專利名稱：鉆屑處理方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為了環(huán)境可接受地處置而對被油污染的鉆屑進行的處理，且更具體地是涉及為了從鉆屑快速地去除油以獲得基本無油的經(jīng)處理的鉆屑而用供選用的有機反乳化劑、酸化劑及堿土來對鉆屑進行的順次處理。
背景技術(shù)：
油基的鉆屑一般認為是受控制或危險的廢棄物。這樣，可以兩種不同的方式來處置鉆屑(1)凈化處理；或(2)危險廢棄物在控制下的填埋。由于有污染地表和地下水、以及污染空氣、打破生態(tài)系統(tǒng)平衡的危險性，危險廢棄物被認為是對環(huán)境的一種威脅。在控制下的填埋中處置威脅廢棄物通常是最后所作的環(huán)境方面的選擇，因為問題只是從一個地方轉(zhuǎn)移到另一個地方，且最終的結(jié)果只是延遲到較遲的日期而已。
目前有若干種可用于通過不同的裝置來處理威脅廢棄物的技術(shù)。取決于污染物的類型和濃度、污染物分散于其中的基質(zhì)、以及可以是相同或不同的鉆屑產(chǎn)生和要被處置的地點，所有這些技術(shù)都有其優(yōu)點和局限性。運送和處理成本、處理過程的時間、諸如生態(tài)保護區(qū)域、水體附近、人類居住區(qū)、沙漠等之類的污染物的地點、以及總的處理時間是在選擇最好的可用技術(shù)中要考慮的所有因素。
油氣勘探依靠在不同的深度處以不同直徑進行鉆井，且穿透具有多種巖性表現(xiàn)形式(如粘土、巖石、砂層、空的地下鹽礦、鹽水和潛水面)的不同地質(zhì)地層。鉆井需要鉆井流體、也稱為鉆井泥漿，它帶有如下所列的各種物理功能·冷卻和潤滑鉆頭·形成濾餅以暫時“包套(casing)”井眼·將鉆屑從鉆頭載帶至地表
·防止儲層流體噴出在鉆井前進時被鉆頭切割的材料的固體碎片稱為鉆屑。鉆井泥漿是一種具有特殊流變學特性以滿足鉆井在遇到不同的地質(zhì)地層、深度以及自然流體的極端壓力時的所有需要的物理-化學流體。有兩種主要類型的泥漿·油基泥漿(也稱為逆乳液(inverse emulsion)泥漿)·水基泥漿它們的配方根據(jù)各供應(yīng)商以及在各個現(xiàn)場的各個鉆井的總體特性而變。這些配方通常是昂貴的，所以要將它們再循環(huán)。在再循環(huán)之前，必須對它們的配方加以調(diào)整，以替代在處理過程中損失的化合物。許多鉆井泥漿的組成成分通常包括一些的化合物·膨潤土·重晶石·柴油或其它的油·聚合物·氯化鈉和氯化鉀·水水基泥漿不使用柴油或油，但使用氯化物；逆乳液使用比水更多的柴油。如這里所使用的，術(shù)語“油基泥漿”也包括有時單獨歸類的合成泥漿，盡管合成泥漿包含適量的烴、通常為精煉的烴來替代柴油。盡管油基泥漿可能在使用上更加便宜，且可能具有操作上的優(yōu)點，但因為水基泥漿不含有難于處置的油，所以有時使用它們來替代油基鉆井流體。
重要的是要記住，在所有的情況下，泥漿是穩(wěn)定的物理乳液，這是必須的，以防止其具有不同密度和其他物理-電氣特性的組分分離。泥漿可以是粘稠和彈性的，就像膠質(zhì)那樣，且不會損失其流動性能。當受污染的油基鉆屑失水時，它們變得更加粘稠。
通過鉆柱的中心來將泥漿噴射到鉆頭，并使其在鉆柱與井眼之間的環(huán)狀空間中流出到地表，以這種方式來實現(xiàn)對鉆頭的冷卻功能和潤滑、對鉆井的包套以及最終將鉆屑載帶到地表。在地表將泥漿從鉆屑中分離出以再加利用，并且對鉆屑進行處置、通常是在控制下的填埋處置。
由于鉆屑保持鉆井泥漿的一部分且其濃度在25和超過50重量百分比之間變化，所以泥漿于鉆屑的分離并不完全。因此，根據(jù)泥漿的殘余組分以及它們的濃度，可認為鉆屑是危險廢棄物。因為鉆屑的諸如柴油、氯化物、聚合物等的危險組分濃度，有關(guān)環(huán)境保護方面的考慮要求在丟棄到環(huán)境中之前對表現(xiàn)出污染物的特性的鉆屑進行運送和處理。用于處理逆乳液污染的鉆屑的最為熟知的現(xiàn)有技術(shù)為·焚化·穩(wěn)定和封裝·熱解吸·化學氧化·生物化學降解·控制下的填埋用于選擇最好的技術(shù)的最常用標準為·環(huán)境方面的可靠性(環(huán)境方面的危險性)·由于立法以及地理位置的特定環(huán)境所要求·各個技術(shù)所表現(xiàn)出的局限性(設(shè)備和處理過程的可靠性)·成本·處理過程的速度相對鉆屑產(chǎn)生速度·處理可用的空間·最終處置場地的特性·后勤由于不能保證100％的封裝，也不能保證封裝會在最終處置場地的任何環(huán)境下長期持續(xù)，所以因為其高危險性而很少使用封裝。在Gabbita的US4,913,586和Pridemore等人的US5,630,785中可看到封裝的例子。
如Smith的US5,039,415中的生物化學降解要求在整個過程中的持續(xù)監(jiān)督和控制，并且這種所選方法十分緩慢，并且可能對于各個情況的處理需要若干年的時間。控制下的填埋選用得越來越少，因為問題并沒有解決，而僅僅改變了最終分解的地點和時間。
焚化過程的例子包括Kernan的US1,444,794和DesOrmeaus等人的US4,606,283。焚化的主要限制在于其操作成本，以及由于在實際中污染物的濃度通常是變化時，嚴格的化學計量的操作范圍很難保持，所以過程控制也很困難。此外，因為必須將整個基質(zhì)加熱到燃燒溫度、且基質(zhì)的許多成分具有很高的導熱系數(shù)，所以焚化過程很耗費能量。此外，在現(xiàn)場建造焚化設(shè)備的靈活性較差，且后勤成本高。
如Balch的US5,228,804、Prill等人的5,272,833和/或Pate等人的5,927,970的熱解吸方法有若干的局限性，包括熱效率低、過程控制差、靈活性低、投資成本高、操作成本高以及現(xiàn)場項目的低可行性。由于必須對整個基質(zhì)進行加熱，導致額外的投資、維護以及操作成本，且過程控制差，熱解吸的熱效率甚至比焚化還要低。因為鉆屑傾向于膠粘在壁上和其它的設(shè)備表面上，鉆屑的粘彈性特性使處理困難，因而由于實際上減小了筒的內(nèi)徑而降低了熱傳遞，且使生產(chǎn)率和/或質(zhì)量下降。此外，熱解吸對于通過冷凝或其它的處理措施來回收氣體要求額外的處理，進一步增加其成本。
例如Ritter的US5,414,207中揭示了化學氧化方法。在這種方法中，在惰性氣氛中將用疏水劑預處理過的石灰與濕潤的土壤摻合，并將其引入分解容器。然后將空氣引入該混合物，以實現(xiàn)油污染物的氧化/或水解。這種方法的主要聚焦點是將石灰的水解延遲到直至混合物摻合的很久之后，以利于有機污染物的氧化/水解，因而，該過程相對較為緩慢且不連續(xù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種用于處理鉆屑以可保護環(huán)境地加以處置的化學氧化/解吸方法和系統(tǒng)的發(fā)明。當需要時，本過程用破乳劑預處理鉆屑，之后與無機酸混合，然后在將酸化的鉆屑與堿土、較佳的是在高剪切的條件下混合。該過程的步驟是強放熱的，并產(chǎn)生氣態(tài)產(chǎn)物以快速地、例如在大致為60-80秒的停留時間中從鉆屑中去除油。因此，本發(fā)明實現(xiàn)十分快速和強力的除油、可靠性高、效率高以及成本低，且能量消耗最少。
