海上油基钻屑热解析处理技术的现场应用

覃建宇 秦世利 刘永峰

(中海石油(中国)有限公司深圳分公司深水工程技术中心，广东 深圳 518067)

0 引言

油基钻井液主要以柴油、低毒矿物油(白油)或合成基液作为连续相的油包水乳化钻井液。油基钻井液具有抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层伤害较小等多种优点，油基钻井液已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段。而未经处理的油基钻屑主要由于含油量高，往往超过相关海域排放标准，因此禁止直接排海。《海洋石油勘探开发污染物排放浓度极限》(GB 4914—2008)对海上含油钻屑排放的要求按海域的不同分为三级：含油率≤1%(一级海域)、≤3%(二级海域)、≤8%(三级海域)。

目前，国内外陆地的油基或者含油钻屑所使用的甩干处理、回注技术、固化技术、焚烧法、微生物处理技术、溶剂萃取技术等对于海上平台的处理都有一定局限性。而钻屑甩干处理仅作为其他工艺的前期处理，除油效果不彻底。热解析技术在海上适应性强，流程短，除油效果彻底，占地面积小，撬装式便于安装，适合作为现场随钻技术。

1 热解析处理技术概述

油基钻屑热解析处理技术是油基钻屑在负压无氧条件下，加热到一定的热解温度(略低于有机物及烃类物质热分解温度)，以惰性气体或蒸汽等作为吹扫气，是烃类及有机物解析附，保持一定的加热时间，直至除去所有油；将钻屑中绝大部分液相分离冷凝后回收，从而实现钻屑与油分离的目的，其中不凝气经过脱硫、碱洗、催化燃烧处理后排放，油与水回收再利用，处理后钻屑经过降温、除尘排放或回收利用，回收的钻屑可用于建筑、生产水泥等。反应釜通常的加热方式有电磁加热、微波加热及锤磨热解技术，根据处理钻屑中组分蒸发的温度不同，加热的温度及时间不同。

2 油基钻屑热解析处理技术及装置

2.1 油基钻屑热解析装置

自1999 年第一套钻屑热解析装置被工业化应用以来，已处理了超过50 万吨的油基钻屑，应用范围遍布五大洲。近年来国内一些公司也在相继研发适用于海上平台处理油基钻屑的热解析装置，由于海上平台空间有限，海上处理装置要求占地面积小，撬式结构便于安装拆卸，设备运转稳定，处理效果稳定。

本文所介绍的热解析装置采用电磁加热，全负荷运转功率为380kW，主要包括上料装置、主反应釜撬、冷却撬、制氮装置、尾气处理装置五个撬块，撬块之间使用软管连接，装置占地面积约80m2，可较好地满足海上平台狭小空间的安装；装置有两个反应釜可同时运转，最大日处理量为25t，根据油基钻屑含油水量不同，平均处理量为15～20t/d，处理后干钻屑含油量可小于2%。

2.2 热解析工艺原理与流程

热解析工艺原理是将油基钻屑甩干-离心预处理后输送至热解析反应釜装置内，使用真空泵将反应釜内抽成负压状态，在绝氧条件下采用电磁加热反应釜，反应釜内转子缓慢搅拌油基钻屑，使钻屑受热均匀防结焦；随着加热温度不断升高，水、油将变成气态从钻屑中蒸发出来，加热到使烃类及有机物挥发温度，一般在320～350℃，并保持此温度30～40min 直至油气蒸发完全，蒸发后的油气通过排气口进入冷却分离装置进行冷凝，馏分经冷凝器冷却至40℃以下，实现液气两相分离。分离回收后的油水进行回收资源再利用，分离出来的气体首先经过脱硫罐、碱洗罐吸附硫化物及中和酸性气体，再经过催化燃烧炉进行高温燃烧，最终将产生的气体变成二氧化碳、二氧化氮等无害气体排放至大气中。油气蒸发完全后向反应釜内充入惰性气体，将釜内压力达到与外界气压一致，然后将热解后的干钻屑从反应釜排渣口排出，排出的干钻屑温度在200℃以上，并成粉末状，使用冷却水喷淋干钻屑进行冷却，防止钻屑产生粉尘；如果冷却后的湿钻屑需要回收处理，则使用振动筛将固相、水分离，分离后的钻屑回收，水可以继续作为冷却水使用。

3 热解析装置现场应用情况

该热解析装置安装在南海海上某大位移井项目，首次投入使用后，经过设备调试、改造及升级后，单釜运行处理确认处理正常后采用双釜运行处理，双釜运行处理量达15～21 吨/天左右，可以满足随钻产生量实时处理的速率，且装置运行稳定，共处理油基钻屑约300 吨。

单个热解析反应釜每次处理油基钻屑250L，通过电磁加热将反应釜温度加热至320℃以上，并维持反应釜温度在320～350℃之间30～40min，使油基钻屑中的水、油充分解析出来，处理后干钻屑含油量在1.4～1.7%(质量比)之间，处理效果比较稳定，低于二级海域、三级海域含油钻屑的排放要求。

解析反应过程中产生的油、水蒸气进入冷凝器进行冷却至40℃以下，油、水冷却成液体后回收，冷却后的可燃气体或有害气体先经过碱洗罐(罐内碱液pH 值10～11)中和酸性气体，再经过脱硫罐(罐内填充脱硫剂)吸附硫化物气体，再进入催化燃烧炉将可燃气体或有害气体在高温条件下燃烧成氮氧化物、二氧化碳等无害气体排放至大气中，尾气排放位置远离人员作业场所。作业期间对排放的尾气进行检测，检测结果显示，排放的尾气中有害气体含量均低于职业接触极限值，如表1 所示，对现场作业人员及作业区域不会产生危害。

表1 尾气有害气体含量

4 结语

热解析技术在海上平台现场的成功应用，解决了海上平台油基泥浆作业井的油基钻屑随钻处理问题，减少了油基钻屑运回陆地的工作量，减少运输成本，降低了环保监管风险。

热解析技术加热速度快、耗能低、除油效果好，对海上平台随钻处理油基钻屑、保护海洋环境方面具有广泛的应用前景。

如能进一步优化热解析关键技术和装置，提高热解设备海上处理规模、效率，实现随钻处理高效性，使其系统化、标准化，建立完善的体系准则，将能进一步在二、三级海域推广。