一种油基钻屑处理装置的制作方法

1.本发明涉及有机污染物处理技术领域，具体而言，涉及一种油基钻屑处理装置。


背景技术：

2.目前，利用介质阻挡放电产生低温低离子体处理有机污染物的装置，单次处理量较小，且由于长时间运行下装置发热严重，阻挡介质被击穿后装置瞬间失效，不具备连续处理的可行性。


技术实现要素：

3.为解决传统处理装置单次处理量小且无法连续处理的问题，本发明的目的在于提供一种油基钻屑处理装置。
4.本发明提供了一种油基钻屑处理装置，该处理装置包括：
5.传动带，其水平设置，所述传动带为金属网状结构，所述传送带设为接地电极；
6.处理单元，其设有多个，且多个所述处理单元沿所述传动带的长度方向布置于所述传动带的上方；
7.所述处理单元包括放电模块和高压接线柱，所述放电模块通过所述高压接线柱与高压电源连接，所述放电模块包括多个以阵列方式排列的电极，每个所述电极外部包裹绝缘介质管。
8.作为本发明进一步的改进，所述处理单元还包括高度调节装置和显示屏，所述高度调节装置用于调节所述放电模块与所述传送带之间的间距，所述显示屏用于显示放电模块的处理参数。
9.作为本发明进一步的改进，所述处理单元通过安装架固定于所述传动带的上方，所述高度调节装置和所述显示屏均与所述安装架连接。
10.作为本发明进一步的改进，多个所述电极均平行于所述传送带设置。
11.作为本发明进一步的改进，所述安装架上至少设有一个状态监控箱，使所述传送带从所述状态监控箱的内部穿过，以监测所述传送带上油基钻屑的温度。
12.作为本发明进一步的改进，所述状态监控箱设有急停按钮和警示灯，所述急停按钮用于控制所述油基钻屑处理装置停止运行；当所述传送带上的油基钻屑温度高于预设值时，所述警示灯发出警报。
13.作为本发明进一步的改进，多个所述处理单元沿所述传动带的长度方向等间隔布置于所述传动带的上方。
14.作为本发明进一步的改进，沿所述传送带长度方向的下方设有收集器，用于收集油基钻屑中渗出的水油混合物。
15.作为本发明进一步的改进，所述传送带的行进速度可调。
16.作为本发明进一步的改进，所述放电模块的宽度与所述传送带的宽度相等。
17.本发明的有益效果为：通过传动带运载油基钻屑进行处理，实现了处理装置的连
续处理；同时，采用多个处理单元同时对传动带上的油基钻屑进行处理，有效提高了单次处理量，大大提高了处理装置的处理效率。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例所述的一种油基钻屑处理装置结构示意图；
20.图2为本发明实施例所述的处理单元的结构示意图；
21.图3为本发明实施例某油基钻屑处理前后的外观形貌，其中，(a)为进料口油基钻屑的形貌；(b)为经三个放电模块后油基钻屑的形貌；(c)为经过五个放电模块后油基钻屑的形貌；(d)为出料口油基钻屑的形貌。
22.图中，
23.1、进料口；2、高压接线柱；3、高度调节装置；4、显示屏；5、传送带；6、放电模块；7、急停按钮；8、警示灯；9、状态监控箱；10、安装架；11、出料口；12、电极；13、绝缘介质管；14、收集器；15、高压电源。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
26.另外，在本发明的描述中，所用术语仅用于说明目的，并非旨在限制本发明的范围。术语“包括”和/或“包含”用于指定所述元件、步骤、操作和/或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他元件、步骤、操作和/或组件的情况。术语“第一”、“第二”等可能用于描述各种元件，不代表顺序，且不对这些元件起限定作用。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个及两个以上。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。结合以下附图，这些和/或其他方面变得显而易见，并且，本领域普通技术人员更容易理解关于本发明所述实施例的说明。附图仅出于说明的目的用来描绘本发明所述实施例。本领域技术人员将很容易地从以下说明中认识到，在不背离本发明所述原理的情况下，可以采用本发明所示结构和方法的替代实施例。
