CN112010413A - 钻井废液的破胶处理方法、循环利用方法以及破胶剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种破胶剂、钻井废液的破胶处理方法和钻井废液循环利用方法。破胶剂可由CaO、PAC、FeSO4组成，组合的比例根据处理的钻井废液对应钻井液体系的类型进行选择。所述处理方法可包括采用上述的破胶剂对钻井废液进行破胶处理。所述循环利用方法可包括采用上述的破胶处理方法对钻井废液进行破胶处理，并得到回配液体。将回配液体与泥浆材料混合，得到钻井液基浆。本发明的有益效果可包括：可有效提高钻井废液的处理效率，节约水资源，能够降低钻井废液处理成本和钻井液的使用成本，能够解决了钻井废液污染问题，可以为绿色钻井提供重要的方法与途径。

Description

钻井废液的破胶处理方法、循环利用方法以及破胶剂
技术领域
本发明涉及钻井废液处理技术领域，特别地，适用一种聚合物钻井液、聚磺钻井液和钾-聚磺钻井液作为循环介质的钻井作业现场的废液处理。
背景技术
近年来，石油天然气作为重要的能源和战略资源，对我国经济的迅速发展起到了至关重要的作用。页岩气作为低碳、清洁能源，已成为全球开采焦点。我国具有丰富的页岩气资源，随着开采力度不断加大，在改善能源供给模式的同时，由于钻井作业过程能源投入和资源的耗费，环境问题随之产生，如水资源消耗、环境风险大、土地破坏等。
钻井废液是钻井过程中具有代表性的废弃物之一，其产生量大、成分复杂、处理成本高，是一种高色度、高矿化度、含油、含固体悬物的稳定胶态体系。钻井废液主要产生在石油天然气勘探钻井过程中，其主要来源为钻井废弃物内的液相、废弃的钻井液和井场设备设施周边的集污坑里收集的污水和雨水等。
钻井废液除含有细小黏土悬浮颗粒、重金属离子、油、硫化物和无机盐外，还含有腐植酸类、丹宁类、木质素磺酸盐类、纤维素类、沏青类、聚合物类和表面活性剂类等有机处理剂。钻井废液和废弃泥浆集中收集存放在清洁生产区域内的废水罐内，由于存放不当、容器密封性不好等原因发生的渗漏和溢出等都可能引起土壤和水质的污染。钻井废液在运输过程中还存在监管、环境危害和公共健康安全等风险。
钻井废液的处理方法按照原理主要分为物理法、化学法、生物法和物理化学等方法。按处理主要过程分为预处理、一级处理、二级(深度)处理。预处理主要包括除油、酸化中和等；一级处理主要包括混凝沉淀、气浮与电气浮等；二级(深度)处理主要包括催化氧化、微电解、生物处理、吸附、膜处理等。
目前虽然钻井废液的各项处理技术都较为成熟，处理效果也达到了相当高的标准，但在钻井作业现场废液往往进行统一收集，按照地方污水厂的接收标准对废液进行“无差别”处理，导致处理成本较高。处理后的钻井废液运输至地方污水厂进行深度处理，回用率较低，不符合“资源化”处理的要求。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于实现钻井作业现场钻井废液的循环利用。
为了实现上述目的，本发明提供了一种钻井废液循环利用方法、钻井废液的破胶处理方法和破胶剂。
本发明一方面提供了一种钻井废液循环利用方法。
所述方法可包括以下步骤：按照钻井液体系的类型，对产生的钻井废液进行破胶处理，得到回配液体；将回配液体与泥浆材料混合，得到钻井液基浆；其中，对于聚合物钻井液体系，所述破胶处理包括：将钻井废液与第一破胶剂混合均匀，其中，第一破胶剂包括CaO和PAC，钻井废液、CaO和PAC之间的比例关系为：150m3：(0.05～0.12)g：(0.3～0.7)g；对于聚磺钻井液体系或钾～聚磺钻井液体系，所述破胶处理包括：将钻井废液与第二破胶剂混合均匀，其中，第二破胶剂包括CaO、FeSO4和PAC，钻井废液、CaO、FeSO4和PAC之间的比例关系为：150m3：(0.1～0.18)g：(0.1～0.18)g：(0.05～0.08)g。
