密闭式钻屑脱液离心机在钻井液处理中的应用

密闭式钻屑脱液离心机在钻井液处理中的应用

摘要：介绍了美国SWACO和Hutchison HayesInternational2个公司联合开发的密闭式钻屑脱液离心机的结构原理和使用优点。该机与HHI5500卧螺离心机组合成的封闭式固相控制系统与常用的VERTI—G固控循环系统技术参数和分离性能的对比表明,这种密闭式钻屑脱液离心机能满足大处理量、节能和钻屑排放有利于环保的要求,可整体提高钻井经济效益,具有良好应用前景。

引　言

中国海洋工程环保管理局的统计资料显示,至2002年底,我国共有海上油气田26个,钻井液年排海量约为2 8万m³,钻屑年排海量约为2 3万m³。美国环保局最近规定海上钻井平台排放的钻屑中含油基钻井液质量分数不得超过4 3%[1],含合成基钻井液不超过6 9%。由此可见,海上石油钻井平台需要性能优良的固液分离设备,达到海洋环保的目的。另一方面,钻井液须去除粗颗粒固体,维持其低固体含量和较高的粘度,方能有效提高钻井速度,保护油气层,降低维护成本。通常,钻井液中的有害固相须控制在5%左右,其固体含量每降低1%,机械钻速可提高29%[2]。

近两年,国外研制出一种新型卧式螺旋卸料过滤离心机———密闭式钻屑脱液离心机(theDusterCuttingsDryer)。这种离心机不同于国内离心机生产厂家推出的卧式螺旋卸料过滤离心机,具有良好的分离性能,能够在某一设定的分离因数或者变化的分离因数下操作,通过控制固体颗粒在转鼓里的停留时间得到好的干燥效果;对于合成基、含矿物油或柴油基质的钻屑的脱液效果尤佳。使用它可以回收大量的重晶石,同时提高了钻井液的集中净化和分离效果,减少了钻井液的流失量。因此,这种脱液离心机出现对于环保和固相控制提出了全新的解决方案。

1结构原理密闭式钻屑脱液离心机由美国SWACO和Hutchison HayesInternational2个公司联合开发出来

该机接收上游离心机和其它净化系统排出来的沉渣并且进一步对它们进行脱液干燥。进料一般为泥浆状态,平均固相体积分数为20%～47%,如钻井液净化系统里的离心机排出的沉渣。开始固液分离时,钻井液从钻井平台的振动筛由常见的传输系统(螺旋推运器、真空干燥机和汽力传输器等)传输到离心机的进料槽。钻井液在重力作用下沿着聚氨酯橡胶制造的加速盘进入进料槽右边的进料管,进料管右端开口通向鼠笼形直筒转鼓。进料管与空心驱动轴相连接,驱动轴的左侧是驱动轴套,它由窄V带通过主电动机驱动胶带轮传动。空心驱动轴同时带动着鼠笼形转鼓一起旋转,转鼓刚性支承着它内表面的筛网。钻井液首先接触的是左侧的筛网,筛网里有一个同轴且可调节转速的螺旋推料器,其转速略低于转鼓和筛网的转速,在螺旋推料器的作用下物料被推向转鼓右端的同时也均匀地分布在筛网上。在液压扭矩传感器的控制下,液压差速器提供合适的扭矩给推料器,从而控制并调节它的转速。该设备典型的分离因数为500,在离心力作用下物料被强制甩向转鼓内壁,液体通过筛网和鼠笼形转鼓的孔被甩向机壳,并经机壳上的液相出口排出机外;固体颗粒被截留在筛网上形成滤渣层,在螺旋输送器的推力作用下向转鼓右端运动,且通过直筒形筛网即转鼓的整个长度区域,...集中从固相排渣口卸料。

2两种封闭式固控系统的比较

表1所示为美国墨西哥湾海上石油钻井液脱液处理应用中,SWACO公司的2种封闭式固相控制系统部分技术参数和分离性能比较。

表1中VERTI—GCUTTINGSDRYER为SWACO公司的立式钻屑脱液离心机,它和518或414型高速钻井液离心机作为主要设备组合成VERTI-G固控循环系统,达到了表中数据显示的处理效果。从表1中可以看出,在当前普遍使用的封闭式固相控制循环系统中,密闭式钻屑脱液离心机满足了大处理量、节能的设计要求,在环境保护方面尤其理想。实际上,从整个钻井工程的角度来说,使用该设备的组合(如下文提到的工艺流程),能够减少稀释进料和投放絮凝剂的费用,节省人工费用和缩减其它多种固控设备,缩短工程时间。