在一個實施例中，本發(fā)明提供一種特別適于處理包括受油污染的粘土的基質(zhì)以供處置的方法。該方法包括在高剪切條件下將基質(zhì)與濃無機酸相混合，以獲得具有pH小于0的一水相的預熱的酸化混合物。在高剪切條件下將所得的混合物與堿土相混合，且其混合量能產(chǎn)生蒸發(fā)油以及其反應(yīng)產(chǎn)物的放熱量?；厥栈緹o油的固體反應(yīng)產(chǎn)物。如果需要或想要，可在與無機酸相混合之前將基質(zhì)弄成粉末?；蛘撸稍谂c無機酸相混合之前，用有機破乳劑預處理基質(zhì)?；|(zhì)較佳的是包括鉆屑，盡管該方法也可用來從各種基質(zhì)、特別是含有粘土的基質(zhì)中去除烴。該方法對于處理受油基鉆井泥漿污染的鉆屑特別有利。
當在方法中使用破乳劑時，其較佳的是有機酸或加成鹽，例如，諸如烷基苯磺酸鹽、芳基磺酸鹽、烷芳基磺酸鹽、芳烷基磺酸鹽或其組合，更佳的是烷基磺酸、芳基磺酸、烷芳基磺酸、芳烷基磺酸或其組合。在一個尤佳的實施例中，有機酸或加成鹽包括水性烷基苯磺酸鹽、例如烷基苯磺酸，特別是十二烷基苯磺酸鹽、例如十二烷基苯磺酸(DDBSA)。以100份基質(zhì)計，較佳的是以0.5至5重量份的比例混入破乳劑，更佳的是以1至3份，以及特別是1至1.5份。
無機酸較佳的是硫酸。無機酸較佳的是以每100份基質(zhì)中1至20重量份的比例混合，更佳的是2至13重量份，以及特別是4至7重量份。如果想要的話，可隨著基質(zhì)和無機酸一起以每100份基質(zhì)中20至40重量份的總比例添加一定比例的水。
堿土較佳的是石灰。以100份基質(zhì)計，較佳的是以1至16重量份的比例混入石灰，更佳的是2至10份，以及特別是3至6重量份。
無機酸的混合較佳的是在一第一反應(yīng)器中進行，而混合堿土在接受從第一反應(yīng)器中排出的混合物的一第二反應(yīng)器中進行。破乳劑和無機酸的混合可在第一反應(yīng)器中逐次地進行。該方法較佳的是包括回收從第一和第二反應(yīng)器中產(chǎn)生的蒸汽，冷凝所回收的蒸汽并排出未凝結(jié)的氣體。
在另一實施例中，本發(fā)明提供一種用于處理受油污染的鉆屑的方法。該方法包括(1)將鉆屑連續(xù)地引入到一第一反應(yīng)器的入口端，所述第一反應(yīng)器包括在殼體中縱向設(shè)置的至少一根旋轉(zhuǎn)軸和沿著軸間隔開的多個槳葉；(2)如果鉆屑的含水量低于20重量百分比或者含油量高于30重量百分比，則在靠近入口端的第一位置處將水性的有機破乳劑連續(xù)地引入第一反應(yīng)器；(3)在與第一反應(yīng)器的出口端間隔開的第二位置處將無機酸連續(xù)地引入第一反應(yīng)器；(4)旋轉(zhuǎn)第一反應(yīng)器的至少一根軸以連續(xù)地保持第一反應(yīng)器中的高剪切條件，并排出酸化的中間產(chǎn)物；(5)將酸化的中間產(chǎn)物連續(xù)地引入一第二反應(yīng)器的入口端，所述第二反應(yīng)器包括在殼體中縱向設(shè)置的至少一根軸和沿著軸間隔開的多個槳葉；(6)在靠近第二反應(yīng)器的入口端的一位置處將堿土連續(xù)地引入第二反應(yīng)器；(7)旋轉(zhuǎn)第二反應(yīng)器的至少一根軸以保持第二應(yīng)器中的高剪切條件，并從第二反應(yīng)器的出口端連續(xù)地排出反應(yīng)產(chǎn)物，其中反應(yīng)產(chǎn)物基本無油。
隨著破乳劑和無機酸一起添加到第一反應(yīng)器的水的比例較佳的是總計每100份基質(zhì)中0至40重量份。該方法還可包括回收從第一和第二反應(yīng)器產(chǎn)生的蒸汽，對回收的蒸汽進行滌氣并將回收蒸汽中的未凝結(jié)氣體排出到大氣。
在另一實施例中，本發(fā)明一種用于處理受油污染的鉆屑的方法。該方法包括(1)將鉆屑連續(xù)地引入到一第一反應(yīng)器的入口端，所述第一反應(yīng)器包括在殼體中縱向設(shè)置的至少一根旋轉(zhuǎn)軸和沿著軸間隔開的多個槳葉；(2)在靠近入口端的第一位置處將每100份鉆屑1至3重量份的十二烷基苯磺酸連續(xù)地引入第一反應(yīng)器；(3)在第一位置下游將每100份鉆屑2至13重量份的硫酸連續(xù)地引入第一反應(yīng)器；(4)旋轉(zhuǎn)第一反應(yīng)器的至少一根軸以連續(xù)地保持第一反應(yīng)器中的高剪切條件，并排出酸化的中間產(chǎn)物；(5)將酸化的中間產(chǎn)物連續(xù)地引入一第二反應(yīng)器的入口端，所述第二反應(yīng)器包括在殼體中縱向設(shè)置的至少一根軸和沿著軸間隔開的多個槳葉；(6)在靠近第二反應(yīng)器的入口端的一位置處將每100份鉆屑2至10重量份的石灰連續(xù)地引入第二反應(yīng)器；(7)旋轉(zhuǎn)第二反應(yīng)器的至少一根軸以保持第二應(yīng)器中的高剪切條件，并從第二反應(yīng)器的出口端連續(xù)地排出反應(yīng)產(chǎn)物，其中反應(yīng)產(chǎn)物含有低于3000ppm的油；(8)從第一和第二反應(yīng)器回收蒸汽；(9)從回收的蒸汽中冷凝液體，以形成未凝結(jié)蒸汽的排氣流。
在另一實施例中，本發(fā)明提供一種用于處理包含受油污染的粘土顆粒的基質(zhì)以供處置的設(shè)備。該設(shè)備包括用于在高剪切條件下將基質(zhì)與濃無機酸相混合、以獲得具有pH小于0的一水相的預熱的酸化混合物的一第一裝置；用于在高剪切條件下將來自第一裝置的混合物與堿土相混合、且其混合量能產(chǎn)生蒸發(fā)油以及其反應(yīng)產(chǎn)物的放熱量的一第二裝置；以及用于回收來自所述第三裝置的、基本無油且主要為固體的反應(yīng)產(chǎn)物的裝置。
在另一實施例中，本發(fā)明提供一種用于處理受油污染的鉆屑的設(shè)備。該設(shè)備包括用于將鉆屑連續(xù)地引入到一第一反應(yīng)器的入口端的裝置，所述第一反應(yīng)器包括在殼體中縱向設(shè)置的至少一根旋轉(zhuǎn)軸和沿著軸間隔開的多個槳葉；用于在靠近入口端的第一位置處將水性的破乳劑連續(xù)地引入第一反應(yīng)器的裝置；用于在與第一反應(yīng)器的出口端間隔開的第二位置處將無機酸連續(xù)地引入第一反應(yīng)器的裝置；用于旋轉(zhuǎn)第一反應(yīng)器的至少一根軸以連續(xù)地保持第一反應(yīng)器中的高剪切條件、并排出酸化的中間產(chǎn)物的裝置；用于將酸化的中間產(chǎn)物連續(xù)地引入一第二反應(yīng)器的入口端的裝置，所述第二反應(yīng)器包括在殼體中縱向設(shè)置的至少一根軸和沿著軸間隔開的多個槳葉；用于在靠近第二反應(yīng)器的入口端的一位置處將堿土連續(xù)地引入第二反應(yīng)器的裝置；以及，用于旋轉(zhuǎn)第二反應(yīng)器的至少一根軸以保持第二應(yīng)器中的高剪切條件、并從第二反應(yīng)器的出口端連續(xù)地排出基本無油的反應(yīng)產(chǎn)物的裝置。
