页岩气开发油基钻屑灰渣-改性生物炭制备方法研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

2l世纪以来,水平钻井和水力压裂技术在美国开始成熟并得到推广应用使得页岩气等非常规天然气得到了迅速发展,推动世界能源结构的变革。近年我国也积极推动页岩气的勘探与开发,2015年全国页岩气产量为44.71×108m3,根据国家能源部2016年9月印发的《页岩气发展规划(2016--2020年)》,2020年和2030年我国页岩气产量目标分别为300亿m3和800亿~1 000亿m3。随着页岩气开发规模逐渐扩大,由其导致的大气、水体和土壤污染,以及水资源短缺和噪声污染等问题也受到广泛关注,但钻井产生的固体废弃物还没有引起足够重视。钻井固废(主要是勘探和钻井产生的油基钻屑、岩屑和少量包装袋、废试剂桶等)处理比较复杂,油基钻屑是钻井固废的主要部分,并且对环境危害较为深远。

在油气田勘探和开采的钻井过程中,需注入钻井液以润滑、冷却钻头,造壁防漏,并携带岩石碎屑返回地面。根据分散介质的不同,钻井液可分为水基、合成基和油基三类,以应对不同的钻井深度和地质条件。油基钻井液可以减少岩屑脱落、产生更少胀钻屑,因此在钻孔时有更广泛的应用,目前国内的绝大多数页岩气井采用油基钻井液,但是它带来的环境影相对较大,由此产生了油基钻井液与岩石碎屑粘连成的固体废弃物,即油基钻屑。研究表明,油基钻屑由72.78%~81.34%的灰分、14.14%~26.21%的有机物和1.0l%~4.52%的水分组成。灰分来源于钻井液中的无机添加剂和钻头破碎的岩石碎屑,主要成分为caco3、baso4、sio2和fe2o3。有机物来源于调制钻井液的基础油和各类有机添加剂,主要成分为烷烃、多环芳烃、苯系物和烯烃。碱性盐、重金属和有机物是油基钻屑中的三类有害物质,且其危害依次增加,若不加以有效处置,将对当地生态环境和人类健康造成持久性破坏。

本课题采用油基钻屑样品取自涪陵焦石坝区块,为混合样。样品呈黑色半固态,有浓烈柴油气味。采用氮气气氛热解处理油基钻屑,将油基钻屑中的部分有机物热解,再将热解后的灰渣制成改性生物炭,以此来达到资源化处理油基钻屑的目的。

目前,国内外页岩气油基钻屑多采用微生物法、固化法、萃取法、焚烧法和热解法等工艺处理。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。氮气气氛热解处理可处理油基钻屑中的部分有机物,热解产物主要包括冷凝油、不可冷凝气体、冷凝水和固体残渣,可有效利用热解灰渣,技术优势明显,是值得深入研究的工艺之一。利用管式炉装置经氮气气氛热解处理后的灰渣产物,其残留固相物部分可以达到直接填埋的要求,也可作为生产陶瓷滤料、生态建材的材料等,本实验是探究热解灰渣制备成型燃料。国内外对热解技术的研究方兴未艾,包括对加热程序、催化剂种类和动力学模型等进行实验研究。国外已有研究人员研究了在存在和不存在催化剂条件下的共裂解,并对热解产物进行了分析,得出了热解处理技术可提取含油污染物中的油类的结论。de jongh 等对南非地区的几种外来入侵植物进行了真空热解研究,结果表明,通过热解法产生的生物油具有 21.6 ~ 26.9 mj·kg-1的高热值。但是,目前关于油基钻屑热解处理处置的报道仍然很少,对于高含油、高含盐的油基钻屑氮气气氛热解处理的机理与产物分析方面的研究仍有欠缺。

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2. 研究的基本内容与方案

基本内容

(1)查阅油基钻屑氮气气氛热解的国内外研究现状与进展;

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3. 研究计划与安排

第1~2周:进行毕业实习,撰写毕业实习报告。

第3~4周:确定选题方向,查阅与课题有关的资料并对所收集的资料进行整理,明确研究内容,了解与确定研究方案,撰写开题报告。

第5~12周:了解课题组现研究成果。确定最终实验方案。开始油基钻屑真空热解实验,同时着手论文的写作。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]孙红文. 生物炭与环境[m]. 化学工业出版社, 2013.

[2]黄维巍,周泽军,何勇,闫梦洋,夏世斌。页岩气开发油基钻屑真空热解资源化处理究[j].环境工程学报,2017, 1673-9108(2017) 08-4783-06.

[3]生物质炭化成型燃料燃烧性能的试验研究.太阳能学报2017,254.0096(2017)04.0885.07

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