含油鉆屑萃取處理技術(shù)在東海的應(yīng)用

姜小龍，王孝山

（1. 中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335；2. 中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司，上海 200120）

含油鉆屑處理的方法目前主要有焚燒法、離心法和萃取法（又稱洗脫法）[1]，從工程應(yīng)用的角度看，焚燒法容易產(chǎn)生二次污染，離心法甩干處理效果達(dá)不到越來越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，萃取法的處理效果需要依賴高效的溶劑。三種主要處理方法的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和優(yōu)缺點(diǎn)列于表1 中。

從表1 分析可以看出，欲達(dá)到環(huán)境影響最小，顯然單純的離心分離無法完成。焚燒法雖然從固廢處理角度考慮，含油率可達(dá)到最低，但由于處理過程中煙塵問題可控度低，存在二次空氣污染的風(fēng)險(xiǎn)。從經(jīng)濟(jì)成本、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等方面綜合分析，溶劑萃取法是環(huán)境工程師和石油工程師們最熱衷于應(yīng)用的含油固體廢棄物處理方法。

根據(jù)當(dāng)前勘探開發(fā)數(shù)據(jù)，東海油氣資源以常規(guī)低滲和特低滲為主，約占已發(fā)現(xiàn)資源的92.4%，因此，對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)要求較高。加之地質(zhì)情況復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，并且儲(chǔ)層大多又埋藏深，有時(shí)還會(huì)遇上高溫高壓，水基鉆井液無法完全滿足安全、高效鉆井的需求。

表1 含油鉆屑處理技術(shù)及問題分析

基于此，自2015 年以來，東海的鉆井施工引進(jìn)油基鉆井液來解決上述問題，這樣的行動(dòng)大幅地減少了井下復(fù)雜情況，縮短了鉆井周期，油基鉆井液也就逐步更多地取代水基鉆井液，在東海得到了更為廣泛的應(yīng)用[2-3]。

東海所用油基鉆井液基油為白油，與國內(nèi)陸上油基鉆井液常用的柴油相比，白油由于芳香烴含量低，毒性小且易于生物降解，可以減輕環(huán)保壓力，并且具有良好的流變性、熱穩(wěn)定性和電穩(wěn)定性[4-6]。根據(jù)GB 4914—2008《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限制》，我國對(duì)海上含油鉆屑的排放要求，按不同的排放海域分為三級(jí)：一級(jí)海域要求含油量≤1%、二級(jí)海域≤3%、三級(jí)海域含油量≤8%方可排放[7]。東海海域?qū)儆谌惡Ｓ?，含油鉆屑排放濃度限制為含油量≤8%即可。在油基鉆井液使用過程中，振動(dòng)篩返出的成形含油鉆屑經(jīng)EPS 甩干機(jī)處理后即可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放；離心機(jī)產(chǎn)生的含油鉆屑因粒徑小、比表面積大，含油量高達(dá)20%左右，必須聯(lián)合其它方法來對(duì)其進(jìn)行減害（或無害化）處理。

最初對(duì)上述高含油鉆屑的處置途徑是采用巖屑箱回收，并通過船舶運(yùn)輸至陸地統(tǒng)一處理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且處理成本較高。油基鉆井液在東海的廣泛應(yīng)用使得配置于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、占地面積小、易于拆裝的可移動(dòng)設(shè)備成為東海含油污泥處理的主流選擇，含油鉆屑萃取處理技術(shù)也在繼電磁感應(yīng)熱解技術(shù)之后得到了成功應(yīng)用[8-9]，從而既實(shí)現(xiàn)了鉆屑的達(dá)標(biāo)排放，又大幅降低了含油鉆屑的處理成本。

1 工藝原理

如圖1 所示，含油鉆屑萃取處理技術(shù)的主要設(shè)備包括萃取劑儲(chǔ)槽、攪拌萃取料斗、離心甩干機(jī)、上料泵、螺旋輸送器、精餾塔、水洗塔、萃取劑蒸汽冷凝器、油水分離器和冷水機(jī)。其工藝流程為：將含油鉆屑裝入攪拌萃取料斗，同時(shí)，在攪拌狀態(tài)下使用氮?dú)鈴妮腿﹥?chǔ)槽內(nèi)通過插底管向攪拌萃取料斗壓入定量的萃取劑，充分地接觸萃取劑以后，吸附在含油鉆屑表面的油膜將溶于萃取劑；這一拌合物經(jīng)離心機(jī)甩干處理后，固相鉆屑經(jīng)螺旋輸送器排出；萃取劑和油組分的混合液經(jīng)上料泵進(jìn)入精餾塔，油組分自塔底回收，萃取劑自塔頂蒸出并進(jìn)入水洗塔，與來自冷水機(jī)的冷水進(jìn)行熱交換后混合進(jìn)入油水分離器，分離產(chǎn)生的萃取劑返回到攪拌萃取料斗重復(fù)使用；水相進(jìn)入冷水機(jī)冷卻后循環(huán)進(jìn)入水洗塔，水洗塔頂部低沸點(diǎn)萃取劑則通過冷凝后循環(huán)進(jìn)入萃取劑儲(chǔ)槽[10]。

圖1 含油鉆屑萃取處理工藝流程圖

2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1 萃取劑

含油鉆屑萃取處理技術(shù)所使用的萃取劑為石油烴和環(huán)糊精改性物構(gòu)成的油包水乳液。環(huán)糊精改性物的結(jié)構(gòu)式和1H NMR 譜圖如圖2 所示。

