海上钻屑脉冲热驱脱油技术的过程评价与脉冲管洗涤器研究

摘要

本文针对海上钻屑处理的特殊性，提出了海上钻屑脉冲热驱脱油技术。其总体方案为：以轻质溶剂稀释和清洗岩屑，再将重质油(油基泥浆)与轻质溶剂分离，重质油可汇入振动筛下钻井液，溶剂循环使用。岩屑中所含轻质溶剂以高温干燥方式驱除，使岩屑中不含油与溶剂，可抛海处理，干燥出来的溶剂循环使用。该方法可在钻井平台的限定范围内安全进行，并达到环保排放标准，且经济效益显著。 利用HYSYS化工流程模拟软件对提出的多个可行工艺方案进行了模拟计算，对海上钻屑脉冲热驱脱油技术中各工艺设备的物流与热力学参数进行了评价。从工艺的可实施性、耗能及技术性能指标情况综合考虑，确定了最佳工艺流程方案。最终流程方案中，整个工艺过程的能耗为300kW/h，溶剂消耗量为12kg/h。 针对钻屑洗涤工艺过程，开发了新型混合洗涤设备-脉冲管洗涤器，并用Fluent6.2提供的欧拉多相流模型和RNG k-ε湍流模型对其进行了液固两相湍流流场的数值模拟。分析了脉冲管洗涤器内的流场和颗粒的运动情况。并对其性能进行了实验测试。结果表明：脉冲管洗涤器特殊的结构设计，增强了管内流体的湍动，增加了颗粒的停留时间，从而提高了混合洗涤的效果。 对精馏过程进行了实验测试。测试结果表明：岩屑洗涤后的溶剂跟油基泥浆混合液可以顺利通过精馏过程分离。对精馏分离前后的油基泥浆和溶剂的色谱分析测试结果表明处理前后油基泥浆的成分基本没有变化，可以返回钻井过程循环使用；溶剂也可循环利用。 经国家海洋局北海监测分局的检验结果表明：由实验得到的样品中钻屑中的含油量降至0.12％(重量百分比)，生物毒性检验达标。目前国际上规定的钻屑可排海的最低含油量指标为1％。

目录

文摘

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第一章综述

1.1课题研究的背景

1.2海上钻屑处理的国内外研究概况

1.2.1含油钻屑的来源及其危害

1.2.2含油钻屑排放的相关法律法规

1.2.3海上钻屑处理技术及研究进展

1.3废弃钻井液及钻屑处理技术的发展趋势

1.3.1开发新的环保型钻井液和钻井液添加剂

1.3.2加强固控

1.3.3 MTC(泥浆转化为水泥浆Mud-To-Cement)固井技术

1.3.4开发综合利用新技术

1.4化工过程模拟与集成

1.4.1化工过程模拟概述

1.4.2化工过程节能与集成

1.5两相流动数值模拟研究进展

1.5.1计算流体力学(CFD)模拟

1.5.2湍流流动的数值模拟方法

1.5.3两相流的数值模拟方法

1.6本课题研究内容及目标

1.7本课题研究的意义

第二章海上钻屑脉冲热驱脱油技术简介

2.1研究开发的总体思路

2.2基础数据与工艺要求

2.2.1基础数据

2.2.2工艺要求

2.3设计方案

2.4工艺过程与主要设备

2.4.1岩屑的洗涤分离

2.4.2油基与轻质溶剂的分离

2.4.3岩屑中轻质溶剂的驱除

2.5本章小结

第三章工艺过程的模拟计算

3.1计算方法与工艺模拟

3.1.1热力学和相平衡计算方法

3.1.2精馏过程的模拟计算

3.1.3 HYSYS化工流程模拟软件介绍

3.2工艺计算的原始数据

3.3工艺流程的确定与计算方案评价

3.3.1方案1

3.3.2方案2

3.3.3方案3

3.3.4方案4

3.3.5方案5

3.3.6方案6

3.3.7方案7

3.3.8方案8

3.3.9方案9

3.3.10方案10

3.3.11方案11

3.3.12方案12

3.3.13方案13

3.4最终方案及方案优化

3.5本章小结

第四章脉冲管洗涤器的数值模拟与实验研究

4.1脉冲管洗涤器的结构和工作原理

4.2脉冲管洗涤器的数值模拟

4.2.1多相流模型选择

4.2.2湍流模型选择

4.2.3数值计算方法选择

4.2.4模型网格划分

4.2.5边界条件设置

4.2.6计算策略与收敛图

4.2.7模拟结果与讨论

4.3脉冲管洗涤器的实验测试

4.3.1实验流程

4.3.2实验步骤

4.3.3实验注意事项

4.3.4实验测试结果

4.4脉冲管洗涤器的设计计算

4.4.1管径

4.4.2管长

4.4.3停留时间

4.5脉冲管洗涤器对含油钻屑的洗涤效果

4.6本章小结

第五章精馏分离实验

5.1油基泥浆恩氏蒸馏(ASTM-D86)馏程测定

5.1.1概述

5.1.2实验目的与要求

5.1.3实验仪器和材料

5.1.4实验操作步骤

5.1.5数据处理

5.1.6实验结果与评价

5.2油基泥浆与溶剂分离精馏实验

5.2.1概述

5.2.2实验目的

5.2.3实验设备

5.2.4实验流程

5.2.5精馏实验结果

5.2.6精馏实验结果评价

5.3油基泥浆和溶剂加热前后的组成分析

5.4本章小结

结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

附录

致谢

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