根据本发明的钻井废液循环利用方法的一个或多个示例性实施例，所述方法还可包括步骤：在得到所述回配液体之后，检测所述回配液体是否满足预定要求，并在满足预定要求的情况下，将所述回配液体与泥浆材料混合，其中，对于所述聚合物钻井液体系，预定要求包括：所述回配液体的硬度≤1.00g/L，Al3+含量≤4.80g/L，Fe3+含量≤0.20g/L，pH＝7～10；对于所述聚磺钻井液体系，预定要求包括：所述回配液体的硬度≤3.35g/L，Al3+含量≤10g/L，Fe3+含量≤2.8g/L，SO4 2-含量≤20.00g/L，pH＝7～10；对于所述钾-聚磺钻井液体系，预定要求包括：所述回配液体的硬度≤96g/L，Al3+含量≤1.85g/L，Fe3+含量≤1.65g/L，SO4 2-含量≤50.00g/L，pH＝7～10。
根据本发明的钻井废液循环利用方法的一个或多个示例性实施例，对于所述聚磺钻井液体系，所述第二破胶剂可包括质量比为0.1～0.18：0.1～0.15：0.05～0.08的CaO、FeSO4和PAC。
根据本发明的钻井废液循环利用方法的一个或多个示例性实施例，对于所述钾-聚磺钻井液体系，所述破胶剂可包括质量比为0.13～0.18：0.15～0.18：0.06～0.08的CaO、FeSO4和PAC。
根据本发明的钻井废液循环利用方法的一个或多个示例性实施例，所述方法还可包括步骤：将所述钻井液基浆与第二泥浆材料混合，以配制钻井液。
根据本发明的钻井废液循环利用方法的一个或多个示例性实施例，对于所述聚合物钻井液体系，在所述将钻井废液与第一破胶剂混合均匀之后，所述破胶处理还包括：静置；对于所述聚磺钻井液体系或钾-聚磺钻井液体系，在所述将钻井废液与第二破胶剂混合均匀之后，所述破胶处理还包括：静置。
本发明另一方面提供了一种钻井废液的破胶处理方法。
所述方法可包括以下步骤：按照钻井液体系的类型，对产生的钻井废液进行破胶处理，得到能够用来配置钻井液的回配液体，其中，对于聚合物钻井液体系，所述破胶处理包括：将钻井废液与第一破胶剂混合均匀，其中，第一破胶剂包括CaO和PAC，钻井废液、CaO和PAC之间的比例关系为：150m3：(0.05～0.12)g：(0.3～0.7)g；对于聚磺钻井液体系或钾-聚磺钻井液体系，所述破胶处理包括：将钻井废液与第二破胶剂混合均匀，其中，第二破胶剂包括CaO、FeSO4和PAC，钻井废液、CaO、FeSO4和PAC之间的比例关系为：150m3：(0.1～0.18)g：(0.1～0.18)g：(0.05～0.08)g。
根据本发明的钻井废液的破胶处理方法的一个示例性实施例，对于所述聚合物钻井液体系，所述回配液体的硬度≤1.00g/L，Al3+含量≤4.80g/L，Fe3+含量≤0.20g/L，pH＝7～10；对于所述聚磺钻井液体系，所述回配液体的硬度≤3.35g/L，Al3+含量≤10g/L，Fe3+含量≤2.8g/L，SO4 2-含量≤20.00g/L，pH＝7～10；对于所述钾-聚磺钻井液体系，所述回配液体的硬度≤96g/L，Al3+含量≤1.85g/L，Fe3+含量≤1.65g/L，SO4 2-含量≤50.00g/L，pH＝7～10。
本发明再一方面提供了一种钻井废液循环利用的破胶剂。该破胶剂适用于聚合物钻井液体系对应的钻井废液，并可包括质量比为0.05～0.12：0.3～0.7的CaO和PAC。
本发明又一方面也提供了一种钻井废液循环利用的破胶剂。该破胶剂适用于聚磺钻井液体系或钾-聚磺钻井液体系对应的钻井废液，并包括质量比为0.1～0.18：0.1～0.18：0.05～0.08的CaO、FeSO4和PAC。
与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：方法简便，能够解决钻井作业现场钻井废液循环利用的技术难题和空白，能够降低钻井废液处理成本和钻井液的使用成本。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例详细地描述本发明的破胶剂、钻井废液的破胶处理方法和钻井废液循环利用方法。
本发明通过制定钻井废液循环利用控制指标，有针对性地对钻井废液进行预处理，既解决了钻井废液污染问题，又降低了钻井废液处理和钻井液使用成本，为绿色钻井提供了重要的方法与途径。
本发明一方面提供了一种用于钻井废液循环利用的破胶剂。