由圖2 中可以看出，化學(xué)位移δ4.98 ppm 為環(huán)糊精結(jié)構(gòu)中C1質(zhì)子吸收峰?；瘜W(xué)位移為δ3.78 ppm、δ3.89 ppm、δ3.57 ppm 和δ3.84 ppm 分別為環(huán)糊精糖苷鍵骨架中C2、C3、C4和C5上的質(zhì)子吸收峰。聚乙二醇的甲基鏈上的質(zhì)子吸收峰位于δ3.46 ppm和δ3.49 ppm。此外，化學(xué)位移δ3.87 ppm 處為環(huán)糊精和聚乙二醇相連接的C6上的質(zhì)子吸收峰。因此，1H NMR 譜圖中各個(gè)分裂峰都能較好地與產(chǎn)物β-CD-PEG400 中的氫原子對(duì)應(yīng)。

該萃取劑與GB 4914—2008 中用作油基鉆井液連續(xù)相的原油、柴油等礦物油同屬第3 類危險(xiǎn)化學(xué)品，不屬于新引進(jìn)的污染物種類。

處理所得的固相顆粒含油率＜1%，滿足三類海域達(dá)標(biāo)排放要求。一些現(xiàn)場(chǎng)的含油鉆屑萃取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見表2。

圖2 PEG400 環(huán)糊精改性物的1H NMR 譜圖

表2 含油鉆屑萃取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 萃取裝置

含油鉆屑萃取處理技術(shù)的核心設(shè)備經(jīng)整合后集成為一個(gè)12.2 m×2.6 m×2.9 m 移動(dòng)處理撬（圖3），占地面積小，易于運(yùn)輸、安裝，運(yùn)行穩(wěn)定、清潔，噪音小，能耗低，無三廢排放，極其適用于空間小、環(huán)保要求高的海上平臺(tái)，且在不停歇地連續(xù)上料時(shí)日處理量可達(dá)24 t/d，能完全滿足一整天全時(shí)鉆進(jìn)的日處理量需求，僅需少量巖屑箱作為平臺(tái)內(nèi)周轉(zhuǎn)之用即可，無需占用較多的甲板面積。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

A 井是東海某油氣田的一口水平調(diào)整井，由自升式鉆井平臺(tái)靠生產(chǎn)平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)，該井φ311.1 mm井眼、φ212.7 mm 井眼使用油基鉆井液。鉆進(jìn)期間，將含油鉆屑萃取處理裝置擺放、安裝于平臺(tái)左舷，進(jìn)行隨鉆（聯(lián)動(dòng)地）處理，共處理含油鉆屑187.9 t（處理數(shù)據(jù)詳見表3），處理前含油率為12%～17%，處理后含油率為1.3%～1.7%（圖4），滿足東海三類海域鉆井廢棄物排放含油量標(biāo)準(zhǔn)（≤8%）要求，可以通過PVC 管延伸至舷外直接排放（圖5），回收所得油組分密度0.85～0.90 g/cm3（圖6），固相含量（微米納米級(jí)顆粒）≤5.0%，水含量≤1.0%，萃取劑含量≤0.5%。

圖3 含油鉆屑萃取處理裝置內(nèi)部布局及外觀圖

表3 A 井含油鉆屑每日處理記錄

圖4 A 井含油鉆屑處理前后對(duì)比圖

圖5 處理后固體經(jīng)監(jiān)測(cè)達(dá)標(biāo)后排放

圖6 處理后的固體與油組分的樣品

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）含油鉆屑萃取處理裝置集成度高，占地面積小，特別適用于空間有限的海上平臺(tái)，可在鉆井期間進(jìn)行隨鉆、聯(lián)動(dòng)性處理，單臺(tái)設(shè)備的能力可滿足1～2 口井同時(shí)作業(yè)所產(chǎn)生含油鉆屑的處理需求。

（2）由于離心機(jī)處理產(chǎn)生的含油鉆屑顆粒小、比表面積大，萃取處理過程中萃取劑消耗量相對(duì)較大，為進(jìn)一步降低處理成本，建議改進(jìn)精餾工藝，以便提高萃取劑的重復(fù)利用率。

（3）處理后所得固相的含油量受萃取劑加量、萃取接觸時(shí)間等因素的影響，建議進(jìn)一步升級(jí)設(shè)備，在進(jìn)、出料口增加含油量自動(dòng)檢測(cè)裝置，并且能夠根據(jù)處理前鉆屑含油量調(diào)節(jié)、匹配合適量的萃取劑和萃取接觸時(shí)間，一方面要注意避免萃取劑過量造成浪費(fèi)，另外，也要注意進(jìn)一步降低排放物（也即經(jīng)過進(jìn)一步除油后的鉆屑）含油量。

（4）東海先期引進(jìn)的電磁感應(yīng)加熱熱解技術(shù)所回收的油組分，曾經(jīng)因含C4成分干擾熒光錄井而無法再用于油基鉆井液的配制和維護(hù)。建議對(duì)萃取處理所回收的油組分進(jìn)行檢測(cè)，評(píng)估其用于配制、維護(hù)油基鉆井液的可行性，并據(jù)此改進(jìn)含油鉆屑萃取處理裝置的設(shè)備、工藝，盡可能實(shí)現(xiàn)回收油組分的二次利用。