一种油基钻屑无害化处置资源化利用随钻处理方法与流程

本发明涉及固废/危废处理领域，具体地说是涉及一种油基钻屑处理方法，更为具体地说是涉及一种油基钻屑无害化处置资源化利用随钻处理方法。

背景技术：

油基钻屑也称油基岩屑，是在勘探和开采油气资源的钻井过程中产生的一种典型危险废弃物，其本身是一种含有矿物油、酚类化合物的复杂多相体系，直接排放会污染土壤和水源，危及人类的生存。

目前，对油基钻屑的处理多是先进行收集，如在油气开采海上平台和陆上钻井工作平台等处收集所产生的油基钻屑，然后送至固废/危废处理单位进行集中处置，这显然会增加运输成本和运输过程中油基钻屑泄露的环保安全隐患。

技术实现要素：

基于上述技术问题，本发明提出一种油基钻屑无害化处置资源化利用随钻处理方法，该方法可实现边生产边治理，能够节省运输成本，避免运输过程中油基钻屑泄露的风险，并具有油基钻屑处置彻底等优势。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种油基钻屑无害化处置资源化利用随钻处理方法，包括以下步骤：

(1)将钻井产出的油基钻屑送入预处理单元，经预处理单元中的振动筛进行筛分，筛上物送入破碎机中破碎后返回振动筛继续筛分，筛下物进入进料仓中；

(2)经进料单元，进料仓中筛下物被输送至热解析单元；进料单元包括进料管道，进料管道的一端与进料仓的底部连接，进料管道的另一端连接热解析单元，在进料管道上设置有输送泵；

(3)热解析单元包括热解析壳体，热解析壳体呈立式布置，在热解析壳体的顶部设置有进料口，在热解析壳体的内部上下布设有若干个横向布置的隔板，所述隔板将热解析壳体内部分隔成多个热解析腔室；在每个热解析腔室的内部均设置有输送装置和加热装置，所述输送装置采用回转式履带、炉排或链板，所述加热装置采用电辐射管、电辐射板或微波加热器；在隔板的一端设置有下料口，且上下相邻隔板上设置的下料口呈交错布置，在热解析壳体的底部设置有固渣出口；所述进料口与最上层隔板上设置的下料口呈交错布置，所述固渣出口与最下层隔板上设置的下料口呈交错布置；在热解析壳体上对应每一热解析腔室处均设置有高温油气出口；

所述固渣出口连接出渣单元；高温油气出口连接高温油气处理单元；高温油气处理单元竖向布置在热解析单元的一侧；

在热解析单元中油基钻屑由进料口进入最上层热解析腔室，落入输送装置的一端，油基钻屑随着输送装置移动，在热解析腔室内无翻滚无挤压，几乎无粉尘产生，随后通过下料口落入或滑入下一层热解析腔室的输送装置上，依然随着输送装置移动；在输送过程中，热解析腔室内的加热装置提供热源对油基钻屑加热；油基钻屑在热解析单元内加热升温，发生热解反应，产出的高温油气通过高温油气出口排出，并输送至高温油气处理单元进行处理，热解反应后剩余的固渣经固渣出口排出，并输送至出渣单元进行处理；

(4)高温油气处理单元包括油气冷却段、油水分离段和污水沉降段，油气冷却段包括油气冷却塔体，在油气冷却塔体的下部设置有高温油气进口，在油气冷却塔体的上部设置有喷淋水分布器，在油气冷却塔体的内部且位于喷淋水分布器的上方处设置有过滤器，在油气冷却塔体的顶部设置有不凝气出口，在油气冷却塔体的底部设置有油水混合物下落口；

所述油水分离段和污水沉降段叠放排布，分别处于油水分离壳体的上层和下层，在油水分离壳体的内部设置有水平划分板；

在油水分离段的内部设置有竖向布置的第一溢流板和第二溢流板，第一溢流板和第二溢流板的底部均与水平划分板相连接，第一溢流板和第二溢流板的顶部与油水分离壳体的顶部之间留有空隙，且第一溢流板的高度高于第二溢流板；

