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钻屑处理方法和设备
    【技术领域】

    本发明涉及为了环境可接受地处置而对被油污染的钻屑进行的处理，且更具体地是涉及为了从钻屑快速地去除油以获得基本无油的经处理的钻屑而用供选用的有机反乳化剂、酸化剂及碱土来对钻屑进行的顺次处理。

    背景技术

    油基的钻屑一般认为是受控制或危险的废弃物。这样，可以两种不同的方式来处置钻屑：(1)净化处理；或(2)危险废弃物在控制下的填埋。由于有污染地表和地下水、以及污染空气、打破生态系统平衡的危险性，危险废弃物被认为是对环境地一种威胁。在控制下的填埋中处置威胁废弃物通常是最后所作的环境方面的选择，因为问题只是从一个地方转移到另一个地方，且最终的结果只是延迟到较迟的日期而已。

    目前有若干种可用于通过不同的装置来处理威胁废弃物的技术。取决于污染物的类型和浓度、污染物分散于其中的基质、以及可以是相同或不同的钻屑产生和要被处置的地点，所有这些技术都有其优点和局限性。运送和处理成本、处理过程的时间、诸如生态保护区域、水体附近、人类居住区、沙漠等之类的污染物的地点、以及总的处理时间是在选择最好的可用技术中要考虑的所有因素。

    油气勘探依靠在不同的深度处以不同直径进行钻井，且穿透具有多种岩性表现形式(如粘土、岩石、砂层、空的地下盐矿、盐水和潜水面)的不同地质地层。钻井需要钻井流体、也称为钻井泥浆，它带有如下所列的各种物理功能：

    ·冷却和润滑钻头

    ·形成滤饼以暂时“包套(casing)”井眼

    ·将钻屑从钻头载带至地表

    ·防止储层流体喷出

    在钻井前进时被钻头切割的材料的固体碎片称为钻屑。钻井泥浆是一种具有特殊流变学特性以满足钻井在遇到不同的地质地层、深度以及自然流体的极端压力时的所有需要的物理-化学流体。有两种主要类型的泥浆：

    ·油基泥浆(也称为逆乳液(inverse emulsion)泥浆)

    ·水基泥浆

    它们的配方根据各供应商以及在各个现场的各个钻井的总体特性而变。这些配方通常是昂贵的，所以要将它们再循环。在再循环之前，必须对它们的配方加以调整，以替代在处理过程中损失的化合物。许多钻井泥浆的组成成分通常包括一些的化合物：

    ·膨润土

    ·重晶石

    ·柴油或其它的油

    ·聚合物

    ·氯化钠和氯化钾

    ·水

    水基泥浆不使用柴油或油，但使用氯化物；逆乳液使用比水更多的柴油。如这里所使用的，术语“油基泥浆”也包括有时单独归类的合成泥浆，尽管合成泥浆包含适量的烃、通常为精炼的烃来替代柴油。尽管油基泥浆可能在使用上更加便宜，且可能具有操作上的优点，但因为水基泥浆不含有难于处置的油，所以有时使用它们来替代油基钻井流体。

    重要的是要记住，在所有的情况下，泥浆是稳定的物理乳液，这是必须的，以防止其具有不同密度和其他物理-电气特性的组分分离。泥浆可以是粘稠和弹性的，就像胶质那样，且不会损失其流动性能。当受污染的油基钻屑失水时，它们变得更加粘稠。

    通过钻柱的中心来将泥浆喷射到钻头，并使其在钻柱与井眼之间的环状空间中流出到地表，以这种方式来实现对钻头的冷却功能和润滑、对钻井的包套以及最终将钻屑载带到地表。在地表将泥浆从钻屑中分离出以再加利用，并且对钻屑进行处置、通常是在控制下的填埋处置。

    由于钻屑保持钻井泥浆的一部分且其浓度在25和超过50重量百分比之间变化，所以泥浆于钻屑的分离并不完全。因此，根据泥浆的残余组分以及它们的浓度，可认为钻屑是危险废弃物。因为钻屑的诸如柴油、氯化物、聚合物等的危险组分浓度，有关环境保护方面的考虑要求在丢弃到环境中之前对表现出污染物的特性的钻屑进行运送和处理。用于处理逆乳液污染的钻屑的最为熟知的现有技术为：

    ·焚化

    ·稳定和封装

    ·热解吸

    ·化学氧化

    ·生物化学降解

    ·控制下的填埋

    用于选择最好的技术的最常用标准为：

    ·环境方面的可靠性(环境方面的危险性)

    ·由于立法以及地理位置的特定环境所要求

    ·各个技术所表现出的局限性(设备和处理过程的可靠性)

    ·成本

    ·处理过程的速度相对钻屑产生速度

    ·处理可用的空间

    ·最终处置场地的特性

    ·后勤

    由于不能保证100％的封装，也不能保证封装会在最终处置场地的任何环境下长期持续，所以因为其高危险性而很少使用封装。在Gabbita的US4,913,586和Pridemore等人的US5,630,785中可看到封装的例子。