所述破胶剂可以由CaO、PAC、FeSO4组成，组合的比例根据处理的钻井废液进行选择，破胶剂可根据钻井废液对应钻井液体系的类型，分为第一破胶剂和第二破胶剂。
第一破胶剂对应聚合物钻井液体系产生的钻井废液，第一破胶剂可包括质量比为0.05～0.12：0.3～0.7的CaO和PAC，例如(0.08±0.02)：(0.5±0.15)。
第二破胶剂对应聚磺钻井液体系或钾-聚磺钻井液体系产生的钻井废液，第二破胶剂可包括质量比为0.1～0.18：0.1～0.18：0.05～0.08的CaO、FeSO4和PAC。
进一步地，对于聚磺钻井液体系产生的钻井废液，第二破胶剂可包括质量比为0.1～0.18：0.1～0.15：0.05～0.08的CaO、FeSO4和PAC，例如(0.14±0.02)：(0.13±0.01)：(0.065±0.01)。
进一步地，对于钾-聚磺钻井液体系产生的钻井废液，第二破胶剂可包括质量比为0.13～0.18：0.15～0.18：0.06～0.08的CaO、FeSO4和PAC，例如(0.15±0.01)：(0.165±0.01)：(0.07±0.005)。
本发明另一方面提供了一种钻井废液的破胶处理方法。所述处理方法可包括采用上述的破胶剂对钻井废液进行破胶处理。
其中，对于聚合物钻井液体系，所述破胶处理可包括：将钻井废液与第一破胶剂混合均匀，其中，钻井废液、CaO和PAC之间的比例关系为：150m3：(0.05～0.12)g：(0.3～0.7)g。
对于聚磺钻井液体系或钾-聚磺钻井液体系，所述破胶处理包括：将钻井废液与第二破胶剂混合均匀，其中，钻井废液、CaO、FeSO4和PAC之间的比例关系为：150m3：(0.1～0.18)g：(0.1～0.18)g：(0.05～0.08)g。
本发明再一方面提供了一种钻井废液循环利用方法。
在本发明的钻井废液循环利用方法的一个示例性实施例中，所述方法可包括：
采用上述的钻井废液的破胶处理方法对钻井废液进行破胶处理，并得到回配液体。
将回配液体与泥浆材料混合，得到钻井液基浆。
在本发明的钻井废液循环利用方法的另一个示例性实施例中，所述方法为对钻井废液进行破胶处理后，检测处理废液满足配制钻井液的接收指标后，钻井废液可用作清水配制钻井液基浆，再加入泥浆材料进行配制钻井液。
具体地，所述方法可包括以下步骤：
(1)现场收集处理：按照对应的钻井液的种类，对钻井废液进行分类收集，静置。其中，钻井废液包括废弃的钻井液、以及钻井液体系产生钻井废弃物中的钻井废液。钻井液的种类包括聚合物钻井液、聚磺钻井液和钾-聚磺钻井液。
(2)向步骤(1)所述废液中按比例加入破胶剂，搅拌、静置后，得废液A；其中，破胶以后，胶液里的颗粒物质会进行包裹、聚集，静置的目的是利用重力使其沉淀，达到去除颗粒物质的效果。
(3)性能检测：对步骤(2)中所得钻井废液A的主要指标进行检测，保证满足配制钻井液接收指标。
(4)钻井液配制：向步骤(3)所得废水A中加入泥浆材料配制成钻井液基浆，再加入泥浆材料进行配制钻井液。
在本实施例中，步骤(2)中，所述破胶剂由CaO、PAC、FeSO4组成，组合的比例根据处理的钻井废液进行优选。其中，由于CaO溶于水生成氢氧化钙，并释放大量的热，提高了溶液的pH值，有助于降低胶体聚集阻力。同时，由于Ca2+带正电，可起到中和负电荷、压缩双电层的作用，可以降低胶体之间的排斥力，有助于胶体颗粒的聚集变大沉降。
在本实施例中，在钻井作业中，由于地层、工况等的不同，通常会采用不同的钻井液体系作为钻井介质，故钻井过程可包括多个阶段(即不同的钻井阶段)，每个阶段就是采用某种钻井液体系作为钻井介质的一个时间段。
优选地，步骤(2)中所述的钻井废液，在采用聚合物钻井液体系阶段，破胶剂投加比例为钻井废液：CaO：PAC(中文名称为聚合氯化铝)＝150m3：(0.05～0.12)g：(0.3～0.7)g。
优选地，步骤(2)中所述的钻井废液，在采用聚磺钻井液体系阶段，破胶剂投加比例为钻井废液：CaO：FeSO4：PAC＝150m3：(0.10～0.18)g：(0.10～0.15)g：(0.05～0.08)g。
优选地，步骤(2)中所述的钻井废液，在采用钾-聚磺钻井液体系，钻井废弃物:CaO：FeSO4：PAC＝150m3：(0.13～0.18)g：(0.15～0.18)g：(0.06～0.08)g。
