油基岩屑处理系统及工艺的制作方法

1.本发明涉及油基岩屑处理领域，具体涉及油基岩屑处理系统及工艺。


背景技术：

2.在页岩气开采钻井过程中，一般会用油基钻井液解决泥页岩水化、井漏、膨胀、坍塌等工程上的问题，但处理固控循环系统会产生油基泥浆和岩屑混合物(简称油基岩屑)，油基岩屑一般由油、水、沥青、钻屑、高分子化合物以及其他杂质组成，其中矿物油难以在环境中降解，属于特殊危险废物。目前，针对油基岩屑的处理方法主要有焚烧法、微生物降解法、热解析、萃取法等，其中热解析过程就是油基岩屑放置入缺氧环境下加热至420～450℃，使油基岩屑中的水和油类蒸馏出来，再经过冷凝使水和油分离，并将油回收利用，同时油基岩屑中经过热解处理后变为无害化废渣。由于不同国家或者我国不同地区的地质情况不同，在钻井过程中使用的钻井液处理机存在的差异较大，导致产生的油基岩屑成本各不相同，特别是油基岩屑中的含油率、含水率、灰分以及氯离子的含量差异较大，例如我国重庆地区的油基岩屑中，油基岩屑的平均灰分含量为24.058％，因此该区域油基岩屑的灰分含量较高，现有技术中缺乏能对灰分进行较好处理的方法。
3.例如现有技术cn 204310925u公开了一种含油固废间接加热热解吸处理装置，其包括有自动控制单元，通过含油固废物料传送方式依序连通的进料预处理单元、进料计量和保护单元、间接加热及热解吸单元，在间接加热及热解吸单元的解吸气油气出口处连接解吸汽分离净化单元，在间接加热及热解吸单元的出料口处连接渣土后处理单元，间接加热及热解吸单元由加热腔体和热解吸腔体组成，其中热解吸腔体的受热部分置于加热腔体之中，热解吸腔体的内部空间与加热腔体的内部空间是两个独立分开且互不连通的腔体。
4.虽然上述处理装置能够对孔隙率很低、含油含水较高和油蒸馏点较高的油基岩屑进行处理，但是利用该装置对灰分含量较高的油基岩屑进行处理时，由于油基岩屑中灰分的含量较高，使得热脱附过程中容易产生大量粉尘，且随着热脱附的不断进行，热脱附室中的粉尘含量会越来越大，直至热脱附完成时达到最大值。当将热脱附室中的混合油气抽吸出热脱附室之外时，需要在出口设置石油烃蒸汽过滤器进行过滤，不仅增加设备成本，而且对于粉尘量大的混合油气，在利用石油烃蒸汽过滤器进行过滤时，容易造成过滤器堵塞而影响过滤速度，进而容易对整个加工工艺的效率造成影响；同时过滤器使用过程中容易损坏而增加处理成本。


技术实现要素：

5.本发明意在提供油基岩屑处理系统及工艺，以解决现有技术处理灰分含量较高的油基岩屑时易堵塞管路的技术问题。
6.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：油基岩屑处理系统，包括相互连接的加料单元和热脱附单元，热脱附单元包括内部设有热脱附室和燃烧室的热脱附主体，热脱附室上连通有三通结构的热脱附排气管且热脱附室内设有喷水单元；热脱附排气管的另外
两端分别连通有冷凝单元和尾气处理单元，且连接冷凝单元和尾气处理单元的两个端口处均设有控制阀。
7.本方案的原理是：本技术中，由于在热脱附室上连通有三通结构的热脱附排气管，使得热脱附排气管的三个通道分别与热脱附室、冷凝单元和尾气处理单元分别连通，从而在进行热脱附过程中，自油基岩屑中热脱附出来的不同成分可经不同的处理单元进行单独处理，提升处理效率。如可以关闭尾气处理单元所对应的控制阀而打开冷凝单元所对应的控制阀，使得热脱附室中产生的油气可以输送至冷凝单元，利用冷凝单元对产生的油气进行冷凝及后续处理；而当热脱附完成时，可以利用喷水单元向热脱附室中喷水，利用水对灰渣起到抑尘和降温作用，避免灰渣与废气一起进入废气处理单元而堵塞设备；最后关闭冷凝单元所对应的控制阀而打开尾气处理单元所对应的控制阀，使得热脱附过程中产生的尾气可以进入尾气处理单元中进行处理。
8.本方案的有益效果在于：
