含油钻屑处理技术研究进展与展望

使用油基钻井液在钻井过程中会产生大量含油钻屑,处理不当会对生态环境和人类健康造成危害。世界各国针对含油钻屑的排放制定了严格标准,要求含油钻屑必须处理达标后方可排放。介绍国内外含油钻屑处理的相关法规和标准,对国内外含油钻屑处理技术的主要研究成果及应用现状进行综述,并阐述其技术原理。通过对各类含油钻屑处理技术的归纳总结,明确不同类型处理技术的优缺点,最后对未来含油钻屑处理技术应用研究的发展进行展望。未来含油钻屑处理技术应向着新材料、新装备、新技术的方向发展,以实现含油钻屑的无害化、资源化处理。

非常规油气开发含油钻屑处理技术研究进展

多分支井、大斜度大位移定向井、深井与超深井等非常规油气藏开发钻井过程中由于使用油基钻井液而产生大量的含油钻屑,其组成复杂、处理难度大,成为影响油田及周边环境质量的主要难题之一。对含油钻屑减量化无害化、资源化处理技术进行了综述,介绍了填埋、固化处理、回注地层、焚烧、甩干—离心处理、微生物降解、化学清洗、热解析、溶剂萃取、超声波和微波处理等技术的研究进展及应用现状,并对含油钻屑处理技术未来发展方向和趋势进行了展望。

海上钻井含油钻屑破乳-离心处理实验研究

目的解决海上钻井平台产生的含油钻屑处理过程中能耗高、碳排放量高,可能为环境带来二次污染等难题,为实现碳中和的发展目标探寻新思路。方法筛选出了一种高效破乳剂,采用破乳-离心联合处理工艺,探究了对含油钻屑中石油组分的去除效果,通过正交实验优化设计,明确了最优反应条件。结果LB1025型破乳剂效果最佳,最优反应条件为破乳剂有效质量分数60%,反应温度60℃,搅拌强度700 r/min,反应时间30 min,离心转速5000 r/min,处理后含油钻屑油分的去除率为96.77%,残油率为0.21%,满足GB 4284-2018《农用污泥污染物控制标准》的B级排放标准。结论破乳-离心联合处理工艺有效降低了含油钻屑的含油量,为该含油钻屑高效、节能、环保处理提供技术参考。

钻屑热机械处理设备高效处置海上含油钻屑

随着中国海油“七年行动计划”的推进和增储上产力度的加大,近年来海上钻井作业量越来越大,需处理的含油岩屑越来越多。钻井作业中,高速旋转的钻头钻遇地层,产生碎屑,由油基泥浆冲刷、包裹、携带出井,再经振动筛分离出含油岩屑。

含油钻屑热脱附残渣资源化用于免烧砖初探

每年产生大量的含油钻屑热脱附残渣亟待资源化利用,解决最终去向问题,在对热脱附残渣粒径分布及组分分析基础上,将其与水泥、骨料等以不同掺混量混合制作免烧砖。结果表明:热脱附残渣掺混量50%-80%,其抗压强度可达到MU5-MU15,浸出液均达标,原料配比、制作工艺等对免烧砖强压、抗折强度影响较大。初步实验结果显示,含油钻屑热脱附残渣具有资源化用于制免烧砖的可行性,仍需要进一步研究。

海上含油钻屑的热解析除油处理

采用间接加热的热解析技术对海上油田含油钻屑进行处理,考察了热解析处理的效果和影响因素。实验结果表明:在热解析主温度为410.0℃下对含油率为14.00%~23.60%(w)的钻屑进行热解析处理,处理后钻屑的石油烃含量低至0.07%;为达到处理后钻屑含油率低于1%的要求,处理速率最高可达2.47 t/h;回收油的主要烃类化合物组成与岩屑油一致,可用于泥浆复配;冷凝回收水的COD及石油类物质超标,处理后可作为循环冷却水的补充水;外排气体的污染物指标达到国家排放标准;该套实验装置处理含油率为14.00%~23.60%的钻屑,柴油消耗量小于15 L/t、电能消耗量小于9 k W·h/t。

