CN116065985A - 一种水基钻井液固液废弃物无害化深度处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水基钻井液固液废弃物无害化深度处理方法，所述处理方法包括以下步骤：采用不落地随钻收集工艺收集钻井废弃物，经第一固液分离后得到第一液相以及第一固相；所述第一液相经油水分离后得到泥浆，所述泥浆与破胶剂以及絮凝剂混合，经第二固液分离后得到第二液相以及第二固相；所述第二液相经水处理后，得到达标排放废水以及第三固相；所述第一固相、第二固相以及第三固相经固化处理后得到达标排放固废。所述处理方法解决了水基钻井液固液废弃物的无害化处理问题，实现钻井施工的清洁生产，保护环境，实现油田勘探开发的可持续发展。

Description

一种水基钻井液固液废弃物无害化深度处理方法

技术领域

本发明属于油气田开发领域，涉及一种油气田废弃物无害化处理方法，尤其涉及一种水基钻井液固液废弃物无害化深度处理方法。

背景技术

水基钻井液固液废弃物是石油钻井过程中使用水基钻井液所产生的污染物，主要包括废弃钻井液、岩屑和钻井废水等。因钻井工艺需要，钻井液中需加入多种化学药剂，主要包括加重剂、粘土、化学处理剂、水、油等成分，导致钻井废弃物中含有各种处理剂、有毒物质和油类等，是一种含有矿物油、酚类化合物及重金属的复杂多相体系，具有液相的pH值偏高、含盐量偏高、COD值偏高、色度超标以及部分重金属离子超标等特点，具有较高毒性,容易对钻井周边生态环境造成污染。油田钻井生产每天都要产生大量的水基钻井液固液废弃物，水基钻井液固液废弃物直接排放会影响到作物生的营养环境条件及其品质，长期堆积会造成地表植被的严重破坏，污染土壤和水源，危及人类的生存。

目前，国内外常用的水基钻井液无害化处理方法主要有以下几种：(1)回填法，主要是简单的地面隔绝，未消除钻井废弃物中的毒害物质，适用于沙漠、戈壁等环境敏感性低的地区；(2)固化法，采用物理、化学方法降低钻井废弃物中的毒害物质含量，适用于陆上大多数环境中；(3)井下回注法，通常利用压力衰竭的开发井或者新钻井进行回注，投资成本高，适用于成规模的油田整体开发中；(4)固液分离法，不用开挖钻井液池，实时随钻处理，循环利用液相来降低钻井用水量及钻井液维护费用，适合于农田、雨林等陆上环境敏感性高的地区，同时也适用于枯水地区；(5)土地耕作法，是将废弃钻井液按一定比例与土壤混合，使得其中的盐类得到充分的稀释，有机物得到微生物有效的降解，适用于对环境要求不高的沙漠和戈壁地区。钻井废弃物不同处理技术的适用范围和优缺点对比如表1所示。

表1

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种水基钻井液固液废弃物无害化深度处理方法，所述处理方法解决了水基钻井液固液废弃物的无害化处理问题，实现钻井施工的清洁生产，保护环境，实现油田勘探开发的可持续发展。

为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：

本发明体用一种水基钻井液固液废弃物无害化深度处理方法，所述处理方法包括以下步骤：

采用不落地随钻收集工艺收集钻井废弃物，经第一固液分离后得到第一液相以及第一固相；

所述第一液相经油水分离后得到泥浆，所述泥浆与破胶剂以及絮凝剂混合，经第二固液分离后得到第二液相以及第二固相；

所述第二液相经水处理后，得到达标排放废水以及第三固相；

所述第一固相、第二固相以及第三固相经固化处理后得到达标排放固废。

本发明中，所述处理方法从钻井废弃物不落地接收、脱液减量固液分离控制、污水深度水处理和废固固化技术等四个方面着手，实现水基钻井液固液废弃物前期、中期和后期的无害化控制，较好的解决了钻井施工中水基钻井液固液废弃物污染问题，实现了钻井的“清洁生产”，具有良好的环境效益和社会效益。

作为本发明优选的技术方案，所述不落地随钻收集工艺包括：

使用岩屑接收装置以及横向岩屑螺旋输送装置收集钻井废弃物；

所述钻井废弃物进入接收装置中进行缓冲，并依次进行清洗以及静置后，得到预处理后的岩屑。

本发明中，不落地接收传输技术主要实现接收并收集钻井固控***振动筛返出岩屑及泥浆、除砂除泥器分离出岩屑、离心机甩出岩屑，然后输送至三相分离单元上的干燥振动筛做初步固液分离的主要功能。

作为本发明优选的技术方案，所述岩屑接收装置用于接受振动筛返出岩屑及泥浆。

优选地，所述横向岩屑螺旋输送装置用于收集离心机甩出岩屑以及除砂除泥器分离出岩屑，并送入所述岩屑接收装置。

优选地，所述清洗中加入重金属离子稳定剂。

优选地，所述静置后分离去除上层油相。

作为本发明优选的技术方案，所述第一固液分离的方法为干燥振动筛分。

作为本发明优选的技术方案，所述泥浆返回钻井作业中进行回用，超出回用量的泥浆与破胶剂以及絮凝剂混合。

优选地，所述破胶剂包括铝系混凝剂、铁系混凝剂或聚硅酸混凝剂中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：铝系混凝剂和铁系混凝剂的组合、铁系混凝剂和聚硅酸混凝剂的组合、聚硅酸混凝剂和铝系混凝剂的组合或铝系混凝剂、铁系混凝剂和聚硅酸混凝剂的组合等。