第一溢流板和第二溢流板将油水分离段分隔成混合仓、油水分离仓和油品沉降仓；

所述油气冷却塔体竖向布置在油水分离壳体的顶部一端，油气冷却塔体的底部与油水分离段的混合仓相连通，在混合仓的内部设置有搅拌器，在油气冷却塔体的上部设置有与混合仓相连通的破乳剂进口；所述第一溢流板处于混合仓和油水分离仓之间；

在油水分离仓的底部设置有下料电动阀，油水分离仓通过下料电动阀与污水沉降段相连通；在油品沉降仓的内部设置有液位计，在油水分离壳体的上部另一侧设置有与油品沉降仓相连通的油品出口和污水出口，油品出口位于污水出口的上方；

所述污水沉降段内设置有两个竖向布置的分隔板，分隔板的底端与油水分离壳体的底部相连接，分隔板的顶端与水平划分板之间留有空隙，所述分隔板将污水沉降段分隔成污水沉降仓和位于污水沉降仓两侧的污水过滤仓；

污水沉降仓处于油水分离仓的正下方，在污水沉降仓的上部设置有斜板沉降器，在污水沉降仓的底部设置有污渣出口；在污水过滤仓的内部设置有过滤层，在油水分离壳体的下部设置有与污水过滤仓相连通的水出口；

从热解析单元产出的高温油气通过高温油气进口进入油气冷却段，通过喷淋水分布器喷淋循环水，将高温油气降温至60～80℃，油水冷却为液体，通过油水混合物下落口进入油水分离段中的混合仓内，不凝气通过过滤器过滤后，通过不凝气出口排出；

混合仓内的油水混合物加入适量破乳剂并混合均匀后，通过第一溢流板进入油水分离仓，上部油品溢流进入油品沉降仓，油品进一步沉降达到一定液位后，通过油品出口排出；当油品沉降仓内水位较高时，通过污水出口将污水排出；当液位计达到一定液位，油品排出时，联动启动下料电动阀，将油水分离仓内下部污水排入污水沉降仓，通过斜板沉降器沉降，上部水溢流进入污水过滤仓，污水通过过滤层过滤净化后，下部清水通过水出口排出，作为油气冷却段喷淋用循环水使用；污水沉降仓底部的污渣定期通过污渣出口排出。

优选的，在热解析单元的进料口处设置有分布式进料装置，所述分布式进料装置包括布料器横管，在布料器横管的顶部中心设置有入料口，入料口与进料管道的一端连接，在布料器横管的底部间隔设置有布料出口管，布料出口管与热解析单元相连通，在每一布料出口管上均倾斜连接一吹扫气进口。

优选的，在进料仓中设置高低位液位报警装置，当低液位报警时，暂停输送泵，以确保进料仓中始终有料，实现料封，防止空气进入热解析单元内；当高料位报警时，停止向液体进料仓内进料，防止油基钻屑冒漏，造成环境污染。

优选的，所述热解析单元内的加热温度为300～450℃，热解析单元内的压力为微正压，控制压力范围为表压50～100pa。

优选的，在油水分离仓的内部且靠近第一溢流板的位置处设置有折流板，折流板的顶端与油水分离壳体的顶部相连接，折流板的底端与水平划分板留有空隙。

优选的，所述不凝气出口还连接有不凝气处理单元，不凝气处理单元包括不凝气处理塔体，在不凝气处理塔体的底部设置有不凝气进口，在不凝气处理塔体的顶部设置有尾气出口，在不凝气处理塔体的内部设置有催化剂填料；