    如Smith的US5,039,415中的生物化学降解要求在整个过程中的持续监督和控制，并且这种所选方法十分缓慢，并且可能对于各个情况的处理需要若干年的时间。控制下的填埋选用得越来越少，因为问题并没有解决，而仅仅改变了最终分解的地点和时间。

    焚化过程的例子包括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，以及由于在实际中污染物的浓度通常是变化时，严格的化学计量的操作范围很难保持，所以过程控制也很困难。此外，因为必须将整个基质加热到燃烧温度、且基质的许多成分具有很高的导热系数，所以焚化过程很耗费能量。此外，在现场建造焚化设备的灵活性较差，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的热解吸方法有若干的局限性，包括热效率低、过程控制差、灵活性低、投资成本高、操作成本高以及现场项目的低可行性。由于必须对整个基质进行加热，导致额外的投资、维护以及操作成本，且过程控制差，热解吸的热效率甚至比焚化还要低。因为钻屑倾向于胶粘在壁上和其它的设备表面上，钻屑的粘弹性特性使处理困难，因而由于实际上减小了筒的内径而降低了热传递，且使生产率和/或质量下降。此外，热解吸对于通过冷凝或其它的处理措施来回收气体要求额外的处理，进一步增加其成本。

    例如Ritter的US5,414,207中揭示了化学氧化方法。在这种方法中，在惰性气氛中将用疏水剂预处理过的石灰与湿润的土壤掺合，并将其引入分解容器。然后将空气引入该混合物，以实现油污染物的氧化/或水解。这种方法的主要聚焦点是将石灰的水解延迟到直至混合物掺合的很久之后，以利于有机污染物的氧化/水解，因而，该过程相对较为缓慢且不连续。

    【发明内容】

    本发明是一种用于处理钻屑以可保护环境地加以处置的化学氧化/解吸方法和系统的发明。当需要时，本过程用破乳剂预处理钻屑，之后与无机酸混合，然后在将酸化的钻屑与碱土、较佳的是在高剪切的条件下混合。该过程的步骤是强放热的，并产生气态产物以快速地、例如在大致为60-80秒的停留时间中从钻屑中去除油。因此，本发明实现十分快速和强力的除油、可靠性高、效率高以及成本低，且能量消耗最少。

    在一个实施例中，本发明提供一种特别适于处理包括受油污染的粘土的基质以供处置的方法。该方法包括在高剪切条件下将基质与浓无机酸相混合，以获得具有pH小于0的一水相的预热的酸化混合物。在高剪切条件下将所得的混合物与碱土相混合，且其混合量能产生蒸发油以及其反应产物的放热量。回收基本无油的固体反应产物。如果需要或想要，可在与无机酸相混合之前将基质弄成粉末。或者，可在与无机酸相混合之前，用有机破乳剂预处理基质。基质较佳的是包括钻屑，尽管该方法也可用来从各种基质、特别是含有粘土的基质中去除烃。该方法对于处理受油基钻井泥浆污染的钻屑特别有利。

    当在方法中使用破乳剂时，其较佳的是有机酸或加成盐，例如，诸如烷基苯磺酸盐、芳基磺酸盐、烷芳基磺酸盐、芳烷基磺酸盐或其组合，更佳的是烷基磺酸、芳基磺酸、烷芳基磺酸、芳烷基磺酸或其组合。在一个尤佳的实施例中，有机酸或加成盐包括水性烷基苯磺酸盐、例如烷基苯磺酸，特别是十二烷基苯磺酸盐、例如十二烷基苯磺酸(DDBSA)。以100份基质计，较佳的是以0.5至5重量份的比例混入破乳剂，更佳的是以1至3份，以及特别是1至1.5份。

    无机酸较佳的是硫酸。无机酸较佳的是以每100份基质中1至20重量份的比例混合，更佳的是2至13重量份，以及特别是4至7重量份。如果想要的话，可随着基质和无机酸一起以每100份基质中20至40重量份的总比例添加一定比例的水。

    碱土较佳的是石灰。以100份基质计，较佳的是以1至16重量份的比例混入石灰，更佳的是2至10份，以及特别是3至6重量份。

    无机酸的混合较佳的是在一第一反应器中进行，而混合碱土在接受从第一反应器中排出的混合物的一第二反应器中进行。破乳剂和无机酸的混合可在第一反应器中逐次地进行。该方法较佳的是包括回收从第一和第二反应器中产生的蒸汽，冷凝所回收的蒸汽并排出未凝结的气体。