在可替代的實施例中，本發(fā)明提供一種用于處理受油污染的鉆屑的設(shè)備。該設(shè)備包括一第一反應(yīng)器，該第一反應(yīng)器包括在第一端具有一入口和在相對端具有一出口的一縱向殼體、在殼體中縱向設(shè)置的至少一根旋轉(zhuǎn)軸以及沿著所述的至少一根軸間隔開的多個槳葉；以及一第二反應(yīng)器，該第二反應(yīng)器包括在第一端具有一入口和在相對端具有一出口的一縱向殼體、在殼體中縱向設(shè)置的至少一根旋轉(zhuǎn)軸以及沿著所述的至少一根軸間隔開的多個槳葉。設(shè)置一第一固體給料裝置，用于將鉆屑連續(xù)地引入第一反應(yīng)器的入口。該設(shè)備包括一破乳劑的儲槽和從破乳劑儲槽引出、用于在靠近入口處將破乳劑連續(xù)地引入第一反應(yīng)器的一管路。設(shè)有一水性無機酸的儲槽和從無機酸儲槽引出、用于在破乳劑下游和出口的上游將無機酸連續(xù)地引入第一反應(yīng)器的一管路。設(shè)置一斜槽，用于連續(xù)地將反應(yīng)產(chǎn)物從第一反應(yīng)器的出口輸送入第二反應(yīng)器的入口。設(shè)置一第二給料裝置，用于在靠近入口端處將堿土連續(xù)地引入第二反應(yīng)器。一第三給料裝置將反應(yīng)產(chǎn)物連續(xù)地移離第二反應(yīng)器的出口。該設(shè)備還包括用于從第一和第二反應(yīng)器回收氣體并產(chǎn)生未凝結(jié)氣體流的蒸汽收集系統(tǒng)、用于從來自蒸汽收集系統(tǒng)的氣體冷凝液體的一冷凝器、以及用于排出未凝結(jié)的氣體的一排氣口。
第一和第二固體給料裝置較佳地是包括用于阻止來自相應(yīng)反應(yīng)器的氣體通過的汽封。破乳劑儲槽可裝有十二烷基苯磺酸。無機酸儲槽可裝有硫酸。該設(shè)備還包括一水管路，用于隨著破乳劑和/或無機酸一起引入水。
可設(shè)置一個堿土給料斗，用于將堿土供應(yīng)至第二給料裝置。堿土給料斗可裝有石灰。
該設(shè)備較佳地是包括用于測量與鉆屑引入的速率成比例的破乳劑、無機酸以及石灰的速率的控制裝置。
冷凝器可包括用于冷卻氣體的間接熱交換器、或者用于使氣體與液體吸收介質(zhì)接觸的直接熱交換器。
本發(fā)明的另一實施例提供一種用于利用油基泥漿循環(huán)來鉆掘地下井、且不會排出受油污染的鉆屑的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一鉆探機，它具有用于鉆井的一鉆柱和用于循環(huán)油基泥漿并回收鉆屑的一泥漿循環(huán)系統(tǒng)；以及一鉆屑處理單元，該單元可與鉆探機相關(guān)聯(lián)地工作，以接受回收的鉆屑并產(chǎn)生經(jīng)處理而含油量減少的鉆屑。處理單元較佳的是包括前述的設(shè)備。
本發(fā)明的另一實施例提供一種用于利用油基泥漿循環(huán)來鉆掘地下井、且不會排出受油污染的鉆屑的方法。該方法包括操作具有旋轉(zhuǎn)鉆柱的一鉆探機以進行鉆井、通過鉆柱循環(huán)油基泥漿以從井中取出鉆屑、從泥漿中回收鉆屑、以及根據(jù)上述的方法來處理鉆屑。


圖1是示出油基鉆屑中的油、水和諸固相物的示意圖。
圖2是在完成破乳時圖1中諸相的示意圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的處理油基鉆屑的過程圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的設(shè)備的概要示意圖，示出了主要的設(shè)備。
圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的反應(yīng)器殼體之一的立體圖。
圖5B示意地示出了在圖5A的反應(yīng)器殼體內(nèi)部的水平流動圖形。
圖5C示出了圖5B的反應(yīng)器殼體內(nèi)部的垂直流動圖案。
圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的裝置的正視圖。
圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的設(shè)備的方案圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明中所實施的處理步驟為順次地將油基基質(zhì)與無機酸和堿土混合。添加無機酸使基質(zhì)在化學上處于良好的狀態(tài)以用堿土進行處理，并能開始放熱反應(yīng)，以預熱基質(zhì)并幫助去除揮發(fā)性化合物。堿土完成基質(zhì)的物理化學轉(zhuǎn)換，并進一步開始與基質(zhì)、無機酸(作為反應(yīng)物和/或催化劑)和烴進行化學反應(yīng)，它們極其會放熱、以幫助汽化反應(yīng)產(chǎn)物和其它的揮發(fā)性成分?；旌衔镏写嬖谒欣诨瘜W反應(yīng)和酸以與烴的水蒸汽蒸餾類似的方式氣化酸。烴在固/液混合物和/或在汽相中反應(yīng)，以形成低分子量的烴、氧化物和/或無機酸衍生物、例如磺酸鹽。鈣或無機酸、例如硫磺酸也可以與穩(wěn)定的固體反應(yīng)產(chǎn)物、例如硫酸鈣反應(yīng)，這幫助穩(wěn)定所得的基本無油的固體反應(yīng)產(chǎn)物。
鉆井泥漿是一種穩(wěn)定的乳液，它包括為鉆井而執(zhí)行許多不同功能的若干種化工產(chǎn)品，所述不同能諸如通過形成濾餅來暫時包套、鉆頭的潤滑和冷卻、以及將鉆屑從底部取出到井眼。泥漿的密度可以在900g/l至5kg/l之間改變成任何值；所有的泥漿成分必須在操作過程中的所有時間都保持懸浮。在正常的地下鉆井條件下以及在地表處，接受來自許多不同的地質(zhì)地層的鉆井泥漿和鉆屑，以與泥漿分離。鉆屑可能純凈得就像它們在形成時所存在的那樣，但在鉆頭處以及當它們在向地表行進的途中，鉆屑會受到泥漿成分的污染。在從鉆屑地表分離泥漿的過程中，回收利用泥漿，并進一步重新利用這些泥漿，并必須對鉆屑進行處置。
鉆屑從泥漿中的分離并不理想，所以部分泥漿仍留在鉆屑內(nèi)、緊密地混合、乳化且?guī)в懈邼舛鹊恼承援a(chǎn)物，使鉆屑是一粘彈性的產(chǎn)物。在該鉆屑中，化學產(chǎn)物作為污染物而結(jié)合起來，形成粘稠的基質(zhì)，這是難于運送和處理以加以凈化的。因此，由于鉆屑顆粒之上的保護層阻止處理試劑穿過，鉆屑在它們的處理方面存在十分獨特的技術(shù)問題。這些殘余物不是液體，而是十分穩(wěn)定的固-液分散物質(zhì)。該固相是搖溶性成膠狀的。而該液相是油/水。
盡管這里是具體參照作為一個例子的鉆屑、特別是從采用油基鉆井泥漿的操作而獲得的鉆屑來描述本發(fā)明的，但也可以用本方法和設(shè)備來處理其它的危險廢棄物、特別是含有粘土的廢棄物。由于在油田和其它的地層中通常具有較高含量的粘土，所以鉆屑含有大量的這類材料。還有粘土在工業(yè)水平的很寬的應(yīng)用范圍，諸如在陶瓷、紙張、鉆井流體以及某些類型的潤滑油。此外，它也被用于殺蟲劑、粘結(jié)劑、油膏、橡膠以及催化劑或催化劑載體。
