密閉式鉆屑脫液離心機在鉆井液處理中的應用

摘要：介紹了美國SWACO和Hutchison HayesInternational2個公司聯(lián)合開發(fā)的密閉式鉆屑脫液離心機的結(jié)構(gòu)原理和使用優(yōu)點。該機與HHI5500臥螺離心機組合成的封閉式固相控制系統(tǒng)與常用的VERTI—G固控循環(huán)系統(tǒng)技術參數(shù)和分離性能的對比表明,這種密閉式鉆屑脫液離心機能滿足大處理量、節(jié)能和鉆屑排放有利于環(huán)保的要求,可整體提高鉆井經(jīng)濟效益,具有良好應用前景。

引　言

中國海洋工程環(huán)保管理局的統(tǒng)計資料顯示,至2002年底,我國共有海上油氣田26個,鉆井液年排海量約為2 8萬m3,鉆屑年排海量約為2 3萬m3。美國環(huán)保局最近規(guī)定海上鉆井平臺排放的鉆屑中含油基鉆井液質(zhì)量分數(shù)不得超過4 3%[1],含合成基鉆井液不超過6 9%。由此可見,海上石油鉆井平臺需要性能優(yōu)良的固液分離設備,達到海洋環(huán)保的目的。另一方面,鉆井液須去除粗顆粒固體,維持其低固體含量和較高的粘度,方能有效提高鉆井速度,保護油氣層,降低維護成本。通常,鉆井液中的有害固相須控制在5%左右,其固體含量每降低1%,機械鉆速可提高29%[2]。

近兩年,國外研制出一種新型臥式螺旋卸料過濾離心機———密閉式鉆屑脫液離心機(theDusterCuttingsDryer)。這種離心機不同于國內(nèi)離心機生產(chǎn)廠家推出的臥式螺旋卸料過濾離心機,具有良好的分離性能,能夠在某一設定的分離因數(shù)或者變化的分離因數(shù)下操作,通過控制固體顆粒在轉(zhuǎn)鼓里的停留時間得到好的干燥效果;對于合成基、含礦物油或柴油基質(zhì)的鉆屑的脫液效果尤佳。使用它可以回收大量的重晶石,同時提高了鉆井液的集中凈化和分離效果,減少了鉆井液的流失量。因此,這種脫液離心機出現(xiàn)對于環(huán)保和固相控制提出了全新的解決方案。

1結(jié)構(gòu)原理密閉式鉆屑脫液離心機由美國SWACO和Hutchison HayesInternational2個公司聯(lián)合開發(fā)出來

該機接收上游離心機和其它凈化系統(tǒng)排出來的沉渣并且進一步對它們進行脫液干燥。進料一般為泥漿狀態(tài),平均固相體積分數(shù)為20%～47%,如鉆井液凈化系統(tǒng)里的離心機排出的沉渣。開始固液分離時,鉆井液從鉆井平臺的振動篩由常見的傳輸系統(tǒng)(螺旋推運器、真空干燥機和汽力傳輸器等)傳輸?shù)诫x心機的進料槽。鉆井液在重力作用下沿著聚氨酯橡膠制造的加速盤進入進料槽右邊的進料管,進料管右端開口通向鼠籠形直筒轉(zhuǎn)鼓。進料管與空心驅(qū)動軸相連接,驅(qū)動軸的左側(cè)是驅(qū)動軸套,它由窄V帶通過主電動機驅(qū)動膠帶輪傳動?？招尿?qū)動軸同時帶動著鼠籠形轉(zhuǎn)鼓一起旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)鼓剛性支承著它內(nèi)表面的篩網(wǎng)。鉆井液首先接觸的是左側(cè)的篩網(wǎng),篩網(wǎng)里有一個同軸且可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的螺旋推料器,其轉(zhuǎn)速略低于轉(zhuǎn)鼓和篩網(wǎng)的轉(zhuǎn)速,在螺旋推料器的作用下物料被推向轉(zhuǎn)鼓右端的同時也均勻地分布在篩網(wǎng)上。在液壓扭矩傳感器的控制下,液壓差速器提供合適的扭矩給推料器,從而控制并調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)速。該設備典型的分離因數(shù)為500,在離心力作用下物料被強制甩向轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁,液體通過篩網(wǎng)和鼠籠形轉(zhuǎn)鼓的孔被甩向機殼,并經(jīng)機殼上的液相出口排出機外;固體顆粒被截留在篩網(wǎng)上形成濾渣層,在螺旋輸送器的推力作用下向轉(zhuǎn)鼓右端運動,且通過直筒形篩網(wǎng)即轉(zhuǎn)鼓的整個長度區(qū)域,...集中從固相排渣口卸料。