27.相关技术中，随着深部石油勘探和页岩气、致密气等非常规油气开发的深入，通常利用油基钻井液具有良好的流变性能、滤失控制性能、润滑性、耐高温、抗盐钙侵蚀等优点解决工程上的问题，其有利于井壁稳定、保护储层，但处理固控循环系统产生的油基泥浆和岩屑混合物(简称为油基钻屑)成为环保难题。油基钻屑一般由矿物油、水、磺化沥青、酚类
化合物以及一些其他杂质组成，其中矿物油含量在10％到20％之间，这些组成物质通常难以在自然环境中降解，属于特殊危险废物进入自然环境中将导致严重的地下水污染事故，对生态环境造成严重的破坏，直接对人类健康产生危害，随着环保要求日趋严格，现阶段迫切需要高效、安全、环保地处理油基钻屑这类特殊危废，以实现绿色钻井。
28.目前，直接针对油基钻屑的环保处理技术主要包括了热脱附技术、回注技术、溶剂萃取技术、热解技术、固化填埋以及微生物处理技术等：
29.关于热脱附技术，是目前在中国国内应用最为广泛的油基钻屑处理技术，在中国的各大石油天然气作业区块均设有油基钻屑热脱附处理站，这一传统方法以资源化利用方式实现对油基钻屑的处置，其能够通过在无氧条件下的加热处理，回收油基钻屑中的c
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以下的直链烷烃和芳香族化合物。但该技术设备费用较高、装置复杂、控制条件苛刻、操控难度较大、炉体升温所需要时间较长，在操作温度较高时，会伴随油品的裂解和聚合，降低了回收油品质。同时由于热脱附装置所用的热源大多来自于化石燃料，碳排放较高，不利于对温室效应的控制。
30.关于回注技术，其在实际应用过程中，将钻屑和泥浆回注进入安全的地层空间内成本较高。
31.关于溶剂萃取技术，其本身就存在对环境产生二次污染的可能性，同时其所使用设备的体积庞大，占地面积大，极难实现工业应用。
32.关于热解技术，如微波辅助热解用于从原有污泥中生产碳氢化合物等，目前处于阶段性探讨阶段，针对处理过程中产生的废气、废渣、废液等问题还没有统一的解决方案；同时反应过程中的安全和防爆问题也正在进一步解决，在油基钻屑的工业化处理上微波热解技术还比较受限。
33.关于固化填埋技术，其在一定程度上会使得填埋处土壤盐碱化，在处理油基钻屑的同时产生了新的污染。
34.关于微生物处理技术，在钻屑含油量较高的情况下，其处理过程所需时间较长，同时还对环境有较高的要求，应用性受到限制。研究显示经过230天的生物修复后，在生物修复处理区中的矿物油降解率在28％至46％之间，而在未经处理的对照组中只有15％。
35.放电等离子体作为一种将光学、电学和化学转集于一身的高级氧化法在环境污染控制领域已获得大量的关注。在放电过程中会产生各种活性物质，如电子、氧原子、羟基自由基、臭氧、过氧化氢自由基等。这些活性物质与放电过程中的物理效应(例如紫外线)协同作用，可以有效且快速地去除有机污染物。
36.目前，利用介质阻挡放电产生低温等离子体常用于处理土壤中的有机污染物。其并不能直接迁移应用到油基钻屑处理领域，实际上，由于油基钻屑中的矿物油和水分含量较高，加之其中含有各类成分复杂的添加剂，处理土壤中有机污染物的等离子处理手段并不一定适用于油基钻屑的环保处理。
37.如图1所示，本发明实施例所述的一种油基钻屑处理装置，该装置包括：
38.传动带5，其水平设置，所述传动带5为金属网状结构，所述传送带5设为接地电极。
39.处理单元，其设有多个，且多个所述处理单元沿所述传动带5的长度方向布置于所述传动带5的上方；
40.所述处理单元包括放电模块6和高压接线柱2，所述放电模块6通过所述高压接线
柱2与高压电源15连接，所述放电模块6包括多个以阵列方式排列的电极12，每个所述电极12外部包裹绝缘介质管13。
41.可以理解的是，沿着传送带5的行进方向，其起始端为进料口1，其终止端为出料口11，待处理的油基钻屑通过进料口1被平铺在传动带5上，可以实现油基钻屑的连续进料，即通过传送带5的传送可以使油基钻屑依次经过多个处理单元，多个处理单元可以同时对传送带5上的油基钻屑进行处理，提高了处理装置的单次处理量，提高了油基钻屑的处理效率，处理完成后的油基钻屑会随着传送带5被运送至出料口11处予以收集。
