
在另一个较佳实施例中，如图2所示，输出气体246的至少一部分被重新循环到热解吸单元240中。输出气体246最好在经处(250)后再重新循环，以便除去至少部分残留微粒，如果不是全部的话。如果需要，HC水气可以在重新循环到经处理的输出气体246以前进行分离，在重新循环之前从输出气体中冷凝HC是没有必要的。在被重新循环到热解吸单元240之前，经处理的输出气体246最好先经一个供热单元244加热。
已处理钻屑的处理模块
经热解吸单元140处理的钻屑182被输送到已处理钻屑的处理模块180中。已处理钻屑182典型的具有一个低于其总重量的约3％的残留HC含量。已处理钻屑182的残留HC低于约1％较好，低于约0.5％更好，最好的是，已处理钻屑182的残留HC低于其总重量的约0.1％。
因为低沸点液体在热解吸单元140中更容易蒸发，在已处理钻屑182中残留的液体，如果有的话，一般是沸点相对较高的HC。因此，已处理钻屑182的TLC，就像残留HC，低于其总重量的3％。经处理钻屑182的TLC约低于其总重量的1％较好，约低于0.5％更好，最好是约低于0.1％。
而且，由于凝聚物已在热解吸单元140中形成，已处理钻屑182具有一个较HC致污钻屑122的第一中值直径大的第二中值直径。
该第二中值直径最好至少较第一中值直径大约1.5倍，更好的是，该第二中值直径在大约300μm至2000μm的范围内。
鉴于这里所描述的方法的一个目的是避免结块，凝聚物的颗粒直径最好不要大于约5000μm。
在图2的处理HC致污钻屑的热方法实例中，与图1相同的部分用与图1相同的整数再加100来标识。例如，图1中的热解吸单元140或图2中的吸收单元240。在图2的热处理210中，已处理钻屑284的至少一部分被再循环到予处理模块220中，以降低予处理混合物226的TLC。使用先前已处理钻屑284的一个好处是随后必须处置的固体总量不会增加超出从钻探作业中回收的数量。
在处理之后，已处理钻屑284将被冷却或被应用到一个温暖或热的状态中。
本发明下述非限制的实施例的提供仅仅是作为一些例证目的。
图3中，与图1相似或相关的部分用相同的整数加200来表示。
例1
图3阐述了例1中应用的热方法310，HC致污钻屑322的1000公斤样品从加拿大的阿尔伯达(Alberta)的钻探作业中获得。HC致污钻屑322的TLC占其总重量的19％。经索格利特抽提器提取确定，HC含量占总重量的13％，水占6％。HC致污钻屑322的粒度分布通过提取后的筛析确定。结果列入表1。
表1
  颗粒直径μm   进给粒度分布
  Wt.％   累积Wt.％
  ＜38   32.0   32.0
  38-75   7.3   39.3
  75-150   8.1   47.4
  150-300   7.2   54.6
  300-500   5.3   59.9
  500-1000   13.0   72.9
  1000-2400   23.3   96.2
  ＞2400   3.8   100
  d50   191μm
o致污钻屑322与31公斤重的粘结剂324混合形成予处理混合物326。粘结剂324是NaCl的水溶液，包含8公斤的NaCl(凝结剂)。400公斤经过处理的钻屑384在周围环境温度下被添加到予处理混合物326中。使用一个毛虫(商标)牵引车来混合予处理混合物326，该牵引车铰接有一个带有页岩箱柜的前置装货设备。予处理混合物326的TLCpt占其总重量的15％。其中，予处理混合物326中的HC含量占其总重量的9.1％，水占5.9％。
予处理混合物326被输送到热解吸单元340中，该单元包括一个带有整体分离器343的流化床341。流化床341的进料速度是每小时1000公斤(1,000kg/hr)。
再循环气体(2,600kg/hr)在通过柴油机燃料(22kg/hr)燃烧的火炉中加热到大约430(C的温度。因而产生的热气体344以每小时3,000公斤(3,000kg/hr)的速度被输送到流化床中。流化床341中的工作温度约为320(C。流化床的速度是1.5m/s，且其流化范围为0.3mm至约6mm，意思是说在这个尺寸范围的微粒被流化但留在处理器中。
大约810公斤的粗粒子382从流化床341中被回收。该粗糙部分的微粒尺寸分布在表2中列出。所述已处理钻屑其残留的HC含量占0.05wt.％。
表2
  颗粒直径μm   经过处理的钻屑颗粒尺寸分布
  Wt.％   累积Wt.％
  ＜38   2.5   2.5
  38-75   15.2   17.7
  75-150   7.4   25.1