一种新型除油机理及含油钻屑除油技术

油基钻井液是页岩气开发中最为常用的一种钻井液体系,随着页岩气勘探开发的加快发展及油基钻井液的大量使用,其产生的含油钻屑带来的环境污染也逐渐成为油气田企业的环保难题。为此,进行了现场含油钻屑组成、重金属含量和浸出液生物毒性分析,确定了含油钻屑污染特性和处理重点:针对含油钻屑污染特性,基于化学清洗法,首次引入过渡态理论,通过理论和实验分析,提出了一种新型岩屑除油机理,油滴从岩屑表面移动至油相存在着一个势能壁垒,清除岩屑中的油污需越过此势能壁垒;进而设计了含油钻屑除油配方,并通过单剂筛选、配方优化和除油条件优选,最终开发了一套含油钻屑化学清洗法除油技术。使用效果表明:在所研制的聚氧乙烯类除油剂与硫酸盐类、磺酸盐类辅助除油剂的共同作用下,势能壁垒可降低92.81%,由其处理的含油钻屑除油率达到93.02%。结论认为,该技术工艺安全简单、成本低、除油率高,可有效地解决含油钻屑的环境污染问题。

超临界CO2萃取法处理含油钻屑实验研究

为探求提高超临界CO2萃取含油钻屑效率的最优方案,文章重点研究了萃取温度、萃取压力、萃取时间、挟带剂等关键参数对萃取效率的影响。根据CO2相态变化,设定超临界CO2萃取装置的温度、压力梯度变化,同时引入3种挟带剂,开展不同萃取参数的正交实验,采用红外分光光度法检测萃取后钻屑含油量。实验结果表明,稳压10MPa、恒温45℃,同时加入2%的非极性挟带剂石油醚,连续萃取2h后,钻屑含油量可降低至0.2%以下,且回收后的基础油相与白油成分接近,重复配置的油包水钻井液体系经150℃热滚16h后,检测流变、滤失等性能均未受影响。

油基钻井液含油钻屑无害化处理工艺技术

开发出一种新型油基钻井液含油钻屑无害化处理工艺技术,该技术将甩干机机械除油处理工艺、高效除油剂化学处理技术和石油微生物处理等3种除油处理技术通过科学设计、合理的配比有机集成在一起。利用该技术对新疆油田阜东081井白油包水钻井液和苏10-32-45CH井全油基钻井液中的钻屑进行了处理,取得了良好的效果,通过离心甩干和生物法处理后,钻屑的含油量降至了1.17%,符合国际通用含油量不大于2%的指标要求,达到了预期的效果。应用结果表明,该工艺是一种操作简单、投资小、处理效率高、可靠性好的含油钻屑无害化处理及油类回收利用的新技术,具有较好的社会效益和经济效益。

超临界CO_2萃取含油钻屑的数值模拟与响应面分析

含油钻屑是页岩油气钻井过程中的难处理的污染物,本文结合中心复合实验设计,研究利用超临界二氧化碳(SCCO_2)萃取含油钻屑,响应曲面分析了各独立变量和变量之间相互作用对萃取固相物中残油率的影响,得出最佳萃取条件为萃取温度35℃,萃取压力30MPa,溶剂流率3.71L/h,萃取时间90min,固相物中残油率最小值为0.398%。萃取数据良好地拟合了简化二次多项式模型,简化二次多项式模型的相关系数R^2,预测R^2和校正R^2分别为0.9550,0.9313和0.9156。利用红外光谱将萃取产物和市售0#柴油进行对比分析,两者官能团结构基本一致,实现了能源资源回收和含油钻屑的无害化。

