废弃油基泥浆岩屑基础油的回收方法和装置与流程

本公开属于油气田环境保护及资源回收技术领域，尤其涉及一种废弃油基泥浆岩屑基础油的回收方法和装置，以实现废弃油基泥浆岩屑的资源化利用。具体地说，本公开提供了一种废弃油基泥浆岩屑基础油的回收方法和装置。

背景技术：

在非常规油气藏或复杂地层开采中所产生的大量废弃油基泥浆岩屑一般含有苯系物、酚类、蒽类等，以及重金属(包括ni、cr、ba等)、放射性元素等难降解的有毒有害物质，并伴随恶臭和毒性，如不妥善处理，将对土壤、水体和植被造成较大伤害，给环保带来了巨大压力，同时也带来了石油资源的浪费。目前废弃油基泥浆岩屑的回用技术有：离心甩干技术、化学萃取技术、热解析技术等。

spe-187696-ms(newtechnologiesforeffectiverecyclingofoilbasedmud.experienceofprirazlomnoyefield(油基泥浆有效回收的新技术-普里拉兹洛姆内油田经验))报导了schlumberger公司利用岩屑甩干机可使废弃油基泥浆岩屑含油率降至5-10质量％。中国专利申请cn201621356430.8、cn201620542623.6、cn201220462289.5等公开了不同类型的岩屑甩干机。中国发明专利申请cn201410770581.7公开了一种油基泥浆钻屑随钻处理的方法，对钻井过程产生的油基泥浆钻屑进行油基泥浆回收和钻屑随钻清洗处理，先用基础油对固控设备如振动筛、除砂器、离心机排出的含液较高的油基泥浆钻屑进行稀释、混合、搅拌、粉碎预处理，然后将油基泥浆钻屑脱液甩干，溢流出的油基泥浆可以回收，并再对钻屑一次、二次清洗处理剂进行固液分离，降低固相含量。利用岩屑甩干机可回收一部分泥浆再利用，但并不能达到岩屑无害化要求，仅是油基泥浆岩屑的预处理，或作为处理工艺中的一个步骤。

中国发明专利zl201310645168.3、zl201410033209.8、zl201410033980.5、zl201410033210.0涉及利用lret(废弃油基泥浆岩屑资源回收技术)技术处理废弃油基泥浆或钻屑并回收其中油基和废弃油基泥浆的工艺及装置，lret技术采用常温深度脱附回收工艺，包括离心过滤、离心沉降、药剂常温深度脱附、蒸馏冷凝过程，以及回收循环药剂的过程，该技术可在常温常压下实现泥浆、泥浆添加剂、加重剂及药剂(99％)的连续回收，但其处理效率受废弃油基泥浆成分影响较大，且偏高的药剂价格导致运行成本较高。美国专利us8758629涉及一种类似的化学萃取方法，用一种环保萃取剂萃取钻屑包含的油分，继而用一种吸附剂吸附溶有油分的萃取剂，后加入一定量的氯化钾水溶液分离钻屑与吸附剂，达成了钻屑除油的目标，该方法的优点在于采用的萃取剂对环境友好无害，使用后的吸附剂经过再生，可重复使用，但处理周期长限制了处理量，振荡萃取7.5分钟，静置96小时后，钻屑内总石油烃含量仅能降至0.6％，未到达处理标准。

热解析技术因无需添加处理剂、除油较彻底等优点成为近几年国内外尝试较多的废弃油基泥浆岩屑处理手段。中国发明专利zl201410397190.5涉及一种主要利用摩擦生热方式对油基钻屑进行直接加热脱油的热解析处理方法，同时在spe-188222-ms(processingandrecyclingdrillcuttingsatsource-technologyandservicesadheringtozerodischargelegislation(基于零排放标准的钻井岩屑过程与循环资源化技术和服务))、spe-183600-ms(solutionsformanagementofoilondrilledcuttingsinthenewdeepwateroilprovinceofghana(针对加纳新开发深水油区钻井岩屑的治理方案))等文献中也有利用该技术处理废弃油基泥浆岩屑的报导，并且国际知名石油服务公司halliburton和schlumberger旗下m-iswaco均有该技术的开发应用。halliburton的美国专利us9725973和us9677354涉及一种回收废弃泥浆中的基础油的方法和装置，该方法用摩擦的方法加热钻屑，从而使钻屑中的油分、水分气化，再冷凝回收，该方法的优势在于用低于大气压下油分沸点的温度下使其气化，从而达到了降低能耗的目的，而缺点在于，该方法只能处理低含固率的处理对象，高含固率的泥浆容易对设备产生严重的磨损。中国发明专利申请cn201610547026.7、cn201710056325.5公开了通过高温烟气间接加热的热解析处理方法，同时杰瑞环保科技有限公司在spe-184399-pa(odor-treatmenttechnologyforrecoveredhydrocarbonsfromoilywasteinathermal-desorptionunit(热解析装置回收油类污染物中石油烃过程中臭气处理技术))报导其利用类似技术在现场应用的情况，且从2014年至今，中石化四川涪陵页岩气田尝试采用美国nov公司开发的导热油间接加热的热解析处理装置对现场产生的废弃油基泥浆岩屑进行无害化处理。但无论是直接加热还是间接加热的热解析技术，在工程应用中一直存在能耗高、废气污染严重、泥浆体系被高温破坏、只能回收部分基油等问题。

