含油钻屑萃取处理技术在东海的应用

姜小龙，王孝山

（1. 中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海 200335；2. 中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司，上海 200120）

含油钻屑处理的方法目前主要有焚烧法、离心法和萃取法（又称洗脱法）[1]，从工程应用的角度看，焚烧法容易产生二次污染，离心法甩干处理效果达不到越来越严格的排放标准，萃取法的处理效果需要依赖高效的溶剂。三种主要处理方法的经济技术指标和优缺点列于表1 中。

从表1 分析可以看出，欲达到环境影响最小，显然单纯的离心分离无法完成。焚烧法虽然从固废处理角度考虑，含油率可达到最低，但由于处理过程中烟尘问题可控度低，存在二次空气污染的风险。从经济成本、风险评价等方面综合分析，溶剂萃取法是环境工程师和石油工程师们最热衷于应用的含油固体废弃物处理方法。

根据当前勘探开发数据，东海油气资源以常规低渗和特低渗为主，约占已发现资源的92.4%，因此，对储层保护要求较高。加之地质情况复杂，非均质性强，并且储层大多又埋藏深，有时还会遇上高温高压，水基钻井液无法完全满足安全、高效钻井的需求。

表1 含油钻屑处理技术及问题分析

基于此，自2015 年以来，东海的钻井施工引进油基钻井液来解决上述问题，这样的行动大幅地减少了井下复杂情况，缩短了钻井周期，油基钻井液也就逐步更多地取代水基钻井液，在东海得到了更为广泛的应用[2-3]。

东海所用油基钻井液基油为白油，与国内陆上油基钻井液常用的柴油相比，白油由于芳香烃含量低，毒性小且易于生物降解，可以减轻环保压力，并且具有良好的流变性、热稳定性和电稳定性[4-6]。根据GB 4914—2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限制》，我国对海上含油钻屑的排放要求，按不同的排放海域分为三级：一级海域要求含油量≤1%、二级海域≤3%、三级海域含油量≤8%方可排放[7]。东海海域属于三类海域，含油钻屑排放浓度限制为含油量≤8%即可。在油基钻井液使用过程中，振动筛返出的成形含油钻屑经EPS 甩干机处理后即可实现达标排放；离心机产生的含油钻屑因粒径小、比表面积大，含油量高达20%左右，必须联合其它方法来对其进行减害（或无害化）处理。

最初对上述高含油钻屑的处置途径是采用岩屑箱回收，并通过船舶运输至陆地统一处理，费时费力且处理成本较高。油基钻井液在东海的广泛应用使得配置于作业现场、占地面积小、易于拆装的可移动设备成为东海含油污泥处理的主流选择，含油钻屑萃取处理技术也在继电磁感应热解技术之后得到了成功应用[8-9]，从而既实现了钻屑的达标排放，又大幅降低了含油钻屑的处理成本。

1 工艺原理

如图1 所示，含油钻屑萃取处理技术的主要设备包括萃取剂储槽、搅拌萃取料斗、离心甩干机、上料泵、螺旋输送器、精馏塔、水洗塔、萃取剂蒸汽冷凝器、油水分离器和冷水机。其工艺流程为：将含油钻屑装入搅拌萃取料斗，同时，在搅拌状态下使用氮气从萃取剂储槽内通过插底管向搅拌萃取料斗压入定量的萃取剂，充分地接触萃取剂以后，吸附在含油钻屑表面的油膜将溶于萃取剂；这一拌合物经离心机甩干处理后，固相钻屑经螺旋输送器排出；萃取剂和油组分的混合液经上料泵进入精馏塔，油组分自塔底回收，萃取剂自塔顶蒸出并进入水洗塔，与来自冷水机的冷水进行热交换后混合进入油水分离器，分离产生的萃取剂返回到搅拌萃取料斗重复使用；水相进入冷水机冷却后循环进入水洗塔，水洗塔顶部低沸点萃取剂则通过冷凝后循环进入萃取剂储槽[10]。