42.在传送带5行进的过程中，处理单元中的放电模块6同时进行放电，放电模块6中的多个电极12通过高压接线柱2与高压电源15连接，使电极12作为高压电极，传送带5作为接地电极，电极12的外部包裹有绝缘介质管13，在高压电源15的作用下，整个放电模块6利用介质阻挡放电产生低温等离子体，激发空气产生活性物质，使产生的活性物质和放电过程中产生的紫外线及热效应等协同作用对油基钻屑进行处理，破坏油基钻屑中存在的有机污染物的分子键，使有机污染物氧化分解。
43.优选的，传送带5为网孔大小为20
‑
5000目的金属丝网，例如可以为不锈钢丝网、银丝网、铜丝网或钛丝网等，一方面可以使油基钻屑中游离的水或油等从网孔中渗出，另一方面可以使激发产生的活性物质与油基钻屑充分接触，以使其中的有机污染物得到充分降解。可选的，传动带5可以设置为u型、z型、或一字型等各种形状，可以根据处理现场的地形情况进行选择，本技术不做具体限定。可选的，高压电源15可以选用高频高压交流电源，微秒脉冲电源、纳秒脉冲电源或直流电源，本技术不做具体限定优选的，电极12的数量设置为2
‑
20根。优选的，绝缘介质管13通过可拆卸的方式包裹在电极12的外部，当绝缘介质管13被击穿后，可以方便对绝缘介质管13进行更换。
44.在一种可选的实施方式中，所述处理单元还包括高度调节装置3和显示屏4，所述高度调节装置3用于调节所述放电模块6与所述传送带5之间的间距，所述显示屏4用于显示放电模块6的处理参数。
45.举例说明，如图2中所示，高度调节装置3为螺纹杆，螺纹杆的下端与放电模块6连接，螺纹杆的中部或者上部与安装架10连接，通过旋转螺纹杆调整其在安装架10的安装位置，可以实现放电模块6的高度调节，从而实现放电模块6与传送带5上油基钻屑之间的间距调整。优选的，放电模块6与传送带5上油基钻屑之间的间距为5～20mm。显示屏4可以显示放电模块的放电模块6的处理参数，例如放高压电源15的电压或放电时间，以及传送带5的运动速度等。
46.在一种可选的实施方式中，所述处理单元通过安装架10固定于所述传动带5的上方，所述高度调节装置3和所述显示屏4均与所述安装架10连接。可以理解的是，安装架10为与传送带5的外形配套设置的框架结构，即可以为u型、z型或一字型，可以使多个处理单元悬于传动带5的上方即可。优选的，处理单元与安装架10之间为可拆卸连接，可以便于对相邻处理单元之间的间隔进行调整。
47.在一种可选的实施方式中，多个所述电极12均平行于所述传送带5设置。
48.在一种可选的实施方式中，所述安装架10上至少设有一个状态监控箱9，使所述传送带5从所述状态监控箱9的内部穿过，以监测所述传送带5上油基钻屑的温度。优选的，状态监控箱9设有两个，且均匀布置于传动带5的中段位置，以便对已经处理过一段时间的油
基钻屑的温度进行监测。例如，当传送带5设置为u型时，可以将两个状态监控箱9分别设置在传送带5的两个拐角处。状态监控箱9的数量可以根据传送带5的长度进行确定，传送带5的长度越长，可以适当增加状态监控箱9的数量。
49.在一种可选的实施方式中，所述状态监控箱9设有急停按钮7和警示灯8，所述急停按钮7用于控制所述油基钻屑处理装置停止运行；当所述传送带5上的油基钻屑温度高于预设值时，所述警示灯8发出警报。油基钻屑的温度一般设置为室温至200℃，例如，油基钻屑温度的预设值为100℃，当状态监控箱9检测到油基钻屑温度为105℃，则急停按钮7控制油基钻屑处理装置停止运行，警示灯8进行报警，提醒工作人员进行相关处理。
50.在一种可选的实施方式中，多个所述处理单元沿所述传动带5的长度方向等间隔布置于所述传动带5的上方。优选的，相邻两个处理单元之间的间隔为0
‑
2m，可以使放电模块6各自独立与高压电源15相连接，各个放电模块6之间相互独立，参数可以灵活调节。同时多个放电模块6间隔设置还有利于油基钻屑的自身散热，避免发生灼烧。
51.在一种可选的实施方式中，沿所述传送带5长度方向的下方设有收集器14，用于收集油基钻屑中渗出的水油混合物。可以理解的是，收集器14为与传送带5的外形相互配套的结构，即可以设置为u型、z型或一字型，例如，收集器14可以设置为u型槽。