    在另一实施例中，本发明提供一种用于处理受油污染的钻屑的方法。该方法包括：

    (1)将钻屑连续地引入到一第一反应器的入口端，所述第一反应器包括在壳体中纵向设置的至少一根旋转轴和沿着轴间隔开的多个桨叶；

    (2)如果钻屑的含水量低于20重量百分比或者含油量高于30重量百分比，则在靠近入口端的第一位置处将水性的有机破乳剂连续地引入第一反应器；

    (3)在与第一反应器的出口端间隔开的第二位置处将无机酸连续地引入第一反应器；

    (4)旋转第一反应器的至少一根轴以连续地保持第一反应器中的高剪切条件，并排出酸化的中间产物；

    (5)将酸化的中间产物连续地引入一第二反应器的入口端，所述第二反应器包括在壳体中纵向设置的至少一根轴和沿着轴间隔开的多个桨叶；

    (6)在靠近第二反应器的入口端的一位置处将碱土连续地引入第二反应器；

    (7)旋转第二反应器的至少一根轴以保持第二应器中的高剪切条件，并从第二反应器的出口端连续地排出反应产物，其中反应产物基本无油。

    随着破乳剂和无机酸一起添加到第一反应器的水的比例较佳的是总计每100份基质中0至40重量份。该方法还可包括回收从第一和第二反应器产生的蒸汽，对回收的蒸汽进行涤气并将回收蒸汽中的未凝结气体排出到大气。

    在另一实施例中，本发明一种用于处理受油污染的钻屑的方法。该方法包括：

    (1)将钻屑连续地引入到一第一反应器的入口端，所述第一反应器包括在壳体中纵向设置的至少一根旋转轴和沿着轴间隔开的多个桨叶；

    (2)在靠近入口端的第一位置处将每100份钻屑1至3重量份的十二烷基苯磺酸连续地引入第一反应器；

    (3)在第一位置下游将每100份钻屑2至13重量份的硫酸连续地引入第一反应器；

    (4)旋转第一反应器的至少一根轴以连续地保持第一反应器中的高剪切条件，并排出酸化的中间产物；

    (5)将酸化的中间产物连续地引入一第二反应器的入口端，所述第二反应器包括在壳体中纵向设置的至少一根轴和沿着轴间隔开的多个桨叶；

    (6)在靠近第二反应器的入口端的一位置处将每100份钻屑2至10重量份的石灰连续地引入第二反应器；

    (7)旋转第二反应器的至少一根轴以保持第二应器中的高剪切条件，并从第二反应器的出口端连续地排出反应产物，其中反应产物含有低于3000ppm的油；

    (8)从第一和第二反应器回收蒸汽；

    (9)从回收的蒸汽中冷凝液体，以形成未凝结蒸汽的排气流。

    在另一实施例中，本发明提供一种用于处理包含受油污染的粘土颗粒的基质以供处置的设备。该设备包括：用于在高剪切条件下将基质与浓无机酸相混合、以获得具有pH小于0的一水相的预热的酸化混合物的一第一装置；用于在高剪切条件下将来自第一装置的混合物与碱土相混合、且其混合量能产生蒸发油以及其反应产物的放热量的一第二装置；以及用于回收来自所述第三装置的、基本无油且主要为固体的反应产物的装置。

    在另一实施例中，本发明提供一种用于处理受油污染的钻屑的设备。该设备包括：用于将钻屑连续地引入到一第一反应器的入口端的装置，所述第一反应器包括在壳体中纵向设置的至少一根旋转轴和沿着轴间隔开的多个桨叶；用于在靠近入口端的第一位置处将水性的破乳剂连续地引入第一反应器的装置；用于在与第一反应器的出口端间隔开的第二位置处将无机酸连续地引入第一反应器的装置；用于旋转第一反应器的至少一根轴以连续地保持第一反应器中的高剪切条件、并排出酸化的中间产物的装置；用于将酸化的中间产物连续地引入一第二反应器的入口端的装置，所述第二反应器包括在壳体中纵向设置的至少一根轴和沿着轴间隔开的多个桨叶；用于在靠近第二反应器的入口端的一位置处将碱土连续地引入第二反应器的装置；以及，用于旋转第二反应器的至少一根轴以保持第二应器中的高剪切条件、并从第二反应器的出口端连续地排出基本无油的反应产物的装置。

    在可替代的实施例中，本发明提供一种用于处理受油污染的钻屑的设备。该设备包括：一第一反应器，该第一反应器包括在第一端具有一入口和在相对端具有一出口的一纵向壳体、在壳体中纵向设置的至少一根旋转轴以及沿着所述的至少一根轴间隔开的多个桨叶；以及一第二反应器，该第二反应器包括在第一端具有一入口和在相对端具有一出口的一纵向壳体、在壳体中纵向设置的至少一根旋转轴以及沿着所述的至少一根轴间隔开的多个桨叶。设置一第一固体给料装置，用于将钻屑连续地引入第一反应器的入口。该设备包括一破乳剂的储槽和从破乳剂储槽引出、用于在靠近入口处将破乳剂连续地引入第一反应器的一管路。设有一水性无机酸的储槽和从无机酸储槽引出、用于在破乳剂下游和出口的上游将无机酸连续地引入第一反应器的一管路。设置一斜槽，用于连续地将反应产物从第一反应器的出口输送入第二反应器的入口。设置一第二给料装置，用于在靠近入口端处将碱土连续地引入第二反应器。一第三给料装置将反应产物连续地移离第二反应器的出口。该设备还包括用于从第一和第二反应器回收气体并产生未凝结气体流的蒸汽收集系统、用于从来自蒸汽收集系统的气体冷凝液体的一冷凝器、以及用于排出未凝结的气体的一排气口。