来自油气冷凝单元的不凝气经不凝气处理单元内的催化剂填料催化氧化处理后，分解为二氧化碳和水，二氧化碳作为尾气经尾气出口排放。

优选的，所述出渣单元包括倾斜渣料输送段，在倾斜渣料输送段的外侧布置有冷却水夹套；

通过冷却水将固渣降温至30～80℃后，作为垫井、铺路或建材用料使用。

本发明的有益技术效果是：

本发明可进行油基钻屑随钻处理，实现边生产边治理，能够节省运输成本，避免运输过程中油基钻屑泄露的风险，并具有油基钻屑处置彻底等优势。

具体地，本发明方法的优势体现在以下方面：

1.为油基钻屑的随钻处理提供一种全新方法。

2.将油基钻屑变废为宝，从其中回收大量高附加值油品资源。

3.避免了油基钻屑在运输过程中遗撒导致的二次污染问题。

4.实现油基钻屑无害化处置和资源化利用，降低钻井工程产出的油基钻屑处置费用，同时可实现油品资源化回收。

5.通过优化装置布置，将装置在纵向空间提升，以此来在受限空间内增加装置处理量。

6.采用板带式输送结构，物料随板带移动，相对静止，无粉尘产生，极大提高了油品品质，增加项目经济效益。同时，整体结构呈立式布置，如热解析单元呈“弓”形，充分利用纵向空间，充分延长物料在炉内停留时间，确保处理效果；又如将油气冷却段、油水分离段和污水沉降段呈上下合理排布，将装置结构整体在纵向空间提升，确保在受限空间内可使用，并能增加装置处理量。

7.采用辐射传热为主的传热方式，高温元器件与物料无直接接触，极大减少结焦，能够使得长周期连续稳定运行。

8.实现就地无害化处理资源化利用：钻井产生的油基钻屑经系统处理后，产出的油品实现资源化回收，可以作为产品或者继续钻井使用，产出的不凝气经催化氧化后达标排放，产出的污水送至污水处理厂。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明方法的工艺流程图；

图2为本发明方法所涉及系统的结构原理示意图；

图3为本发明方法中所涉及热解析单元的一种实施方式的结构原理示意图；

图4为本发明方法中所涉及热解析单元的另一种实施方式的结构原理示意图；

图5为本发明方法中所涉及高温油气处理单元的结构原理示意图；

图6为本发明方法中所涉及分布式进料装置的结构简图。

图中：ⅰ-预处理单元、ⅱ-进料单元、ⅲ-热解析单元、ⅳ-出渣单元、ⅴ-油气冷却段、ⅵ-油水分离段、ⅶ-污水沉降段、ⅷ-不凝气处理单元；

1-振动筛，2-进料仓，3-进料管道，4-输送泵，5-热解析壳体，501-进料口，502-隔板，503-热解析腔室，504-输送装置，505-加热装置，506-下料口，507-固渣出口，508-高温油气出口，6-油气冷却塔体，601-高温油气进口，602-喷淋水分布器，603-过滤器，604-不凝气出口，605-油水混合物下落口，7-油水分离壳体，701-水平划分板，702-第一溢流板，703-第二溢流板，704-混合仓，705-油水分离仓，706-油品沉降仓，707-搅拌器，708-破乳剂进口，709-下料电动阀，7010-液位计，7011-油品出口，7012-污水出口，7013-分隔板，7014-污水沉降仓，7015-污水过滤仓，7016-斜板沉降器，7017-污渣出口，7018-过滤层，7019-水出口，7020-折流板，8-分布式进料装置，801-布料器横管，802-入料口，803-布料出口管，804-吹扫气进口，9-不凝气处理塔体，901-不凝气进口，902-尾气出口，903-催化剂填料，10-倾斜渣料输送段，11-冷却水夹套。

具体实施方式

在油气开采海上平台和陆上钻井工作平台上，空间都十分有限，同时随着开采过程会产生油基钻屑，目前无有效方法能够实现在油气开采海上平台和陆上钻井工作平台上，将油基钻屑进行无害化处理和资源化利用。故必须将其收集后，送至相关单位进行处置，带来大量成本和运输处置环保隐患。本发明提出一种油基钻屑无害化处置资源化利用随钻处理方法，该方法通过结构合理布置及各处理单元的协同配合，可实现边产生边治理，而且对油基钻屑能实现无害化处理和资源化利用。下面进行详细说明。

