废弃油基钻井液旋流分离机理及脱出油循环利用研究

油基钻井液具有强抑制性和良好的润滑性，适用于钻水敏性易坍塌复杂地层。但油基钻井液存在配制成本高、废液对生态环境污染严重的缺点，有效的解决办法是实现其循环利用。而实现循环利用的关键在于废液中油-水-砂三相的高效分离以从废液中脱出配浆时加入的基础油。本项目提出采用水力旋流器对废弃油基钻井液进行三相同时分离。重点研究废弃油基钻井液旋流分离流场的数学描述，应用湍动两相流理论等水力旋流流场理论以及N-S方程等建立废液中油-水-砂三相在分离器中的动力数学模型。利用数值分析方法寻求符合实际的数值解，分析旋流器中油-水-砂三相分离机理，为废弃油基钻井液水力旋流分离器的设计、优化和操作提供理论指导；同时，研究分离出的基础油的净化工艺参数及净化油重新配制油基钻井液。通过本项目研究，明确利用旋流分离器对废弃油基钻井液进行旋流分离的机理，对提高废油基钻井液中油的回收率从而实现循环利用具有重要的理论指导意义。

本项目研究了废弃油基钻井液破乳脱稳、油水砂三相分离以及脱出油的净化处理工艺，提供了废弃油基钻井液的资源化循环利用的基础研究数据和工艺。.广泛调研国内外废弃油基钻井液处理技术现状，分析认为破乳分离法最适用，有利于废液中油的回收利用，是一种经济可行的处理方法。.测定了废弃油基钻井液中的水分含量、固相含量、柴油及有机物含量以及重金属的含量。筛选了破乳剂、破乳剂溶剂、破乳助剂，通过比较从废弃油基钻井液破乳离心脱出的油量、水量、脱出水水质来评价各种破乳剂及助剂的脱稳效果。通过大量实验考察了破乳剂加量、破乳温度、破乳时间、离心转速、离心时间和破乳助剂加量等因素对破乳脱稳分离效果的影响。.通过对不同类型三相旋流器的数值模拟，最终选择CTP旋流器作为液-液-固三相旋流分离器，因其除油率高，能耗较低，综合来看较好。并且可以通过底流管插入部分提高砂与水的分离效率；通过采用双入口可提高流场的稳定性，节约能耗。对旋流器划分网格时，内部采用四面体非结构网格、壁面采用棱柱形网格能达到后期计算的精度。对旋流器的模拟采用RSM模型、Eulerian模型以及SIMPLE算法进行计算，收敛性好，各相流量收敛误差在1%内，最终压力场和速度场分布情况合理，与相关模型吻合程度较高。由切向速度分析了旋流器结构的离心强度，解得了径向速度的运动情况，证明了停留时间与粘度和密度差的定量关系。由拟合径向速度三次曲线触发，分析旋流器高度与停留时间的关系，最终得出停留时间与粘度成正比以及停留时间与筒体高度的定性关系。由离心效率与转速、粘度、时间的关系分析了旋流器的运行条件，通过对废弃油基钻井液的物性分析与数值模拟，说明了废弃油基钻井液粘度过高导致了三相旋流器所需停留时间长和能耗高的原因。.对脱出的基础油进行理化性质分析，分析结果表明其中胶质、沥青质以及固相物等杂质含量较高，需要净化除去其中固体杂质和有机杂质。净化的手段主要是离心、酸洗、碱洗和白土吸附等。研究了絮凝、絮凝-酸洗、絮凝-酸洗-碱洗和絮凝-酸洗-碱洗-白土吸附工艺中各物质浓度及加量、搅拌速度、搅拌时间、离心转速和离心时间等因素对柴油净化工艺的影响。并通过单因素优化实验和正交实验确定了废柴油净化工艺中各工艺单元的最佳参数条件。.对净化后的脱出油比照市售柴油的标准要求检测各项理化性能指标，结果表明满足重新利用的要求。