  150-300   3.4   28.1
  300-500   2.1   30.6
  500-1000   13.2   42.8
  1000-1180   7.2   51.0
  1180-2360   29.9   80.9
  2360-4750   14.3   94.9
  ＞4750   5.1   100
  d50   ~1160μm
输出气体362被输送到一个旋风分离器分离器364中以除去残留于输出气体362中的细小微粒。
150公斤矿粉被从旋风分离器分离器364中回收。离开旋风分离器364的气体，在温度为280(C下，被分成两股。第一股390(2,600kg/hr)被重新循环到流化床341中。第二股392(560kg/hr)被进一步在一个袋式滤尘分离器366中处理以分离出超细小微粒。70公斤的超细小微粒从袋式滤尘分离器366中回收。
离开袋式滤尘分离器366的气体接着在一个热交换器368中被冷却和冷凝，并产生一股冷却气流394和一股液流396。所述冷却气流在40(C下被释放到大气中去。所述液流被输送到分离器369中以便将冷凝油从水中分离出来。130公斤的油和100公斤的水被回收。

Claims (43)

1.一种除去石油钻探作业产生的钻屑中的碳氢化合物污染物的方法包括：
5)用粘结剂与含有碳氢化合物污染物的钻屑混合以产生一予处理混合物；
6)在一定温度和条件下加热予处理混合物，使所述钻屑中的碳氢化合物有效蒸发，在此条件下，钻屑中的水汽可带走微粒被粘结剂凝聚，同时钻屑的结块得到抑制；
7)回收其致污物含量减少了的钻屑；
8)回收其水汽可带走微粒含量减少了的被蒸发的碳氢化合物。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述的步骤2)中的予处理混合物是处在一个被流化了的状态。]
3.如权利要求1所述的方法，其中所述的步骤2)中的条件包括建立一个约占予处理混合物总重量5％至20％的予处理混合物总液量。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述的凝结剂是一种碱金属或碱土金属氯化物。
5.如权利要求1、2、3或4所述的方法，其中，步骤1)中所述的的钻屑具有一个拥有约15(μm的第一中值直径的第一颗粒尺寸分布，并且步骤3)中所述的钻屑具有一个拥有约300(μm至2000(μm的第二中值直径的第二颗粒尺寸分布，所述的第二中值直径较所述的的第一中值直径约大1.5倍。
6.一种处理至少被一种碳氢化合物所污染钻屑的方法，包括下列步骤：
(f)提供一种具有一第一中值直径的第一颗粒尺寸分布的被碳氢化合物污染的钻屑；
(g)用一种粘结剂与碳氢化合物致污钻屑混合以产生一予处理混合物；
(c)在予处理混合物中建立一种占予处理混合物总重量约为5％-20％的预处理总液量；
(d)在一定温度下搅拌并加热予处理混合物以便足以使所有碳氢化合物被充分蒸发，同时使钻屑中的水汽可带走微粒凝聚形成凝聚物；
(e)回收具有一个第二颗粒尺寸分布的已处理钻屑，所述第二颗粒尺寸分布所具有的第二中值直径大于所述第一中值直径，所述已处理钻屑的残存碳氢化合物含量约小于等于其总重量的3％。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述已处理钻屑的处理后总液量约小于等于其总重量的3％；
8.如权利要求6或7所述的方法，其中，所述的第一中值直径在约15μm-400μm的范围内。
9.如权利要求6、7或8所述的方法，其中，所述的第二中值直径在约300μm-2000μm的范围内。
10.如权利要求6、7或8所述的方法，其中，所述的第二中值直径至少比第一中值直径大约1.5倍。
11.如权利要求6至10所述的任意一种方法，其中，来自步骤e中的至少一部分已处理钻屑被添加到所述的碳氢化合物致污钻屑或所述予处理混合物中，以便控制所述的予处理总液量。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述的被添加到所述碳氢化合物致污钻屑或所述予处理混合物中的那部分已处理钻屑具有的颗粒直径范围约为30μm-400μm。
13.如权利要求6至12所述的任意一种方法，其中，通过在步骤c中向所述碳氢化合物致污钻屑或予处理混合物中添加干燥的粒状物质建立所述予处理总液量。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述的被添加到所述碳氢化合物致污钻屑或所述予处理混合物中的干燥粒状物质具有的颗粒直径范围约为30μm-400μm。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述的干燥的粒状物质是从由石膏、粘土、沙、煤粉及其组合组成选出的。