本發(fā)明利用化學氧化和/或污染物的揮發(fā)來將污染物水平降低到安全環(huán)境處置所要求的之下。該設(shè)備設(shè)計成處理過程可以自動的方式進行，且連續(xù)、可靠且高效。每一所處理的鉆屑重量單元使用的能量最少。根據(jù)本發(fā)明進行處理，經(jīng)處理的鉆屑或其它類型的危險廢棄物易于作為任何無毒、無危險性的工業(yè)殘余物在任何的填埋中加以處置。
受污染的油基鉆屑呈穩(wěn)定的、必須在嘗試對其進行化學處理前進行破乳的乳液形式。對油基鉆屑的基質(zhì)進行的破乳是一物理化學過程，包括拆開并分離諸組分中的每一個，總是產(chǎn)生兩液相、一有機(油)相和-無機(水)相，以及一固相。通過添加酸或其它的破乳劑來在一水性介質(zhì)中改變兩相中的每一個的極性，從而形成有機相，且所述酸或其它破乳劑可通過添加熱量或攪拌、或者同時添加兩者來予以加強。
破乳劑是能破壞或“破解”水在油中的乳液的酸性或多價的化合物。與鉆屑相關(guān)聯(lián)的一些乳液可易于被強酸破解，特別是當鉆屑具有相對較高的含水量(＞百分之20)、較低的含油量(＜百分之30＝，且一般沒有大的固體結(jié)塊或球狀物。具有較低的含水量或較高的含油量、或者呈現(xiàn)固體結(jié)塊的其它乳液則不是如單獨通過無機酸那樣地易于破解，而是需要附加的破乳劑。例如芳族烷基磺酸、特別是十二烷基苯磺酸(DDBSA)是改變?nèi)芤簶O性以及諸如粘性和界面間表面張力、而不明顯改變包括pH在內(nèi)的化學特性的材料?？梢孕┝渴褂眠@些化合物，并且它們較佳的是生物可降解或者化學可氧化的，而在環(huán)境項目中應(yīng)用不會有有毒的殘余物。在本發(fā)明中，破乳劑較佳的是親水親油分子或鐵，這意味著該分子的一部分是疏水(憎水)的，而另一部分是親水(吸引水)的。疏水(尾)部通常是一烴鏈，特別是12或更多各碳原子中的一個。親水(頭)部是離子的或有極性的(氧乙烯鏈，-NH2，-SO2OH等)。在溶液內(nèi)，破乳劑傾向于集中在水/油交界面處，在該處，親水頭部可以與水化合，而疏水的尾部則被吸引至油分子。
圖1-2示出了來自受污染的殘余物的乳液的破乳示意圖。圖1代表集中在連續(xù)油相O中的水性液滴W中的鉆屑顆粒P。圖2示出在反乳化之后的圖1所示系統(tǒng)，它具有連續(xù)的油相O和包含顆粒P的、大體連續(xù)的水相W。在反乳化之前，一些鉆屑顆粒P也可能會出現(xiàn)在油相O中，但更通常的是與水相W相關(guān)聯(lián)，特別是在反乳化之后。
可以兩種不同的方式進行反乳化，在反應(yīng)器中在原位或者在將鉆屑進給到反應(yīng)器之前在外部、諸如在鉆井現(xiàn)場或在遠處地方的敞開空間中；原理是相同的，并且它們更依賴于反乳化劑的特性。由于各化合物(鉆屑以及泥漿)的特定特性，需要不同的處理，以致處理的普適化是不可能的。要控制以對乳液進行破解的一些變量如下1.-反乳化劑的類型和量。
2.-混合的pH。
3.-轉(zhuǎn)移載體(transfer vehicle)(例如水)的量。
4.-均化的時間。
5.-停留時間。
技術(shù)的有效性也取決于鉆屑受污染的基質(zhì)的特性，諸如1.-滲透性。
2.-孔隙率。
3.-介質(zhì)的均質(zhì)性。
4.-結(jié)構(gòu)。
5.-礦物學。
盡管混合物的溫度是破壞有機相的一個重要的因素，但也有諸如較佳成酸形式的烷基苯磺酸鹽之類的反乳化劑，亦即在環(huán)境溫度下工作的諸如十二烷基苯磺酸(DDBSA)之類的烷基苯磺酸，它們便于處理且能保護操作，并無需加熱，從而降低了成本?？刹捎弥辨溁蛘咧ф湹耐榛交撬嵋暂^為有利。
有關(guān)反乳化劑添加的主意是為了基本實現(xiàn)乳化作用的完全破壞，而無需使用比所需的更多的反乳化劑。過多的反乳化劑將要求額外的堿土，如下所述，并將不利地影響處理過程的經(jīng)濟性。在大多數(shù)的應(yīng)用場合，所采用的破乳劑的比例將在每100重量份的基質(zhì)(pph)為0.5至5重量份的范圍之內(nèi)，特別是在約1至1.5pph的范圍之內(nèi)。原料鉆屑的pH也將影響所采用的DDBSA的量。例如，如果pH相對較低(假定為9)，DDBSA的最佳量為1pph，但如果基質(zhì)的pH相對較高(假定為13)時，則最優(yōu)量則為1.5pph。
破乳劑可作用純的液體或固體來添加，但更方便的是使用液體。根據(jù)破乳劑在環(huán)境溫度下的物理狀態(tài)，它可能會需要通過加熱和/或用水或其它的溶劑稀釋來液化或溶解。以這種方式，可隨著破乳劑一起方便地添加處理過程中所需要的水，所添加的量如下所述。例如，可以從通常含有5至10重量百分比的DDBSA的水性溶液來將破乳劑施加到原料鉆屑中。
如上所述，本發(fā)明具體可應(yīng)用到含有危險廢棄物的粘土中。當粘土與無機化合物和水接觸時，其物理-化學特性改變，通常導致不可預知的結(jié)構(gòu)。這些變化表現(xiàn)在極其穩(wěn)定的分散物質(zhì)的形成中，所述分散物質(zhì)在水或土壤中若其水溶液中有形成離子的化學化合物存在時就會變得更加穩(wěn)定。
受污染的有機鉆屑中的粘土成分的膠溶是一個物理-化學過程，在該過程中，促使粘土通過無機酸和/或石灰來膨脹，例如增加其體積以利于成團的顆粒瓦解和分散?？上扔肈DBSA處理來促進這個過程，特別是當鉆屑基質(zhì)十分粘稠、如在高油/低水的混合物中那樣，并且后續(xù)用無機酸和堿土的處理高效而經(jīng)濟，且無損于環(huán)境。膠溶是不破壞分子的一物理過程，且不會使混合物的組分發(fā)生絮凝。在該過程中，較佳的是避免鉻鹽、錳和鐵。隨著酸化，除了使成團的粘土顆粒不穩(wěn)定之外，活化固相以發(fā)展其膠狀性質(zhì)，并實現(xiàn)與石灰混合后可以更大的程度發(fā)生的膠溶。
有關(guān)反乳化劑添加的主意是為了基本實現(xiàn)油的完全去除，且無需使用比所需更多的酸。必須適用足夠多的酸來完成破乳，以預處理粘土使之與石灰反應(yīng)，并獲得油的揮發(fā)所需的反應(yīng)熱量(主要利用石灰)。通過與堿土和鉆屑中出現(xiàn)的金屬成分反應(yīng)，可能會消耗一些無機酸，特別是在采用高pH的鉆井泥漿時。所得混合物的水相的pH較佳的應(yīng)為小于0。另一方面，過多的酸可能會需要額外的石灰，如下所述，從而不利地影響處理過程的經(jīng)濟性。可用水來稀釋無機酸，以達到所要求的結(jié)果，但較佳的是以濃縮的或未稀釋的濃度來使用。在該處理過程中所使用的無機酸劑量較佳的是1至20pph，更佳的是2至13pph，并且特別是4至7pph。合適的無機酸例如包括硫酸、磷酸、硝酸以及類似的酸。也可以使用無機酸的組合，例如硝酸和磺酸的混合物。硫酸是尤佳的。
由于酸添加到粘土油基質(zhì)中、以及在后續(xù)的堿土添加中的放熱性質(zhì)所產(chǎn)生的溫度，鉆屑中所存在的以及隨著破乳劑和/或無機酸一起添加的大部分水將被蒸發(fā)。如果，隨著破乳劑和/或無機酸一起添加了太多的水，并計入鉆屑中所存在的水，反應(yīng)的溫度可能會抑制到可能不利地影響揮發(fā)的點，并且最終的產(chǎn)物將包含所不希望的、很高含量的水汽和/或為反應(yīng)的烴。另一方面，如果添加的水過少，則可能沒有充分地破除乳化，無機酸處理可能并不有效，沒有充分地促進堿土反應(yīng)和/或處理的產(chǎn)物將太干并導致起粉塵。作為一個實際的問題，例如可以調(diào)節(jié)隨著破乳劑一起添加的水量，直至獲得所要求的程度的被處理鉆屑的水合作用；如果產(chǎn)物太呈粉狀，則添加更多的水；如果太濕潤，則少些水。較佳的是隨著破乳劑和/或無機酸一起添加水，但也可以分開地添加。鉆屑中在添加破乳劑之后的水的比例較佳的是在20至40左右pph的范圍之內(nèi)。