在本实施例中，步骤(3)中所述钻井废液A的接收指标，根据不同钻井液体系进行检测。
步骤(3)中所述废液A，用于配制聚合物钻井液体系，则主要接收指标为：硬度≤1.00g/L，Al3+≤4.80g/L，Fe3+≤0.20g/L，pH＝7～10。
更为优选的，步骤(3)中所述废液A，用于配制聚磺钻井液体系，则主要接收指标为：硬度≤3.35g/L，Al3+≤10.00g/L，Fe3+≤2.80g/L，SO4 2-≤20.00g/L，pH＝7～10；
更为优选的，步骤(3)中所述废液A，用于配制钾-聚磺钻井液，则主要接收指标为：硬度≤96.00g/L，Al3+≤1.85g/L，Fe3+≤1.65g/L，SO4 2-≤50.00g/L，pH＝7～10。
对于现场应用过程中不满足接收指标的钻井废液A，可采用加入一定量清水稀释的方式或进一步处理，使其满足接收指标后再进行回用。
在本实施例中，本发明的聚合物钻井液所对应钻井废液配制得到的聚合物钻井液性能能够满足以下指标：漏斗粘度为35～45s，例如38s，API失水≤5mL，例如4mL，泥饼≤0.5mm，例如0.3mm，pH值为8～9，例如8.5，静切力初切为1～3，例如2，终切2～6，例如5，塑性粘度5～18mPa·s，例如10mPa·s，动切力2～6Pa，例如4。
本发明的聚磺钻井液所对应钻井废液配制得到的聚磺钻井液性能能够满足以下指标：漏斗粘度为40～50s，例如43s，API失水≤5mL，例如3mL，泥饼≤0.5mm，例如0.4mm，pH值为9～10，例如9.5，含砂≤0.5％，例如0.4％，静切力初切为1～4，例如3，终切2～8，例如6，塑性粘度5～16mPa·s，例如6mPa·s，动切力1～5Pa，例如1.5。
本发明的钾-聚磺物钻井液所对应钻井废液配制得到的钾-聚磺钻井液性能能够满足以下指标：漏斗粘度为35～50s，例如38s，API失水≤5mL，例如3mL，泥饼≤0.5mm，例如0.4mm，pH值为9～10，例如9.7，含砂≤0.3％，例如0.25％，静切力初切为1～3，例如2，终切2～7，例如6，塑性粘度6～20mPa·s，例如8mPa·s，动切力2～6Pa，例如2.5。
在本实施例中，本发明的钻井废液A可以作为清水的替代回配钻井液，涉及的钻井液配制方案可以按钻井设计执行。
在本发明的钻井废液循环利用方法的再一个示例性实施例中，所述方法可包括以下步骤：
钻井现场收集的钻井废液，按照不同的钻井液体系产生的钻井废液，统一收集至清洁生产区域内的污水收集罐，不同钻井液体系产生的钻井废液放置在不同的污水收集罐中。按照不同的钻井液体系按比例添加CaO-PAC-FeSO4进行联合破胶，搅拌，处理后静置。取上清液进行主要接收指标检测，若满足该指标，则用于回配钻井液体系。
综上所述，本发明的破胶剂、钻井废液的破胶处理方法和钻井废液循环利用方法的优点包括以下中的至少一项：
(1)可有效提高钻井废液的处理效率，节约水资源。
(2)能够解决钻井作业现场钻井废液循环利用的技术难题和空白，降低了钻井废液处理成本和钻井液的使用成本。
(3)能够缩短破胶处理的工艺流程，减少深度处理过程中的人、机、物料的投入，节约处理成本和能耗。
(4)能够解决了钻井废液污染问题，，可以为绿色钻井提供重要的方法与途径。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种钻井废液循环利用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
按照钻井液体系的类型，对产生的钻井废液进行破胶处理，得到回配液体；
将回配液体与泥浆材料混合，得到钻井液基浆；
其中，对于聚合物钻井液体系，所述破胶处理包括：将钻井废液与第一破胶剂混合均匀，其中，第一破胶剂包括CaO和PAC，钻井废液、CaO和PAC之间的比例关系为：150m3：(0.05～0.12)g：(0.3～0.7)g；
对于聚磺钻井液体系或钾-聚磺钻井液体系，所述破胶处理包括：将钻井废液与第二破胶剂混合均匀，其中，第二破胶剂包括CaO、FeSO4和PAC，钻井废液、CaO、FeSO4和PAC之间的比例关系为：150m3：(0.1～0.18)g：(0.1～0.18)g：(0.05～0.08)g。
