油基岩屑脱油处理技术对比分析

陈海涛 王兵(西南石油大学化学化工学院，四川 成都 610500)

0 引言

页岩气井在水平段钻进主要采用油基钻井液，单井由此产生油基岩屑约350～400m3，目前油基岩屑主要采用热脱附及萃取等方式进行脱油处理。各种脱油处理技术成本、安全环保性及回收效益等尚未明确，文章从以上几个方面入手，对常温萃取、热脱附、回转窑煅烧瓦斯灰协同技术进行对比。

1 脱油处理技术及应用

1.1 常温萃取

常温萃取技术由四川博盛永业工程技术有限公司研发，通过国家十三五重大科技专项在中石油长宁页岩气某现场实施。其原理为：常温常压条件下利用溶剂改变固相界面性质，实现油基钻井液从固相表面物理萃取分离，确保油基钻井液以原有特性回收。

处理流程为：待处理物料通过抓斗上料装置输送入萃取分离装置，同步加入萃取剂改变固相界面性质后，油基钻井液与固体实现物理萃取分离；液相进入液相精制装置，达到O:W 比在80:20、密度达到1.08g/cm3以下，满足回用指标要求后回用；固相进入固相烘干装置，并控制最终残渣固相物中油含量＜1%；通过间接加热，使液相精制装置和固相烘干装置产生的萃取剂气相进入萃取剂冷凝回收装置，实现萃取剂回收储存并循环利用；整个处理过程为全密闭运行[1]28。

常温萃取技术在长宁页岩气某现场建站，累计处理油基岩屑3 万余吨，回收油基钻井液2000 余方。处理后油基岩屑固相含油率低于1%，通过中科研广州检测中心检测，其不具备危险废物特性[2]；回收的油基钻井液密度低于1.08g/cm3，各项性能均满足回用指标。常温萃取技术装备实现了模块化、撬装化；处理能力为3m3/h；处理过程不产生废水、废气，无二次污染。

1.2 热脱附技术

国内油基岩屑热脱附技术主要以中石油川庆钻探工程有限公司的油基岩屑热脱附(锤磨方式加热)装备为代表，通过国家十三五重大科技专项在中石油威远某现场实施。其工艺主要为通过摩擦生热，加热热解，实现馏分冷凝分离，最终达到岩屑净化目的。

该技术的主要装置是摩擦式热脱附分离器。其主要过程是将含70%岩屑固形物的油基岩屑输送至热脱附分离器内，通过研磨棒与油基岩屑的剧烈摩擦、碰撞将温度升高至各类挥发烃类挥发温度，(230～350℃)，达到挥发烃类挥发温度但低于其裂解温度。油基岩屑中油与水两相物质蒸发，产生的油水混合蒸汽通过排气孔在负压的带动下进入后续的冷凝分离设备进行回收；固相在卸料装置的作用下排出分离器，从而完成油基岩屑的处理过程。[3]

该技术在威远页岩气国家级示范区开展试验应用，完成3000 余吨油基岩屑的处理，处理后岩屑固相含油率可降低到1%以下，回收的基础油密度0.8g/cm3，各项指标满足回配钻井液要求。经相关检测机构鉴定，不具备危险特性；整套装置运行功率＜350kW；装置运行噪音＜80 分贝；处理量约1m3/h。

1.3 回转窑煅烧瓦斯灰协同处理

回转窑煅烧瓦斯灰协同处理技术以四川内江瑞丰环保有科技有限公司为代表，该项目通过四川省生态环境厅评估验收，作为该公司危险废物经营许可证中HW08 类危险废物处理技术实施。其工艺主要为混匀料中原料和燃料充分混匀，空气从窑头位置高速吹入，回转窑在向前运动过程中，燃料充分燃烧，物料温度达1400℃以上，油基岩屑被高温焚烧，其中的金属也通过氧化还原反应，进入烟气中，在烟气中被氧气氧化成氧化锌等金属氧化物随烟气离开回转窑，含有锌、铅、铟、铬等的烟气通过沉降室进入冷却系统，大量较粗颗粒及粉尘在该装置中被分离[1]。

处理流程为：将瓦斯灰(含水在10%以下)、油基岩屑(含水在20%以下)一定比例混合经传输皮带从窑尾进入回转窑内，当窑体转动时，窑内物料向窑头方向移动，在1100～1400℃的高温下，瓦斯灰的锌、铅、铟、锗等有价金属被一氧化碳还原成金属进入烟气，同时油基岩屑被高温焚烧，其中的金属也通过氧化还原反应，进入烟气中，在烟气中被氧气氧化成氧化锌等金属氧化物随烟气离开回转窑，含有锌、铅、铟、铬等的烟气通过沉降室进入冷却系统，大量较粗颗粒及粉尘在该装置中被分离，收集后返回配料中。沉降室烟气及粉尘(包括产品氧化锌以及重金属元素)从沉降室上方二根铁管引入冷却系统，经冷却后，收集不同含量烟尘；再进入布袋收集系统，在布袋中进行气固分离收集产品；最后SO2经碱液喷淋脱硫硫塔进行去除后，烟气达标排放，而银、铁、碳渣、铬等窑尾出渣，经磁选分离出高含铁渣，剩余渣主要是煤炭以及油基岩屑燃尽渣，可交给水泥厂作为制水泥的辅料，含有金属成分的灰分可回收其中重金属。

