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        含油巖屑深度固控技術(shù)在東海的應(yīng)用

        2019-10-16 02:59:54施覽玲張海山袁則名和鵬飛
        石油化工應(yīng)用 2019年9期
        關(guān)鍵詞:含油量巖屑含油

        施覽玲,張海山,王 濤,朱 勝,袁則名,和鵬飛

        (1.中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司,上海 200335;2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司,天津 300452)

        隨著東海低孔滲油氣田的不斷勘探與開(kāi)發(fā),鉆井井深不斷增加,鉆井難度也隨之增大,鉆井液技術(shù)主要面臨以下困難:(1)鉆井液對(duì)低孔滲儲(chǔ)層的保護(hù)問(wèn)題;(2)東海復(fù)雜地層井壁穩(wěn)定性問(wèn)題;(3)深部地層溫度較高,鉆井液高溫穩(wěn)定性的問(wèn)題。針對(duì)以上難題,構(gòu)建了有利于東海低孔滲儲(chǔ)層保護(hù)、抗高溫、井壁穩(wěn)定性好和高潤(rùn)滑性的油基鉆井液體系[1,2],該體系近年來(lái)在東海廣泛應(yīng)用。但油基鉆井液使用環(huán)保要求高,為了解決在鉆井作業(yè)過(guò)程中油基鉆井液含油巖屑的處理問(wèn)題,研究形成了海上含油巖屑深度固控技術(shù),這是一項(xiàng)極具發(fā)展?jié)摿Φ暮臀勰嗵幚砑夹g(shù)[3-6]。

        1 海上含油巖屑深度固控技術(shù)

        1.1 國(guó)內(nèi)常用技術(shù)

        目前國(guó)內(nèi)外常用的含油巖屑處理方法[7]主要有以下幾種。

        (1)熱解吸法:通過(guò)提供高熱量的密閉減壓系統(tǒng),將含油巖屑等固相中的烴類加熱揮發(fā),揮發(fā)物經(jīng)過(guò)冷凝系統(tǒng)回收,據(jù)統(tǒng)計(jì),該技術(shù)對(duì)油的回收率可達(dá)90 %以上;此方法存在高能耗、高成本以及高溫減壓裝置安全隱患高等問(wèn)題。

        (2)溶劑萃取法:該方法主要用于分離液體混合物。通過(guò)將萃取劑加入到混合液體中,根據(jù)不同液體在萃取劑中的溶解度不同而達(dá)到兩相或多相分離的目的,然后加熱將低沸點(diǎn)的萃取劑揮發(fā)回收,得到需要分離的液體。該方法比較適合回收含油鉆屑中的油相,但因萃取溶劑揮發(fā)性大,安全要求嚴(yán)格,成本較高。

        (3)化學(xué)破乳法:利用具有破乳作用的化學(xué)處理藥劑加上具有協(xié)同或催化作用的助劑,使含油廢棄物中因乳化混在一起的油產(chǎn)生破乳化而凝析出來(lái),然后對(duì)凝析出的油進(jìn)行回收。但該方法用于含油巖屑的處理效果不理想。

        (4)超聲空化處理技術(shù):利用超聲波的聲空化作用使含油鉆屑中的油從固體顆粒表面分離,然后通過(guò)超聲機(jī)械振動(dòng)使這些分離的油相顆粒聚集,從而達(dá)到將含油鉆屑中的油分離出來(lái)。但該方法易使巖屑黏度增加,降低脫水性能。

        (5)生物處理法:利用能夠分解烴類物質(zhì)的微生物,通過(guò)堆肥、生物反應(yīng)器或生物強(qiáng)化等方法讓微生物在含油鉆屑中大量繁殖,最終將鉆屑中的油類物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化。但該方法降解時(shí)間長(zhǎng)且對(duì)環(huán)境要求高。