9.1.能够有效提升油基岩屑的处理效率：相比于现有技术中在处理灰分含量较大的油基岩屑时，由于粉尘含量较大而容易将石油烃过滤器堵塞，造成油基岩屑的处理效率较低的问题；本方案通过设置热脱附排气管和喷水单元，在热脱附过程中将产生的粉尘和混合油气通入冷凝单元，粉尘冷凝后与回收的油经固液分离即可彻底去除，从而有效避免因粉尘导致设备堵塞的现象，进而提升处理效率；热脱附完成后，再利用喷水单元向热脱附室内喷水，从而对粉尘起到抑尘和降温作用，不仅可以降低粉尘对过滤器造成的损坏，从而降低设备故障率而节约成本，同时还能够使灰渣快速降温而加速热脱附处理速度，进一步提升油基岩屑的处理效率。
10.2.能够有序地完成热脱附过程：本技术中，通过三通结构的热脱附排气管以及两个控制阀的合理控制，使得热脱附室内产生的混合油气可以准确地进入到冷凝单元的，而喷水降温所产生的废气可以准确地进入到尾气处理单元，确保油基岩屑处理过程准确且高效地进行。
11.3.发明人在研究的过程中，发现现有设备处理油基岩屑速度非常缓慢，效率较低，且当处理样本中含有较高灰分时，设备管道非常容易堵塞。因此申请人经过深入分析、讨论，对整个油基岩屑处理系统进行研发和多次调整，其与现有油基岩屑处理系统的本质区别在于：所针对的油基岩屑的样本具有本质上的差别。使用现有设备对本方案的油基岩屑进行处理时，发现现有处理油基岩屑的设备无法处理灰分含量在20％以上的油基岩屑，其在处理的过程中设备堵塞率高，维修成本非常高；而使用本方案设备对高灰分含量的油基岩屑进行处理时，其设备始终运行正常，且具有高处理效率和高的油回收率(93.7％)。
12.优选的，作为一种改进，所述冷凝单元包括冷却器，所述冷却器的顶部设有集气管，冷却器的底部设有集液管。
13.本方案中，利用集气管对冷凝后的不凝气(主要为c4以下的石油烃)进行收集处理，利用冷却器底部的集液管对液态油水混合物进行收集处理，实现分类收集处理。
14.优选的，作为一种改进，所述集气管与燃烧室之间连通有回流管，所述回流管上固定连接有阻火器。
15.本方案中，利用回流管将不凝气通入到燃烧室内进行燃烧，实现对不凝气的回收利用，减少资源浪费并降低成本。
16.优选的，作为一种改进，所述加料单元包括振动筛，振动筛下设有细料储存池，所述细料储存池与热脱附单元之间连接有往复泵；所述振动筛的出料端处设有粗料储存池，粗料储存池与热脱附单元之间连接有液压进料机。
17.本方案中，利用振动筛对油基岩屑进行筛分而得到粗料和细料，并单独对粗料和细料进行存储和运输，使得输送效率进行最大程度提升，输送过程的环保和安全得到有效保障。
18.优选的，作为一种改进，所述振动筛的筛网孔径为10mm。
19.本方案中，将振动筛的网孔设置为10mm，使得颗粒度小于10mm的油基岩屑穿过振动筛而进入细料存储池。
20.优选的，作为一种改进，所述集液管上连接有油水分离单元，所述油水分离单元包括油水分离器以及与油水分离器连接的过滤膜和水蒸发器。
21.本方案中，利用油水分离器对集液管收集的混合油水进行分离，然后利用过滤膜对分离出来的粗油进行进一步的过滤而得到质量较高的回收油，同时利用水蒸发器将分离处的水蒸发处理。
22.油基岩屑处理工艺，基于上述油基岩屑处理系统完成，包括如下步骤：
23.s1：原料分选，利用振动筛对油基岩屑进行筛分而得到粗料和细料，将粗料和细料分开存储；
24.s2：上料，将粗料和细料分别输送至热脱附室内，同时进行进料计量和进料控制；
25.s3：热脱附，在缺氧状态下对热脱附室内进行加热及冷却，获得解析气、废气和灰渣；
26.s4：后处理，将s3中产生的解析气送入冷凝器中冷凝获得不凝气和液态油水混合物，将不凝气由集气管输送至燃烧室内燃烧，将液态油水混合物由集液管输送至油水分离单元；将s3中产生的废气输送至尾气处理单元进行后续处理；将s3中产生的灰渣排出热脱附室进行后续处理。