中国发明专利申请cn201210147625.1涉及一种沸腾床渣油加氢外排催化剂的处理方法和装置，基于水热旋流脱附技术，通过(1)调控减粘、(2)旋流脱附分离、(3)油-水-催化剂三相分离及资源化利用三个过程，利用旋转流场的流动剪切力，使吸附油从固体颗粒表面和内部孔洞中脱附分离出来。水热旋流脱附技术用于外排催化剂除油同样在jian-pingli(theenhancementonthewastemanagementofspenthydrotreatingcatalystsforresidueoilbyahydrothermal–hydrocycloneprocess(水热旋流工艺提高渣油加氢废催化剂无害化处理效果的研究),catalysistoday(今日催化),271(2016),163–171)的文献中进行了报导。中国专利申请cn201710821746.2公开了一种含油外排催化剂处理及分选回用方法和装置，通过(a)外排催化剂旋流洗涤与在线活化、(b)催化剂溶剂旋流自转气提、(c)高活性催化剂气流加速度分选、(d)高活性催化剂旋流再气提与颗粒捕集、以及(e)气体冷却与溶剂冷凝脱除等过程，对催化剂进行油相脱附和分选。上述技术均利用旋流器内的高流动剪切力和催化剂颗粒的高速自转，强化了催化剂颗粒孔隙中油的脱附过程，但上述方法和装置仅针对外排催化剂的除油处理和回用，虽然满足催化剂的处理要求，减少了石油类污染物对环境的污染并回收了部分油相和催化剂，但处理后固相含油率依然大于1质量％，水热旋流脱附技术处理后的固相含油率甚至高于5质量％，无法满足废弃油基泥浆无害化处理对固相中矿物油小于0.3质量％的要求。

由于现有废弃油基泥浆处理技术普遍存在能耗高、二次污染严重、处理成本高等问题，而已有的旋流除油技术又不能满足废弃油基泥浆无害化处理要求，因此，本领域迫切需要开发出一种高效、环保、节能、工艺流程简单的废弃油基泥浆岩屑处理方法和装置，以实现废弃油基泥浆及岩屑无害化处理的目标。

技术实现要素：

本公开提供了一种新颖的废弃油基泥浆岩屑基础油的回收方法和装置，从而解决了现有技术中存在的问题。

本公开所要解决的技术问题是：现有废弃油基泥浆岩屑处理技术难以回收废弃油基泥浆岩屑基础油。本发明利用三维旋转湍流场中岩屑颗粒的自转与公转耦合运动，强化固相表面油、毛细油和孔隙油的离心脱附，完成油气、固相的分离和富集，实现废弃油基泥浆岩屑中有机物的回用。

一方面，本公开提供了一种废弃油基泥浆岩屑基础油的回收方法，该方法包括以下步骤：

(a)粘度调控：气体介质经气体加热系统加热后与进料系统输送的废弃油基泥浆岩屑混合，通过热气体与岩屑换热降低岩屑的粘度以减小油、水与固体颗粒间的相互作用力；

(b)旋流自转除油：将经加热降粘的油基泥浆岩屑颗粒置于旋流器组中，在旋流场中存在自转与公转耦合运动，利用岩屑颗粒的自转强化固相表面油、毛细油和孔隙油的离心脱附，实现油基泥浆岩屑中有机物的脱除，并利用其在三维旋转湍流场中公转产生的周期振荡的离心力完成油气、固相的分离和富集，脱除游离油、部分毛细油；