2兩種封閉式固控系統(tǒng)的比較

表1所示為美國墨西哥灣海上石油鉆井液脫液處理應用中,SWACO公司的2種封閉式固相控制系統(tǒng)部分技術參數(shù)和分離性能比較。

表1中VERTI—GCUTTINGSDRYER為SWACO公司的立式鉆屑脫液離心機,它和518或414型高速鉆井液離心機作為主要設備組合成VERTI-G固控循環(huán)系統(tǒng),達到了表中數(shù)據(jù)顯示的處理效果。從表1中可以看出,在當前普遍使用的封閉式固相控制循環(huán)系統(tǒng)中,密閉式鉆屑脫液離心機滿足了大處理量、節(jié)能的設計要求,在環(huán)境保護方面尤其理想。實際上,從整個鉆井工程的角度來說,使用該設備的組合(如下文提到的工藝流程),能夠減少稀釋進料和投放絮凝劑的費用,節(jié)省人工費用和縮減其它多種固控設備,縮短工程時間。

3結(jié)構(gòu)特點和使用優(yōu)點

(1)結(jié)構(gòu)設計新穎獨特　傳統(tǒng)的螺旋推料過濾離心機轉(zhuǎn)鼓為柱 錐形結(jié)合的開孔形式,而且在轉(zhuǎn)鼓中形成液池和沉降區(qū),固體顆粒的分離因數(shù)是變化的。該型離心機為鼠籠狀結(jié)構(gòu),在一串環(huán)板上穿過10來個鋼管,結(jié)構(gòu)質(zhì)量分散,剛度和強度好;圓筒形篩網(wǎng)結(jié)構(gòu),使得固相顆粒在篩網(wǎng)區(qū)域有持續(xù)均衡的分離因數(shù),得到好的分離效果;螺旋和篩網(wǎng)之間微小的間隙減少了好的分離工況下的堵料,有效控制了濾餅的產(chǎn)出;另外值得一提的是,進料口設置在機器中間,結(jié)構(gòu)緊湊。

(2)可調(diào)節(jié)的主電動機和副電動機　對于鉆屑物料性質(zhì)在大范圍內(nèi)變化時,可以通過以下方式獲得干燥效果:①分離因數(shù)在100～600之間可調(diào)節(jié)變動;②生產(chǎn)能力可調(diào)節(jié)(30～90t/h);③固相顆粒停留時間可以變化(0 5～7s)。

(3)無需對鉆屑進料進行稀釋　直接從上游的振動篩或離心分離系統(tǒng)進料,獨特的自清洗進料輸送區(qū)不需要稀釋物料,就可以用螺旋輸送器通過進料口依靠重力進料,閉合的螺旋尺寸鏈能夠讓濾餅達到好的干燥效果。

(4)電力需求小　它完全由電動機驅(qū)動,主電動機298KW,副電動機149KW,內(nèi)部螺旋和泵消耗127KW;啟動功率為90KW;電力需求:100A斷路器,460V/60Hz。

(5)符合環(huán)境保護要求　目前所知的其它鉆井液處理設備含油質(zhì)量分數(shù)也只能達到10%左右,而一般情況下,使用密閉式鉆屑脫液離心機得到的沉渣含油質(zhì)量分數(shù)為3%～5%,平均約為3 5%。