    第一和第二固体给料装置较佳地是包括用于阻止来自相应反应器的气体通过的汽封。破乳剂储槽可装有十二烷基苯磺酸。无机酸储槽可装有硫酸。该设备还包括一水管路，用于随着破乳剂和/或无机酸一起引入水。

    可设置一个碱土给料斗，用于将碱土供应至第二给料装置。碱土给料斗可装有石灰。

    该设备较佳地是包括用于测量与钻屑引入的速率成比例的破乳剂、无机酸以及石灰的速率的控制装置。

    冷凝器可包括用于冷却气体的间接热交换器、或者用于使气体与液体吸收介质接触的直接热交换器。

    本发明的另一实施例提供一种用于利用油基泥浆循环来钻掘地下井、且不会排出受油污染的钻屑的系统。该系统包括：一钻探机，它具有用于钻井的一钻柱和用于循环油基泥浆并回收钻屑的一泥浆循环系统；以及一钻屑处理单元，该单元可与钻探机相关联地工作，以接受回收的钻屑并产生经处理而含油量减少的钻屑。处理单元较佳的是包括前述的设备。

    本发明的另一实施例提供一种用于利用油基泥浆循环来钻掘地下井、且不会排出受油污染的钻屑的方法。该方法包括：操作具有旋转钻柱的一钻探机以进行钻井、通过钻柱循环油基泥浆以从井中取出钻屑、从泥浆中回收钻屑、以及根据上述的方法来处理钻屑。

    【附图说明】

    图1是示出油基钻屑中的油、水和诸固相物的示意图。

    图2是在完成破乳时图1中诸相的示意图。

    图3是根据本发明一个实施例的处理油基钻屑的过程图。

    图4是根据本发明一个实施例的设备的概要示意图，示出了主要的设备。

    图5A示出了根据本发明一个实施例的反应器壳体之一的立体图。

    图5B示意地示出了在图5A的反应器壳体内部的水平流动图形。

    图5C示出了图5B的反应器壳体内部的垂直流动图案。

    图6A示出了根据本发明一个实施例的装置的正视图。

    图6B示出了根据本发明另一实施例的设备的方案图。

    【具体实施方式】

    在本发明中所实施的处理步骤为顺次地将油基基质与无机酸和碱土混合。添加无机酸使基质在化学上处于良好的状态以用碱土进行处理，并能开始放热反应，以预热基质并帮助去除挥发性化合物。碱土完成基质的物理化学转换，并进一步开始与基质、无机酸(作为反应物和/或催化剂)和烃进行化学反应，它们极其会放热、以帮助汽化反应产物和其它的挥发性成分。混合物中存在水有利于化学反应和酸以与烃的水蒸汽蒸馏类似的方式气化酸。烃在固/液混合物和/或在汽相中反应，以形成低分子量的烃、氧化物和/或无机酸衍生物、例如磺酸盐。钙或无机酸、例如硫磺酸也可以与稳定的固体反应产物、例如硫酸钙反应，这帮助稳定所得的基本无油的固体反应产物。

    钻井泥浆是一种稳定的乳液，它包括为钻井而执行许多不同功能的若干种化工产品，所述不同能诸如通过形成滤饼来暂时包套、钻头的润滑和冷却、以及将钻屑从底部取出到井眼。泥浆的密度可以在900g/l至5kg/l之间改变成任何值；所有的泥浆成分必须在操作过程中的所有时间都保持悬浮。在正常的地下钻井条件下以及在地表处，接受来自许多不同的地质地层的钻井泥浆和钻屑，以与泥浆分离。钻屑可能纯净得就像它们在形成时所存在的那样，但在钻头处以及当它们在向地表行进的途中，钻屑会受到泥浆成分的污染。在从钻屑地表分离泥浆的过程中，回收利用泥浆，并进一步重新利用这些泥浆，并必须对钻屑进行处置。

    钻屑从泥浆中的分离并不理想，所以部分泥浆仍留在钻屑内、紧密地混合、乳化且带有高浓度的粘性产物，使钻屑是一粘弹性的产物。在该钻屑中，化学产物作为污染物而结合起来，形成粘稠的基质，这是难于运送和处理以加以净化的。因此，由于钻屑颗粒之上的保护层阻止处理试剂穿过，钻屑在它们的处理方面存在十分独特的技术问题。这些残余物不是液体，而是十分稳定的固-液分散物质。该固相是摇溶性成胶状的。而该液相是油/水。

