CN104773880B - 钻井污水处理工艺及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井污水处理工艺及设备，将钻井污水处理达到国家污水综合排放一级标准。钻井污水处理工艺，先将钻井污水进行除油；然后加入酸或碱调节pH值至6～9；再加入混凝剂并离心沉降，离心沉降产生的渣液分别通过排污管排出；再进行沉淀分离和过滤，最后对过滤后的钻井污水进行检测，达标的通过净水排出口外排或回用，未达标的经过充分氧化、吸附之后再外排。钻井污水处理设备，通过水力喷射装置加酸或碱，通过管式混合器进行搅拌混合，通过旋流分离器进行离心沉降，通过斜管沉淀池进行沉淀。本发明实现了对钻井污水的连续处理，保证了加药、混合、沉淀、出清水、排渣液同时进行，节约了处理时间，提高了处理效率。

Description

钻井污水处理工艺及设备

技术领域

本发明涉及一种钻井污水的处理工艺以及处理设备。

背景技术

在钻井过程中，钻井液泄漏、钻井岩屑、完钻后遗留的报废钻井液、设备冲洗、冷却和润滑设备以及突发事故等产生的大量钻井污水。钻井污水化学成分复杂，化学脱稳比一般污水难度大，是一种胶体的稳定体系，且组成随油田地层不同、钻井液成分不同而有较大差别，理化性能也有较大差别。钻井污水中含有油类物质、粘土、有机处理剂和无机盐等，钻井污水还有污染物含量高的特点，一般悬浮物达3000mg/L以上，石油类物质为100～1000mg/L。

钻井污水中含有大量的有毒有害废弃物，如不能有效处理，长期堆积经雨水淋滤渗入地下，将对其周边的土壤、植被、地表水和地下水造成严重污染，尤其是其中的重金属及其化合物，可以长期积累于水环境或生物中，给人类活带来潜在的危害。特别是在钻井和压裂各个工序中产生的钻井(压裂返排)污水，具有色度高、悬浮物浓度高、化学成份复杂的特点，若不加以有效处理，将会对环境造成严重的污染，对钻井生产产生巨大的压力。

目前钻井队处理钻井(压裂返排)污水的基本做法是：

1)、修建污水池收集钻井污水、压裂返排污水，沉降污水中的泥砂等固相和杂质。

2)、将污水进行絮凝、脱色等化学预处理。

化学预处理后的钻井污水既不能达标排放，也不能满足生产回用的要求，因此预处理后的钻井污水一般需进行回注处理，这将使钻井成本和环境污染的潜在危险攀升。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种钻井污水处理工艺，将钻井污水处理达到国家污水综合排放标准GB8978-96一级标准。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：钻井污水处理工艺，包括以下步骤：

A、通过除油装置对钻井污水进行除油；

B、测试钻井污水的pH值，根据钻井污水的pH值加入酸或碱并混合，调节钻井污水的pH值至6～9；

C、向钻井污水中加入混凝剂并离心沉降，离心沉降产生的渣液通过排污管排出；

D、钻井污水进入沉淀池进行沉淀，沉淀池产生的渣液通过排污管排出；

E、钻井污水从沉淀池进入过滤池进行过滤；

F、对过滤后的钻井污水进行检测，达标的直接外排，未达标的经过充分氧化、吸附之后再外排。

进一步的是，所述B步骤中，通过水力喷射装置向钻井污水中加入酸或碱。

采用水力喷射吸入酸或碱实现了自动加药，可使酸或碱与钻井污水保持于相对稳定的混合比例，确保后续步骤的充分进行。在加入酸或碱时，根据钻井污水的pH值和流入量，调整添加酸或碱的阀门，通过加药泵自动或者手动加酸液或者碱液对钻井污水进行中和。

进一步的是，所述B步骤中，通过管式混合器进行混合，所述管式混合器包括串联连接的1#管式混合器和2#管式混合器。

采用管式混合器对钻井污水进行混合，第一不需要另设动力设备，减少了电动机和搅拌器；第二提高了混合效果，管式混合器可进行全流体的混合，不存在搅动死角，实现了充分搅拌混合；第三管式混合器混合时间短，只需要几秒钟，混合效率高，而且避免了因搅拌时间过长造成絮凝体(俗称矾花)破碎，导致后续沉淀效果差和沉淀时间增加的问题。

进一步的是，所述步骤C中，离心沉降使用的装置为旋流分离器，所述旋流分离器至少为两个，并且钻井污水经过任一旋流分离器时加入混凝剂，加入混凝剂的同时吸入空气。

旋流分离器一方面起到进一步混合的作用，另一方面，利用离心力的作用，使完全反应后形成的油悬浮物-水-污泥(固体颗粒、絮凝体等)三相初步分离，污泥逐渐沉淀下来并通过排污管排出。