        (6)甩干-離心分析技術(shù):該方法是機(jī)械式的處理方法,通過(guò)甩干機(jī)和離心機(jī)相結(jié)合,將含油巖屑中的油類物質(zhì)甩離巖屑,該方法能將巖屑含油量降低至3 %~5 %。這是目前海上含油巖屑處理的第一步,此過(guò)程中產(chǎn)生的細(xì)小含油巖屑仍需要運(yùn)回陸地進(jìn)一步處理。

        1.2 含油巖屑深度固控技術(shù)原理

        該技術(shù)的主要原理為:利用電磁感應(yīng)熱解[8-10]技術(shù),將鉆井過(guò)程中的油基鉆屑、鉆井廢棄物等置于封閉容器內(nèi),進(jìn)行電磁熱解加熱,使產(chǎn)生的油、氣、水均回收處理,不產(chǎn)生污染氣體,剩余的固態(tài)廢棄物達(dá)到海上直接排放標(biāo)準(zhǔn)后直接排放。

        該技術(shù)的核心設(shè)備為電磁加熱反應(yīng)釜裝置,其他主要設(shè)備還包括尾氣處理裝置、柱塞泵、螺旋輸送器、冷凝裝置、真空泵、氣動(dòng)隔膜泵和制氮機(jī)。技術(shù)特點(diǎn)包括:(1)綠色環(huán)保,無(wú)二次污染;(2)原油可以回收再利用,回收利用率高(>98 %);(3)產(chǎn)生的殘?jiān)黐11]滿足海上直接排放標(biāo)準(zhǔn);(4)海上運(yùn)輸、儲(chǔ)存、處理,污染土壤、水源、空氣風(fēng)險(xiǎn)概率相對(duì)較低;(5)熱解產(chǎn)生廢氣量小,自帶尾氣凈化裝置,達(dá)到尾氣零排放;(6)使用的設(shè)備為撬裝設(shè)備,便于海上導(dǎo)管架的運(yùn)輸與安裝;(7)設(shè)備自動(dòng)化控制,人員工作強(qiáng)度小;(8)技術(shù)成熟,設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,綜合處理成本低。

        經(jīng)該技術(shù)處理后的含油巖屑中油、水、固三相含量指標(biāo)如下:(1)回收油中固態(tài)物質(zhì)和水為0.5%~2%;(2)分離出的水中石油和沉淀物為0.5 %~3 %;(3)處理后的含油巖屑含油量為0.1%~1%、含水量小于5%。處理前和處理后含油巖屑含水量、含油量和含固量對(duì)比情況(見(jiàn)表1)。

        表1 處理前和處理后含油巖屑含水量、含油量和含固量的對(duì)比情況

        2 含油巖屑深度固控技術(shù)優(yōu)勢(shì)

        根據(jù)國(guó)家海洋法GB4914-2008 標(biāo)準(zhǔn),東海海域?qū)儆谌?jí)海域,鉆井廢棄物排放標(biāo)準(zhǔn)為含油量≤8%。在海上油基鉆井液使用過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生的含油巖屑,約80 %由振動(dòng)篩返出,另外約20 %由離心機(jī)等產(chǎn)生。振動(dòng)篩返出的含油巖屑由環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)EPS 處理,被輸送至甩干機(jī)內(nèi)進(jìn)行固液分離,液相經(jīng)高速離心機(jī)進(jìn)一步處理后,循環(huán)利用,固相通過(guò)實(shí)時(shí)的含油量檢測(cè),達(dá)標(biāo)則直接排放,若不達(dá)標(biāo),進(jìn)行回收。離心機(jī)、除泥器和除砂器產(chǎn)生的巖屑由于粒徑過(guò)小而無(wú)法再通過(guò)甩干機(jī)處理,與經(jīng)甩干機(jī)處理后含油量不達(dá)標(biāo)的固相一起裝入密封的巖屑箱運(yùn)回陸地處理,處理流程為:(1)海上平臺(tái)使用巖屑箱裝箱;(2)拖輪運(yùn)輸至陸地;(3)陸地交通工具轉(zhuǎn)運(yùn)至處理廠堆場(chǎng);(4)進(jìn)行處理;(5)巖屑箱再返回海上平臺(tái),工藝流程(見(jiàn)圖1)。

