氧化钙在油基钻屑热脱附中的协同作用

为了解决油基钻屑热脱附过程中所存在的能耗高、过度裂解改变油品性质和二次污染等问题,采用自主研发的动态电磁加热脱附实验装置,将氧化钙(CaO)作为添加剂与油基钻屑混合进行协同热脱附处理,考察了掺混CaO对反应工况、产物分布及性质的影响,分析了冷凝油与不凝气组分的变化特征。研究结果表明:①添加5%左右的CaO,可将脱附温度降低25℃,使回收油和不凝气产率分别提高9.0%和127.9%,使残渣含油率降低62.5%,并且减少了冷凝水的产量;②CaO催化促进了钻屑中油分裂解断链,增加了自由基碎片重新聚合的概率,提高了C_(19)～C_(22)化合物的产量,在一定程度上保持了基础油的性质;③不凝气中CH_4、H_2含量分别增加了12.1%和18.4%,吸收固定了CO_2,提高了不凝气热值。结论认为:①CaO与油基钻屑协同热脱附有利于优化反应条件,提高不凝气热值,改善回收油品性质,是节能降耗、增加产品附加值的有效途径;②CaO对油基钻屑热脱附具有催化长链烃裂解和促进结焦积碳的双重作用,因而需要结合实际情况确定最佳的掺混比例。     

海上油基钻屑热脱附装置研制与应用

油基钻屑环境危害大,经济价值高,处理难度大,国内外研究方向聚焦在实现油基钻屑的无害化处理、资源化利用和经济效益最大化。对油基钻屑处理技术的优缺点进行分析,优选出热脱附法是适合海上平台油基钻屑处理的技术路线。研究了热脱附技术,制定出技术路线图,并制造出第1代热脱附装置,在南海A平台开展测试,测试结果显示,单反应釜设计,处理速度慢,反应釜故障对整个系统影响大; 装置故障率高,处理效率低; 装置集成度低,安装周期长,占地面积大。针对以上问题,将装置改造升级为第2代热脱附装置:增加岩屑箱翻转架,提高上料速度; 双反应釜设计,提高处理速度; 装置集成为制氮装置撬、上料装置撬、热脱附装置撬、尾气处理撬、冷凝换热装置撬5大撬块,并在南海B平台应用。结果显示,占地面积由150 m²减小为120 m²,安装周期由7 d缩短至3 d,装置运行86 d,共处理1 116.4 t油基钻屑,平均日处理量13.0 t/d,最大日处理量21.7 t/d,处理后干渣含油率在1.3%～1.7%。     

新疆某油田油基钻屑热脱附残渣污染物筛查

针对油基钻屑热脱附残渣污染特性尚不明确、资源化利用难等问题,采用综合评价法和污染指数法,筛选并确定残渣污染因子。结果表明,油基钻屑热脱附残渣存在一定的污染特性,建议将有机物萘、苯并(a)芘、蒽、苯并(a)蒽、二苯并(a,h)蒽以及重金属锌、镉作为热脱附残渣潜在污染因子。结合当前研究现状,认为污染源多环芳烃主要来源于热转化,锌和镉受钻井液添加剂的影响,并提出优化热脱附反应温度和出台残渣多环芳烃含量限值的标准等建议。      

油基钻屑电磁加热脱附可行性及参数优化

油基钻屑含有大量的矿物油、乳化剂等化学药剂,成分复杂、处理困难,是页岩气等非常规油气开发的环保难题。为此,设计了一套油基钻屑电磁加热脱附处理设备,并进行了现场小试试验。通过检测电磁加热设备热脱附处理后的钻屑残渣含油率,分析试验过程中的温度变化规律,对设备处理油基钻屑的可行性进行了初步验证,并在此基础上优化了设备的主要运行参数:温度、负荷、时间。结果表明:1该电磁加热脱附处理设备对于油基钻屑具有良好的处理效果,处理后残渣含油率低于1%;2该设备适用范围广,可同时处理钻井过程中产生的编织袋、防渗塑料布等其他含油废物;3处理固控系统振动筛出渣(物料A)的最佳条件为温度375℃、进料负荷15 L/h、时间45 min;4处理固控系统离心机出渣(物料B)的最佳条件为温度350℃、进料负荷20 L/h、时间50 min;5电磁加热脱附炉内部温度的波动不受设定温度的影响,对不同负荷的物料也均能保证内部温度的稳定,具有稳定的控制温度能力和良好的保温效果。     