加入混凝剂的同时吸入空气，钻井污水与空气在旋流分离器中混合产生气浮，气浮形成的许多微小气泡从旋流分离器的顶端溢出，带走钻井污水和添加药剂组成混合液中比重轻的油及许多微小悬浮物。

更进一步的是，所述旋流分离器包括顺次串联连接的1#旋流分离器、2#旋流分离器、3#旋流分离器和4#旋流分离器，钻井污水进入1#旋流分离器时加入混凝剂，钻井污水进入3#旋流分离器时加入高分子处理剂。

进一步的是，所述D步骤中，沉淀池为斜管沉淀池，所述斜管沉淀池包括连通的1#斜管沉淀池和2#斜管沉淀池，2#斜管沉淀池出水口设置三角堰，钻井污水先流入1#斜管沉淀池，再流入2#斜管沉淀池，所述1#斜管沉淀池为同向流沉淀池，2#斜管沉淀池为逆向流沉淀池。

从最后一级旋流分离器流出的钻井污水流入斜管沉淀池进行沉淀，由于采用了斜管沉淀，水力条件得到改善，油粒分离粒径减小，从而显著提高了处理效果。钻井污水先流入1#斜管沉淀池，初步净化后的钻井污水再流入2#斜管沉淀池。

1#斜管沉淀池为同向流(污泥沉淀方向与水流方向相同)沉淀池，进一步对钻井污水进行三相分离，主要使比重轻的油和悬浮物聚集在液面并从钻井污水中分离出来，而污泥因斜板作用沉淀在斜管沉淀池的底部。2#斜管沉淀池为逆向流(污泥沉淀方向与水流方向相反)沉淀池。2#斜管沉淀池的面积大于1#斜管沉淀池的面积，钻井污水流入2#斜管沉淀池流速减慢，可提高分离效果，使钻井污水的处理进一步彻底化。

进一步的是，所述E步骤中，过滤池中充填煤渣。

进一步的是，所述F步骤中，未达标的钻井污水顺次经过催化氧化反应器、吸附装置后再外排。

经过过滤后的钻井污水通过检测装置进行检测，达到国家综合污水排放一级标准的可直接外排或者进行回用；未达到国家综合污水排放一级标准的，根据该检测结果调节臭氧发生器，进行催化氧化，再经过吸附装置吸附就可以完成处理直接外排或者进行回用。具体地，所述吸附装置内的吸附剂为活性炭。

此外，还可以在吸附装置之后设置检测装置，对经过氧化、吸附之后的钻井污水进行检测，达到国家综合污水排放一级标准的直接外排或者进行回用，不满足国家综合污水排放一级标准的钻井污水返回至催化氧化反应器，再次进行氧化、吸附。由于臭氧发生器是根据钻井污水经过过滤池之后的检测结果设定的，所以吸附装置之后设置的检测装置主要为验证性检测。

本发明还提供一种钻井污水处理设备，包括污水罐、除油装置、水力喷射装置、混合装置、离心沉降装置、沉淀池、过滤池和废渣池，所述污水罐和除油装置相连，除油装置和水力喷射装置相连，水力喷射装置与混合装置相连，混合装置与离心沉降装置相连，离心沉降装置的出水端连接至沉淀池，沉淀池的出水端设置三角堰并连接至过滤池，离心沉降装置和沉淀池的渣液出口分别通过排污管连接至废渣池。

进一步的是，所述除油装置、水力喷射装置、混合装置、离心沉降装置、沉淀池和过滤池均采用整体撬装式结构，以便于井队搬家安装。

进一步的是，所述混合装置为管式混合器，所述管式混合器包括串联连接的1#管式混合器和2#管式混合器。

所述离心沉降装置为旋流分离器，旋流分离器包括串联连接的1#旋流分离器、2#旋流分离器、3#旋流分离器和4#旋流分离器，1#旋流分离器和3#旋流分离器上分别设置加药口，1#旋流分离器、2#旋流分离器、3#旋流分离器和4#旋流分离器的渣液出口分别通过排污管连接至废渣池。

所述沉淀池为斜管沉淀池，斜管沉淀池包括连通的1#斜管沉淀池和2#斜管沉淀池，三角堰设置于2#斜管沉淀池的出水口，1#斜管沉淀池为同向流沉淀池，2#斜管沉淀池为逆向流沉淀池，1#斜管沉淀池和2#斜管沉淀池的的渣液出口分别通过排污管连接至废渣池。

