阅读说明：本技术 一种油基钻屑热脱附挥发份分离收集系统及工艺 (Oil-based drilling cutting thermal desorption volatile separation and collection system and process ) 是由 许世佩 邵志国 许毓 李兴春 任雯 刘龙杰 孙静文 于 2020-04-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种油基钻屑热脱附挥发份分离收集系统及工艺,所述系统包括过滤除尘装置、挥发份冷凝分离装置、不凝气处理装置、油水收集分离装置、油罐及水罐；油水收集分离装置包括若干个并联设置且依次开启的油水分离器；过滤除尘装置的出口通过管路经由挥发份冷凝分离装置与不凝气处理装置的入口相连,挥发份冷凝分离装置的液体出口通过管路与若干个并联设置的油水分离器的总油水入口相连；若干个油水分离器的油出口分别通过管路与油罐相连；若干个油水分离器的水出口分别通过管路与水罐相连。本发明所提供的该系统及工艺可实现油基钻屑热脱附油水的批量收集及连续稳定作业,降低了停机检修频率和等待分离时间,避免了间歇性处理对系统的冲击。(The invention provides a thermal desorption volatile matter separation and collection system and a thermal desorption volatile matter separation and collection process for oil-based drilling cuttings, wherein the system comprises a filtering and dust removal device, a volatile matter condensation and separation device, a non-condensable gas treatment device, an oil-water collection and separation device, an oil tank and a water tank; the oil-water collecting and separating device comprises a plurality of oil-water separators which are arranged in parallel and are sequentially opened; an outlet of the filtering and dust removing device is connected with an inlet of the non-condensable gas processing device through a volatile matter condensation separation device through a pipeline, and a liquid outlet of the volatile matter condensation separation device is connected with a total oil-water inlet of a plurality of oil-water separators which are arranged in parallel through pipelines; the oil outlets of the oil-water separators are respectively connected with the oil tank through pipelines; the water outlets of the oil-water separators are respectively connected with the water tank through pipelines. The system and the process provided by the invention can realize batch collection and continuous and stable operation of thermal desorption oil and water of the oil-based drilling cuttings, reduce the shutdown maintenance frequency and the waiting separation time, and avoid the impact of intermittent treatment on the system.)

一种油基钻屑热脱附挥发份分离收集系统及工艺

技术领域

本发明涉及一种油基钻屑热脱附挥发份分离收集系统及工艺，属于石油化工行业含油固体废弃物资源化处理技术领域。

背景技术

近年来，我国油田的主攻方向是规模化开发页岩气，在开采页岩气过程中使用油基泥浆钻井，钻头切屑地层中的岩石产生大量钻屑，这些钻屑通过油基泥浆的携带作用被带至地面，从而形成油基钻屑，并被列入国家危险废弃物名录(HW08)，若不经处理直接排放，将会对周边生态环境造成严重危害。目前市面上对油基钻屑处理的众多方法中，热脱附工艺以其处理周期短、除油效率高等突出优点，成为热点技术。热脱附工艺主要是在绝氧条件下，在热脱附炉中对物料加热，使物料中挥发性物质温度达到沸点，将其从物料中蒸发脱除。该处理方法去除油基钻屑中的油效果明显，处理后的残渣含油率可低至0.3％以下，同时可以回收利用钻屑中的烃类资源。

国内已有多家单位设计制造了热脱附相关设备，在部分油田推广应用。目前油基钻屑的热脱附设备研究较为集中，也已相对完善，然而热脱附工艺在挥发份的收集分离过程目前尚存在一些还需优化完善的地方。热脱附出来的挥发份组成复杂，包含热脱附油，热脱附气，水蒸气等诸多成分，同时还夹带了反应器中逸出的灰尘，无法妥善处理好挥发份的分离收集可能会导致后续管道堵塞等诸多问题。因此挥发份高效的分离收集是整个工艺流程安全，稳定，连续运行的关键环节。设计合理的挥发份收集分离单元可满足不同性质的物料热脱附产物的高效率，低能耗分离，降低检修频率，实现热脱附系统稳定运行。