3结构特点和使用优点

(1)结构设计新颖独特　传统的螺旋推料过滤离心机转鼓为柱 锥形结合的开孔形式,而且在转鼓中形成液池和沉降区,固体颗粒的分离因数是变化的。该型离心机为鼠笼状结构,在一串环板上穿过10来个钢管,结构质量分散,刚度和强度好;圆筒形筛网结构,使得固相颗粒在筛网区域有持续均衡的分离因数,得到好的分离效果;螺旋和筛网之间微小的间隙减少了好的分离工况下的堵料,有效控制了滤饼的产出;另外值得一提的是,进料口设置在机器中间,结构紧凑。

(2)可调节的主电动机和副电动机　对于钻屑物料性质在大范围内变化时,可以通过以下方式获得干燥效果:①分离因数在100～600之间可调节变动;②生产能力可调节(30～90t/h);③固相颗粒停留时间可以变化(0 5～7s)。

(3)无需对钻屑进料进行稀释　直接从上游的振动筛或离心分离系统进料,独特的自清洗进料输送区不需要稀释物料,就可以用螺旋输送器通过进料口依靠重力进料,闭合的螺旋尺寸链能够让滤饼达到好的干燥效果。

(4)电力需求小　它完全由电动机驱动,主电动机298KW,副电动机149KW,内部螺旋和泵消耗127KW;启动功率为90KW;电力需求:100A断路器,460V/60Hz。

(5)符合环境保护要求　目前所知的其它钻井液处理设备含油质量分数也只能达到10%左右,而一般情况下,使用密闭式钻屑脱液离心机得到的沉渣含油质量分数为3%～5%,平均约为3 5%。

典型工艺流程与应用前景

1典型工艺流程

在美国墨西哥湾的海洋石油钻井平台上,SWACO公司以密闭式钻屑脱液离心机与HHI5500型无级变速卧螺离心机(见图2)为核心设备进行组合,形成固相控制设备封闭式循环系统DUSTERENVIROSMARTSystem,用于含油钻井液处理取得了良好的经济效益。在26d无故障停车操作工程中,4口油井共钻探4466m,回收了375m³干净钻井液。以下是该设备在固相控制中的一个典型工艺流程。

该流程处理含油钻屑分2个部分。第1部分,来自上游固控设备(比如振动筛)的钻井液和搅拌槽底流钻井液送入钻屑脱液离心机,大部分的含屑淤泥和细粒在离心力作用下进行分离处理。经过处理的钻屑被送进排放漏斗等待进一步处理,沉渣中含油质量分数通常只有2%～4%。第2部分,HHI5500型无级变速卧螺离心机继续处理来自钻屑脱液离心机排放的钻井液。容积式泵将钻屑脱液离心机的液相输入搅拌槽,离心进料泵将搅拌槽里的料液打入无级变速卧螺离心机。HHI5500卧螺离心机具有很高的分离因数,它将钻井液里的细粒进一步分离出来,然后排入排放漏斗集中排渣,从HHI5500卧螺离心机和搅拌槽上层净化了的钻井液返回动态钻井液系统回收利用。

2在固液分离领域中的应用前景

海洋工程环境保护和海洋倾废管理要求越来越明显,2004年8月全国海洋石油生产平台已达到70个,钻井平台28个。表2为全国海洋工程环境保护和海洋倾废管理月报统计的钻井液和钻屑排海量信息。

要处理含油钻屑和钻井液,使之达到排海标准,保护环境,使用密闭式钻屑脱液离心机能够产生良好的效益,使含油钻屑排海量逐年减小。

国外将该型离心机成功应用于钻井液脱液处理取得了显著的效果,同时指出,这种新型的离心机也适用于其它固液分离领域。

在金属矿山业,随着选矿工业的发展,矿产资源日益贫化、细化,一些选矿厂采用了细磨工艺,细粘物料日益增加,使浮选过滤更加困难。选煤也是如此,小于0 5mm粒级煤的含量逐年增加,因此,精矿和精煤脱水问题日益突出[3],笔者认为经过调研和试验,预期可以使用该型离心机达到满意的分离效果,从而解决上述问题。在城市污泥脱水中,作为下游固液分离设备,它占地面积小,动力需求小,工作环境卫生,全自动化操作,脱液程度高,淤泥处理量大,而且能够减少絮凝剂的投放量甚至不使用絮凝剂,从处理效果和运行经济2个方面考虑,预计该机也是值得推广应用的现代化固液分离设备。

结束语

密闭式钻屑脱液离心机结构设计新颖,有成熟的操作流程,国外将它应用于海洋石油钻井平台含油钻屑脱液取得了良好的效益。建议国内尽快引进,在钻井液净化系统操作中根据特定钻井工艺要求进行改造和设计,以满足生产需求。另外,在金属选矿工业、煤泥脱水、城市污泥处理等方面进行认真而慎重的调研、试验,预计该设备也有良好的应用前景。