2.根据权利要求1所述的钻井废液循环利用方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：在得到所述回配液体之后，检测所述回配液体是否满足预定要求，并在满足预定要求的情况下，将所述回配液体与泥浆材料混合，其中，
对于所述聚合物钻井液体系，预定要求包括：所述回配液体的硬度≤1.00g/L，Al3+含量≤4.80g/L，Fe3+含量≤0.20g/L，pH＝7～10；
对于所述聚磺钻井液体系，预定要求包括：所述回配液体的硬度≤3.35g/L，Al3+含量≤10g/L，Fe3+含量≤2.8g/L，SO4 2-含量≤20.00g/L，pH＝7～10；
对于所述钾-聚磺钻井液体系，预定要求包括：所述回配液体的硬度≤96g/L，Al3+含量≤1.85g/L，Fe3+含量≤1.65g/L，SO4 2-含量≤50.00g/L，pH＝7～10。
3.根据权利要求1所述的钻井废液循环利用方法，其特征在于，对于所述聚磺钻井液体系，所述第二破胶剂包括质量比为0.1～0.18：0.1～0.15：0.05～0.08的CaO、FeSO4和PAC。
4.根据权利要求1所述的钻井废液循环利用方法，其特征在于，对于所述钾-聚磺钻井液体系，所述破胶剂包括质量比为0.13～0.18：0.15～0.18：0.06～0.08的CaO、FeSO4和PAC。
5.根据权利要求1所述的钻井废液循环利用方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：将所述钻井液基浆与第二泥浆材料混合，以配制钻井液。
6.根据权利要求1所述的钻井废液循环利用方法，其特征在于，对于所述聚合物钻井液体系，在所述将钻井废液与第一破胶剂混合均匀之后，所述破胶处理还包括：静置；
对于所述聚磺钻井液体系或钾-聚磺钻井液体系，在所述将钻井废液与第二破胶剂混合均匀之后，所述破胶处理还包括：静置。
7.一种钻井废液的破胶处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
按照钻井液体系的类型，对产生的钻井废液进行破胶处理，得到能够用来配置钻井液的回配液体，其中，
对于聚合物钻井液体系，所述破胶处理包括：将钻井废液与第一破胶剂混合均匀，其中，第一破胶剂包括CaO和PAC，钻井废液、CaO和PAC之间的比例关系为：150m3：(0.05～0.12)g：(0.3～0.7)g；
对于聚磺钻井液体系或钾-聚磺钻井液体系，所述破胶处理包括：将钻井废液与第二破胶剂混合均匀，其中，第二破胶剂包括CaO、FeSO4和PAC，钻井废液、CaO、FeSO4和PAC之间的比例关系为：150m3：(0.1～0.18)g：(0.1～0.18)g：(0.05～0.08)g。
8.根据权利要求7所述的钻井废液循环利用的方法，其特征在于，对于所述聚合物钻井液体系，所述回配液体的硬度≤1.00g/L，Al3+含量≤4.80g/L，Fe3+含量≤0.20g/L，pH＝7～10；
对于所述聚磺钻井液体系，所述回配液体的硬度≤3.35g/L，Al3+含量≤10g/L，Fe3+含量≤2.8g/L，SO4 2-含量≤20.00g/L，pH＝7～10；
对于所述钾-聚磺钻井液体系，所述回配液体的硬度≤96g/L，Al3+含量≤1.85g/L，Fe3+含量≤1.65g/L，SO4 2-含量≤50.00g/L，pH＝7～10。
9.一种用于钻井废液循环利用的破胶剂，其特征在于，所述破胶剂适用于聚合物钻井液体系对应的钻井废液，并包括质量比为0.05～0.12：0.3～0.7的CaO和PAC。
10.一种用于钻井废液循环利用的破胶剂，其特征在于，所述破胶剂适用于聚磺钻井液体系或钾-聚磺钻井液体系对应的钻井废液，并包括质量比为0.1～0.18：0.1～0.18：0.05～0.08的CaO、FeSO4和PAC。
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