海上油基鉆屑熱解析處理技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)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(shù)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(xù)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(wěn)定、潤滑性好和對油氣層傷害較小等多種優(yōu)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(fù)雜地層的重要手段。而未經(jīng)處理的油基鉆屑主要由于含油量高，往往超過相關(guān)海域排放標(biāo)準(zhǔn)，因此禁止直接排海。《海洋石油勘探開發(fā)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(nèi)外陸地的油基或者含油鉆屑所使用的甩干處理、回注技術(shù)、固化技術(shù)、焚燒法、微生物處理技術(shù)、溶劑萃取技術(shù)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(shù)在海上適應(yīng)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(xiàn)場隨鉆技術(shù)。

1 熱解析處理技術(shù)概述

油基鉆屑熱解析處理技術(shù)是油基鉆屑在負(fù)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(zhì)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(xiàn)鉆屑與油分離的目的，其中不凝氣經(jīng)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(jīng)過降溫、除塵排放或回收利用，回收的鉆屑可用于建筑、生產(chǎn)水泥等。反應(yīng)釜通常的加熱方式有電磁加熱、微波加熱及錘磨熱解技術(shù)，根據(jù)處理鉆屑中組分蒸發(fā)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(shù)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(yè)化應(yīng)用以來，已處理了超過50 萬噸的油基鉆屑，應(yīng)用范圍遍布五大洲。近年來國內(nèi)一些公司也在相繼研發(fā)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(jié)構(gòu)便于安裝拆卸，設(shè)備運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，處理效果穩(wěn)定。

本文所介紹的熱解析裝置采用電磁加熱，全負(fù)荷運轉(zhuǎn)功率為380kW，主要包括上料裝置、主反應(yīng)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(yīng)釜可同時運轉(zhuǎn)，最大日處理量為25t，根據(jù)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(yù)處理后輸送至熱解析反應(yīng)釜裝置內(nèi)，使用真空泵將反應(yīng)釜內(nèi)抽成負(fù)壓狀態(tài)，在絕氧條件下采用電磁加熱反應(yīng)釜，反應(yīng)釜內(nèi)轉(zhuǎn)子緩慢攪拌油基鉆屑，使鉆屑受熱均勻防結(jié)焦；隨著加熱溫度不斷升高，水、油將變成氣態(tài)從鉆屑中蒸發(fā)出來，加熱到使烴類及有機物揮發(fā)溫度，一般在320～350℃，并保持此溫度30～40min 直至油氣蒸發(fā)完全，蒸發(fā)后的油氣通過排氣口進(jìn)入冷卻分離裝置進(jìn)行冷凝，餾分經(jīng)冷凝器冷卻至40℃以下，實現(xiàn)液氣兩相分離。分離回收后的油水進(jìn)行回收資源再利用，分離出來的氣體首先經(jīng)過脫硫罐、堿洗罐吸附硫化物及中和酸性氣體，再經(jīng)過催化燃燒爐進(jìn)行高溫燃燒，最終將產(chǎn)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(fā)完全后向反應(yīng)釜內(nèi)充入惰性氣體，將釜內(nèi)壓力達(dá)到與外界氣壓一致，然后將熱解后的干鉆屑從反應(yīng)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(jìn)行冷卻，防止鉆屑產(chǎn)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(xù)作為冷卻水使用。

3 熱解析裝置現(xiàn)場應(yīng)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(jīng)過設(shè)備調(diào)試、改造及升級后，單釜運行處理確認(rèn)處理正常后采用雙釜運行處理，雙釜運行處理量達(dá)15～21 噸/天左右，可以滿足隨鉆產(chǎn)生量實時處理的速率，且裝置運行穩(wěn)定，共處理油基鉆屑約300 噸。

單個熱解析反應(yīng)釜每次處理油基鉆屑250L，通過電磁加熱將反應(yīng)釜溫度加熱至320℃以上，并維持反應(yīng)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(zhì)量比)之間，處理效果比較穩(wěn)定，低于二級海域、三級海域含油鉆屑的排放要求。

解析反應(yīng)過程中產(chǎn)生的油、水蒸氣進(jìn)入冷凝器進(jìn)行冷卻至40℃以下，油、水冷卻成液體后回收，冷卻后的可燃?xì)怏w或有害氣體先經(jīng)過堿洗罐(罐內(nèi)堿液pH 值10～11)中和酸性氣體，再經(jīng)過脫硫罐(罐內(nèi)填充脫硫劑)吸附硫化物氣體，再進(jìn)入催化燃燒爐將可燃?xì)怏w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(yuǎn)離人員作業(yè)場所。作業(yè)期間對排放的尾氣進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果顯示，排放的尾氣中有害氣體含量均低于職業(yè)接觸極限值，如表1 所示，對現(xiàn)場作業(yè)人員及作業(yè)區(qū)域不會產(chǎn)生危害。

表1 尾氣有害氣體含量

4 結(jié)語

熱解析技術(shù)在海上平臺現(xiàn)場的成功應(yīng)用，解決了海上平臺油基泥漿作業(yè)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(huán)保監(jiān)管風(fēng)險。

熱解析技術(shù)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(hù)海洋環(huán)境方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

如能進(jìn)一步優(yōu)化熱解析關(guān)鍵技術(shù)和裝置，提高熱解設(shè)備海上處理規(guī)模、效率，實現(xiàn)隨鉆處理高效性，使其系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化，建立完善的體系準(zhǔn)則，將能進(jìn)一步在二、三級海域推廣。