结合附图，一种油基钻屑无害化处置资源化利用随钻处理方法，包括以下步骤：

(1)将钻井产出的油基钻屑送入预处理单元ⅰ，经预处理单元中的振动筛1进行筛分，筛上物送入破碎机中破碎后返回振动筛继续筛分，筛下物进入进料仓2中。

(2)经进料单元ⅱ，进料仓2中筛下物被输送至热解析单元ⅲ。进料单元包括进料管道3，进料管道的一端与进料仓的底部连接，进料管道的另一端连接热解析单元，在进料管道上设置有输送泵4。

(3)热解析单元ⅲ包括热解析壳体5，热解析壳体呈立式布置，在热解析壳体的顶部设置有进料口501，在热解析壳体的内部上下布设有若干个横向布置的隔板502，所述隔板将热解析壳体内部分隔成多个热解析腔室503。在每个热解析腔室的内部均设置有输送装置504和加热装置505，所述输送装置采用回转式履带、炉排或链板，所述加热装置采用电辐射管、电辐射板或微波加热器。在隔板的一端设置有下料口506，且上下相邻隔板上设置的下料口呈交错布置，在热解析壳体的底部设置有固渣出口507。所述进料口与最上层隔板上设置的下料口呈交错布置，所述固渣出口与最下层隔板上设置的下料口呈交错布置。在热解析壳体上对应每一热解析腔室处均设置有高温油气出口508。

所述固渣出口507连接出渣单元ⅳ。高温油气出口508连接高温油气处理单元，高温油气处理单元竖向布置在热解析单元的一侧。

在热解析单元中油基钻屑由进料口进入最上层热解析腔室，落入输送装置的一端，油基钻屑随着输送装置移动，在热解析腔室内无翻滚无挤压，几乎无粉尘产生，随后通过下料口落入或滑入下一层热解析腔室的输送装置上，依然随着输送装置移动。在输送过程中，热解析腔室内的加热装置提供热源对油基钻屑加热。油基钻屑在热解析单元内加热升温，发生热解反应，产出的高温油气通过高温油气出口排出，并输送至高温油气处理单元进行处理，热解反应后剩余的固渣经固渣出口排出，并输送至出渣单元进行处理。

(4)高温油气处理单元包括油气冷却段ⅴ、油水分离段ⅵ和污水沉降段ⅶ，油气冷却段包括油气冷却塔体6，在油气冷却塔体的下部设置有高温油气进口601，在油气冷却塔体的上部设置有喷淋水分布器602，在油气冷却塔体的内部且位于喷淋水分布器的上方处设置有过滤器603，在油气冷却塔体的顶部设置有不凝气出口604，在油气冷却塔体的底部设置有油水混合物下落口605。

所述油水分离段和污水沉降段叠放排布，分别处于油水分离壳体7的上层和下层，在油水分离壳体的内部设置有水平划分板701。在油水分离段的内部设置有竖向布置的第一溢流板702和第二溢流板703，第一溢流板和第二溢流板的底部均与水平划分板相连接，第一溢流板和第二溢流板的顶部与油水分离壳体的顶部之间留有空隙，且第一溢流板的高度高于第二溢流板。第一溢流板和第二溢流板将油水分离段分隔成混合仓704、油水分离仓705和油品沉降仓706。

所述油气冷却塔体6竖向布置在油水分离壳体的顶部一端，油气冷却塔体的底部与油水分离段的混合仓相连通，在混合仓的内部设置有搅拌器707，在油气冷却塔体的上部设置有与混合仓相连通的破乳剂进口708。所述第一溢流板处于混合仓和油水分离仓之间。

在油水分离仓的底部设置有下料电动阀709，油水分离仓通过下料电动阀709与污水沉降段相连通。在油品沉降仓的内部设置有液位计7010，在油水分离壳体的上部另一侧设置有与油品沉降仓相连通的油品出口7011和污水出口7012，油品出口位于污水出口的上方。

所述污水沉降段内设置有两个竖向布置的分隔板7013，分隔板的底端与油水分离壳体的底部相连接，分隔板的顶端与水平划分板之间留有空隙，所述分隔板将污水沉降段分隔成污水沉降仓7014和位于污水沉降仓两侧的污水过滤仓7015。