所述过滤池内充填煤渣。

进一步的是，所述钻井污水处理工艺的设备还包括检测装置、催化氧化反应器和吸附装置，所述检测装置设置于过滤池的下游侧，检测装置与催化氧化反应器相连，催化氧化反应器与吸附装置相连，吸附装置的出口为净排出口，催化氧化反应器还与臭氧发生器相连。

所述吸附装置内的吸附剂为活性炭。

本发明的有益效果是：

1、实现了对钻井污水的连续处理，保证了加药、混合、沉淀、出清水、排渣液同时进行，节约了处理时间。

2、采用旋流分离器以及斜管沉淀池加速了三相分离，使处理后净水与排出渣液的比例提高；另一方面使污泥沉淀时间大大缩短，从而缩短了每立方米钻井污水的处理时间，提高了处理能力，提高了处理效率。

3、钻井污水处理设备可对比重轻的油等悬浮物进行处理，可解决悬浮物、清水、渣液集中于一罐中不易分离，尤其是悬浮物不易分离的问题。

4、钻井污水处理设备通过污水泵将污水罐的钻井污水的送入，加入酸或碱液搅拌混合采用管式混合器，无需了电动机和搅拌器等动力设备。

5、钻井污水处理设备采用整体撬装式结构，便于井队搬家安装。

附图说明

图1是本发明的钻井污水处理设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明钻井污水处理工艺，包括以下步骤：

A、将钻井污水通过除油装置对钻井污水进行除油。

例如除油装置为隔油池，通过污水泵送入除油装置。对钻井污水进行除油，避免了对后续装置造成污染，除油过后的油是可以回收利用。

B、测试钻井污水的pH值，根据钻井污水的pH值加入酸碱剂并混合，调节钻井污水的pH值至6～9。

取钻井污水通过pH计或者试纸测试测试酸碱度，根据pH值加入酸或碱，搅拌混合充分中和，记录单位钻井污水pH值达到6-9时需加入的量，例如优选中和至pH＝7的酸或碱的加入量，作为添加酸或碱的依据。酸或碱的加入通过水力喷射装置实施，根据钻井污水的pH值和流入量，调整添加酸液或碱液的阀门，通过加药泵自动或者手动加酸液或者碱液于水力喷射装置中，对钻井污水进行中和。

钻井污水通过水力喷射装置加入酸液或者碱液后，进入1#管式混合器，再进入2#管式混合器进行充分混合。

C、向钻井污水中加入混凝剂并离心沉降，再向钻井污水中加入高分子处理剂并离心沉降，加入混凝剂进行离心沉降和加入高分子处理剂(絮凝剂)进行离心沉降，所产生的渣液分别通过排污管排出。

2#管式混合器的出口连接1#旋流分离器，1#旋流分离器之后顺次串联2#旋流分离器、3#旋流分离器和4#旋流分离器，并且钻井污水进入1#旋流分离器时加入混凝剂，钻井污水进入3#旋流分离器时加入高分子处理剂，即絮凝剂，各个旋流分离器产生的渣液分别通过排污管排入废渣池。

混凝剂是一类物质，包括有机的、无机的、以及高分子的，如聚铝、氯化铁、聚合硫酸铁等都可以。混凝剂和高分子处理剂的添加量可根据下述方法确定，将混凝剂和高分子处理剂分别配置成10％的水溶液，向中和后的钻井污水样本中先加入混凝剂溶液并搅拌，两分钟过后加入高分子处理剂，慢速搅拌，观察污水反应情况，根据反应情况加大或减少药剂的投加量，以此得出单位钻井污水所需混凝剂和高分子处理剂，并作为添加混凝剂和高分子处理剂的计算依据。

添加混凝剂和高分子处理剂分别通过加药泵自动加药，只需要分别将加药量调到所需数值即可。加药泵可手动或自动运转，加药泵在自动运转模式下，钻井污水进入后，加药泵即根据设定值自动运转。

加入混凝剂同时吸入空气，钻井污水与空气在各个旋流分离器中混合产生气浮，气浮形成的许多微小气泡从旋流分离器的顶端溢出，带走钻井污水和添加药剂组成混合液中比重轻的油及许多微小悬浮物。

D、钻井污水进入斜管沉淀池进行沉淀，斜管沉淀池产生的渣液通过排污管排出。

斜管沉淀池包括连通的1#斜管沉淀池和2#斜管沉淀池，钻井污水从上述4#旋流分离器流出后进入1#斜管沉淀池，再从1#斜管沉淀池和2#斜管沉淀池中部的联通处进入2#斜管沉淀池，2#斜管沉淀池出水口设置三角堰。所述1#斜管沉淀池为同向流沉淀池，2#斜管沉淀池为逆向流沉淀池。