目前专门研究油基钻屑挥发份回收流程和装置的专利不多，中国发明专利CN109267953A涉及一种分级回收废弃油基钻井液中泥浆与基础油的方法和装置，在该专利的挥发份回收单元的聚结器内利用滤芯对雾滴的截留作用实现气液的分离，然后利用聚结材料的憎水性不同实现油水分离。这个处理过程无法解决上游流程中产生的挥发份携带的灰尘颗粒对滤芯的堵塞，而且频繁的更换滤芯对整个工艺成本的控制不利。中国发明专利CN102794033A涉及一种油气水三相超重力分离器，其利用超重力，能耗较大，适合分离一些密度差距较小，不容易分离的油水混合物，或者是一些对设备尺寸或者分离时间要求苛刻的地方，其高昂的运维成本明显不适用于油基钻屑工业级设备油水的分离。

综上，针对目前油基钻屑油水分离装置所存在的能耗高，空间大，设备维护成本高，不好实现连续操作等问题，开发一种新型的油基钻屑热脱附挥发份分离收集系统及工艺已经成为本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种油基钻屑热脱附挥发份分离收集系统。

本发明的另一个目的还在于提供一种油基钻屑热脱附挥发份分离收集工艺。

为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种油基钻屑热脱附挥发份分离收集系统，其中，所述油基钻屑热脱附挥发份分离收集系统包括：

过滤除尘装置、挥发份冷凝分离装置、不凝气处理装置、油水收集分离装置、油罐及水罐；所述油水收集分离装置包括若干个并联设置且依次开启的油水分离器；

所述过滤除尘装置的出口通过管路与所述挥发份冷凝分离装置的入口相连，所述挥发份冷凝分离装置的气体出口通过管路与所述不凝气处理装置的入口相连，所述挥发份冷凝分离装置的液体出口通过管路与若干个并联设置的所述油水分离器的总油水入口相连；

若干个所述油水分离器的油出口分别通过管路与所述油罐相连；若干个所述油水分离器的水出口分别通过管路与所述水罐相连。

在以上所述的系统中，优选地，所述油水分离器为虹吸式油水分离器，所述虹吸式油水分离器包括：储液腔体，所述储液腔体的顶部设置有油水入口、油出口及气体出入口；所述储液腔体的底部设置有水出口；所述储液腔体中设置有浮力排液球，所述浮力排液球的正上方开设有油入口，侧壁开设有油出口，所述浮力排液球的油出口连接有排油软管，所述排油软管经由所述储液腔体的油出口伸出储液腔体外；

所述油水入口、水出口分别设置有进口阀和出口阀。

在以上所述的系统中，优选地，所述储液腔体的侧壁设有开口，用于连接液位计。

在以上所述的系统中，优选地，所述虹吸式油水分离器还包括多通阀门，多通阀门的一个开口与所述气体出入口相连，多通阀门其他开口中的任意两个开口分别连接有进气管路及排气管路。

在以上所述的系统中，优选地，所述多通阀门为三通阀门，三通阀门的一个开口与所述气体出入口相连，其另外两个开口分别连接有进气管路及排气管路。

在以上所述的系统中，优选地，所述虹吸式油水分离器还包括排油管，所述排油管的一端经由所述储液腔体的油出口伸入储液腔体内，并与所述排油软管相连。

在以上所述的系统中，优选地，所述储液腔体的底部为锥状的漏斗形，漏斗形的底部形成水出口。

在以上所述的系统中，优选地，所述不凝气处理装置的气体出口通过管路与所述过滤除尘装置相连，以反吹过滤除尘装置进行除尘。

在以上所述的系统中，优选地，所述油水分离器的数量为三个。

在以上所述的系统中，所述油水收集分离装置包括若干个并联设置且依次开启的油水分离器可以实现不间断地循环进行油水分离；如当所述油水分离器为三个时，其中一个处于收集冷凝液状态，一个处于静置等待油水分层的状态，另一个处于油水排放状态，以实现不间断地循环进行油水分离。