微波处理油基钻屑脱油效果及特性研究

随着非常规油气田开发规模逐渐加大,油基泥浆的使用大规模增加,其钻井后产生的油基钻屑所造成的环境问题成为亟待解决的环保难题。在对油基钻屑性质分析的基础上,采用节能高效的微波处理法处理油基钻屑,分析了油基钻屑样品的组成,研究了微波功率、处理温度、处理时间以及石墨添加剂对除油效率的影响。结果表明,对于水质量分数2.41%、石油烃质量分数10.67%、固体质量分数86.92%的油基钻屑,微波功率越大,升温速率越快;石墨添加剂加入质量为油基钻屑的6%时,效果最佳,所达终温升高40℃;热解析最佳处理条件为温度250℃,时间30min,此时油基钻屑石油烃质量分数可降至0.23%,低于0.30%的农用土壤国家标准。     

页岩油油基钻屑随钻处理装置的研制与应用

钻页岩油(气)井时普遍采用油基钻井液技术,在钻井过程中产生的大量含油废弃钻屑对环境污染很严重,不能随便排放,必须进行脱油处理。为此,研制了页岩油油基钻屑随钻处理装置。该装置采用油基钻井液回收和清洗分步实施工艺,可使油基钻井液的回收率超过90%,既节约成本,又清洁环保;基于生物酶的清洗剂干粉具有清洗能力强和环保等优点,经清洗剂处理后油基钻屑含油质量分数低于1%,满足现场排放环保要求;装置集成了多种新型设备,处理能力达到5 m3/h,满足油基钻屑随钻处理要求。页岩油油基钻屑随钻处理装置在胜利油田渤页2HF井等3口页岩油井中应用,均取得较好的效果。     

吸附富集裂解原料中的正构烷烃蒸汽裂解制乙烯效果研究

研究了直馏石脑油、加氢焦化石脑油和天然气凝析油三种裂解制乙烯原料及其通过分子筛吸附分离后相应的富含正构烷烃脱附油的裂解乙烯收率,并考察了裂解反应条件对不同裂解原料的裂解性能的影响。在工业装置典型操作条件下,直馏石脑油及其吸附分离吸余油和脱附油的乙烯收率分别为29.9%,23.0%,41.1%,脱附油的乙烯收率比直馏石脑油增加11.2个百分点,脱附油的三烯总收率比石脑油增加8.6个百分点;对于加氢焦化石脑油和凝析油,其相应脱附油的裂解乙烯收率分别提高11.1和6.5个百分点。石脑油和脱附油裂解乙烯收率和丁二烯收率均随裂解出口温度的升高而增加,丙烯收率基本不随裂解出口温度的变化而改变。     

页岩气油基钻屑萃取处理技术

随着页岩气、致密气等非常规油气的开发,因油基钻井液较水基钻井液有不可替代的优点,油基钻井液的使用规模逐渐增加,但钻井过程中产生的油基钻屑是含油危险废弃物,对环境、生态及安全均产生严重的影响。因此,研发了一种萃取剂CQJ,形成了适合于处理页岩气油基钻屑萃取工艺。该萃取剂CQJ与常规溶剂相比,具有闪点高、挥发性低、萃取效果好、毒性低的优点。对四川页岩气某区块油基钻屑进行了油基钻屑萃取处理中试,累计处理油基钻屑56 m3,取得了良好的效果。结果表明:处理后钻屑含油量平均达到0.76%,其钻屑浸出液指标符合污水排放标准;萃取剂回收率平均达到95.4%,油回收率平均达到91.5%,萃取剂可重复使用,同时回收油性能满足二次配制油基钻井液要求,实现了无害化、资源化,不造成二次污染的目标。      