E、钻井污水从2#斜管沉淀池的三角堰进入过滤池进行过滤。

所述过滤池中充填煤渣或者其他的过滤剂。通过过滤池过滤处理后的钻井污水水质一般可达到国家污水综合排放标准GB8978-96一级标准，可以直接进行回用或者直接外排。为了保证处理后的钻井污水水质符合国家污水综合排放标准GB8978-96一级标准，还要进行下一步的检测。

F、对过滤后的钻井污水进行检测，达标的直接外排，未达标的经过充分氧化、吸附之后再外排。

对经过过滤处理的钻井污水进行检测，达到国家污水综合排放标准GB8978-96一级标准的直接排外或回用，为达到国家污水综合排放标准GB8978-96一级标准的进行氧化、吸附后，检测达标后再排外或回用。

未达标的钻井污水顺次经过催化氧化反应器、吸附装置后再外排，所述催化反应器与臭氧发生器相连。未达到国家综合污水排放一级标准的，根据该检测结果调节臭氧发生器，臭氧发生器与催化氧化反应器相连，将钻井污水通过催化氧化反应器进行充分氧化，经过吸附装置吸附，再经过检测装置进行检测，达到国家综合污水排放一级标准的直接外排或者进行回用，不满足国家综合污水排放一级标准的钻井污水返回至催化氧化反应器，再次进行氧化、吸附。吸附装置内的吸附剂为活性炭。

由于臭氧发生器是根据钻井污水经过过滤池之后的检测结果设定的，所以吸附装置之后设置的检测装置主要为验证性检测。

如图1所示，本发明还提供一种实现上述钻井污水处理工艺的设备。钻井污水处理设备，包括污水罐、除油装置、水力喷射装置、混合装置、离心沉降装置、沉淀池、过滤池和废渣池，所述污水罐和除油装置相连，除油装置和水力喷射装置相连，水力喷射装置与混合装置相连，混合装置与离心沉降装置相连，离心沉降装置的出水端连接至沉淀池，沉淀池的出水端设置三角堰并连接至过滤池，离心沉降装置和沉淀池的渣液出口分别通过排污管连接至废渣池。

所述混合装置为管式混合器，管式混合器至少为一个，例如所述管式混合器为串联连接的1#管式混合器和2#管式混合器。

所述离心沉降装置为旋流分离器，旋流分离器至少为两个，各个旋流分离器串联连接，在其中两个旋流分离器上分别设置混凝剂和高分子处理剂加药口，混凝剂加药口位于高分子处理剂加药口的上游侧。例如旋流分离器为串联连接的1#旋流分离器、2#旋流分离器、3#旋流分离器和4#旋流分离器，1#旋流分离器上设置混凝剂加药口，3#旋流分离器上设置高分子处理剂加药口，1#旋流分离器、2#旋流分离器、3#旋流分离器和4#旋流分离器的渣液出口分别通过排污管连接至废渣池。

所述沉淀池为斜管沉淀池，斜管沉淀池包括连通的1#斜管沉淀池和2#斜管沉淀池，三角堰设置于2#斜管沉淀池的出水口，1#斜管沉淀池为同向流沉淀池，2#斜管沉淀池为逆向流沉淀池，1#斜管沉淀池和2#斜管沉淀池的的渣液出口分别通过排污管连接至废渣池。

上述各个旋流分离器的排污管和各个斜管沉淀池的排污管单独地排入废渣池，也可汇合后再排入废渣池。当各个斜管沉淀池池水深达2/3时，打开排污阀门，根据钻井污水的颜色调整阀门大小，当钻井污水颜色变淡，关小阀门。

2#斜管沉淀池内的钻井污水经过三角堰汇集后进入过滤池，过滤池内充填过滤剂，例如为煤渣。通过煤渣过滤处理后的清水完全可达到国家规定的外排水排放标准，可以进行回用或者直接外排。

为了便于钻井污水处理设备的拆卸、安装，所述除油装置、水力喷射装置、管式混合器、旋流分离器、斜管沉淀池和和过滤池均优选采用整体撬装式结构。

为了保证经过过滤池过滤的钻井污水符合国家规定的外排水排放标准，钻井污水处理设备，设备还包括检测装置、催化氧化反应器和吸附装置，所述检测装置设置于过滤池的下游侧，检测装置与催化氧化反应器相连，催化氧化反应器与吸附装置相连，吸附装置的出口为净排出口，催化氧化反应器还与臭氧发生器相连。检测未达标的钻井污水顺次经过催化氧化反应器、吸附装置后再外排，根据该检测结果调节臭氧发生器，对未达标的钻井污水进行充分氧化，经过吸附装置吸附，即可完成处理，达到国家规定的外排水排放标准。