在以上所述的系统中，所述虹吸式油水分离器中所用的浮力排液球、排油软管、液位计、排油管等设备均为常规设备。

此外，所述虹吸式油水分离器中，“连接”及“相连”均为密封连接及密封相连，如所述浮力排液球的油出口与排油软管之间的连接，储液腔体的侧壁开口与液位计之间的连接，排油管与排油软管之间的连接等等；

另，所述排油软管经由所述储液腔体的油出口伸出储液腔体外或者所述排油管的一端经由所述储液腔体的油出口伸入储液腔体内时，排油软管或者排油管与所述储液腔体的油出口之间也需要进行密封。

优选地，所述系统还包括三相碟式分离机，若干个所述油水分离器的水出口还分别通过管路与所述三相碟式分离机相连，以将若干个所述油水分离器油水交界面的油水混合物及杂质送入三相碟式分离机进行三相分离；所述三相碟式分离机的油出口及水出口分别通过管路与所述油罐及水罐相连。

优选地，所述系统还包括过滤装置，若干个所述油水分离器的水出口分别通过管路经由所述过滤装置与所述水罐相连。

在以上所述的系统中，优选地，所述水罐的出水口还通过管路与所述过滤装置相连，以对所述过滤装置进行反冲洗，所得反冲洗水通过管路流入三相碟式分离机。

在以上所述的系统中，优选地，所述过滤除尘装置为设置有伴热装置的过滤除尘装置。

其中，所述过滤除尘装置设置有伴热装置既能维持油气温度高于冷凝温度，以使其顺利通过过滤除尘装置，又能去除掉大部分灰尘。

在以上所述的系统中，过滤除尘装置、挥发份冷凝分离装置、不凝气处理装置、油水收集分离装置、油罐、水罐、三相碟式分离机、伴热装置及过滤装置等均为常规设备。

在以上所述的系统中，各个部件之间的“连接”或者“相连”均为密封连接及密封相连，如所述过滤除尘装置的出口与所述挥发份冷凝分离装置的入口之间的相连，所述挥发份冷凝分离装置的气体出口与所述不凝气处理装置的入口之间的相连，所述挥发份冷凝分离装置的液体出口与若干个并联设置的所述油水分离器的总油水入口之间的相连等均为密封相连。

另一方面，本发明还提供了一种油基钻屑热脱附挥发份分离收集工艺，其中，所述工艺是利用以上所述的油基钻屑热脱附挥发份分离收集系统实现的，其包括以下步骤：

(1)油基钻屑热脱附挥发份于过滤除尘装置中进行除尘，得到无尘挥发份；

(2)所述无尘挥发份于挥发份冷凝分离装置中进行气液分离，得到不凝气及冷凝液；

(3)将所述不凝气于所述不凝气处理装置中进行处理；

(4)将所述冷凝液于油水收集分离装置中进行不间断地油水分离，分离所得的油、水分别进行储存备用。

优选地，所述工艺还包括：将油水分离过程油水交界面的油水混合物及杂质于三相碟式分离机中进行三相分离，三相分离后所得油、水分别存于油罐及水罐中，所得固相弃置于渣土堆。

优选地，所述工艺还包括：利用处理后的不凝气反吹过滤除尘装置以进行除尘，反吹得到的灰尘由过滤除尘装置的排灰口排出后弃置于渣土堆。

在以上所述的工艺中，当所述油水分离器为虹吸式油水分离器时，所述工艺中的油水分离过程具体包括以下步骤：

打开进口阀，关闭出口阀并将三通阀连通排气管路，使油基钻屑的热脱附冷凝液通过油水入口流入储液腔体。

观察液位计，待冷凝液装满储液腔体后关闭进口阀，静置等待油水重力沉降分离。其中，热脱附油密度为0.83-0.88g/mL，水密度为1g/mL，而且热脱附油疏水性很强非常适合重力沉降。

待油水重力沉降分离后，将三通阀连通进气管路，从进气管路向储液腔体中通入气体(如经不凝气处理装置处理后的不凝气)作为虹吸效应的初始驱动气。待形成虹吸效应后，将三通阀连通排气管路。上层油清液(热脱附油)进入浮力排液球，经过排油软管和排油管流入油罐。待上层清液排尽后，打开出口阀让下层清水流出，前段清水直接经过过滤装入水罐，交界面的少量油水混合物及杂质进入三相碟离机。