该技术在威远页岩气国家级示范区开展了试验应用，完成1 万余吨油基岩屑的处理，焚烧处理后残渣混合钢渣作为水泥辅料用于水泥生产，布袋中所收集飞灰经过处理后得到氧化锌。在方案设定工艺条件下，尾气经地方环保部门监测，达到《工业窑炉大气污染物排放标准》，尾渣、飞灰、烟气等满足环保各项要求。

2 三种脱油处理技术对比分析

按单井处理600 吨油基岩屑，对比常温萃取、热脱附及回转窑煅烧瓦斯灰协同处理三种技术的综合成本及技术先进性等[2]。

2.1 综合成本对比

(1)设备费：常温萃取、热脱附及回转窑煅烧瓦斯灰协同利用工艺的处理能力分别为200t/d、80 t/d、100 t/d；故处理600 吨油基岩屑分别需要3d、7.5d、6d；三项技术设备及厂区投入分别约4000 万、2000 万、4000 万，均按5 年折旧，折合处理周期内设备折旧费6.58 万、8.22 万、13.15 万。

(2)药剂费：萃取药剂计2 万元/方，每处理1 吨油基岩屑损耗5%，则药剂损耗0.1 万元。

(3)能耗：萃取技术总装机功率800kW，实际运行功率500kW，设备使用网电(计1 元/度)；锅炉2 台(规格分别为2t/h、3t/h)，折合处理1 吨油基岩屑用天然气50 方，600 吨需3 万方(天然气计3 元/方，则能耗12.6 万；热脱附设备与回转窑煅烧瓦斯灰协同利用设备实际运行功率分别250kW、400kW，则处理600吨油基岩屑能耗分别4.5 万、5.76 万。

(4)人工费：按操作人员及特种作业人员500 元/天计，常温萃取、热脱附及回转窑煅烧瓦斯灰协同利用设备及厂区人员分别为8 人、6 人、12 人；人工费分别为1.2 万、2.25 万、3.6 万。

(5)回收价值：因三种工艺处理后固相均可用于建材等资源化利用，此处对比液相回收价值，常温萃取工艺可回收10%的油基钻井液，按4000 元/吨计，折合价值24 万；热脱附工艺回收10%基础油，按4000 元/吨计，折合价值24 万；回转窑煅烧瓦斯灰协同利用技术无液相回收。

不考虑固相回用效益，萃取及热脱附分别产生效益3.52 万元、9.03 万元；回转窑煅烧瓦斯灰协同利用成本22.51 万元。

2.2 技术先进性及社会效益对比

(1)技术原理：常温萃取是常温常压条件下用溶剂改变固相界面性质，实现油基钻井液物理萃取分离；热脱附是通过摩擦等生热，达到各种烃类挥发温度，降低岩屑含油量；回转窑煅烧瓦斯灰协同利用通过加热燃烧，达到分解油类、有机物等物质，降低岩屑含油量。

(2)技术先进性：常温萃取—安装方便，可随钻配备，降低转运风险；热脱附—工艺简单、对污染区种类无选择性、设备可移动；回转窑煅烧瓦斯灰协同利用--油基岩屑进行高温焚烧，焚烧后的炉渣可作为水泥原料。

(3)社会环境效应：常温萃取—处理过程中不产生新的化学物质，处理后岩屑含油率＜1%，可按政策用于建材原料，回收油基钻井液满足回用要求；热脱附--修复周期短、能有效防止二次污染，处理后油基岩屑含油率＜1%，可按政策用于建材原料，回收基础油可回收利用；回转窑煅烧瓦斯灰协同利用--焚烧后的炉渣可做水泥为原料，实现资源化利用。

3 结语

综合考虑，常温萃取、热脱附及回转窑煅烧瓦斯灰协同利用技术均能满足目前页岩气开发中油基岩屑脱油处理的需求，且技术成熟。对比单井油基岩屑处理成本，常温萃取最高，回转窑煅烧瓦斯灰协同利用工艺次之，热脱附工艺最低，但成本随着处理量增大而差异减小[1]。同时，三种工艺处理后固相均可用于建材等资源化利用。对比三种工艺的安全环保性、经济性、技术先进性等，推荐采用常温萃取及热脱附工艺在页岩气区块内集中建站，对油基岩屑中高附加值的油基钻井液及基础油实现分离回收，同时控制处理后固相的含油率，降低后续安全环保风险，便于下一步资源化利用。