锤磨热解析处理油基钻井液钻屑的效果评价

锤磨热解析是解决目前页岩气钻井过程中油基钻井液含油钻屑处理难题的新型环保技术,但国内对该技术的研究起步较晚,对其处理性能尚缺乏有效的评价手段和方法。为此,以处理效果、能耗以及处理量为评价指标,建立了含油钻屑锤磨热解析处理性能的评价体系,并在四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区某钻井平台建成了含油钻屑锤磨热解析处理站,开展含油钻屑锤磨热解析试验、建立系统能量平衡方程评价能耗、利用正交试验方法评价处理量,进而形成了一套评价含油钻屑锤磨热解析处理性能的方法。研究结果表明:(1)含油钻屑锤磨热解析处理性能评价体系准则——处理后固相残渣含油率小于1%、回收油含固率小于0.3%,系统热效率大于节能评价值88%、热利用率大于95%,锤磨热解析机单位功率处理量大于4.23×10-3 t/(h·k W);(2)在工作温度310℃、处理时间10 min的优化工况下,处理后的固相残渣含油率为0.88%,回收油含固率为0.28%,处理效果能满足环保标准;(3)锤磨热解析技术的热效率高达93.39%,热利用率高达98.82%,不仅处理含油钻屑效率高,而且节能降耗优势明显;(4)预处理含油钻屑以降低含水率可以显著提高处理量,而预热含油钻屑对于提高处理量的效果则不明显。结论认为,该研究成果为提高含油钻屑锤磨热解析处理性能提供了参考,并且利用回收油重配的油基钻井液能够满足现场钻井的要求,实现了油资源的有效再利用。     

油基钻屑常温清洗—微生物联合处理技术

油基钻井液因具有抑制性强、润滑性好、抗高温、抗污染、安全和钻速快等优点而被广泛应用在对非常规油气资源的勘探开发工作中,而其钻屑矿物油含量高、乳化严重、不易回收等缺点也成为环保治理的难点。为此,针对不同类型油基钻屑的物性特点,将高效清洗剂破乳清洗处理、油—水—固三相分离和石油微生物消除等3种工艺有机集成,试制出一套油基钻屑现场处理装置,形成了油基钻屑常温清洗—微生物联合处理技术。经过对4口井的油基钻屑进行放大试验,结果表明:油相回收率超过85%,清洗后废渣总石油烃含量小于2%,再经生物深度处理30天后,废渣中总石油烃含量降至0.3%以下,均达到相关标准的要求。结论认为:该联合处理技术实现了油相的回收再利用以及废渣的无害化处理,不仅有效解决了油基钻屑环保治理难题,而且还节约了钻井工程综合成本,具有良好的推广应用前景。     

油基岩屑热脱附处理技术研究进展

近年来,油基岩屑热脱附处理技术因处理后残渣含油率可小于0.3%、油回收率高于75%等优点,在油基岩屑环保治理中得到了广泛的应用,但该技术的瓶颈问题也越来越突出,主要表现为:单套设备处置能力低、装备能耗高等。为此,基于对国内外大量文献资料、现场应用情况的调研,从油基岩屑热脱附机理、工艺及设备、主要影响因素、资源化利用等方面,系统介绍了油基岩屑热脱附处理技术的研究进展及应用情况,指出了该工艺技术存在的问题并提出了今后研究方向的建议。研究结果表明:(1)油基岩屑热脱附过程分为水分与轻质油、重质油、重质烃等不同成分分离阶段;(2)一段式和两段式工艺及设备结构主要热源有微波、电磁、天然气或柴油;(3)加热温度、加热时间对残渣含油率、回收油回收率及组分的影响最大;(4)残渣可用于制砖、筑路材料、土壤回填材料等资源化利用。结论认为:(1)油基岩屑热脱附技术存在着能耗成本偏高、装置稳定运行能力低、设备针对性不足等问题;(2)今后需加强油基岩屑预处理、热脱附工艺参数优化、传热传质优化、残渣多途径资源化利用等方面的研究。     

一种新型除油机理及含油钻屑除油技术

油基钻井液是页岩气开发中最为常用的一种钻井液体系,随着页岩气勘探开发的加快发展及油基钻井液的大量使用,其产生的含油钻屑带来的环境污染也逐渐成为油气田企业的环保难题。为此,进行了现场含油钻屑组成、重金属含量和浸出液生物毒性分析,确定了含油钻屑污染特性和处理重点:针对含油钻屑污染特性,基于化学清洗法,首次引入过渡态理论,通过理论和实验分析,提出了一种新型岩屑除油机理,油滴从岩屑表面移动至油相存在着一个势能壁垒,清除岩屑中的油污需越过此势能壁垒;进而设计了含油钻屑除油配方,并通过单剂筛选、配方优化和除油条件优选,最终开发了一套含油钻屑化学清洗法除油技术。使用效果表明:在所研制的聚氧乙烯类除油剂与硫酸盐类、磺酸盐类辅助除油剂的共同作用下,势能壁垒可降低92.81%,由其处理的含油钻屑除油率达到93.02%。结论认为,该技术工艺安全简单、成本低、除油率高,可有效地解决含油钻屑的环境污染问题。     