污水沉降仓7014处于油水分离仓705的正下方，在污水沉降仓的上部设置有斜板沉降器7016，在污水沉降仓的底部设置有污渣出口7017。在污水过滤仓的内部设置有过滤层7018，在油水分离壳体的下部设置有与污水过滤仓相连通的水出口7019。

从热解析单元产出的高温油气通过高温油气进口进入油气冷却段，通过喷淋水分布器喷淋循环水，将高温油气降温至60～80℃，油水冷却为液体，通过油水混合物下落口进入油水分离段中的混合仓内，不凝气通过过滤器过滤后，通过不凝气出口排出。

混合仓内的油水混合物加入适量破乳剂并混合均匀后，通过第一溢流板进入油水分离仓，上部油品溢流进入油品沉降仓，油品进一步沉降达到一定液位后，通过油品出口排出；当油品沉降仓内水位较高时，通过污水出口将污水排出；当液位计达到一定液位，油品排出时，联动启动下料电动阀，将油水分离仓内下部污水排入污水沉降仓，通过斜板沉降器沉降，上部水溢流进入污水过滤仓，污水通过过滤层过滤净化后，下部清水通过水出口排出，作为油气冷却段喷淋用循环水使用；污水沉降仓底部的污渣定期通过污渣出口排出。

上述热解析单元内的加热温度为300～450℃，热解析单元内的压力为微正压，控制压力范围为表压50～100pa。

作为对本发明的进一步设计，在热解析单元的进料口处设置有分布式进料装置8，所述分布式进料装置包括布料器横管801，在布料器横管的顶部中心设置有入料口802，入料口与进料管道的一端连接，在布料器横管的底部间隔设置有布料出口管803，布料出口管与热解析单元相连通，在每一布料出口管上均倾斜连接一吹扫气进口804。通过分布式进料装置8可实现油基钻屑的均匀进料布料。

更进一步的，在进料仓中设置高低位液位报警装置，当低液位报警时，暂停输送泵，以确保进料仓中始终有料，实现料封，防止空气进入热解析单元内；当高料位报警时，停止向液体进料仓内进料，防止油基钻屑冒漏，造成环境污染。

进一步的，在油水分离仓的内部且靠近第一溢流板的位置处设置有折流板7020，折流板的顶端与油水分离壳体的顶部相连接，折流板的底端与水平划分板留有空隙。通过折流板7020可减缓混合仓至油水分离仓的溢流速度，提高处理效果。

进一步的，所述不凝气出口还连接有不凝气处理单元ⅷ，不凝气处理单元ⅷ包括不凝气处理塔体9，在不凝气处理塔体的底部设置有不凝气进口901，在不凝气处理塔体的顶部设置有尾气出口902，在不凝气处理塔体的内部设置有催化剂填料903。来自油气冷凝单元的不凝气经不凝气处理单元内的催化剂填料催化氧化处理后，分解为二氧化碳和水，二氧化碳作为尾气经尾气出口排放。

更进一步的，所述出渣单元ⅳ包括倾斜渣料输送段10，在倾斜渣料输送段的外侧布置有冷却水夹套11；通过冷却水将固渣降温至30～80℃后，作为垫井、铺路或建材用料使用。