    尽管这里是具体参照作为一个例子的钻屑、特别是从采用油基钻井泥浆的操作而获得的钻屑来描述本发明的，但也可以用本方法和设备来处理其它的危险废弃物、特别是含有粘土的废弃物。由于在油田和其它的地层中通常具有较高含量的粘土，所以钻屑含有大量的这类材料。还有粘土在工业水平的很宽的应用范围，诸如在陶瓷、纸张、钻井流体以及某些类型的润滑油。此外，它也被用于杀虫剂、粘结剂、油膏、橡胶以及催化剂或催化剂载体。

    本发明利用化学氧化和/或污染物的挥发来将污染物水平降低到安全环境处置所要求的之下。该设备设计成处理过程可以自动的方式进行，且连续、可靠且高效。每一所处理的钻屑重量单元使用的能量最少。根据本发明进行处理，经处理的钻屑或其它类型的危险废弃物易于作为任何无毒、无危险性的工业残余物在任何的填埋中加以处置。

    受污染的油基钻屑呈稳定的、必须在尝试对其进行化学处理前进行破乳的乳液形式。对油基钻屑的基质进行的破乳是一物理化学过程，包括拆开并分离诸组分中的每一个，总是产生两液相、一有机(油)相和-无机(水)相，以及一固相。通过添加酸或其它的破乳剂来在一水性介质中改变两相中的每一个的极性，从而形成有机相，且所述酸或其它破乳剂可通过添加热量或搅拌、或者同时添加两者来予以加强。

    破乳剂是能破坏或“破解”水在油中的乳液的酸性或多价的化合物。与钻屑相关联的一些乳液可易于被强酸破解，特别是当钻屑具有相对较高的含水量(＞百分之20)、较低的含油量(＜百分之30＝，且一般没有大的固体结块或球状物。具有较低的含水量或较高的含油量、或者呈现固体结块的其它乳液则不是如单独通过无机酸那样地易于破解，而是需要附加的破乳剂。例如芳族烷基磺酸、特别是十二烷基苯磺酸(DDBSA)是改变溶液极性以及诸如粘性和界面间表面张力、而不明显改变包括pH在内的化学特性的材料。可以小剂量使用这些化合物，并且它们较佳的是生物可降解或者化学可氧化的，而在环境项目中应用不会有有毒的残余物。在本发明中，破乳剂较佳的是亲水亲油分子或铁，这意味着该分子的一部分是疏水(憎水)的，而另一部分是亲水(吸引水)的。疏水(尾)部通常是一烃链，特别是12或更多各碳原子中的一个。亲水(头)部是离子的或有极性的(氧乙烯链，-NH2，-SO2OH等)。在溶液内，破乳剂倾向于集中在水/油交界面处，在该处，亲水头部可以与水化合，而疏水的尾部则被吸引至油分子。

    图1-2示出了来自受污染的残余物的乳液的破乳示意图。图1代表集中在连续油相O中的水性液滴W中的钻屑颗粒P。图2示出在反乳化之后的图1所示系统，它具有连续的油相O和包含颗粒P的、大体连续的水相W。在反乳化之前，一些钻屑颗粒P也可能会出现在油相O中，但更通常的是与水相W相关联，特别是在反乳化之后。

    可以两种不同的方式进行反乳化，在反应器中在原位或者在将钻屑进给到反应器之前在外部、诸如在钻井现场或在远处地方的敞开空间中；原理是相同的，并且它们更依赖于反乳化剂的特性。由于各化合物(钻屑以及泥浆)的特定特性，需要不同的处理，以致处理的普适化是不可能的。要控制以对乳液进行破解的一些变量如下：

    1.-反乳化剂的类型和量。

    2.-混合的pH。

    3.-转移载体(transfer vehicle)(例如水)的量。

    4.-均化的时间。

    5.-停留时间。

    技术的有效性也取决于钻屑受污染的基质的特性，诸如：

    1.-渗透性。

    2.-孔隙率。

    3.-介质的均质性。

    4.-结构。

    5.-矿物学。

    尽管混合物的温度是破坏有机相的一个重要的因素，但也有诸如较佳成酸形式的烷基苯磺酸盐之类的反乳化剂，亦即在环境温度下工作的诸如十二烷基苯磺酸(DDBSA)之类的烷基苯磺酸，它们便于处理且能保护操作，并无需加热，从而降低了成本。可采用直链或者支链的烷基苯磺酸以较为有利。