图1 含油钻屑萃取处理工艺流程图

2 技术优势

2.1 萃取剂

含油钻屑萃取处理技术所使用的萃取剂为石油烃和环糊精改性物构成的油包水乳液。环糊精改性物的结构式和1H NMR 谱图如图2 所示。

由图2 中可以看出，化学位移δ4.98 ppm 为环糊精结构中C1质子吸收峰。化学位移为δ3.78 ppm、δ3.89 ppm、δ3.57 ppm 和δ3.84 ppm 分别为环糊精糖苷键骨架中C2、C3、C4和C5上的质子吸收峰。聚乙二醇的甲基链上的质子吸收峰位于δ3.46 ppm和δ3.49 ppm。此外，化学位移δ3.87 ppm 处为环糊精和聚乙二醇相连接的C6上的质子吸收峰。因此，1H NMR 谱图中各个分裂峰都能较好地与产物β-CD-PEG400 中的氢原子对应。

该萃取剂与GB 4914—2008 中用作油基钻井液连续相的原油、柴油等矿物油同属第3 类危险化学品，不属于新引进的污染物种类。

处理所得的固相颗粒含油率＜1%，满足三类海域达标排放要求。一些现场的含油钻屑萃取实验数据详见表2。

图2 PEG400 环糊精改性物的1H NMR 谱图

表2 含油钻屑萃取实验数据

2.2 萃取装置

含油钻屑萃取处理技术的核心设备经整合后集成为一个12.2 m×2.6 m×2.9 m 移动处理撬（图3），占地面积小，易于运输、安装，运行稳定、清洁，噪音小，能耗低，无三废排放，极其适用于空间小、环保要求高的海上平台，且在不停歇地连续上料时日处理量可达24 t/d，能完全满足一整天全时钻进的日处理量需求，仅需少量岩屑箱作为平台内周转之用即可，无需占用较多的甲板面积。

3 现场应用

A 井是东海某油气田的一口水平调整井，由自升式钻井平台靠生产平台进行作业，该井φ311.1 mm井眼、φ212.7 mm 井眼使用油基钻井液。钻进期间，将含油钻屑萃取处理装置摆放、安装于平台左舷，进行随钻（联动地）处理，共处理含油钻屑187.9 t（处理数据详见表3），处理前含油率为12%～17%，处理后含油率为1.3%～1.7%（图4），满足东海三类海域钻井废弃物排放含油量标准（≤8%）要求，可以通过PVC 管延伸至舷外直接排放（图5），回收所得油组分密度0.85～0.90 g/cm3（图6），固相含量（微米纳米级颗粒）≤5.0%，水含量≤1.0%，萃取剂含量≤0.5%。

图3 含油钻屑萃取处理装置内部布局及外观图

表3 A 井含油钻屑每日处理记录

图4 A 井含油钻屑处理前后对比图

图5 处理后固体经监测达标后排放

图6 处理后的固体与油组分的样品

4 结论及认识

（1）含油钻屑萃取处理装置集成度高，占地面积小，特别适用于空间有限的海上平台，可在钻井期间进行随钻、联动性处理，单台设备的能力可满足1～2 口井同时作业所产生含油钻屑的处理需求。

（2）由于离心机处理产生的含油钻屑颗粒小、比表面积大，萃取处理过程中萃取剂消耗量相对较大，为进一步降低处理成本，建议改进精馏工艺，以便提高萃取剂的重复利用率。

（3）处理后所得固相的含油量受萃取剂加量、萃取接触时间等因素的影响，建议进一步升级设备，在进、出料口增加含油量自动检测装置，并且能够根据处理前钻屑含油量调节、匹配合适量的萃取剂和萃取接触时间，一方面要注意避免萃取剂过量造成浪费，另外，也要注意进一步降低排放物（也即经过进一步除油后的钻屑）含油量。

（4）东海先期引进的电磁感应加热热解技术所回收的油组分，曾经因含C4成分干扰荧光录井而无法再用于油基钻井液的配制和维护。建议对萃取处理所回收的油组分进行检测，评估其用于配制、维护油基钻井液的可行性，并据此改进含油钻屑萃取处理装置的设备、工艺，尽可能实现回收油组分的二次利用。