在以上所述的工艺步骤(3)中，将所述不凝气于所述不凝气处理装置中进行处理是指于所述不凝气处理装置中利用催化氧化(该方法成本较高，主要适用于井场禁止明火的地方)或者燃烧的方式将不凝气中的可燃气体转化为不可燃气体，然后再经脱硫脱硝符合环保要求后，达标排放。

在以上所述的系统及工艺中，所述虹吸式油水分离器利用重力沉降以及虹吸现象实现了无外源动力的油水(如油基钻屑热脱附油水)分离，过程方便快捷，能耗低；同时还实现了油从虹吸式油水分离器上端取出，水从其下端取出，反混小，油水分离界面扰动小，分离后的油水纯度高，而且可通过设置不同储液腔体大小，以适应不同工艺处理量，实现油水的批量收集。

在以上所述的系统及工艺中，通过设置不同储液腔体的体积大小可以适应不同工艺处理量的需求；通过设置若干个虹吸式油水分离器进行并联，无缝切换，可实现油基钻屑热脱附油水的批量收集及连续稳定作业，降低了停机检修频率和等待分离时间，避免了间歇性处理对系统的冲击。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1所提供的虹吸式油水分离器的结构示意图。

图2为本发明实施例2所提供的油基钻屑热脱附挥发份分离收集系统的结构示意图。

主要附图标号说明：

1、进口阀；

2、储液腔体；

3、排气管路；

4、进气管路；

5、浮力排液球；

6、排油软管；

7、排油管；

8、液位计；

9、出口阀；

10、三通阀门；

11、过滤除尘装置；

12、挥发份冷凝分离装置；

13、不凝气处理装置；

14、油水收集分离装置；

141、第一虹吸式油水分离器；

142、第二虹吸式油水分离器；

143、第三虹吸式油水分离器

15、三相碟式分离机；

16、过滤装置；

17、油罐；

18、水罐；

19、渣土堆；

20、伴热装置。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种虹吸式油水分离器，其结构示意图如图1所示，从图1中可以看出，所述虹吸式油水分离器包括储液腔体、三通阀门及排油管

所述储液腔体2的底部为锥状的漏斗形，漏斗形的底部形成水出口；

所述储液腔体2的侧壁设有开口，用于连接液位计8；

所述储液腔体2的顶部设置有油水入口、油出口及气体出入口；

所述三通阀门10的一个开口与所述气体出入口相连，其另外两个开口分别连接有进气管路4及排气管路3；

所述储液腔体2中设置有浮力排液球5，所述浮力排液球5的正上方开设有油入口，侧壁开设有油出口，所述油出口连接有排油软管6；

所述排油管7的一端经由所述储液腔体2的油出口伸入储液腔体2内，并与所述排油软管6相连；

所述油水入口、水出口分别设置有进口阀1和出口阀9。

实施例2

本实施例提供了一种油基钻屑热脱附挥发份分离收集系统，其结构示意图如图2所示，从图2中可以看出，所述系统包括：

过滤除尘装置11、挥发份冷凝分离装置12、不凝气处理装置13、油水收集分离装置14、三相碟式分离机15、过滤装置16、油罐17及水罐18；所述油水收集分离装置包括三个并联设置且依次开启的实施例1中的虹吸式油水分离器，分别记为第一虹吸式油水分离器141、第二虹吸式油水分离器142及第三虹吸式油水分离器143；

所述过滤除尘装置的出口通过管路与所述挥发份冷凝分离装置的入口相连，所述挥发份冷凝分离装置的气体出口通过管路与所述不凝气处理装置的入口相连，所述不凝气处理装置的气体出口通过管路与所述过滤除尘装置相连，以反吹过滤除尘装置进行除尘；所述不凝气处理装置的气体出口还通过管路与所述虹吸式油水分离器的进气管路相连；