27.本方案中，在热脱附阶段，自油基岩屑中热脱附出来的不同成分可经不同的处理单元进行顺序处理，使得热脱附室内产生的混合油气可以准确地进入到冷凝单元的，而喷水降温所产生的废气可以准确地进入到尾气处理单元，确保油基岩屑处理过程准确且高效地进行，显著提升处理效率。
28.优选的，作为一种改进，在s3中加热方式为：首先将热脱附室内加热2小时至温度达到100℃；然后持续加热3小时至温度达到150℃，再持续加热7小时温度达到390℃，并使温度由390℃上升至420℃并保温30分钟；最后使温度缓降至360℃，停止燃烧室对热脱附室加热。
29.本方案中，在热脱附阶段，采用分段式的温度控制方式；分段式的温度控制为逐步升温形式，先脱水再脱油，在热脱附过程中石油烃类不会裂变焦化，回收油的成分较为纯净；有效避免升温过快，导致部分石油烃裂变焦化而影响出油品质。
30.优选的，作为一种改进，在s3中冷却方式为：首先利用喷水单元向热脱附室内喷水抑尘、降温，将热脱附室内灰渣温度冷却至180℃，随后使灰渣自然冷却至180℃，冷却过程中将产生解析气；当灰渣温度低于80℃时，打开热脱附室的出渣门，灰渣自出渣导管进入刮板输送机并输送至灰渣仓。
31.本方案中，利用喷水单元向热脱附室内喷水，使得灰渣快速冷却并达到抑尘效果。
32.优选的，作为一种改进，在加热过程中，热脱附室内产生解析气，打开三通结构中通向冷凝单元的控制阀；当向灰渣喷水时，使出料灰渣的含水率达到10％时停止喷水；同时打开三通结构中通向尾气处理单元的控制阀。
33.本方案中，合理控制喷水单元的喷水量，使得冷却抑尘效果最佳且避免向灰渣喷水过多而造成灰渣粘稠而不易传送等；最后处理废气，使得在脱附过程中和喷水过程中产生的废气均进入尾气处理单元，充分收集废气，有效避免灰渣裹挟着废气随灰渣进行后续处理而导致废气泄漏的情况。
附图说明
34.图1为本发明中油基岩屑处理系统的结构示意图。
35.图2为本发明中油基岩屑处理工艺的流程示意图。
具体实施方式
36.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
37.说明书附图中的附图标记包括：振动筛1、细料储存池2、往复泵3、粗料储存池4、液压进料机5、热脱附主体6、热脱附室601、燃烧室602、热脱附排气管603、尾气处理单元7、第一阀门81、第二阀门82、冷却器9、集气管10、阻火器11、集液管12、油水分离单元121、水泵13、喷头14、水管15、开关151。
38.实施例一
39.实施例一基本如附图1所示：油基岩屑处理系统，包括相互连接的加料单元和热脱附单元，其中加料单元包括振动筛1，振动筛1的筛网孔径为10mm，振动筛1的下方设有细料储存池2，利用细料储存池2可以收集振动筛1筛分出来的细料，细料储存池2与热脱附单元之间管道连接有往复泵3，利用往复泵3可以将筛分的细料泵送至热脱附单元中；振动筛1的出料端处设有粗料储存池4，利用粗料储存池4可以收集经振动筛1筛分余下的粗料，粗料储存池4与热脱附单元之间管道连接有液压进料机5，利用液压进料机5可以将粗料输送至热脱附单元中。
40.热脱附单元包括内部设有热脱附室601和燃烧室602的热脱附主体6，热脱附室601上连通有三通结构的热脱附排气管603，热脱附排气管603的另外两端分别连通有冷凝单元和尾气处理单元7，连接冷凝单元和尾气处理单元7的两个端口处均设有控制阀，其中冷凝单元对应的控制阀为第一阀门81，尾气处理单元7对应的控制阀为第二阀门82。本实施例中，尾气处理单元7包括旋风除尘、两级水洗、碱洗、uv、活性炭吸附系统的尾气处理设备对尾气进行无害化处理。冷凝单元包括竖向设置的冷却器9，冷却器9的顶部安装有集气管10，集气管10远离冷却器9的一端与燃烧室602连通，且集气管10上通过螺钉固定安装有阻火器11，使得集气管10中收集的不凝气能够输送至燃烧室602燃烧。冷却器9的底部呈漏斗状且底端连通有集液管12，集液管12上连接有油水分离单元121，油水分离单元121包括油水分离器以及与油水分离器连接的过滤膜和水蒸发器。
