油基钻屑热解灰渣理化性质及资源化利用分析研究开题报告

2020-04-13 15:55:11

1. 研究目的与意义（文献综述）

武汉理工大学本科生毕业论文开题报告

1、目的及意义

页岩气是蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源，其存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源资源和化工原料，主要用于居民燃气、城市供热、发电、汽车燃料和化工生产等，用途广泛。我国页岩气资源潜力大，初步估计我国页岩气可采资源量在36.1万亿立方米，与常规天然气相当。页岩气生产过程中一般无需排水，生产周期长，一般为30年～50年，勘探开发成功率高，具有较高的工业经济价值。中国的页岩气可采储量较大，开发潜力大，商业条件好，发展前景广阔。近年来，页岩气大规模商业开发已成为我国油田的主攻方向，开发利用好页岩气对满足我国不断增长的能源需求、优化能源结构、保障能源安全、提高能源效率、促进节能减排和促进经济社会发展具有重大意义。

钻井液，是钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体总称。钻井液是钻井的“血液”，在钻井作业中起着非常重要的作用。油基钻井液是其中一种，是以柴油为分散介质，沥青为分散相，再添加加重剂和各种表面活性剂配制而成，在承受高温、抗盐酸侵蚀、稳定井壁、保护油气层等方面具有独特的优越性，适用于各种复杂的地质矿井中，在油田页岩气勘探开发中被大量应用。油基钻屑指在使用油基泥浆钻井过程中钻头切屑地层中的岩石而产生并通过油基泥浆的携带作用被带出地面的碎屑。其表面被油基钻井液包覆，是含有矿物油、酚类化合物及重金属的复杂多相体系，是国家明文规定的危险废弃物，若不加处理或者处理不当后排放在环境中，可对其周围环境造成多重影响和危害。

当前，迫切需要针对油基钻屑特性的无害化和资源化处理技术，通过减小油基钻屑体积、降低毒性和阻止毒性扩散的处理处置技术思路实现油基钻屑无害化、资源化。目前国内外主要应用的处理处置油基钻屑的技术包括:

①化学强化固液分离

②微生物处理

③溶剂萃取

④热解技术

⑤焚烧法

微生物处理法虽然效果较好,但处理周期长,占地面积大,且技术不够成熟。焚烧法对原料的干度要求较高,当前干化法难以达到焚烧的干度要求。另外,焚烧法处理成本高且不能回收原油,造成资源浪费。溶剂萃取法回收油较彻底, 但剩余污泥大,工艺较复杂,投资成本高。热解技术是指在无氧气或控氧的条件下，通过外部条件对油基泥浆进行加热，使泥浆中的石油烃类等有机质在高温条件下发生裂解，大分子有机化合物转化为小分子化合物。热解产物主要包括冷凝油、冷凝气体、冷凝水和固体残渣。热解过程主要包含五个物理化学反应，分别是水分和轻质油的蒸发、半焦炭化、重质油裂解以及矿物质的分裂，其中，当温度维持在220℃到480℃之间时，主要集中发生矿物油的物理化学反应。热解后可将岩屑中的绝大部分液相分离冷凝后回收。对油基钻屑进行热解处理，不仅实现了油基钻屑的无害化，还实现了资源化。因此该技术目前在国内外广泛应用于油基钻屑、含油污泥的处理处置。虽然热解技术处理油基钻屑比较彻底，但国家《危险废物名录》规定危废热解析之后仍为危废。当前热解处理后的油基钻屑固体残渣渣多进行固化填埋的处理方式，仍存在环保风险，随着新环保法的实施，这种传统的固化填埋处理方式已逐渐被油气田地区各地方环保局明令禁止，因此大量的油基钻屑灰渣亟需处理。

目前已有大量研究着力于油基钻屑热解工艺的研究改进，且有众多研究学者提出油基钻屑热解灰渣可用作混凝土添加料、生产烧结砖和免烧砖、生产人造沸石等，但是国内关于油基钻屑热解灰渣的资源化处理研究内容不够系统化。因此进行不同实验条件下产生的油基钻屑热解灰渣的理化性质研究，并探讨油基钻屑资源化利用的途径，为其资源化利用提供有力依据是十分必要的。本项目旨在通过控制油基钻屑热解工艺的影响因素，如油基钻屑热解工艺的操作条件如温度、终温时间、升温速率等，研究不同实验条件下的油基钻屑热解灰渣的成分与特点等理化性质。结合我国对油基钻屑热解灰渣的利用现状，对比相关资源化产品中油基钻屑热解灰渣的应用性能，分析影响油基钻屑热解灰渣利用的主要因素，对油基钻屑热解灰渣资源化的进一步研究和发展提供参考和建议。

2. 研究的基本内容与方案

2、基本内容和技术方案

本课题是油基钻屑热解灰渣理化性质及资源化利用分析研究。

原理是通过控制对油基钻屑的热解处理条件，研究所得油基钻屑热解灰渣的成分和特点及其理化性质，并分析影响油基钻屑热解灰渣利用的主要因素，探讨可行的的油基钻屑热解灰渣资源化利用技术。

基本内容主要包括：

（1）通过控制热解工艺操作条件，对热解灰渣进行成分含量测定；对油基钻屑热解灰渣进行理化性质的分析和评价，对不同实验条件下的油基钻屑热解灰渣的性质与特点进行分析评估。

（2）根据相关文献资料，总结我国有关油基钻屑热解灰渣的资源化技术置办法，对各种油基钻屑热解灰渣的资源化技术进行分析与评价，总结目前国内外热解灰渣资源化利用的研究情况。

（3）结合油基钻屑热解灰渣的成分与特点，分析影响油基钻屑热解灰渣资源化利用的主要因素，并对油基钻屑热解灰渣资源化利用提出合理化建议。

技术方案主要包括：

（1）选择热解操作参数变化范围，进行油基钻屑热解处理，得到不同条件下的热解灰渣；

（2）选取适宜的测定方法，对油基钻屑实验样品和热解后灰渣的进行 pH 值测试，含油率、含渣率等成分分析，C、 H、 N、 S、 Cl、重金属元素等元素分析。pH 值参考《城市污水处理厂污泥检验方法》（CJ/T 221—2005）中 pH 值的测定方法电极法进行 pH 值测定。含渣率采用煤的工业分析中灰分的缓慢灰化法，含油率的测定采用红外分光光度法。碳、氢、氮、硫含量是利用有机元素分析仪德国CHNS/O元素分析仪（Vario EL cube/Vario ELcube ）测定。利用《城镇污水处理厂污染物排放标准》中污泥的消解方法，利用 ICP-AES 进行重金属元素的测定。

（3）对比不同条件下的灰渣的成分特性，并进行相关分析测试，如SEM、XRD、粒度分布等，研究不同操作条件对热解灰渣理化特性的影响评价其资源化处理可行性。

（4）探讨国内关于油基钻屑热解灰渣资源化利用技术，根据前面所述分析测试结果结合现有资源化利用技术，进行总结，并具体的提出油基钻屑热解灰渣资源化利用方案。

图1 研究方案技术路线图

3. 研究计划与安排

3、进度安排

第4周：查阅相关文献资料，明确研究内容，完成英文翻译。

第5－6周：查阅并收集与论文相关的资料，确定方案，完成开题报告。

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4. 参考文献（12篇以上）

4、参考文献

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