(c)固体颗粒收集：经旋流自转除油后的固体颗粒由旋流器底流口进入存储运输系统，以备资源化利用；

(d)尾气冷凝与循环：由旋流器溢流口流出的含油尾气进入冷凝系统中放热冷凝，其中油基泥浆岩屑分解的不凝气及换热的气体介质返回至进料系统循环，油、水混合物进入油水分离系统；以及

(e)油水分离与回用：利用油、水基团的亲疏水性的不同实现油水分离，分离得到的油相和水重新配制油基泥浆或进行资源化利用，水也可直接排放。

在一个优选的实施方式中，在步骤(a)中，气体介质的加热温度范围为70℃～200℃，由废弃油基泥浆配方来确定，低于废弃油基泥浆的额定使用温度。

在另一个优选的实施方式中，在步骤(a)中，气体介质包括：低温空气、氮气、氢气、干气、低分气和天然气燃烧尾气。

在另一个优选的实施方式中，在步骤(b)中，油基泥浆岩屑在旋流场内自转的转速范围为20,000转/秒至60,000转/秒，停留时间为2～10秒。

另一方面，本公开提供了一种废弃油基泥浆岩屑基础油的回收装置，该装置包括：

气体加热系统，用于对气体介质进行加热，以加热废弃油基泥浆岩屑；

进料系统，用于输送废弃油基泥浆岩屑与经气体加热系统加热后气体介质混合；

与气体加热系统和进料系统连接的旋流器组，用于对废弃油基泥浆岩屑进行旋流自转除油，以实现废弃油基泥浆岩屑的除油；

与旋流器组连接的冷凝系统，用于对旋流器溢流口流出的含油尾气进行冷凝，将油基泥浆岩屑分解的不凝气及换热气体介质分离循环；

与冷凝系统连接的油水分离系统，用于对油、水混合物进行分离，以实现油、水的分别资源化回用和无害化处理；以及

与旋流器组连接的存储运输系统，用于运输和存储处理过程中的各种物料。

在一个优选的实施方式中，该装置还包括：与进料系统连接的钻井固控系统。

在另一个优选的实施方式中，所述旋流自转系统为1～10级旋流器串联组合，并可根据不同处理量需求进行多级并联。

在另一个优选的实施方式中，所述旋流自转系统的安装组合方式包括旋流器正装、旋流器倒装和旋流器正装与倒装组合。

在另一个优选的实施方式中，所述油水分离系统基于油水极性受力不同，结合油水流动形态，设计了耐高盐腐蚀的亲疏水组合的机械结构，取消了破乳剂的使用，出口水含油浓度≤30mg/l。

在另一个优选的实施方式中，所述油水分离系统包括聚结器。

有益效果：

本发明的方法和装置的主要优点在于：

(i)利用废弃油基泥浆岩屑颗粒在旋流场中高速自转产生的离心力强化毛细油、表面油及孔隙油的脱除。

(ii)利用公转产生的周期振荡的离心力完成油气、固相的分离和富集；由于岩屑颗粒在旋流场中的转速可达数万转每分钟，产生的离心力可充分脱除岩屑纳微孔道中的油相，从而回收岩屑中的有机物。

附图说明

附图是用以提供对本公开的进一步理解的，它只是构成本说明书的一部分以进一步解释本公开，并不构成对本公开的限制。

图1示出了本发明的一个优选实施方式中的废弃油基泥浆岩屑基础油的回收方法的工艺流程。

图2是本发明的一个实施例中选用的废弃油基泥浆的粘温曲线。

图3是本发明的一个实施例中选用的废弃油基泥浆岩屑颗粒的粒径分布。

图4是本发明的一个实施例中选用的废弃油基泥浆岩屑颗粒的介孔分布。

图5是本发明的一个实施例中选用的废弃油基泥浆岩屑颗粒的表面积分布。

图6示出了本发明的一个实施例中油基泥浆旋流器深度脱油效果。

具体实施方式

本申请的发明人经过广泛而深入的研究后发现，废弃油基泥浆岩屑颗粒中的孔隙油难以从纳微孔道中脱离，而废弃油基泥浆岩屑颗粒在旋流场中，拥有几万转每分钟的自转速度，可提供大于粘滞阻力的离心力，从而强化孔隙油的脱除；旋流自转过程时间短，且加热降粘所需温度也低于传统工艺，有效提高了处理效率，降低了能耗。