52.在一种可选的实施方式中，所述传送带5的行进速度可调。可以根据待处理油基钻屑的量或者放电模块6的放电参数对传送带5的速度进行调整，以便油基钻屑中的有机污染物得到充分降解。优选的，传动带5的行进速度设置为0
‑
1m/min。
53.在一种可选的实施方式中，所述放电模块6的宽度与所述传送带5的宽度相等。可以使传送带5上各处的油基钻屑都得到处理，避免处于传动带5边缘处的油基钻屑得不到充分处理。
54.本发明实施例所述的一种油基钻屑处理装置的原理为：以外包绝缘介质管的多管阵列式金属电极作为高压极，以高目数金属丝网传送带作为地电极，在高压极施加高电压，使得两电极间的空气产生细丝放电而形成等离子体区域。放电产生的活性物质在气流的吹动下到达待处理的油基钻屑表面，同时由于金属丝网传送带本身的透气式结构，使得具有强氧化性的活性物质可以全方位接触待处理钻屑。
55.油基钻屑通过传送带实现连续进料，高目数金属丝网的传送带设计可以使得油基钻屑中处于游离状态的矿物油以及水等液态物质透过传送带，滴入下方收集器进行收集，减轻放电装置的处理压力，提高整体的处理速度，同时金属丝网传送带的设计利于带有活性物质的气体充分接触待处理的油基钻屑。以多管阵列式金属电极作为高压极，金属电极外紧密包裹绝缘介质管作为放电的阻挡介质，整体作为放电处理单元独立控制并加以间隔式设计，增加散热防止被处理的油基钻屑因为处于持续放电状态下过热燃烧。采用可拆卸式绝缘介质管的设计方便使用过程中出现击穿后的快速更换。传送带的速度可以根据油基钻屑中污染物的多少灵活调节，若是污染物含量较高则调慢速度增加被处理钻屑处于放电等离子体环境的时间，实现充分的环保处理。
56.本发明实施例所述的一种油基钻屑处理装置的处理流程为：待处理的油基钻屑由进料口1平铺至传送带5上，金属丝网传送带5自身接地。高压电源15的高压端与高压接线柱2连接，高压接线柱2分别与放电模块6中的电极12相连。随着传送带5的运动待处理的油基钻屑将会被转移至放电模块6的下方进入放电等离子体区域，带有活性物质的气体会与待
处理的油基钻屑充分接触。由状态监控箱9实时监测金属丝网传送带5上被处理油基钻屑的温度。金属丝网传送带5的下方设置有渗透液收集器14，回收被处理油基钻屑中渗出的油水混合物。待所有油基钻屑于被传动带5运送至出料口11，对处理后的油基钻屑进行收集后即完成整个处理过程。本装置可根据现场的实际需要调整布局，减小占地面积实现灵活处理。
57.以下以某种油基钻屑为例说明所述的一种油基钻屑处理装置的处理效果：
58.将该种油基钻屑样品共50g从进料口平铺于网孔为500目的金属丝网传送带上，开启放电等离子体油基钻屑处理装置，设置金属丝网传送带与放电模块之间的距离为10mm，放电模块中金属电极数量为5根，高压电源的电压设置为18kv，放电频率为10khz，设置金属丝网传送带的速度为0.1m/min，放电模块相互之间的距离为30cm，待所有油基钻屑于出料口被收集后停止整个处理过程。收集处理完成的油基钻屑样品以及未经过处理的原始样品，参照中华人民共和国国家环境保护标准hj 1051
‑
2019进行油基钻屑中石油烃的测定。结果如表1所示。
59.表1试样中矿物油含量测试表
[0060][0061]
如图3中所示，显示了放电处理前后油基钻屑样品的外观形貌变化。原始样品呈现为黑色膏状物，整体较为粘稠，边缘有液体浸出。在经三个放电模块后，岩屑周围未见明显液体，团聚现象显著。在经过五个放电处理模块后，油基钻屑样品颗粒相互之间的粘结团聚现象发生改变，团聚体体积变小。出料口样品的形貌可见油基钻屑的外观颜色由深变浅，湿度状态上表现更为干燥，岩屑颗粒更易分散。可见，无论是油基钻屑中石油烃的含量还是油基钻屑的形貌都得到了很好的改善。
[0062]
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
[0063]
此外，本领域普通技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0064]
本领域技术人员应理解，尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变并可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。