        圖1 環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)EPS 處理工藝流程圖

        上述處理模式有諸多弊端:首先含油巖屑在運(yùn)輸過(guò)程當(dāng)中,泄露風(fēng)險(xiǎn)高、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)大。轉(zhuǎn)運(yùn)含油巖屑所需的巖屑箱、拖輪及陸地交通工具費(fèi)用較高。在陸地處理廠堆場(chǎng)儲(chǔ)存期間,含油巖屑本身就存在風(fēng)險(xiǎn),還有污染周邊土壤、水源及空氣的風(fēng)險(xiǎn),且占用了存儲(chǔ)面積、產(chǎn)生了存儲(chǔ)費(fèi)用。整個(gè)處理流程周期長(zhǎng),未知風(fēng)險(xiǎn)高。且在陸地尋找含油巖屑處理廠的難度非常大,如果不能找到合適的處理廠則無(wú)法使用油基鉆井液。因此,將含油巖屑運(yùn)回陸地處理是在海上處理技術(shù)不成熟的條件下不得已而為之的一種辦法。

        而含油巖屑深度固控技術(shù)所需的設(shè)備可以安裝在海上導(dǎo)管架平臺(tái)上,解決了傳統(tǒng)還需運(yùn)回陸地尋找處理廠再處理的問(wèn)題,且轉(zhuǎn)運(yùn)距離近,大大降低了運(yùn)輸過(guò)程中的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。處理流程周期短,降低了未知風(fēng)險(xiǎn)。單位含油巖屑處理費(fèi)用低,降低了處理成本。該技術(shù)使用的裝置操作系統(tǒng)封閉,無(wú)污染氣體排放,對(duì)環(huán)境的影響大大減小。

        上述兩種處理含油巖屑的方式對(duì)比情況(見(jiàn)表2)。

        表2 兩種處理方式對(duì)比

        3 含油巖屑深度固控處理工藝流程

        圖2 含油巖屑深度固控處理工藝流程圖

        含油巖屑深度固控處理工藝流程(見(jiàn)圖2)。首先將含油巖屑通過(guò)螺旋輸送器或者柱塞泵輸送至電磁加熱反應(yīng)釜裝置內(nèi),反應(yīng)釜采用高頻電磁感應(yīng)電源加熱,隨著釜內(nèi)攪拌槳葉轉(zhuǎn)動(dòng),在高溫真空狀態(tài)下,含油巖屑發(fā)生熱解反應(yīng),油基鉆井液基礎(chǔ)油和水以氣體餾分的形式分離出來(lái),經(jīng)冷凝裝置冷卻液化成油和水,進(jìn)入緩沖液罐對(duì)其加以回收,剩余的固態(tài)殘?jiān)詣?dòng)排出,實(shí)現(xiàn)無(wú)害化。

        4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

        該技術(shù)已在東海探井、調(diào)整井作業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用,處理含油巖屑量達(dá)2 000 t,很好地解決了東海含油巖屑處理周期長(zhǎng)而導(dǎo)致的巖屑箱周轉(zhuǎn)困難以及處理費(fèi)用高等難題,現(xiàn)以N1 井為例說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況。N1 井是一口探井,該井使用油基鉆井液作業(yè),整個(gè)作業(yè)過(guò)程總體平穩(wěn)順利,海上共處理含油巖屑162.20 t,運(yùn)用該技術(shù)圓滿完成了鉆井產(chǎn)生含油巖屑的處理任務(wù),未發(fā)生任何性質(zhì)油基鉆井液及含油廢料污染問(wèn)題,處理后的巖屑平均含油量小于1 %,滿足國(guó)家海洋法對(duì)鉆井廢棄物排放含油量的排放標(biāo)準(zhǔn)(8 %),實(shí)現(xiàn)了含油巖屑的全部達(dá)標(biāo)排放。N1 井在油基鉆井液使用過(guò)程中產(chǎn)生的含油巖屑每日處理排放情況(見(jiàn)表3)。N1井處理前和處理后巖屑樣品對(duì)比圖(見(jiàn)圖3)。