所述挥发份冷凝分离装置的液体出口通过管路与三个并联设置的所述虹吸式油水分离器的总油水入口相连；

三个所述油水分离器的油出口分别通过管路与所述油罐相连；三个所述油水分离器的水出口分别通过管路经由所述过滤装置与所述水罐相连；所述水罐的出水口还通过管路与所述过滤装置相连，以对所述过滤装置进行反冲洗，所得反冲洗水通过管路流入三相碟式分离机；

三个所述油水分离器的水出口还分别通过管路与所述三相碟式分离机相连，以将三个所述油水分离器油水交界面的油水混合物及杂质送入三相碟式分离机进行三相分离；所述三相碟式分离机的油出口及水出口分别通过管路与所述油罐及水罐相连；

本实施例中，所述过滤除尘装置为设置有伴热装置20的过滤除尘装置。

实施例3

本实施例提供了一种油基钻屑热脱附挥发份分离收集工艺，其中，所述工艺是利用实施例2提供的所述油基钻屑热脱附挥发份分离收集系统实现的，其包括以下具体步骤：

(1)油基钻屑热脱附挥发份于过滤除尘装置中进行除尘，得到无尘挥发份；

(2)所述无尘挥发份于挥发份冷凝分离装置中进行气液分离，得到不凝气及冷凝液；

(3)将所述不凝气于所述不凝气处理装置中进行处理；利用处理后的不凝气反吹过滤除尘装置以进行除尘，反吹得到的灰尘弃置于渣土堆19；

(4)将所述冷凝液于油水收集分离装置中进行不间断地油水分离，分离所得的油储存于油罐中备用，所得水经过滤装置过滤后于水罐中备用；

其中，步骤(4)中所述“不间断地油水分离”是通过以下方式实现的：如第一虹吸式油水分离器处于收集冷凝液状态时，第二虹吸式油水分离器处于静置等待油水分层的状态，第三虹吸式油水分离器处于油水排放状态，并且随着油水分离过程的进行，这三个虹吸式油水分离器交替处于以上所述收集冷凝液状态、静置等待油水分层的状态及油水排放状态，进而实现不间断地循环进行油水分离；

再利用水罐中的水对所述过滤装置进行反冲洗，所得反冲洗水通过管路流入三相碟式分离机；

将油水分离过程油水交界面的油水混合物及杂质于三相碟式分离机中进行三相分离，三相分离后所得油、水分别存于油罐及水罐中，所得固相弃置于渣土堆；

本实施例中，所述油水分离过程具体包括以下步骤：

打开进口阀，关闭出口阀并将三通阀连通排气管路，使油基钻屑的热脱附冷凝液通过油水入口流入储液腔体。

观察液位计，待冷凝液装满储液腔体后关闭进口阀，静置等待油水重力沉降分离。其中，热脱附油密度为0.83-0.88g/mL，水密度为1g/mL，而且热脱附油疏水性很强非常适合重力沉降。

待油水重力沉降分离后，将三通阀连通进气管路，从进气管路向储液腔体中通入经不凝气处理装置处理后的不凝气作为虹吸效应的初始驱动气。待形成虹吸效应后，将三通阀连通排气管路。上层油清液(热脱附油)进入浮力排液球，经过排油软管和排油管流入油罐。待上层清液排尽后，打开出口阀让下层清水流出，前段清水直接经过过滤装入水罐，交界面的少量油水混合物及杂质进入三相碟离机。

在以上所述的系统及工艺中，所述虹吸式油水分离器利用重力沉降以及虹吸现象实现了无外源动力的油水(如油基钻屑热脱附油水)分离，过程方便快捷，能耗低；同时还实现了油从虹吸式油水分离器上端取出，水从其下端取出，反混小，油水分离界面扰动小，分离后的油水纯度高，而且可通过设置不同储液腔体大小，以适应不同工艺处理量，实现油水的批量收集。

在以上所述的系统及工艺中，通过设置不同储液腔体的体积大小可以适应不同工艺处理量的需求；通过设置若干个虹吸式油水分离器进行并联，无缝切换，可实现油基钻屑热脱附油水的批量收集及连续稳定作业，降低了停机检修频率和等待分离时间，避免了间歇性处理对系统的冲击。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。