典型工藝流程與應用前景

1典型工藝流程

在美國墨西哥灣的海洋石油鉆井平臺上,SWACO公司以密閉式鉆屑脫液離心機與HHI5500型無級變速臥螺離心機(見圖2)為核心設備進行組合,形成固相控制設備封閉式循環(huán)系統(tǒng)DUSTERENVIROSMARTSystem,用于含油鉆井液處理取得了良好的經(jīng)濟效益。在26d無故障停車操作工程中,4口油井共鉆探4466m,回收了375m3干凈鉆井液。以下是該設備在固相控制中的一個典型工藝流程。

該流程處理含油鉆屑分2個部分。第1部分,來自上游固控設備(比如振動篩)的鉆井液和攪拌槽底流鉆井液送入鉆屑脫液離心機,大部分的含屑淤泥和細粒在離心力作用下進行分離處理。經(jīng)過處理的鉆屑被送進排放漏斗等待進一步處理,沉渣中含油質(zhì)量分數(shù)通常只有2%～4%。第2部分,HHI5500型無級變速臥螺離心機繼續(xù)處理來自鉆屑脫液離心機排放的鉆井液。容積式泵將鉆屑脫液離心機的液相輸入攪拌槽,離心進料泵將攪拌槽里的料液打入無級變速臥螺離心機。HHI5500臥螺離心機具有很高的分離因數(shù),它將鉆井液里的細粒進一步分離出來,然后排入排放漏斗集中排渣,從HHI5500臥螺離心機和攪拌槽上層凈化了的鉆井液返回動態(tài)鉆井液系統(tǒng)回收利用。

2在固液分離領域中的應用前景

海洋工程環(huán)境保護和海洋傾廢管理要求越來越明顯,2004年8月全國海洋石油生產(chǎn)平臺已達到70個,鉆井平臺28個。表2為全國海洋工程環(huán)境保護和海洋傾廢管理月報統(tǒng)計的鉆井液和鉆屑排海量信息。

要處理含油鉆屑和鉆井液,使之達到排海標準,保護環(huán)境,使用密閉式鉆屑脫液離心機能夠產(chǎn)生良好的效益,使含油鉆屑排海量逐年減小。

國外將該型離心機成功應用于鉆井液脫液處理取得了顯著的效果,同時指出,這種新型的離心機也適用于其它固液分離領域。

在金屬礦山業(yè),隨著選礦工業(yè)的發(fā)展,礦產(chǎn)資源日益貧化、細化,一些選礦廠采用了細磨工藝,細粘物料日益增加,使浮選過濾更加困難。選煤也是如此,小于0 5mm粒級煤的含量逐年增加,因此,精礦和精煤脫水問題日益突出[3],筆者認為經(jīng)過調(diào)研和試驗,預期可以使用該型離心機達到滿意的分離效果,從而解決上述問題。在城市污泥脫水中,作為下游固液分離設備,它占地面積小,動力需求小,工作環(huán)境衛(wèi)生,全自動化操作,脫液程度高,淤泥處理量大,而且能夠減少絮凝劑的投放量甚至不使用絮凝劑,從處理效果和運行經(jīng)濟2個方面考慮,預計該機也是值得推廣應用的現(xiàn)代化固液分離設備。

結(jié)束語

密閉式鉆屑脫液離心機結(jié)構(gòu)設計新穎,有成熟的操作流程,國外將它應用于海洋石油鉆井平臺含油鉆屑脫液取得了良好的效益。建議國內(nèi)盡快引進,在鉆井液凈化系統(tǒng)操作中根據(jù)特定鉆井工藝要求進行改造和設計,以滿足生產(chǎn)需求。另外,在金屬選礦工業(yè)、煤泥脫水、城市污泥處理等方面進行認真而慎重的調(diào)研、試驗,預計該設備也有良好的應用前景。