41.热脱附室601内设有喷水单元，本实施例中，喷水单元包括水泵13和喷头14，喷头14数量为多个且多个喷头14通过螺钉固定连接于热脱附室601的内部顶端，水泵13与喷头
14之间连通有水管15，水管15上安装有开关151。
42.热脱附室601底部还开有出渣门，出渣门外连接有出渣导管，出渣导管另一端与刮板输送机进口连接，刮板输送机的出口与灰渣仓管道连接；灰渣仓设有打包机和集气罩。
43.油基岩屑处理工艺，基于上述油基岩屑处理系统完成，如图2所示，包括如下步骤：
44.s1：原料分选，各钻井平台产生的油基岩屑由专业转运车辆运送至暂存库，然后利用现有技术中的传送带将暂存库内的油基岩屑运输至振动筛1内，利用振动筛1对油基岩屑进行筛分，穿过振动筛1的油基岩屑向下掉落至细料储存池2内而被收集得到细料；未能穿过振动筛1而由振动筛1的出料端流出的油基岩屑粗料收集至粗料储存池4内；油基岩屑在储存池内储存、筛分产生挥发性有机废气以及恶臭气体，暂存库进口上方设有电动卷帘门以阻止废气的扩散，使整个卸车区域在送风设备的配置下形成负压，密闭情况良好，负压(收集效率为90％)收集的部分以(g1)表示，未被收集的部分(无组织排放废气)以(g无-油-1)表示；
45.s2：上料，利用往复泵3将细料储存池2内的细料泵送至热脱附室601内，同时利用液压进料机5将粗料储存池4中的粗料输送至热脱附室601内；在此过程中，往复泵3和液压进料机5分别对加入热脱附室601内的细料和粗料进行进料计量和进料控制；
46.s3：热脱附，在缺氧状态下对热脱附室601内部进行加热，热脱附室601带有气锁，使得加热过程中热脱附室601内无气体溢出，而加热的燃料主要包括现有技术中的天然气以及后续集气管10中的不凝气(主要为c4以下的石油烃)，燃料在燃烧室602内燃烧而对热脱附室601进行加热(燃烧产生的燃烧烟气以g2-2表示)；加热过程中，首先将热脱附室601内加热2小时至温度达到100℃，然后持续加热3小时至温度达到150℃，再持续加热7小时温度达到390℃，并使温度由390℃上升至420℃并保温30分钟，最后使温度缓降至360℃，随后停止向燃烧室602内添加燃料，停止加热并使热脱附室601内的灰渣自然冷却至80℃。冷却过程中，当热脱附室601内灰渣自然冷却至180℃时，打开水泵13，利用水泵13向喷头14泵水，使喷头14向热脱附室601内喷水抑尘、降温15min。
47.热脱附室601内从开始加热到灰渣冷却至180℃的过程中均会产生解析气，此过程中打开第一阀门81，使得解析气能够进入到冷却器9中；而当喷头14喷水过程中，关闭第一阀门81，而打开第二阀门82，使得此过程中产生的气体(产生停炉降温尾气以g2-1表示)进入到尾气处理单元7中进行无害化处理。
48.最后当灰渣温度低于80℃时，打开热脱附室601并清除灰渣，具体的，热脱附室601转向将灰渣(s油-1)导入刮板输送机输送到灰渣仓，由刮板输送机输送来的灰渣经冷却后在灰渣仓经打包机打包和暂存，打包过程产生的含颗粒物废气被集气罩收集，集气罩(收集效率为90％)收集的部分以(g3)表示，未被集气罩收集的部分(无组织排放废气)以(g无-油-2)表示；
49.s4：后处理，将s3中产生的解析气送入冷却器9中，冷却器9中采用水泡式间接换热冷凝，经过冷凝获得不凝气和液态油水混合物(油类质量占比约44-45％，余量为水)。将不凝气由集气管10输送至燃烧室602内燃烧，将液态油水混合物由集液管12输送至油水分离单元121，首先由过滤膜进行油水分离，分离后的油检验入库，分离后的水进入水蒸发器而被蒸发，蒸发后冷凝水进入污水处理站初调池，得到的浓缩液(s油-2)作危废委外处理。
50.油基岩屑处理过程中产生的废气以及处理方式如表1所示，油基岩屑处理过程中