16.如权利要求6至12所述的任一方法，其中，所述的在步骤c中建立的予处理总液量是通过在步骤b之前除去碳氢化合物致污钻屑中的液体来完成的。
17.如权利要求16所述的方法，其中，从所述碳氢化合物致污钻屑中除去液体是经过所述碳氢化合物致污钻屑中的至少一部分通过压力、振动筛、离心分离机或其组合来实现的。
18.如权利要求6至17所述的任一方法，其中，所述碳氢化合物致污钻屑的总液量占其总重量的大约5％-40％。
19.如权利要求6至17所述的任一方法，其中，所述予处理总液量约占所述予处理混合物总重量的10％-18％。
20.如权利要求6至17所述的任一方法，其中，所述予处理总液量约占所述予处理混合物总重量的14％-17％。
21.如权利要求6至20所述的任一方法，其中，所述凝结剂是从由盐、碱金属、碱土金属及其组合组成选取的。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述的盐是从由碱金属的氯化物、亚氯酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、硫化物、亚硫酸盐、碳酸盐，和碱土金属的氯化物、亚氯酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、硫化物、亚硫酸盐、碳酸盐，以及其组合组成选取的。
23.如权利要求6至20所述的任一方法，其中，所述的凝结剂是氯化钠。
24.如权利要求6至20所述的任一方法，其中，所述的凝结剂是一种淀粉。
25.如权利要求6至24所述的任一方法，其中，所述被添加的凝结剂的浓度范围约占予处理混合物总重量的0.2％-5％。
26.如权利要求6至25所述的任一方法，其中，所述的凝聚物的颗粒直径约小于等于5000μm。
27.如权利要求6至26所述的任一方法，其中，所述的供热是在一热解吸单元中，其温度范围约为200℃-400℃。
28.如权利要求27所述的方法，其中，热解吸单元提供了强制对流供热。
29.如权利要求28所述的方法，其中，所述的热解吸单元是一个流化床反应器。
30.如权利要求29所述的方法，其中，所述的流化床反应器所用的原料气含有的氧气约低于8％摩尔分数。
31.如权利要求30所述的方法，其中，所述的原料气从由氮气、二氧化碳、水及其组合组成选择。
32.如权利要求29、30或31所述的方法，其中，予处理混合物在所述流化床反应器中的平均滞留时间约在1-15分钟的范围内。
33.如权利要求29、30、31或32所述的方法，其中，所述的流化床反应器中的平均滞留时间范围约为3-6分钟。
34.如权利要求29至33所述的任一方法，其中，所述从流化床反应器中出来的输出气体通过一初步固体分离器进行处理，然后被分成两部分，所述的第一部分被重新循环到所述流化床反应器中，所述第二部分用一种从除去残留微粒、降低输出气体温度、冷凝水蒸气、分离碳氢化合物水气及其组合组成的方法群中选择的处理方法来处理。
35.如权利要求34所述的方法，其中，所述的再循环部分在进入所述流化床反应器前被加热。
36.如权利要求29至33所述的任一方法，其中，所述从流化床反应器中出来的输出气体被一种处理方法进行处理，该处理方法是从由除去残留微粒、降低输出气体温度、冷凝水蒸气、分离碳氢化合物水气及其组合组成的方法群中选择。
37.如权利要求36所述的方法，其中，所述的至少一部分经过处理的输出气体再循环进入所述流化床反应器。
38.如权利要求36所述的方法，其中，所述经过处理的输出气体部分在重新循环之前被加热。
39.如权利要求34或36所述的方法，其中，残留微粒通过离心涡流分离器、旋风分离器分离器、袋滤捕尘室分离器、重力沉降、冲击、离心分离、粒状床分离、过滤、洗刷物、静电沉淀、惯性分离及其组合来除去。
40.如权利要求34或36所述的方法，其中，碳氢化合物水汽通过被冷凝产生冷凝碳氢化合物与所述输出气体分离。
41.如权利要求40所述的方法，其中，所述的冷凝碳氢化合物被重新循环应用在钻探作业中。
42.如权利要求41所述的方法，其中，所述的冷凝碳氢化合物的固体装载约低于其总重量的10％。
43.如权利要求6至42所述的任一方法，其中，所述碳氢化合物致污钻屑中的至少一种碳氢化合物是C9至C24碳氢化合物。
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