机械力活化固硫灰固化处理含油钻屑

利用机械力化学法活化固硫灰固化降解含油钻屑,研究了不同含油钻屑掺比对固化降解效果的影响,并进一步探讨了机械力化学法对含油钻屑中有机污染物的固化降解机制。研究表明,当含油钻屑掺量为50%时,球磨后样品中的含油率为1.92%,固化体常温养护28 d抗压强度为22.70 MPa,固化体石油类浸出浓度为3.875 mg/L低于GB 8978-1996中规定的限值。XRD分析表明含油钻屑中的有机污染物以物理包裹和吸附的形式被固化于含油钻屑固化体的凝胶相中。IR分析表明机械力化学法对含油钻屑中的有机污染物有较好的降解作用。

海上钻井含油钻屑处理技术

使用油基钻井液必然会产生大量含油钻屑。国内外相关法律法规都对海上油田含油钻屑提出了限制排放标准。含油钻屑只有达到排放标准方可排放入海,若达不到排放标准则需运回陆上处理。昂贵的海上运输费用及陆上处理费用,使得国外钻井公司及钻井液公司纷纷研究和开发现场处理含油钻屑新技术。本文较全面地介绍国内外海上含油钻屑处理技术。

含油钻屑热解析及焚烧处理技术研究

在页岩气水平井开发中,因油基钻井液具有井壁稳定性强,润滑力强、防卡、降阻等优势得以广泛应用,但也带来了高含油的油基钻屑处理问题。本文介绍了国内外含油钻屑处理技术现状,提出了一种采用热解析和回转窑焚烧相结合的两级处理方式处理含油钻屑的技术工艺。现场试验结果表明采用此种工艺处理含油钻屑,完全能够满足国家有关污染物排放标准的要求。

酸碱开关溶剂处理废弃含油钻屑的研究

酸碱开关溶剂是一类由酸碱调控,可实现溶剂亲水性和疏水性之间相互转变的绿色智能溶剂。利用酸碱开关溶剂来处理废弃含油钻屑是一种高效、环保、易操作、可循环利用的方法。以N,N-二甲基环己胺为酸碱开关溶剂,选择乙酸/NaOH水溶液调节开关溶剂的亲疏水性,用于清洗废弃含油钻屑,对清洗效率及胺的回收率进行评价。实验结果表明:N,N-二甲基环己胺的亲疏水性可由乙酸/NaOH水溶液进行可逆调控,整个循环至少能够重复4次;N,N-二甲基环己胺的酸碱开关特性使得模拟油能够很好地与胺分离;当N,N-二甲基环己胺与含油钻屑质量比为3∶1或更高时,N,N-二甲基环己胺能够彻底清洗废弃含油钻屑,清洗后的钻屑含油率低至0.21%(w),且N,N-二甲基环己胺的回收率高达95%以上。这种开关溶剂能够高效清洗钻屑,同时能够重复利用,有效地降低成本。

微波处理含油钻屑实验研究

利用微波对含油钻屑进行脱油处理,研究微波处理含油钻屑的机理及影响因素。采用单因素变量法研究了微波处理时间、微波功率、钻屑处理量和钻屑初始含液率等因素对微波处理含油钻屑效果的影响。实验结果表明,微波作用的前2 min内含油钻屑的温升最迅速,钻屑的含液率在处理的前3 min降低速率最大;微波功率与处理效果正相关,在微波功率一定的情况下,单次处理的钻屑量存在一个最佳值,针对本套装置为30 g为最佳值;通过对比实验组发现,当钻屑初始含液率为11. 3%(其中含水率为3. 7%、含油率为7. 6%)时达到最好的处理效果,通过分析处理量和钻屑初始含液率对处理效果的影响行为,可发现含油钻屑孔隙度对处理效果有较大影响。

