国外钻井岩屑处理技术与装备现状

  国外许多著名石油设备制造企业目前都已具备整套钻井岩屑处理设备的制造能力,并形成规模产业,具有代表性的有Brant公司、Swaco公司等,钻井岩屑处理方法使用比较多的有以下3种。

 

  岩屑脱干法岩屑脱干法是指将岩屑通过专用设备进行脱干处理,使岩屑含油量达到排放标准,排放的标准可能会受到经济因素的制约,但更多的情况下会受到当地环境法规的制约,岩屑排放标准通常被表述为岩屑的原油含量或岩屑上的原油含量。脱干后的岩屑经过固化处理后,再采用微生物法、物理法、混 合法等方法进行无害化处理 。岩屑脱干法主要有以下2种方案。

 

  岩屑甩干机脱干法 岩屑甩干机脱干法适用于油基钻井液,可用于减少钻井岩屑液体含量使其达到可直接排放的标准。 Swaco公司VERTI-G岩屑甩干机性能比较成熟,处理后直接排放的岩屑原油质量分数可达2%～4%,占总排放量的85%,处理后的液相通过下 一级离心机处理后,排出的岩屑原油质量分数达15%,占总排放量的15%,综合岩屑原油质量分数可达418%。 VERTI-G岩屑甩干机采用上部送料方式,内置高速离心滚筒,最大处理量可达到40t/h,回收的清洁钻井液可以重新利用,目前已经在世界各地成功应用200多口井。干燥筛脱干法 干燥筛脱干法同时适用于油基钻井液与水基钻井液,干燥筛数量可以根据使用情况增减。

 

  Swaco公司MONGOOSE干燥筛具有良好的筛 分、干燥效果,能够实现直线和平动椭圆2种振动轨迹,可在不停机的状态下通过控制箱的按钮调节运动轨迹,油基钻井液经干燥筛处理后的岩屑原油质量分数可降低50%～60%。由于干燥筛下的钻井液回收罐中液体的固相含量很高,需要再经过2级离心机净化处理,处理后的岩屑原油质量分数可达到25%,钻井液可以重新回收利用。MON2GOOSE干燥筛在墨西哥湾及世界各地钻井队均有使用。

 

  岩屑热分馏法 岩屑热分馏法是处理油基钻井液和钻井废弃物的一种有效方法,处理过的固体原油质量分数低于1%。 目前,岩屑热分馏法在一些发达国家应用比较广泛,多为专业处理厂应用。基于运输及热分馏工艺要求,岩屑需要进行预脱水处理(可使用干燥筛脱干法),将含水质量分数控制在40%以内,岩屑通过进料系统进入燃烧室进行高温加热,加热过程产生的蒸汽经过过滤器、多级热交换器后再利用 油水分离器进行油水分离,回收的原油可重新用于钻井液,或者可以作为系统本身的燃料油,处理过 的固相物质可用于填海或工程用材料。

 

  岩屑热分馏法主要设备是加热炉,根据加热方法的不同可分为直接加热式、间接加热式和辐射加热式。直接加热式干燥时热风与岩屑直接接触,换热原理是对流换热,典型设备有回转干燥器、带式流化床干燥器;间接加热式干燥过程中岩屑与热风被固体壁面分开,互不接触,换热机理是传热过程,代表设备有转鼓干燥器;辐射加热式干燥的换热原理是辐射换热,设备有带式与螺旋式之分。直接加热干燥的优点是热阻较小,干燥速率高,为较多处理厂应用。缺点是热风混入岩屑的挥发气体,导致废气处理量大;间接加热式和辐射加热式干燥的优点是废气处理量小,缺点是效率低。

 

  岩屑回注法岩屑回注法是将钻井废弃物浆化后注入合适地 层的一种方法。钻井岩屑通过研磨和筛分并加入适量的海水,在注入地层前如需要可在水钻井液中加入适量的稠化剂,选择合适地层后所有岩屑或污水均可就地排放,减少了运输及处理费用。岩屑回注系统主要由3部分组成。11311 由螺旋输送器和文丘里系统组成的岩屑传输系统 把岩屑从振动筛传送到岩屑回注系统有2种不同的可选方案,一是利用螺旋输送器将岩屑从振动筛直接送到造浆系统,另外一种是将螺旋输送器和文丘里系统连接在一起,将岩屑输送到造浆罐,这种传输方法用在因现场空间受到限制,螺旋输送器不能直接和造浆系统连接时。

 

  螺旋输送器是将钻井废弃物从一个地点传送到另一个地点的安全有效设备,在国外钻井队和海洋钻井平台上广泛使用。Brant公司与Swaco公司螺旋输送器的性能接近,分为无轴式和有轴式2种,壳体选用耐磨材质,使用寿命长,输出转速可以调节,岩屑处理量大。 文丘里系统由收集废弃物的漏斗和连接到回收罐的管汇2部分组成。岩屑收集到漏斗后,由离心泵用海水在漏斗底部管汇里产生的高压射流将岩屑带走,为了防止岩屑堵塞管汇,漏斗里装有防堵塞装置,整个系统也用耐磨性较好的材料制作。

 

  岩屑造浆系统 造浆系统主要由混浆罐、储存罐和管汇等组成。钻井岩屑首先被送入混浆罐,罐里预先注有一 定浓度和数量的水(或海水)。通过罐里的搅拌器 和经过特别改进的研磨离心泵,岩屑被粉碎后变成能用泵来输送的水浆。如果需要,水浆也可通过一个特殊振动筛,将粉碎的颗粒进行筛分,或者岩屑在进入造浆罐前也可用研磨泵进行处理,以使固体颗粒达到要求的标准;储存罐用来储存来自于造浆罐的水浆,并与岩屑回注泵联接。

 

  回注泵组 回注泵通常采用哈利伯顿HT-400或SPM600固井泵。可根据现场和注入地层压力的要求,采用单泵或双泵组。 选择回注地层,要把重点放在回注层的评估,例如地层的压裂几何形状,它的长、宽、高及时间,钻井时产生的岩屑总量和注入速率,井口注入压力,套管的爆裂、挤压变形的极限以及腐蚀性等。