基于上述研究及发现，本发明创造性地开发了一种废弃油基泥浆岩屑基础油的回收方法和装置，具有流程简单、易操作、除油效率高、能耗低等优点，有效解决了现有技术中存在的问题。本发明通过调控旋流自转系统的工艺参数，实现了油基泥浆岩屑中基础油的高效回收，分离后的油和水均可满足回用工艺标准，处理后的岩屑含油率＜0.3质量％。本发明的方法和装置处理周期短、能耗低，且不易结焦、维护费用低，基础油的回收率高于90％，实现了废弃油基泥浆岩屑的资源化利用。

在本公开的第一方面，提供了一种废弃油基泥浆岩屑基础油的回收方法，该方法包括以下步骤：

(a)粘度调控：气体介质经气体加热系统加热后与进料系统输送的废弃油基泥浆岩屑混合，通过热气体与岩屑换热，可降低岩屑的粘度以减小油、水与固体颗粒间的相互作用力，便于在旋流器组中的分离；

(b)旋流自转除油：经加热降粘的油基泥浆岩屑颗粒在旋流器组中存在自转与公转耦合运动，利用岩屑颗粒的高速自转强化固相表面油、毛细油和孔隙油的离心脱附，实现油基泥浆岩屑中有机物的深度脱除，并利用在三维旋转湍流场中公转产生的周期振荡的离心力完成油气、固相的分离和富集，脱除游离油、部分毛细油；

(c)固体颗粒收集：经旋流自转除油的固体颗粒由旋流器底流口进入存储运输系统，以备资源化利用；

(d)尾气冷凝与循环：由旋流器溢流口流出的含油尾气进入冷凝系统中放热冷凝，其中油基泥浆岩屑分解的不凝气及换热气体介质经管路返回至进料系统循环，油、水混合物进入油水分离系统；以及

(e)油水分离与回用：利用油、水基团的亲疏水性的不同实现油水分离，分离得到的油相和水可重新配制油基泥浆或进行资源化利用，水也可直接排放。

在本公开中，步骤(a)中的气体加热系统的操作温度需根据不同废弃油基泥浆配方适当选取，原则上应低于废弃油基泥浆的额定使用温度，温度范围一般为70～200℃，在此范围内，废弃油基泥浆的油相不发生裂解。

在本公开中，步骤(a)中的气体加热系统选用的气体介质为空气(较低温度下)或氮气、氢气、干气、低分气、天然气燃烧尾气等惰性气体。

在本公开中，步骤(b)的旋流自转除油过程中，油基泥浆岩屑在旋流场中为旋流公转与颗粒自转耦合运动，自转转速范围为20,000转/秒至60,000转/秒，停留时间为2～10秒。

在本公开的第二方面，提供了一种废弃油基泥浆岩屑基础油的回收装置，该装置包括：钻井固控系统，气体加热系统，进料系统，旋流自转系统，冷凝系统，油水分离系统和存储运输系统，其中：

所述气体加热系统用于对气体介质进行加热，以加热废弃油基泥浆岩屑；

所述旋流器组用于对废弃油基泥浆岩屑进行旋流自转除油，以实现废弃油基泥浆岩屑的深度除油；

所述冷凝系统用于对旋流器溢流口流出的含油尾气进行冷凝，以将油基泥浆岩屑分解的不凝气及换热气体介质分离循环；

所述油水分离系统用于对油、水混合物进行分离，以实现油、水的分别资源化回用和无害化处理；

所述存储运输系统用于运输和存储处理过程中的各种物料。

在本公开中，所述旋流自转系统为1～10级旋流器串联组合，并可根据不同处理量需求进行多级并联。

在本公开中，所述旋流自转系统的安装组合方式包括旋流器正装、旋流器倒装、旋流器正装与倒装组合等。

在本公开中，所述油水分离系统基于油水极性受力不同，结合油水流动形态，设计了耐高盐腐蚀的亲疏水组合的机械结构，取消了破乳剂的使用，出口水含油浓度≤30mg/l。

在本公开中，所述油水分离系统包括聚结器。

以下参看附图。

图1示出了本发明的一个优选实施方式中的废弃油基泥浆岩屑基础油的回收方法的工艺流程。如图1所示，气体介质进入气体加热系统2加热后，与进料系统3输入的来自钻井固控系统1废弃油基泥浆岩屑混合进入旋流自转系统4；旋流自转系统4的旋流速度场可加大气体的湍流度，强化气体介质与废弃油基泥浆岩屑颗粒间的对流传热，有利于降低废弃油基泥浆岩屑的粘度，以便颗粒的分散与油相的脱除；同时利用岩屑颗粒在旋流场中公转产生的周期振荡的离心力脱除游离油、部分毛细油，高速自转产生的离心力脱除毛细油、表面油及孔隙油，实现废弃油基泥浆岩屑的深度脱油；经深度脱油的废弃油基泥浆岩屑颗粒(固)从最后一级的底流口排出，进入存储运输系统7，待资源化利用；而脱除得到的液相(由油、水等组成)随气体介质进入冷凝系统5进行气液分离，气体介质返回至气体加热系统2循环，液相进入油水分离系统6，分离得到的水作为生产水循环至钻井固控系统1进行回用，基础油待资源化利用。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