油平衡及油回收率如表2所示：
51.表1油基岩屑处理过程中产生的废气以及处理方式
[0052][0053][0054]
表2油基岩屑处理过程中的油平衡
[0055][0056]
实验数据表明，本方案通过三通结构的热脱附排气管以及两个控制阀的合理控制，自油基岩屑中热脱附出来的不同成分可经不同的处理单元进行顺序处理，使得热脱附室内产生的混合油气可以准确地进入到冷凝单元的，而喷水降温所产生的废气可以准确地进入到尾气处理单元，确保油基岩屑处理过程准确且高效地进行，显著提升处理效率。
[0057]
另外，在热脱附阶段，采用分段式的温度控制方式；分段式的温度控制为逐步升温形式，先脱水再脱油，在热脱附过程中石油烃类不会裂变焦化，回收油的成分较为纯净；有效避免升温过快，导致部分石油烃裂变焦化而影响出油品质。
[0058]
最后，通过合理控制喷水单元的喷水量，使得冷却抑尘效果最佳且避免向灰渣喷水过多而造成灰渣粘稠而不易传送等；最后处理废气，使得在脱附过程中和喷水过程中产生的废气均进入尾气处理单元，充分收集废气，有效避免灰渣裹挟着废气随灰渣进行后续处理而导致废气泄漏的情况。
[0059]
且相比于现有技术中在处理灰分含量较大的油基岩屑时，由于粉尘含量较大而容易将石油烃过滤器堵塞，造成油基岩屑的处理效率较低的问题；本方案通过设置热脱附排气管和喷水单元，在热脱附室中的热脱附完成后，利用喷水单元向热脱附室内喷水，从而对粉尘起到抑尘和降温作用，不仅可以降低粉尘对过滤器造成的损坏，从而降低设备故障率而节约成本，同时还能够使灰渣快速降温而加速热脱附处理速度，提升油基岩屑的处理效率。
[0060]
具体的，本方案油基岩屑处理系统每年可处理油基岩屑30000吨；其中，间隔出料时间为24h/批，每天1批；采用续批式生产，年生产时间为7200h，年生产300批，具有非常高效的处理效率；且本方案处理油基岩屑每年可生产用于油基钻井液配制用回收油3471.54吨，显著提升油基岩屑中油的回收利用率，充分利用油基岩屑中的油资源。
[0061]
实施例二
[0062]
本实施例与实施例一的区别在于，本实施例在s3中，当利用喷头14向热脱附室601内喷水时，喷水的量制在灰渣出炉时不起扬尘也无废水滴漏为宜，并将出料灰渣的含水率控制在10％内。
[0063]
在本实施例中，通过合理控制喷水单元的喷水量，使得冷却抑尘效果最佳且避免向灰渣喷水过多而造成灰渣粘稠而不易传送等；最后处理废气，使得在脱附过程中和喷水过程中产生的废气均进入尾气处理单元，充分收集废气，有效避免灰渣裹挟着废气随灰渣进行后续处理而导致废气泄漏的情况。
[0064]
试验例1：不同油基岩屑处理设备对灰分含量较高的油基岩屑的处理结果
[0065]
采用现有技术(cn204310925u一种含油固废间接加热热解吸处理装置)的设备与本方案的油基岩屑处理系统对灰分含量较高的油基岩屑样本进行处理时，其样本中灰分含量与设备运行情况详见表3。
[0066]
表3油基岩屑样本中灰分含量及不同设备处理的效果差异
[0067][0068][0069]
实验数据表明，现有处理油基岩屑的设备在处理灰分含量较高的重庆地区的油基岩屑时，其为了除去热脱附过程中产生的粉尘而增加的石油烃蒸汽过滤器非常易被粉尘堵塞。尤其是当处理的油基岩屑中灰分含量超过20％时，现有技术中设备堵塞的概率大大增加，显著降低油基岩屑的处理效率和设备维修成本。
[0070]
而，本方案的油基岩屑处理系统在处理重庆地区较高灰分含量的油基岩屑样本
时，无论是单独处理灰分含量较高的油基岩屑(样本2)，还是处理混合后的油基岩屑，其设备运转均显示为正常，未出现堵塞现象，且其油的回收率均较高，便于推广应用于处理其他灰分含量较高的油基岩屑。
[0071]
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。