在處理過程結(jié)束時、或最終產(chǎn)物中的有關(guān)最大含濕量的材料調(diào)整情況較佳的是不小于3重量百分比，以便于其運送和最終的處置。對最終產(chǎn)物的調(diào)整也是本發(fā)明的一部分，因為初始的產(chǎn)物具有相對較高的含濕量，而最終的產(chǎn)物是易于運送的干粉末，使它們能進行運輸和最終處置而沒有大量殘余的水。典型的收集鉆屑的比重例如從輸入時的2.2轉(zhuǎn)換成經(jīng)處理的鉆屑中的1.1-1.2。在本處理過程中，可控制所處理固體的含水量，以避免起粉塵，且同時保持較低的含水量并避免需要任何后處理操作，如像一些現(xiàn)有技術(shù)的處理過程所需要的那樣，將水和/或表面活性劑噴到所處理固體上。
一般來說，在反乳化和無機酸添加步驟之后的堿土添加步驟的目的是通過揮發(fā)和蒸發(fā)烴成分的、包括氧化的放熱反應(yīng)來對廢棄物或飽和烴材料進行解毒。例如，有機化合物通?？赊D(zhuǎn)化成諸如乙醇、酮、醛、羧酸、二氧化碳以及水之類的揮發(fā)性或可蒸發(fā)的氧化物。在本發(fā)明中，通過由于放熱性酸-石灰加成反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量、從鉆屑固體中主要進行水蒸汽蒸餾的過程來去除低分子量的有機化合物。由于硫酸(或其它的無機酸)的存在，也形成了揮發(fā)性的磺酸鹽，并且可催化氧化反應(yīng)。盡管通常在隔熱或絕熱的容器中進行該處理過程、且使停留時間的短以使相對的熱量損失最小就足夠了，但仍可以通過在外部加熱反應(yīng)器容器、例如通過蒸汽夾套和/或者通過預熱鉆屑和/或酸/石灰添加物，來進行額外的加熱以利于蒸發(fā)/反應(yīng)。
氧化-還原反應(yīng)成對地發(fā)生，也就是說，一個化合物發(fā)生氧化，同時另一個被還原。在用于處理危險廢棄物的化學氧化中，添加氧化劑以氧化廢棄物，該廢棄物又作為還原劑起作用。在本發(fā)明的一個實施例中，無機酸、特別是有機酸可用作氧化劑，以氧化鉆屑基質(zhì)中或從其回收的蒸汽中的烴。氧化劑是非特定的，并且可與廢棄物材料中的任何其它的還原劑反應(yīng)。通過升高溫度來利于有機材料的化學氧化，所述的溫度升高是由堿土與酸之間的放熱反應(yīng)、以及酸與石灰稀釋如存在于鉆屑基質(zhì)中的水分的熱量而產(chǎn)生的。如果在廢棄物中有大量的有機分子，則化學氧化就相應(yīng)地需要大量氧化劑。出于這個原因，進行初始的烴測定是可取的，以知曉其初始的濃度。目的是添加所需量的酸和石灰，以使處理過程的成本盡可能的少，盡管作為一個實際的問題，通常采用過多一些的反應(yīng)物，以保證完全去除烴。對于典型的有機鉆屑，使用1至16pph、較佳的是2至10pph且特別是約3至6pph的堿土、較佳的是石灰。
圖3示出了用于有機鉆屑的處理過程的圖，該圖示出了過程的不同步驟，包括利用前述的原理為該三個功能添加三種不同試劑。該過程從將鉆屑10添加到反應(yīng)器12開始，以及添加特定量的DDBSA14和硫酸16，并使它們在反應(yīng)器12中立即發(fā)生反應(yīng)，該反應(yīng)器12可以是隔熱或電氣加熱的，或者通過用蒸汽或其它傳熱流體加以護套。接著，來自反應(yīng)器12的經(jīng)部分處理的鉆屑被引導到反應(yīng)器18中，該反應(yīng)器18也可以是隔熱和/或加熱的，并在其中調(diào)節(jié)特定量的石灰20，從而完成該過程。從反應(yīng)器16中排出經(jīng)處理的鉆屑22，并可用于進行它們的最終處置。所發(fā)生的化學反應(yīng)是放熱的，所以副產(chǎn)物主要是氧化的有機化合物和水的氣體。這些氣體通過蒸汽收集系統(tǒng)和冷凝器24，并且放出未凝結(jié)的氣體26。如果需要的話，來自蒸汽收集/冷凝24的冷凝物28可以被分離成油30和水32，并且該水相如所需地被用于稀釋DDBSA14和/或硫酸16，以實現(xiàn)對經(jīng)處理的鉆屑22中的含濕量的控制。
圖4示出了該過程和本發(fā)明所涉及的主要設(shè)備。從鉆屑斜槽100進給鉆屑，在該鉆屑斜槽上，鉆屑利用重力流至鉆屑劑量給料裝置102，并在后來利用重力被排出至一傾斜的鏈板式輸送機104，以到達利用重力放出到第一反應(yīng)器106中的所要高度，且這樣的放出較佳的是經(jīng)由一汽封裝置(未示出)來進行，以阻止空氣進入反應(yīng)器106。在反應(yīng)器106中，從儲槽108中添加DDBSA，并且從儲槽110添加硫酸。分別通過自動劑量泵112和114來與鉆屑的量成比例地進給這些試劑。
在反應(yīng)器106中，鉆屑基質(zhì)的粘稠封蓋被DDBSA破除，將鉆屑的組分暴露于后續(xù)的酸化，所述的酸化也連續(xù)地在反應(yīng)器106中進行。反應(yīng)器106的設(shè)計幫助防止鉆屑膠粘在壁和可動零件上，盡管對這樣的固定積聚不會有嚴重的損壞而還有可能會有一些隔熱效果。這是通過金屬合金以及運動的反應(yīng)器106零件和鉆屑的高切向速度來實現(xiàn)的。一旦破壞了基質(zhì)并己酸化了粘土，改變后的基質(zhì)因重力而經(jīng)由斜槽116排出到第二反應(yīng)器118。
在反應(yīng)器118中，從給料斗119添加石灰，并通過給料裝置102來定量。石灰可以從市場上購得，并與添加在反應(yīng)器106中的酸以及存在的有機化合物協(xié)合地反應(yīng)。將經(jīng)凈化的鉆屑倒空到傾斜的傳送帶124上，并通過重力排入自卸貨卡車126上。就通過誘導通風扇128來促進從化學反應(yīng)中去除氣體，并且迫使蒸汽穿過冷凝柱130。未凝結(jié)的氣體(主要是水蒸汽和CO2)被驅(qū)散入大氣。冷凝柱130可以是冷卻氣體以形成冷凝物的一間接的熱交換器?；蛘?，冷凝柱130可以采用諸如市場上可購得的苛性堿溶液胺溶液之類的吸收劑和通過使氣體與冷卻的循環(huán)吸收劑接觸的直接熱交換器?？梢允褂美鋮s劑循環(huán)泵132、熱交換器134以及收集/沉淀筒136來促進蒸汽冷凝?？蓮耐?36中周期性或連續(xù)地取出所積聚起來的不混溶的諸如油之類的液體和/或固體。熱交換器134可通過空氣或水或其它的傳統(tǒng)冷卻介質(zhì)來冷卻。