下面通过具体应用实例对本发明作进一步说明：

实施例1

原料：某油田油基钻屑；

组成：含水15％，含油15％，含固70％。

将钻井产出的油基钻屑，送入振动筛中筛分，筛上物送入破碎机中破碎后返回振动筛继续筛分，筛下物进入进料仓中。振动筛的筛网尺寸为10*10mm。采用泵送方式将进料仓中的油基钻屑泵入进料管道中，在热解析炉顶部设置分布式进料装置，使得液态油基钻屑能够均匀进料。在进料仓中设置高低位液位报警，当低液位报警时，暂停进料泵，以确保进料仓中始终有料，实现料封，防止空气进入热解析单元内。当高料位报警时，停止向进料仓内进料，防止油基钻屑冒漏，造成环境污染。经进料单元输送进热解析单元中的油基钻屑平铺在热解析单元内的输送装置上，油基钻屑随着输送装置移动，不翻滚无挤压，在处理过程中几乎无粉尘产生，解决了堵塞问题，同时油品中粉尘少品质高。热解析单元分为上下两层反应室，上层反应室使用微波发生器加热油基钻屑，将其加热至100℃左右，脱除油基钻屑中水分和部分轻质油品后，物料进入下层反应室中，采用电辐射管为热源，将油基钻屑加热至400℃，油基钻屑中油品和水分受热蒸发，部分大分子有机物分解，产出的高温油气从高温油气出口排出热解析单元进入高温油气处理单元，先通过油气冷却段的喷淋冷却水直接喷淋降温，降温至60～80℃，油水冷凝为液体，从油水混合物下落口进入油水分离段，不凝气从油气冷却段顶部进入不凝气处理单元，经催化氧化处理后，分解为二氧化碳和水排出。来自油气冷却段的油水混合物，在油水分离段中经重力沉降分离后，上部油品送入油罐，作为产品售卖或直接作为钻井用油基泥浆的补充物使用。下部污水送入污水沉降段，在污水沉降段中经重力沉降分离及过滤后，上部清水作为喷淋用循环冷却水，中间污水排入污水罐，送至污水处理厂处置；底部含尘废水，送入进料仓，继续处置。

热解析单元上层热解析腔室温度为120℃，下层热解析腔室温度为450℃，固渣出口温度为400℃，室内压力为表压100pa，油基钻屑在热解析单元内停留时间为40min，并可在20～150min范围内调节。采用本发明方法随钻处理油基钻屑，处理后固渣含油率降至0.3％以下。

实施例2

原料：某油田油基钻屑；

组成：含水15％，含油15％，含固70％。

将钻井产出的油基钻屑，送入振动筛中筛分，筛上物送入破碎机中破碎后返回振动筛继续筛分，筛下物进入进料仓中。振动筛的筛网尺寸为10*10mm。采用泵送方式将进料仓中的油基钻屑泵入进料管道中，在热解析单元顶部进料口处设置分布式进料装置，使得液态油基钻屑能够均匀进料。在进料仓中设置高低位液位报警，当低液位报警时，暂停进料泵，以确保进料仓中始终有料，实现料封，防止空气进入热解析单元内。当高料位报警时，停止向进料仓内进料，防止油基钻屑冒漏，造成环境污染。经进料单元输送进热解析单元中的油基钻屑平铺在热解析单元内的输送装置上，油基钻屑随着输送装置移动，不翻滚无挤压，在处理过程中几乎无粉尘产生，解决了堵塞问题，同时油品中粉尘少品质高。热解析单元分为上下两层反应室，上层反应室使用电辐射管加热油基钻屑，将其加热至300℃左右，脱除油基钻屑中水分和部分轻质油品后，物料进入下层反应室中，采用电辐射管为热源，将油基钻屑加热至400℃，油基钻屑中油品和水分受热蒸发，部分大分子有机物分解，产出的高温油气从高温油气出口排出热解析单元进入高温油气处理单元。先通过油气冷却段中喷淋冷却水直接喷淋降温，降温至60～80℃，油水冷凝为液体，油水混合物从油气冷却段下部送入油水分离段。不凝气从油气冷却段顶部进入不凝气处理单元，经催化氧化处理后，分解为二氧化碳和水排出。来自油气冷却段的油水混合物，在油水分离段中经重力沉降分离后，上部油品送入油罐，作为产品售卖或直接作为钻井用油基泥浆的补充物使用。下部污水送入污水沉降段，在污水沉降段中经重力沉降分离后，上部清水作为喷淋用循环冷却水，底部含尘废水，送入进料仓，继续处置。

热解析单元上层热解析腔室温度为120℃，下层热解析腔室温度为450℃，物料出口温度为400℃，热解析单元内压力为表压100pa。油基钻屑在热解析单元内停留时间为40min，并可在20～150min范围内调节。采用本发明方法处理油基钻屑，处理后固渣含油率降至0.3％以下。