实施例1：

某页岩气区块油基泥浆钻井，按照本发明方法和装置进行废弃油基泥浆除油处理，其具体运作过程及效果描述如下：

1.油基泥浆岩屑样品物化性质测试

1)油、水、固三相含量测试

利用索氏提取器和ccl4溶剂萃取废弃油基泥浆岩屑，使用红外分光光度仪测得样品的含油率为19.4％；烘干后测得样品的含固率为63.1％，含水率为17.5％。

2)粘温曲线测试

用转子粘度计测试废弃油基泥浆液体样本在加热过程中的动力粘度变化，如图2所示，样本在加热至128℃后，继续加热粘度变化不大；而此时样本的动力粘度变化已由初温下的17500cp(厘泊)降低至226cp，降低约80倍。试验结果表明：废弃油基泥浆经过加热可以有效降低其粘度，并指导加热气体介质温度的选取。

3)岩屑颗粒粒径测试

岩屑颗粒的粒径直接影响其在旋流器中受到的离心力的大小，用激光粒度仪测得萃取后的岩屑颗粒的粒径分布如图3所示，粒径分布范围为0.15μm至976.48μm，平均直径为202.73μm，中位直径为63.49μm，标准差为26.63μm。

4)氮气吸附测试

用全自动氮气吸附仪测得萃取后的油基钻屑颗粒的比表面积与孔隙体积，如图4-5所示，颗粒平均表面积为9.43m²/g，平均孔体积0.0372cm³/g，平均孔径163.47μm。该图表征了油基钻屑颗粒为表面形貌不规则的多孔体系，岩屑孔道主要在介孔范围，因此脱油非常难度大。

2.实施过程

参照本发明方法实施，具体如下：

本实施例中加热气体介质选用的是空气，从而气体加热方式采用的是风道电加热器；物料输送采用的是螺杆输料机。

进料系统以50kg/h的进料速度将废弃油基泥浆岩屑从钻井固控系统送入旋流自转系统；气体以200m³/h的流量经气体加热系统升温至160℃后与岩屑在旋流场中充分换热，以降低岩屑粘度；岩屑颗粒在旋流自转系统中产生自转与公转耦合运动，可有效强化岩屑孔隙中液相的脱除；最后冷凝系统、油水分离系统对含油尾气进行冷凝、油水分离和回用；在旋流器组每一级的底流口设有取样口作为分析样本；对存储运输系统的固、液、气三相进行取样分析。

3.实施效果

1)脱油效果

用理论计算的方法，计算得岩屑颗粒在旋流器中的停留时间作为旋流自转脱油处理的时间，其计算结果为每级停留时间约0.3秒。用索氏提取萃取-红外分光的方法，测试从各级旋流器底流口的钻屑颗粒含油率，并计算各级相对于原始物料的脱油效率。如图6所示，经过2.7秒处理后，钻屑颗粒的含油率为0.16质量％，远低于gb4284-84《农用污泥中污染物控制标准》中对含油率小于0.3质量％的要求，脱油效率达到99.2％。

2)气、油、水分离效果

油样中的含水率范围为5～15质量％，测其有机组分是以柴油为主的烃类以及醚类等，符合配置油基泥浆对油品的要求；水样中的含油率范围为15～25mg/l，满足gb4914-2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》、gb8978-1996《污水综合排放标准》的三级标准。

3)设备能耗估算

根据试验过程能耗估算年处理量8.4万吨的工业应用装置的能耗，各主要用电设备的能耗如下表所示：

年总耗能折合标油871.78吨标油，废弃油基泥浆岩屑的处理耗能10.38kg/t标油。综上所述，该技术的实施能有效降低工艺的运行成本，节约资源，保护环境。

上述所列的实施例仅仅是本公开的较佳实施例，并非用来限定本公开的实施范围。即凡依据本申请专利范围的内容所作的等效变化和修饰，都应为本公开的技术范畴。

在本公开提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本公开的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本公开作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。