密閉式鉆屑脫液離心機(jī)在鉆井液處理中的應(yīng)用

摘要：介紹了美國(guó)SWACO和Hutchison HayesInternational2個(gè)公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的密閉式鉆屑脫液離心機(jī)的結(jié)構(gòu)原理和使用優(yōu)點(diǎn)。該機(jī)與HHI5500臥螺離心機(jī)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(shù)參數(shù)和分離性能的對(duì)比表明,這種密閉式鉆屑脫液離心機(jī)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(jì)效益,具有良好應(yīng)用前景。

引　言

中國(guó)海洋工程環(huán)保管理局的統(tǒng)計(jì)資料顯示,至2002年底,我國(guó)共有海上油氣田26個(gè),鉆井液年排海量約為2 8萬(wàn)m3,鉆屑年排海量約為2 3萬(wàn)m3。美國(guó)環(huán)保局最近規(guī)定海上鉆井平臺(tái)排放的鉆屑中含油基鉆井液質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得超過(guò)4 3%[1],含合成基鉆井液不超過(guò)6 9%。由此可見(jiàn),海上石油鉆井平臺(tái)需要性能優(yōu)良的固液分離設(shè)備,達(dá)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(hù)油氣層,降低維護(hù)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(jī)械鉆速可提高29%[2]。

近兩年,國(guó)外研制出一種新型臥式螺旋卸料過(guò)濾離心機(jī)———密閉式鉆屑脫液離心機(jī)(theDusterCuttingsDryer)。這種離心機(jī)不同于國(guó)內(nèi)離心機(jī)生產(chǎn)廠家推出的臥式螺旋卸料過(guò)濾離心機(jī),具有良好的分離性能,能夠在某一設(shè)定的分離因數(shù)或者變化的分離因數(shù)下操作,通過(guò)控制固體顆粒在轉(zhuǎn)鼓里的停留時(shí)間得到好的干燥效果;對(duì)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(shí)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(jī)出現(xiàn)對(duì)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(jī)由美國(guó)SWACO和Hutchison HayesInternational2個(gè)公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)出來(lái)

該機(jī)接收上游離心機(jī)和其它凈化系統(tǒng)排出來(lái)的沉渣并且進(jìn)一步對(duì)它們進(jìn)行脫液干燥。進(jìn)料一般為泥漿狀態(tài),平均固相體積分?jǐn)?shù)為20%～47%,如鉆井液凈化系統(tǒng)里的離心機(jī)排出的沉渣。開(kāi)始固液分離時(shí),鉆井液從鉆井平臺(tái)的振動(dòng)篩由常見(jiàn)的傳輸系統(tǒng)(螺旋推運(yùn)器、真空干燥機(jī)和汽力傳輸器等)傳輸?shù)诫x心機(jī)的進(jìn)料槽。鉆井液在重力作用下沿著聚氨酯橡膠制造的加速盤(pán)進(jìn)入進(jìn)料槽右邊的進(jìn)料管,進(jìn)料管右端開(kāi)口通向鼠籠形直筒轉(zhuǎn)鼓。進(jìn)料管與空心驅(qū)動(dòng)軸相連接,驅(qū)動(dòng)軸的左側(cè)是驅(qū)動(dòng)軸套,它由窄V帶通過(guò)主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)膠帶輪傳動(dòng)?？招尿?qū)動(dòng)軸同時(shí)帶動(dòng)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(gè)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(shí)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(shè)備典型的分離因數(shù)為500,在離心力作用下物料被強(qiáng)制甩向轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁,液體通過(guò)篩網(wǎng)和鼠籠形轉(zhuǎn)鼓的孔被甩向機(jī)殼,并經(jīng)機(jī)殼上的液相出口排出機(jī)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(yùn)動(dòng),且通過(guò)直筒形篩網(wǎng)即轉(zhuǎn)鼓的整個(gè)長(zhǎng)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(guó)墨西哥灣海上石油鉆井液脫液處理應(yīng)用中,SWACO公司的2種封閉式固相控制系統(tǒng)部分技術(shù)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(jī),它和518或414型高速鉆井液離心機(jī)作為主要設(shè)備組合成VERTI-G固控循環(huán)系統(tǒng),達(dá)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(dāng)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(jī)滿足了大處理量、節(jié)能的設(shè)計(jì)要求,在環(huán)境保護(hù)方面尤其理想。實(shí)際上,從整個(gè)鉆井工程的角度來(lái)說(shuō),使用該設(shè)備的組合(如下文提到的工藝流程),能夠減少稀釋進(jìn)料和投放絮凝劑的費(fèi)用,節(jié)省人工費(fèi)用和縮減其它多種固控設(shè)備,縮短工程時(shí)間。