长宁、威远页岩气开发国家示范区油基岩屑处理实践分析

页岩气井水平段钻井过程中产生大量的油基岩屑,其资源化利用的研究越来越受到人们的重视,相关实践取得了长足进展。长宁、威远页岩气开发国家示范区采用LRET技术和热解析技术开展油基岩屑处理实践,处理后的油含量小于1%(w),油回收率达到95%以上。特别是采用LRET技术处理后,浸出液的毒性、易燃性、腐蚀性、反应性和急性毒性等指标均检测合格。这为油基岩屑的安全、环保、高效处理积累了经验。     

页岩气井油基钻屑氟碳除油剂的研制及作用机理

页岩气开发钻井过程中会产生油基钻屑,化学热洗法是处理油基钻屑的主要技术之一,但应用过程中存在现有除油剂除油效率低、新药剂开发缺少理论指导等不足。采用接触角测量仪、X射线衍射仪等分析手段,研究了油基钻屑表面油类吸附机理,合成了新型“疏水疏油”氟碳除油剂,并对合成产物的分子结构进行了红外光谱和核磁共振光谱分析表征。研究结果表明,不同油类对油基钻屑润湿性影响不同,柴油更易于在黏土矿物含量低的油基钻屑表面铺展;不同油类在干净钻屑表面吸附量0.1~0.2 g/g,且2~3 h即可达吸附平衡;吸附的有机物主要为C₁₆~C₂₀正构和异构烷烃,占有机物总量的56.5%;油基钻屑经“疏水疏油”氟碳除油剂洗油处理后,含油率由处理前的7%~10%降低至0.15%~0.97%,低于现场含油钻屑除油剂SDS的 2.08%~2.79%。通过接触角测定和分子模拟等方法研究了氟碳除油剂改变油相接触角、降低油基钻屑的油水界面张力和改变其润湿性等作用机理,为油基钻屑除油剂的开发及应用提供理论支持。     

原油及源内残余沥青裂解成气差异及地质意义

为了研究不同类型原油和源内残余沥青在高演化阶段的甲烷产率,明确天然气成因类型,系统整理了不同类型原油及源岩的金管模拟实验结果,统计了甲烷产率随模拟温度的变化,发现原油性质对生气过程和生气量都有明显控制,重质油起始生气温度低于轻质油和正常油,在原油裂解成气初期,甲烷产率变化为重质油>正常原油>轻质油,重质油对天然气成藏贡献较大;在原油大量裂解过程中,轻质油的甲烷产率很快超过正常原油和重质油,最终成为天然气成藏的主力。重质油产气早是因为其富含非烃和沥青质,裂解活化能低,产气率低与H/C值（原子比）低有关,轻质油产气晚是因为其富含饱和烃,裂解活化能高,产气率高与H/C值（原子比）高有关。轻质油开始裂解对应成熟度约为Easy% R_O=1.5%。干酪根及源内分散沥青生气与原油裂解受相同的因素控制,H/C值高低控制了不同类型干酪根的生气量,在各成熟阶段上甲烷产率始终是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ型有机质。源内分散沥青在化学组成上接近重质油,但比重质油更容易裂解,除活化能低外,还受到黏土矿物催化的影响,其起始裂解成熟度大体为Easy% R_O=1.0%。这种差异对热演化程度极高的四川盆地天然气成因类型确定和潜力评价有非常重要的地质意义。     

Surface and core wetting effects of surfactants in oil-based drilling fluids

Surfactants are used in oil-based drilling fluids to emulsify water and to ensure that cuttings are wetted by oil. The products used are based on drilling conditions and are essentially the same for traditional oil-based and synthetic oil-based fluids. Although much of these surface active materials adsorb on cuttings and filter cake, it is still likely that core samples are exposed to significant concentrations. Additional contamination can occur in subsequent core tests if the oil samples used are themselves contaminated with the drilling fluid.Commercial surfactant packages from several sources have been selected for examination of their effects on the tests normally used to assess the extent of wetting change in crude oil/brine/mineral systems. These products were characterized with respect to their interfacial properties by measurements of interfacial tension as a function of concentration and brine composition. Wetting tests include measurements of contact angles on smooth mineral surfaces and rates of imbibition into porous media. The results show that even very low concentrations of surfactants, much lower than the amounts recommended for use in drilling fluids, can affect the wetting properties of mica surfaces and Berea sandstone cores.