所述吸附装置的下游侧另外设置检测装置，达到国家综合污水排放一级标准的直接外排或者进行回用，不满足国家综合污水排放一级标准的钻井污水返回至催化氧化反应器，再次进行氧化、吸附。吸附装置内的吸附剂为活性炭。

经过上述处理的净水可根据其含盐量的高低进行选择性利用，高盐度净水可用于制盐后回用于钻井，低盐度净水可用于植被绿化等。

Claims (9)

1.钻井污水处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

A、通过除油装置对钻井污水进行除油；

B、测试钻井污水的pH值，根据钻井污水的pH值加入酸或碱并混合，调节钻井污水的pH值至6～9；

C、向钻井污水中加入混凝剂并通过旋流分离器进行离心沉降，所述旋流分离器包括顺次串联连接的1#旋流分离器、2#旋流分离器、3#旋流分离器和4#旋流分离器，钻井污水进入1#旋流分离器时加入混凝剂，加入混凝剂的同时吸入空气，钻井污水进入3#旋流分离器时加入高分子处理剂，离心沉降产生的渣液通过排污管排出；

D、钻井污水进入沉淀池进行沉淀，沉淀池产生的渣液通过排污管排出；

E、钻井污水从沉淀池进入过滤池进行过滤；

F、对过滤后的钻井污水进行检测，达标的直接外排，未达标的经过充分氧化、吸附之后再外排。

2.如权利要求1所述的钻井污水处理工艺，其特征在于：所述B步骤中，通过水力喷射装置向钻井污水中加入酸或碱。

3.如权利要求1所述的钻井污水处理工艺，其特征在于：所述B步骤中，通过管式混合器进行混合，所述管式混合器包括串联连接的1#管式混合器和2#管式混合器。

4.如权利要求1所述的钻井污水处理工艺，其特征在于：所述D步骤中，沉淀池为斜管沉淀池，所述斜管沉淀池包括连通的1#斜管沉淀池和2#斜管沉淀池，2#斜管沉淀池出水口设置三角堰，钻井污水先流入1#斜管沉淀池，再流入2#斜管沉淀池，所述1#斜管沉淀池为同向流沉淀池，2#斜管沉淀池为逆向流沉淀池。

5.如权利要求1所述的钻井污水处理工艺，其特征在于：所述F步骤中，未达标的钻井污水顺次经过催化氧化反应器、吸附装置后再外排。

6.钻井污水处理设备，其特征在于：包括污水罐、除油装置、水力喷射装置、混合装置、离心沉降装置、沉淀池、过滤池和废渣池，所述污水罐和除油装置相连，除油装置和水力喷射装置相连，水力喷射装置与混合装置相连，混合装置与离心沉降装置相连，离心沉降装置的出水端连接至沉淀池，沉淀池的出水端设置三角堰并连接至过滤池，离心沉降装置和沉淀池的渣液出口分别通过排污管连接至废渣池；

所述离心沉降装置为旋流分离器，旋流分离器包括串联连接的1#旋流分离器、2#旋流分离器、3#旋流分离器和4#旋流分离器，1#旋流分离器和3#旋流分离器上分别设置加药口，1#旋流分离器、2#旋流分离器、3#旋流分离器和4#旋流分离器的渣液出口分别通过排污管连接至废渣池。

7.如权利要求6所述的钻井污水处理设备，其特征在于：所述除油装置、水力喷射装置、混合装置、离心沉降装置、沉淀池和过滤池均采用整体撬装式结构。

8.如权利要求6所述的钻井污水处理设备，其特征在于：

所述混合装置为管式混合器，所述管式混合器包括串联连接的1#管式混合器和2#管式混合器；

所述沉淀池为斜管沉淀池，斜管沉淀池包括连通的1#斜管沉淀池和2#斜管沉淀池，三角堰设置于2#斜管沉淀池的出水口，1#斜管沉淀池为同向流沉淀池，2#斜管沉淀池为逆向流沉淀池，1#斜管沉淀池和2#斜管沉淀池的的渣液出口分别通过排污管连接至废渣池。

9.如权利要求6所述的钻井污水处理设备，其特征在于：所述钻井污水处理工艺的设备还包括检测装置、催化氧化反应器和吸附装置，所述检测装置设置于过滤池的下游侧，检测装置与催化氧化反应器相连，催化氧化反应器与吸附装置相连，吸附装置的出口为净排出口，催化氧化反应器还与臭氧发生器相连。