圖5A示出了用于反應(yīng)器200的一殼體的立體圖，該殼體可用來反應(yīng)器106和118中的任一項，它們可以具有大體相同的尺寸和結(jié)構(gòu)。圖5B和5C分別示出反應(yīng)器200中的材料運動的示意性平面圖和反應(yīng)器200中的材料運動的示意性正視圖。反應(yīng)器200包括一殼體202、在反應(yīng)器200一端處的上表面中的一入口開口204、以及在反應(yīng)器200另一端的下表面中的一排出開口206。一對軸208在殼體202中縱向地排列，并可以相反或互補的方向旋轉(zhuǎn)。沿著軸208的長度設(shè)有銷形式的多個推進件210。圖5B和5C中的箭頭示出材料、包括油基鉆屑和三種試劑在按定量供給時的水平和垂直運動方向。如果需要的話，可以在相鄰的推進件210之間設(shè)置擋板(未示出)。反應(yīng)器的內(nèi)部設(shè)計和結(jié)構(gòu)材料必須能抵抗過程中極度pH的環(huán)境，例如不銹鋼合金。還有，鉆屑和試劑較佳的是同時進行三種不同的運動1)在垂直平面中的圓周運動。
2)直線一橫向運動(U型)。
3)沿著反應(yīng)器的縱向直線運動，使輸入和輸出的體積和速度能相同。
材料、以及用來制造反應(yīng)器106、118的結(jié)構(gòu)材料的速度防止粘彈性的基質(zhì)膠粘在反應(yīng)器106的壁上。在推進件210的末端處的運動速度理想地應(yīng)為，在旋轉(zhuǎn)方面至少每秒4米且在兩根方向(U和直線)的平移方面至少為每秒0.2米。作為每小時處理30公噸鉆屑(15m3/h)的反應(yīng)器的一個例子，反應(yīng)器106、118各具有大致12英尺長、帶有74個槳葉/軸以及18英寸直徑的雙平行軸。在兩個反應(yīng)器中(每個反應(yīng)器30-40秒)的總反應(yīng)(停留)時間較佳的是不超過60-80秒。
反應(yīng)過程需要有利的攪動。用于攪動的能量較佳的是不超過每一公噸處理的基質(zhì)每小時1.5hp。例如，為了每小時處理30公噸的受污染的鉆屑，所需要的總功率應(yīng)為45hp或更小。該過程以稍稍高于或者較佳的是稍稍低于大氣的壓力下進行，從而不需要壓力容器。反應(yīng)器200內(nèi)部的結(jié)構(gòu)的材料較佳的是可抵抗pH極限時的腐蝕和所經(jīng)受的溫度的高鎳不銹鋼合金。
有一些應(yīng)用場合處理受污染的鉆屑可用的占地十分有限，諸如其狀況要求最小的占地面積的海上作業(yè)平臺。在這些環(huán)境下，反應(yīng)器可適于不同的放置；它們可以從水平位置放置成垂直位置，且具有與安裝成水平位置時相同的操作條件。在圖6A中可以看見通常用于陸上鉆屑處理的水平布置方案，而在圖6B中可以看見海上作業(yè)平臺或其它占地尺寸十分緊張的應(yīng)用場合更加常用的垂直布置方案。例如，在圖6B中，第二反應(yīng)器118就設(shè)置在第一反應(yīng)器106的下方。
圖6B中的固體給料裝置142、144、146較佳的是旋轉(zhuǎn)給料裝置，以防止空氣進入反應(yīng)器106、118，否則，空氣的進入可能會傾向于降低反應(yīng)器的溫度?；蛘?，可使用一彈簧偏壓的阻尼器(未示出)來阻止空氣進入該系統(tǒng)。
該設(shè)備可以是永久安裝的，或者是以可攜帶的單元或模塊來安裝以用于臨時的應(yīng)用場合。除了反應(yīng)器之外，按照所處置的材料的處理和計量(meteringout)還需要其它的周圍或次級設(shè)備。這些設(shè)備包括給料斗、儲槽、給料計量器、泵以及不同類型的輸送機。該過程是連續(xù)的，以實現(xiàn)最高的設(shè)備效率、較少的能量消耗和較低的生產(chǎn)成本。該過程是自動的，以確保一致性和統(tǒng)一的過程控制。
例子對該過程和設(shè)備進行了測試，以處理受到油基鉆井泥漿污染的鉆屑。鉆屑的比重為1.7，固體含量為59重量百分比，烴含量為14重量百分比，含水量為37百分比，以及pH為13。以環(huán)境溫度供應(yīng)鉆屑，并以每小時22公噸(361kg/min)的速率在串聯(lián)的兩個反應(yīng)器中對其連續(xù)進行處理，各反應(yīng)器具有大致4m長、帶有74個槳葉和0.5m的直徑，且末端速度至少為4m/s。鉆屑在每個反應(yīng)器中的平均停留時間大致為40秒。在第一反應(yīng)器的入口附近以26kg/min的速率連續(xù)地添加濃(98-99重量百分比)硫酸，并且在第一反應(yīng)器中出口附近的溫度為110℃。在第二反應(yīng)器的入口附近以25kg/min的速率連續(xù)地添加石灰，并且第二反應(yīng)器的出口溫度為100℃。在建立了穩(wěn)態(tài)的運作之后，從固體排放處以261kg/min的速率獲得經(jīng)處理的鉆屑，且該經(jīng)處理的鉆屑的固體含量為87.77重量百分比，烴含量為2300ppm，含水量為12重量百分比，并呈無粉塵的粉末形式。利用通風扇從第一和第二反應(yīng)器中以157kg/mim的速率回收的蒸汽，該蒸汽包括14.7重量百分比的烴、18.8重量百分比的氧化烴以及66.5百分比的水蒸汽。冷卻蒸汽以凝結(jié)，并回收6.9kg/min的烴和38.9kg/min的水；111.2kg/min的蒸汽被放出。
權(quán)利要求
1.一種用于處理包括受油污染的粘土的基質(zhì)以供處置的方法，該方法包括(1)在高剪切條件下將基質(zhì)與濃無機酸相混合，以獲得具有pH小于0的一水相的預熱的酸化混合物；(2)在高剪切條件下將來自(1)的混合物與堿土相混合，且其混合量能產(chǎn)生蒸發(fā)油及其反應(yīng)產(chǎn)物的放熱量；(3)回收來自(2)的基本無油的固體反應(yīng)產(chǎn)物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括在混入(1)之前將基質(zhì)弄成粉末。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，包括在混入(1)之前，用有機破乳劑預處理基質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中，基質(zhì)包括鉆屑。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，鉆屑受油基鉆井泥漿污染。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，破乳劑包括有機酸或加成鹽。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，無機酸或加成鹽包括烷基苯磺酸鹽、芳基磺酸鹽、烷芳基磺酸鹽、芳烷基磺酸鹽或其組合。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，破乳劑包括烷基磺酸、芳基磺酸、烷芳基磺酸、芳烷基磺酸或其組合。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，無機酸或加成鹽包括水性烷基苯磺酸鹽。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，破乳劑包括烷基苯磺酸。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，無機酸或加成鹽包括十二烷基苯磺酸鹽。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，破乳劑包括十二烷基苯磺酸。