    有关反乳化剂添加的主意是为了基本实现乳化作用的完全破坏，而无需使用比所需的更多的反乳化剂。过多的反乳化剂将要求额外的碱土，如下所述，并将不利地影响处理过程的经济性。在大多数的应用场合，所采用的破乳剂的比例将在每100重量份的基质(pph)为0.5至5重量份的范围之内，特别是在约1至1.5pph的范围之内。原料钻屑的pH也将影响所采用的DDBSA的量。例如，如果pH相对较低(假定为9)，DDBSA的最佳量为1pph，但如果基质的pH相对较高(假定为13)时，则最优量则为1.5pph。

    破乳剂可作用纯的液体或固体来添加，但更方便的是使用液体。根据破乳剂在环境温度下的物理状态，它可能会需要通过加热和/或用水或其它的溶剂稀释来液化或溶解。以这种方式，可随着破乳剂一起方便地添加处理过程中所需要的水，所添加的量如下所述。例如，可以从通常含有5至10重量百分比的DDBSA的水性溶液来将破乳剂施加到原料钻屑中。

    如上所述，本发明具体可应用到含有危险废弃物的粘土中。当粘土与无机化合物和水接触时，其物理-化学特性改变，通常导致不可预知的结构。这些变化表现在极其稳定的分散物质的形成中，所述分散物质在水或土壤中若其水溶液中有形成离子的化学化合物存在时就会变得更加稳定。

    受污染的有机钻屑中的粘土成分的胶溶是一个物理-化学过程，在该过程中，促使粘土通过无机酸和/或石灰来膨胀，例如增加其体积以利于成团的颗粒瓦解和分散。可先用DDBSA处理来促进这个过程，特别是当钻屑基质十分粘稠、如在高油/低水的混合物中那样，并且后续用无机酸和碱土的处理高效而经济，且无损于环境。胶溶是不破坏分子的一物理过程，且不会使混合物的组分发生絮凝。在该过程中，较佳的是避免铬盐、锰和铁。随着酸化，除了使成团的粘土颗粒不稳定之外，活化固相以发展其胶状性质，并实现与石灰混合后可以更大的程度发生的胶溶。

    有关反乳化剂添加的主意是为了基本实现油的完全去除，且无需使用比所需更多的酸。必须适用足够多的酸来完成破乳，以预处理粘土使之与石灰反应，并获得油的挥发所需的反应热量(主要利用石灰)。通过与碱土和钻屑中出现的金属成分反应，可能会消耗一些无机酸，特别是在采用高pH的钻井泥浆时。所得混合物的水相的pH较佳的应为小于0。另一方面，过多的酸可能会需要额外的石灰，如下所述，从而不利地影响处理过程的经济性。可用水来稀释无机酸，以达到所要求的结果，但较佳的是以浓缩的或未稀释的浓度来使用。在该处理过程中所使用的无机酸剂量较佳的是1至20pph，更佳的是2至13pph，并且特别是4至7pph。合适的无机酸例如包括：硫酸、磷酸、硝酸以及类似的酸。也可以使用无机酸的组合，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质中、以及在后续的碱土添加中的放热性质所产生的温度，钻屑中所存在的以及随着破乳剂和/或无机酸一起添加的大部分水将被蒸发。如果，随着破乳剂和/或无机酸一起添加了太多的水，并计入钻屑中所存在的水，反应的温度可能会抑制到可能不利地影响挥发的点，并且最终的产物将包含所不希望的、很高含量的水汽和/或为反应的烃。另一方面，如果添加的水过少，则可能没有充分地破除乳化，无机酸处理可能并不有效，没有充分地促进碱土反应和/或处理的产物将太干并导致起粉尘。作为一个实际的问题，例如可以调节随着破乳剂一起添加的水量，直至获得所要求的程度的被处理钻屑的水合作用；如果产物太呈粉状，则添加更多的水；如果太湿润，则少些水。较佳的是随着破乳剂和/或无机酸一起添加水，但也可以分开地添加。钻屑中在添加破乳剂之后的水的比例较佳的是在20至40左右pph的范围之内。

    在处理过程结束时、或最终产物中的有关最大含湿量的材料调整情况较佳的是不小于3重量百分比，以便于其运送和最终的处置。对最终产物的调整也是本发明的一部分，因为初始的产物具有相对较高的含湿量，而最终的产物是易于运送的干粉末，使它们能进行运输和最终处置而没有大量残余的水。典型的收集钻屑的比重例如从输入时的2.2转换成经处理的钻屑中的1.1-1.2。在本处理过程中，可控制所处理固体的含水量，以避免起粉尘，且同时保持较低的含水量并避免需要任何后处理操作，如像一些现有技术的处理过程所需要的那样，将水和/或表面活性剂喷到所处理固体上。