3結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用優(yōu)點(diǎn)

(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特　傳統(tǒng)的螺旋推料過(guò)濾離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓為柱 錐形結(jié)合的開(kāi)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(jī)為鼠籠狀結(jié)構(gòu),在一串環(huán)板上穿過(guò)10來(lái)個(gè)鋼管,結(jié)構(gòu)質(zhì)量分散,剛度和強(qiáng)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(jìn)料口設(shè)置在機(jī)器中間,結(jié)構(gòu)緊湊。

(2)可調(diào)節(jié)的主電動(dòng)機(jī)和副電動(dòng)機(jī)　對(duì)于鉆屑物料性質(zhì)在大范圍內(nèi)變化時(shí),可以通過(guò)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(dòng);②生產(chǎn)能力可調(diào)節(jié)(30～90t/h);③固相顆粒停留時(shí)間可以變化(0 5～7s)。

(3)無(wú)需對(duì)鉆屑進(jìn)料進(jìn)行稀釋　直接從上游的振動(dòng)篩或離心分離系統(tǒng)進(jìn)料,獨(dú)特的自清洗進(jìn)料輸送區(qū)不需要稀釋物料,就可以用螺旋輸送器通過(guò)進(jìn)料口依靠重力進(jìn)料,閉合的螺旋尺寸鏈能夠讓濾餅達(dá)到好的干燥效果。

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

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

典型工藝流程與應(yīng)用前景

1典型工藝流程

在美國(guó)墨西哥灣的海洋石油鉆井平臺(tái)上,SWACO公司以密閉式鉆屑脫液離心機(jī)與HHI5500型無(wú)級(jí)變速臥螺離心機(jī)(見(jiàn)圖2)為核心設(shè)備進(jìn)行組合,形成固相控制設(shè)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(jì)效益。在26d無(wú)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(shè)備在固相控制中的一個(gè)典型工藝流程。

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

2在固液分離領(lǐng)域中的應(yīng)用前景

海洋工程環(huán)境保護(hù)和海洋傾廢管理要求越來(lái)越明顯,2004年8月全國(guó)海洋石油生產(chǎn)平臺(tái)已達(dá)到70個(gè),鉆井平臺(tái)28個(gè)。表2為全國(guó)海洋工程環(huán)境保護(hù)和海洋傾廢管理月報(bào)統(tǒng)計(jì)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(dá)到排海標(biāo)準(zhǔn),保護(hù)環(huán)境,使用密閉式鉆屑脫液離心機(jī)能夠產(chǎn)生良好的效益,使含油鉆屑排海量逐年減小。

國(guó)外將該型離心機(jī)成功應(yīng)用于鉆井液脫液處理取得了顯著的效果,同時(shí)指出,這種新型的離心機(jī)也適用于其它固液分離領(lǐng)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(xì)化,一些選礦廠采用了細(xì)磨工藝,細(xì)粘物料日益增加,使浮選過(guò)濾更加困難。選煤也是如此,小于0 5mm粒級(jí)煤的含量逐年增加,因此,精礦和精煤脫水問(wèn)題日益突出[3],筆者認(rèn)為經(jīng)過(guò)調(diào)研和試驗(yàn),預(yù)期可以使用該型離心機(jī)達(dá)到滿意的分離效果,從而解決上述問(wèn)題。在城市污泥脫水中,作為下游固液分離設(shè)備,它占地面積小,動(dòng)力需求小,工作環(huán)境衛(wèi)生,全自動(dòng)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(yùn)行經(jīng)濟(jì)2個(gè)方面考慮,預(yù)計(jì)該機(jī)也是值得推廣應(yīng)用的現(xiàn)代化固液分離設(shè)備。

結(jié)束語(yǔ)

密閉式鉆屑脫液離心機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎,有成熟的操作流程,國(guó)外將它應(yīng)用于海洋石油鉆井平臺(tái)含油鉆屑脫液取得了良好的效益。建議國(guó)內(nèi)盡快引進(jìn),在鉆井液凈化系統(tǒng)操作中根據(jù)特定鉆井工藝要求進(jìn)行改造和設(shè)計(jì),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(jìn)行認(rèn)真而慎重的調(diào)研、試驗(yàn),預(yù)計(jì)該設(shè)備也有良好的應(yīng)用前景。