13.如權(quán)利要求6至12中任一項所述的方法，其中，以100份基質(zhì)計，以0.5至5重量份的比例混入破乳劑。
14.如權(quán)利要求1-13中任一項所述的方法，其中，無機酸包括硫酸。
15.如權(quán)利要求1-14中任一項所述的方法，其中，以100份基質(zhì)計，以1至20重量份的比例混入無機酸。
16.如權(quán)利要求1-15中任一項所述的方法，其中，在(1)中隨著基質(zhì)和無機酸一起以總計每100份基質(zhì)中20至40的重量份添加一定比例的水。
17.如權(quán)利要求1-16中任一項所述的方法，其中，堿土是石灰。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，以100份基質(zhì)計，在(2)中以1至16重量份的比例混入石灰。
19.如權(quán)利要求1-18中任一項所述的方法，其中，無機酸的混合在一第一反應(yīng)器中進行，以及混入(2)在接受從第一反應(yīng)器中排出的混合物的一第二反應(yīng)器中進行。
20.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，破乳劑和無機酸的混合可在第一反應(yīng)器中逐次地進行，以及混入(2)在接受從第一反應(yīng)器中排出的混合物的一第二反應(yīng)器中進行。
21.如權(quán)利要求19或20所述的方法，其中，還包括回收從第一和第二反應(yīng)器中產(chǎn)生的蒸汽，冷凝所回收的蒸汽并排出未凝結(jié)的氣體。
22.一種用于處理受油污染的鉆屑的方法，該方法包括將鉆屑連續(xù)地引入到一第一反應(yīng)器的入口端，所述第一反應(yīng)器包括在殼體中縱向設(shè)置的至少一根旋轉(zhuǎn)軸和沿著軸間隔開的多個槳葉；如果鉆屑的含水量低于20重量百分比或者含油量高于30重量百分比，則在靠近入口端的第一位置處將水性的有機破乳劑連續(xù)地引入第一反應(yīng)器；在與第一反應(yīng)器的出口端間隔開的第二位置處將無機酸連續(xù)地引入第一反應(yīng)器；旋轉(zhuǎn)第一反應(yīng)器的至少一根軸以連續(xù)地保持第一反應(yīng)器中的高剪切條件，并排出酸化的中間產(chǎn)物；將酸化的中間產(chǎn)物連續(xù)地引入一第二反應(yīng)器的入口端，所述第二反應(yīng)器包括在殼體中縱向設(shè)置的至少一根軸和沿著軸間隔開的多個槳葉；在靠近第二反應(yīng)器的入口端的一位置處將堿土連續(xù)地引入第二反應(yīng)器；旋轉(zhuǎn)第二反應(yīng)器的至少一根軸以保持第二應(yīng)器中的高剪切條件，并從第二反應(yīng)器的出口端連續(xù)地排出反應(yīng)產(chǎn)物，其中反應(yīng)產(chǎn)物基本無油。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，破乳劑包括有機酸或加成鹽。
24.如權(quán)利要求22或23所述的方法，其中，無機酸或加成鹽包括烷基苯磺酸鹽、芳基磺酸鹽、烷芳基磺酸鹽、芳烷基磺酸鹽或其組合。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，破乳劑包括烷基磺酸、芳基磺酸、烷芳基磺酸、芳烷基磺酸或其組合。
26.如權(quán)利要求22或23所述的方法，其中，無機酸或加成鹽包括水性烷基苯磺酸鹽。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，破乳劑包括烷基苯磺酸。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，無機酸或加成鹽包括十二烷基苯磺酸鹽。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中，破乳劑包括十二烷基苯磺酸。
30.如權(quán)利要求22至29中任一項所述的方法，其中，以100份鉆屑計，以0.5至5重量份的比例引入破乳劑。
31.如權(quán)利要求22至29中任一項所述的方法，其中，以100份鉆屑計，以1至3重量份的比例引入破乳劑。
32.如權(quán)利要求22至29中任一項所述的方法，其中，以100份鉆屑計，以1至1.5重量份的比例混入破乳劑。
33.如權(quán)利要求22-32中任一項所述的方法，其中，無機酸包括硫酸、硝酸或磷酸，或者它們的組合。
34.如權(quán)利要求22-23中任一項所述的方法，其中，以100份鉆屑計，以1至20重量份的比例引入無機酸。
35.如權(quán)利要求22-23中任一項所述的方法，其中，以100份鉆屑計，以2至13重量份的比例引入無機酸。
36.如權(quán)利要求22-35中任一項所述的方法，隨著任何破乳劑和無機酸一起以總計每100份鉆屑中0至40的重量份向第一反應(yīng)器添加該比例的水。
37.如權(quán)利要求22-36中任一項所述的方法，其中，堿土是石灰。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，以100份鉆屑計，以1至16重量份的比例引入石灰。
39.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，以100份鉆屑計，以2至10重量份的比例引入石灰。
40.如權(quán)利要求22-39中任一項所述的方法，其中，還包括回收從第一和第二反應(yīng)器中產(chǎn)生的蒸汽，對回收的蒸汽進行滌氣并將回收蒸汽中的未凝結(jié)氣體排出到大氣。
41.一種用于處理受油污染的鉆屑的方法，該方法包括將鉆屑連續(xù)地引入到一第一反應(yīng)器的入口端，所述第一反應(yīng)器包括在殼體中縱向設(shè)置的至少一根旋轉(zhuǎn)軸和沿著軸間隔開的多個槳葉；在靠近入口端的第一位置處將每100份鉆屑1至3重量份的十二烷基苯磺酸連續(xù)地引入第一反應(yīng)器；在第一位置下游將每100份鉆屑2至13重量份的硫酸連續(xù)地引入第一反應(yīng)器；旋轉(zhuǎn)第一反應(yīng)器的至少一根軸以連續(xù)地保持第一反應(yīng)器中的高剪切條件，并排出酸化的中間產(chǎn)物；將酸化的中間產(chǎn)物連續(xù)地引入一第二反應(yīng)器的入口端，所述第二反應(yīng)器包括在殼體中縱向設(shè)置的至少一根軸和沿著軸間隔開的多個槳葉；在靠近第二反應(yīng)器的入口端的一位置處將每100份鉆屑2至10重量份的石灰連續(xù)地引入第二反應(yīng)器；旋轉(zhuǎn)第二反應(yīng)器的至少一根軸以保持第二應(yīng)器中的高剪切條件，并從第二反應(yīng)器的出口端連續(xù)地排出反應(yīng)產(chǎn)物，其中反應(yīng)產(chǎn)物含有低于3000ppm的油；從第一和第二反應(yīng)器回收蒸汽；從回收的蒸汽中冷凝液體，以形成未凝結(jié)蒸汽的排氣流。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其中，以100份鉆屑計，引入1至1.5份的十二烷基苯磺酸、4至7份的硫酸以及3至6份的石灰。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其中，隨著十二烷基苯磺酸、硫酸或其組合一起引入每100份鉆屑1至20重量份的水。