    一般来说，在反乳化和无机酸添加步骤之后的碱土添加步骤的目的是通过挥发和蒸发烃成分的、包括氧化的放热反应来对废弃物或饱和烃材料进行解毒。例如，有机化合物通常可转化成诸如乙醇、酮、醛、羧酸、二氧化碳以及水之类的挥发性或可蒸发的氧化物。在本发明中，通过由于放热性酸-石灰加成反应而产生的热量、从钻屑固体中主要进行水蒸汽蒸馏的过程来去除低分子量的有机化合物。由于硫酸(或其它的无机酸)的存在，也形成了挥发性的磺酸盐，并且可催化氧化反应。尽管通常在隔热或绝热的容器中进行该处理过程、且使停留时间的短以使相对的热量损失最小就足够了，但仍可以通过在外部加热反应器容器、例如通过蒸汽夹套和/或者通过预热钻屑和/或酸/石灰添加物，来进行额外的加热以利于蒸发/反应。

    氧化-还原反应成对地发生，也就是说，一个化合物发生氧化，同时另一个被还原。在用于处理危险废弃物的化学氧化中，添加氧化剂以氧化废弃物，该废弃物又作为还原剂起作用。在本发明的一个实施例中，无机酸、特别是有机酸可用作氧化剂，以氧化钻屑基质中或从其回收的蒸汽中的烃。氧化剂是非特定的，并且可与废弃物材料中的任何其它的还原剂反应。通过升高温度来利于有机材料的化学氧化，所述的温度升高是由碱土与酸之间的放热反应、以及酸与石灰稀释如存在于钻屑基质中的水分的热量而产生的。如果在废弃物中有大量的有机分子，则化学氧化就相应地需要大量氧化剂。出于这个原因，进行初始的烃测定是可取的，以知晓其初始的浓度。目的是添加所需量的酸和石灰，以使处理过程的成本尽可能的少，尽管作为一个实际的问题，通常采用过多一些的反应物，以保证完全去除烃。对于典型的有机钻屑，使用1至16pph、较佳的是2至10pph且特别是约3至6pph的碱土、较佳的是石灰。

    图3示出了用于有机钻屑的处理过程的图，该图示出了过程的不同步骤，包括利用前述的原理为该三个功能添加三种不同试剂。该过程从将钻屑10添加到反应器12开始，以及添加特定量的DDBSA14和硫酸16，并使它们在反应器12中立即发生反应，该反应器12可以是隔热或电气加热的，或者通过用蒸汽或其它传热流体加以护套。接着，来自反应器12的经部分处理的钻屑被引导到反应器18中，该反应器18也可以是隔热和/或加热的，并在其中调节特定量的石灰20，从而完成该过程。从反应器16中排出经处理的钻屑22，并可用于进行它们的最终处置。所发生的化学反应是放热的，所以副产物主要是氧化的有机化合物和水的气体。这些气体通过蒸汽收集系统和冷凝器24，并且放出未凝结的气体26。如果需要的话，来自蒸汽收集/冷凝24的冷凝物28可以被分离成油30和水32，并且该水相如所需地被用于稀释DDBSA14和/或硫酸16，以实现对经处理的钻屑22中的含湿量的控制。

    图4示出了该过程和本发明所涉及的主要设备。从钻屑斜槽100进给钻屑，在该钻屑斜槽上，钻屑利用重力流至钻屑剂量给料装置102，并在后来利用重力被排出至一倾斜的链板式输送机104，以到达利用重力放出到第一反应器106中的所要高度，且这样的放出较佳的是经由一汽封装置(未示出)来进行，以阻止空气进入反应器106。在反应器106中，从储槽108中添加DDBSA，并且从储槽110添加硫酸。分别通过自动剂量泵112和114来与钻屑的量成比例地进给这些试剂。

    在反应器106中，钻屑基质的粘稠封盖被DDBSA破除，将钻屑的组分暴露于后续的酸化，所述的酸化也连续地在反应器106中进行。反应器106的设计帮助防止钻屑胶粘在壁和可动零件上，尽管对这样的固定积聚不会有严重的损坏而还有可能会有一些隔热效果。这是通过金属合金以及运动的反应器106零件和钻屑的高切向速度来实现的。一旦破坏了基质并己酸化了粘土，改变后的基质因重力而经由斜槽116排出到第二反应器118。

    在反应器118中，从给料斗119添加石灰，并通过给料装置102来定量。石灰可以从市场上购得，并与添加在反应器106中的酸以及存在的有机化合物协合地反应。将经净化的钻屑倒空到倾斜的传送带124上，并通过重力排入自卸货卡车126上。就通过诱导通风扇128来促进从化学反应中去除气体，并且迫使蒸汽穿过冷凝柱130。未凝结的气体(主要是水蒸汽和CO2)被驱散入大气。冷凝柱130可以是冷却气体以形成冷凝物的一间接的热交换器。或者，冷凝柱130可以采用诸如市场上可购得的苛性碱溶液胺溶液之类的吸收剂和通过使气体与冷却的循环吸收剂接触的直接热交换器。可以使用冷却剂循环泵132、热交换器134以及收集/沉淀筒136来促进蒸汽冷凝。可从筒136中周期性或连续地取出所积聚起来的不混溶的诸如油之类的液体和/或固体。热交换器134可通过空气或水或其它的传统冷却介质来冷却。