含油钻屑处理技术的研究进展

油基钻井液在钻井过程中的广泛使用,产生了大量的含油钻屑。目前各个国家对环保的要求越来越严格,因此由油基钻井液所产生的钻井废弃物必须经过一定的处理,达到环境要求方可排放。目前国内外含油钻屑的处理方法主要有回注法、固化法、机械分离法、生物法、溶剂抽提法以及热处理等。其中固化、回注和填埋,由于并未对其中的有机物进行处理,仍留有安全隐患;生物法存在菌种选择复杂,处理周期长,废水和废渣仍需处理的问题;热处理法中的热解析法最为有效,可以实现含油钻屑的资源化和无害化,尤其是微波热解析法,效率高、设备简单、占地面积小,该方法处理含油钻屑具有很好的潜力。

机械力化学法无害化处理含油钻屑研究

采用机械力化学法无害化处置含油钻屑,并初步研究了其降解机制,研究结果表明:含油钻屑的降解效果随着氧化钙含量的增加而增强,当氧化剂掺比为50%时含油率低至2.05%;在含有20%氧化钙的环境中,加入30%二氧化钛或高锰酸钾的降解效果最佳;反应过程中石英遭到破坏,结晶度降低;苯环结构断裂,氯原子开始脱落,含油钻屑得到降解;含油钻屑中仍存在长碳链,且出现游离态的羟基,表明降解不够彻底。

锤磨作用下含油钻屑运移机理研究

为揭示锤磨作用下含油钻屑的运移机理,基于含油钻屑锤磨热解析处理平台,采用离散元仿真分析方法,建立钻屑运移仿真模型,开展钻屑运动速度、运动轨迹、轴向运移分析。结果表明:钻屑主要以15.22~21.01 m/s的速度进行周向运动;钻屑摩擦生热的主要区域为钻屑与筒壁接触部位,次要区域为运动半径0.36~0.39 m的钻屑层;钻屑在料堆内部有明显的周向和径向运移;钻屑在锤磨机内的整体运移方向指向出料口,表明钻屑能在自身重力和离心力以及叶片的挤压作用下从出料口排出;钻屑处理量为2.5~5.0 t/h,叶片数量为6个时更能促进钻屑的轴向运移,并且将进出料口布置在锤磨机中部比传统进出料口的布局方式更合理。研究结果为含油钻屑锤磨热解析装置的研制和推广提供了理论支持。

基于AHP-模糊综合评价法的含油钻屑锤磨式热解析处理系统经济性评价研究

提出了采用层次分析-模糊综合评价法对含油钻屑锤磨式热解析处理系统进行经济性评价的方法。根据含油钻屑锤磨式热解析处理系统工艺流程分析和层次分析,选取5个一级指标、18个二级评价指标,建立了含油钻屑锤磨式热解析处理系统经济性评价指标体系。以层次分析法确定经济性评价指标权重和主要影响因素;用模糊综合评价法进行经济性评价,得到了含油钻屑锤磨式热解析处理系统经济性“适中”的结论,说明该系统具有主动生产和推广应用的价值。根据经济性指标权重和模糊综合评价分析,通过降低锤磨机、预混罐、保温加热装置能耗和锤磨机维修费用,可进一步提高含油钻屑锤磨式热解析处理系统的经济性。

油基钻井液含油钻屑水射流除油技术

针对某油田含油钻屑深度除油的难题,进行了污染物分析,开发了含油钻屑水射流除油技术。通过用水分测定器测定主要成分含量,用微波消解—电感耦合等离子体质谱法测量重金属含量,对含油钻屑进行分析,得出主要污染物为油类。通过研究不同条件下的除油效果,最终确定了水射流除油技术的最佳工艺:泵压为0.4 MPa,流量为271 L/min,喷嘴类型为40°实心锥型喷嘴,射流时间为20 s,射流高度为110 mm。用Oil420型红外测油仪测得处理后钻屑含油量为1.32%,除油率为95.76%,可直接排放。且产生的污水经测试,EC50远大于30 000 mg/L,BC比值在25%以上,安全无毒、可降解,无环境污染问题,成功解决了含油钻屑深度除油的难题。