        該井處理含油巖屑的流程為:(1)將含油巖屑箱吊至巖屑收集箱上方,通過(guò)翻轉(zhuǎn)將巖屑倒至巖屑收集箱內(nèi)。(2)將巖屑收集箱吊至漏斗上方,打開(kāi)下閘門將巖屑轉(zhuǎn)移至漏斗內(nèi),隨后通過(guò)柱塞泵將含油巖屑輸送至深度固控處理設(shè)備。(3)通過(guò)高溫(280 ℃~460 ℃)、脫硫等措施對(duì)含油巖屑進(jìn)行處理,產(chǎn)生氣、液、固三相廢物,氣相經(jīng)過(guò)高溫催化、脫硫等處理排放,液相廢物轉(zhuǎn)移至白油罐內(nèi),固相經(jīng)檢測(cè)合格后排海。巖屑收集箱及漏斗(見(jiàn)圖4)。整體作業(yè)流程(見(jiàn)圖5),其中紅色箭頭表示固相處理及排放流程,藍(lán)色箭頭表示液相處理及排放流程,綠色為氣相處理及排放流程。

        從應(yīng)用效果來(lái)看,N1 井使用該技術(shù)較傳統(tǒng)運(yùn)回陸地再處理的方式相比,不需要占用轉(zhuǎn)運(yùn)船舶資源及陸地運(yùn)輸交通工具,使用巖屑箱數(shù)量少,轉(zhuǎn)運(yùn)距離近,降低了海上運(yùn)輸期間的溢油風(fēng)險(xiǎn),從根本意義上實(shí)現(xiàn)了含油廢棄物“零”排放,而且單位含油巖屑處理費(fèi)用低,節(jié)約了單井費(fèi)用。N1 井運(yùn)用含油巖屑深度固控技術(shù)與傳統(tǒng)方式對(duì)比節(jié)省費(fèi)用情況(見(jiàn)表4)。

        表3 N1 井含油巖屑處理排放記錄

        圖3 N1 井處理前和處理后巖屑樣品對(duì)比圖

        圖4 巖屑收集箱(左圖)及漏斗(右圖)

        圖5 含油巖屑深度固控現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)流程圖

        表4 N1 井運(yùn)用含油巖屑深度固控技術(shù)與傳統(tǒng)方式相比節(jié)省費(fèi)用情況

        N1 井使用該技術(shù)處理含油巖屑可節(jié)省運(yùn)輸成本及碼頭服務(wù)費(fèi)用約30 萬(wàn)元,且處理費(fèi)用為3 500 元/噸,總處理量為162.20 t,傳統(tǒng)運(yùn)回陸地再處理含油巖屑處理費(fèi)用為7 000 元/噸,N1 井運(yùn)用含油巖屑深度固控技術(shù)共計(jì)可節(jié)省費(fèi)用87 萬(wàn)元。

        5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

        (1)含油巖屑深度固控技術(shù)與傳統(tǒng)運(yùn)回陸地再處理的方式相比,具有巨大的優(yōu)勢(shì),不僅降低了運(yùn)輸過(guò)程中的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn),減小了其對(duì)周圍環(huán)境的影響,還降低了處理成本。

        (2)該技術(shù)在東海探井、調(diào)整井中得到了成功應(yīng)用,有效解決了油基鉆井液使用過(guò)程中產(chǎn)生含油巖屑無(wú)法直接排放的問(wèn)題,使得油基鉆井液的應(yīng)用成為可行。

        (3)該技術(shù)創(chuàng)新成果應(yīng)用前景廣闊,可推廣應(yīng)用于東海所有采用油基鉆井液作業(yè)的探井、調(diào)整井和開(kāi)發(fā)井中,創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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