    图5A示出了用于反应器200的一壳体的立体图，该壳体可用来反应器106和118中的任一项，它们可以具有大体相同的尺寸和结构。图5B和5C分别示出反应器200中的材料运动的示意性平面图和反应器200中的材料运动的示意性正视图。反应器200包括一壳体202、在反应器200一端处的上表面中的一入口开口204、以及在反应器200另一端的下表面中的一排出开口206。一对轴208在壳体202中纵向地排列，并可以相反或互补的方向旋转。沿着轴208的长度设有销形式的多个推进件210。图5B和5C中的箭头示出材料、包括油基钻屑和三种试剂在按定量供给时的水平和垂直运动方向。如果需要的话，可以在相邻的推进件210之间设置挡板(未示出)。反应器的内部设计和结构材料必须能抵抗过程中极度pH的环境，例如不锈钢合金。还有，钻屑和试剂较佳的是同时进行三种不同的运动：

    1)在垂直平面中的圆周运动。

    2)直线一横向运动(U型)。

    3)沿着反应器的纵向直线运动，使输入和输出的体积和速度能相同。

    材料、以及用来制造反应器106、118的结构材料的速度防止粘弹性的基质胶粘在反应器106的壁上。在推进件210的末端处的运动速度理想地应为，在旋转方面至少每秒4米且在两根方向(U和直线)的平移方面至少为每秒0.2米。作为每小时处理30公吨钻屑(15m3/h)的反应器的一个例子，反应器106、118各具有大致12英尺长、带有74个桨叶/轴以及18英寸直径的双平行轴。在两个反应器中(每个反应器30-40秒)的总反应(停留)时间较佳的是不超过60-80秒。

    反应过程需要有利的搅动。用于搅动的能量较佳的是不超过每一公吨处理的基质每小时1.5hp。例如，为了每小时处理30公吨的受污染的钻屑，所需要的总功率应为45hp或更小。该过程以稍稍高于或者较佳的是稍稍低于大气的压力下进行，从而不需要压力容器。反应器200内部的结构的材料较佳的是可抵抗pH极限时的腐蚀和所经受的温度的高镍不锈钢合金。

    有一些应用场合处理受污染的钻屑可用的占地十分有限，诸如其状况要求最小的占地面积的海上作业平台。在这些环境下，反应器可适于不同的放置；它们可以从水平位置放置成垂直位置，且具有与安装成水平位置时相同的操作条件。在图6A中可以看见通常用于陆上钻屑处理的水平布置方案，而在图6B中可以看见海上作业平台或其它占地尺寸十分紧张的应用场合更加常用的垂直布置方案。例如，在图6B中，第二反应器118就设置在第一反应器106的下方。

    图6B中的固体给料装置142、144、146较佳的是旋转给料装置，以防止空气进入反应器106、118，否则，空气的进入可能会倾向于降低反应器的温度。或者，可使用一弹簧偏压的阻尼器(未示出)来阻止空气进入该系统。

    该设备可以是永久安装的，或者是以可携带的单元或模块来安装以用于临时的应用场合。除了反应器之外，按照所处置的材料的处理和计量(meteringout)还需要其它的周围或次级设备。这些设备包括给料斗、储槽、给料计量器、泵以及不同类型的输送机。该过程是连续的，以实现最高的设备效率、较少的能量消耗和较低的生产成本。该过程是自动的，以确保一致性和统一的过程控制。

    例子

    对该过程和设备进行了测试，以处理受到油基钻井泥浆污染的钻屑。钻屑的比重为1.7，固体含量为59重量百分比，烃含量为14重量百分比，含水量为37百分比，以及pH为13。以环境温度供应钻屑，并以每小时22公吨(361kg/min)的速率在串联的两个反应器中对其连续进行处理，各反应器具有大致4m长、带有74个桨叶和0.5m的直径，且末端速度至少为4m/s。钻屑在每个反应器中的平均停留时间大致为40秒。在第一反应器的入口附近以26kg/min的速率连续地添加浓(98-99重量百分比)硫酸，并且在第一反应器中出口附近的温度为110℃。在第二反应器的入口附近以25kg/min的速率连续地添加石灰，并且第二反应器的出口温度为100℃。在建立了稳态的运作之后，从固体排放处以261kg/min的速率获得经处理的钻屑，且该经处理的钻屑的固体含量为87.77重量百分比，烃含量为2300ppm，含水量为12重量百分比，并呈无粉尘的粉末形式。利用通风扇从第一和第二反应器中以157kg/mim的速率回收的蒸汽，该蒸汽包括14.7重量百分比的烃、18.8重量百分比的氧化烃以及66.5百分比的水蒸汽。冷却蒸汽以凝结，并回收6.9kg/min的烃和38.9kg/min的水；111.2kg/min的蒸汽被放出。