44.一種用于處理包含受油污染的粘土顆粒的基質(zhì)以供處置的設(shè)備，該設(shè)備包括用于在高剪切條件下將基質(zhì)與濃無機酸相混合、以獲得具有pH小于0的一水相的預熱的酸化混合物的一第一裝置；用于在高剪切條件下將來自所述第一裝置的混合物與堿土相混合、且其混合量能產(chǎn)生蒸發(fā)油以及其反應(yīng)產(chǎn)物的放熱量的一第二裝置；以及用于回收來自所述第三裝置的、基本無油且主要為固體的反應(yīng)產(chǎn)物的裝置。
45.一種用于處理受油污染的鉆屑的設(shè)備，該設(shè)備包括用于將鉆屑連續(xù)地引入到一第一反應(yīng)器的入口端的裝置，所述第一反應(yīng)器包括在殼體中縱向設(shè)置的至少一根旋轉(zhuǎn)軸和沿著軸間隔開的多個槳葉；用于在靠近入口端的第一位置處將水性的破乳劑連續(xù)地引入第一反應(yīng)器的裝置；用于在與第一反應(yīng)器的出口端間隔開的第二位置處將無機酸連續(xù)地引入第一反應(yīng)器的裝置；用于旋轉(zhuǎn)第一反應(yīng)器的至少一根軸以連續(xù)地保持第一反應(yīng)器中的高剪切條件、并排出酸化的中間產(chǎn)物的裝置；用于將酸化的中間產(chǎn)物連續(xù)地引入一第二反應(yīng)器的入口端的裝置，所述第二反應(yīng)器包括在殼體中縱向設(shè)置的至少一根軸和沿著軸間隔開的多個槳葉；用于在靠近第二反應(yīng)器的入口端的一位置處將堿土連續(xù)地引入第二反應(yīng)器的裝置；用于旋轉(zhuǎn)第二反應(yīng)器的至少一根軸以保持第二應(yīng)器中的高剪切條件、并從第二反應(yīng)器的出口端連續(xù)地排出基本無油的反應(yīng)產(chǎn)物的裝置。
46.一種用于處理受油污染的鉆屑的設(shè)備，該設(shè)備包括一第一反應(yīng)器，該第一反應(yīng)器包括在第一端具有一入口和在相對端具有一出口的一縱向殼體、在殼體中縱向設(shè)置的至少一根旋轉(zhuǎn)軸以及沿著所述的至少一根軸間隔開的多個槳葉；一第二反應(yīng)器，該第二反應(yīng)器包括在第一端具有一入口和在相對端具有一出口的一縱向殼體、在殼體中縱向設(shè)置的至少一根旋轉(zhuǎn)軸以及沿著所述的至少一根軸間隔開的多個槳葉；一第一給料裝置，用于將鉆屑連續(xù)地引入第一反應(yīng)器的入口；一破乳劑的儲槽；從破乳劑儲槽引出、用于連續(xù)地引入破乳劑以與鉆屑混合的一管路；一水性無機酸的儲槽；從無機酸儲槽引出、用于在破乳劑下游和出口的上游將無機酸連續(xù)地引入第一反應(yīng)器的一管路；一斜槽，用于連續(xù)地將反應(yīng)產(chǎn)物從第一反應(yīng)器的出口輸送入第二反應(yīng)器的入口；一第二給料裝置，用于在靠近入口端處將堿土連續(xù)地引入第二反應(yīng)器；一第三給料裝置，用于將反應(yīng)產(chǎn)物連續(xù)地移離第二反應(yīng)器的出口；一蒸汽收集系統(tǒng)，用于從第一和第二反應(yīng)器回收氣體；一冷凝器，用于從來自蒸汽收集系統(tǒng)的氣體冷凝液體，并產(chǎn)生未凝結(jié)氣體流；以及一排氣口，用于排出未凝結(jié)的氣體。
47.如權(quán)利要求46所述的設(shè)備，其中，第一、第二及第三給料裝置包括用于阻止來自相應(yīng)反應(yīng)器的氣體通過的汽封。
48.如權(quán)利要求46或47所述的設(shè)備，其中，破乳劑儲槽裝有十二烷基苯磺酸。
49.如權(quán)利要求46、47或48所述的設(shè)備，其中，無機酸儲槽裝有硫酸。
50.如權(quán)利要求46-49中任一項所述的設(shè)備，還包括堿土給料斗，用于將堿土供應(yīng)至第二給料裝置。
51.如權(quán)利要求50所述的設(shè)備，其中，堿土給料斗裝有石灰。
52.如權(quán)利要求46-51中任一項所述的設(shè)備，還包括一水管路，用于隨著破乳劑一起引入水。
53.如權(quán)利要求46-52中任一項所述的設(shè)備，還包括一水管路，用于隨著無機酸一起引入水。
54.如權(quán)利要求46-53中任一項所述的設(shè)備，還包括用于測量與鉆屑引入的速率成比例的破乳劑速率的控制裝置。
55.如權(quán)利要求46-54中任一項所述的設(shè)備，還包括用于測量與鉆屑引入的速率成比例的無機酸速率的控制裝置。
56.如權(quán)利要求46-55中任一項所述的設(shè)備，還包括用于測量與鉆屑引入的速率成比例的堿土速率的控制裝置。
57.如權(quán)利要求46-56中任一項所述的設(shè)備，其中，冷凝器包括用于冷卻氣體的間接熱交換器。
58.如權(quán)利要求46-56中任一項所述的設(shè)備，其中，冷凝器包括用于使氣體與液體吸收介質(zhì)接觸的直接熱交換器。
59.一種用于利用油基泥漿循環(huán)來鉆掘地下井、且不會排出受油污染的鉆屑的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一鉆探機，它具有用于鉆井的一鉆柱和用于循環(huán)油基泥漿并回收鉆屑的一泥漿循環(huán)系統(tǒng)；一鉆屑處理單元，該單元可與鉆探機相關(guān)聯(lián)地工作，以接受回收的鉆屑并產(chǎn)生經(jīng)處理而含油量減少的鉆屑，其中，處理單元包括如權(quán)利要求44-58中任一項所述的設(shè)備。
60.一種用于利用油基泥漿循環(huán)來鉆掘地下井、且不會排出受油污染的鉆屑的方法，該方法包括操作包括旋轉(zhuǎn)鉆柱的一鉆探機以進行鉆井；通過鉆柱循環(huán)油基泥漿以從井中取出鉆屑；從泥漿中回收鉆屑；根據(jù)如權(quán)利要求1-43中任一項所述的方法來處理鉆屑。
全文摘要
一種用于處理要處置的受油污染粘土的基質(zhì)的方法和設(shè)備，所述基質(zhì)如從用油基泥漿進行鉆井時產(chǎn)生的鉆屑。如果需要的話，用諸如烷基苯磺酸之類的水性破乳劑對基質(zhì)進行預處理。在高剪切的條件下將基質(zhì)與諸如硫酸之類的無機酸相混合。這可以在一攪動的反應(yīng)器中完成，且順次地添加有機和無機酸。然后在一第二攪動反應(yīng)器中將基質(zhì)與諸如石灰之類的堿土相混合。酸、堿土以及基質(zhì)之間的反應(yīng)是放熱的，并提供熱量以蒸發(fā)油、反應(yīng)產(chǎn)物及水?？稍谝徽羝占到y(tǒng)中冷凝蒸汽中的可回收的成分。經(jīng)處理的基質(zhì)基本無油，且具有受控制的含水量。
文檔編號E21B21/06GK1650140SQ03809466
公開日2005年8月3日 申請日期2003年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月27日
發(fā)明者R·皮雷茨克多瓦 申請人:拉肯耐爾能量及環(huán)境公司