本发明中，所述破胶剂可以是硫酸铝、硫酸亚铁或聚合硅酸铝铁中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：硫酸铝和硫酸亚铁的组合、硫酸亚铁和聚合硅酸铝铁的组合、聚合硅酸铝铁和硫酸铝的组合或硫酸铝、硫酸亚铁和聚合硅酸铝铁的组合等。

优选地，所述絮凝剂包括阴离子型、阳离子型或两性型有机高分子絮凝剂中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：阴离子型和阳离子型的组合、阳离子型和两性型的组合、两性型和阴离子型的组合或阴离子型、阳离子型和两性型的组合等。

本发明中，所述絮凝剂可以是阴离子、阳离子或非离子型聚丙烯酰胺。

优选地，所述第二固液分离的方法包括离心。

本发明中，破胶剂以及絮凝剂的添加量可以根据泥浆的具体性质进行确定调整，在此不做具体限定。

本发明中，钻井废液固液分离脱液减量技术采用破胶剂通过电中和反应破坏钻井液的胶连结构，然后利用絮凝剂将破胶后的钻井液中的固体颗粒和有机物进行絮凝，把水溶液从钻井液中分离出来。最后采用离心机将大粒径的固相颗粒从水中分离，达到固液分离的目的。

作为本发明优选的技术方案，所述水处理包括依次进行气浮处理、混凝处理、电化学氧化处理、反渗透处理、深度氧化处理以及活性炭吸附处理。

优选地，所述深度氧化处理为臭氧氧化处理。

作为本发明优选的技术方案，所述水处理后的废水的COD≤100mg/L，BOD≤20mg/L，油含量≤5mg/L，pH值6～9，悬浮物≤70mg/L。

本发明中，深度水处理技术采用气浮除油、板框压滤和电化学氧化工艺，并配合反渗透膜过滤以及臭氧氧化进行深度处理，使得污水达到排放标准。特别地，对于氯离子浓度较高的污水，采用以上工艺，可以除去污水中的绝大部分氯离子，达到外排标准。

本发明中，水处理后的污水按照国家《污水排放综合标准》中规定的测试方法对产出水各项指标值进行检测，达到排放标准之后在环保部门指定排放口进行排放，否则返回上级流程进行循环处理。

作为本发明优选的技术方案，所述固化处理的方法包括向所述第一固相、第二固相以及第三固相混合后的固相中加入固化剂、干化剂以及稳定剂，并进行搅拌处理。

作为本发明优选的技术方案，所述固化剂包括石灰、粉煤灰或水泥中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：石灰和粉煤灰的组合、粉煤灰和水泥的组合、水泥和石灰的组合或石灰、粉煤灰和水泥的组合等。

优选地，所述干化剂包括聚合硫酸铁和/或聚合氯化铝等混凝材料。

优选地，所述稳定剂包括柠檬酸钠、三聚硫氰酸三钠盐或乙二胺四乙酸四钠中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：柠檬酸钠和三聚硫氰酸三钠盐的组合、三聚硫氰酸三钠盐和乙二胺四乙酸四钠的组合、乙二胺四乙酸四钠和柠檬酸钠的组合或柠檬酸钠、三聚硫氰酸三钠盐和乙二胺四乙酸四钠的组合等。

本发明中，固化剂、干化剂以及稳定剂的添加量可以根据第一固相、第二固相以及第三固相的性质进行确定，在此不做具体限定。

本发明中，固化法是通过向钻井固废中加入一定量的固化/稳定化处理剂，使得固废物理性质、化学性质趋于稳定化，转化为胶结强度很大的固体，或就地填埋或作为建筑材料等。该方法现在被认为是一种比较可靠的治理钻井液岩屑和废弃固体污染的好方法。对于治理难度最大的COD、Cr、pH值和总铬最为有效。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明提供的水基钻井液固液废弃物无害化深度处理方法通过钻屑和废弃钻井液的接收***和储存设备，可实现钻井废弃物的不落地处理，替代了落后的钻井液废弃物向泥浆坑直接排放的处理方式，有效隔离了钻井液废弃物与自然环境的接触，实现了钻井现场废弃物的“0”排放，满足了钻井的“清洁化生产”需要；

(2)本发明提供的水基钻井液固液废弃物无害化深度处理方法相对其他废弃物处理方法，该技术注重废弃物处理的过程控制，通过对废弃物的脱液减量处理，实现钻井废弃物的固液分离，废弃物最终排放体积可减少50％以上，大大减低对环境的污染程度和废弃物的运输成本；

(3)本发明提供的水基钻井液固液废弃物无害化深度处理方法通过化学和物理方法对钻井废水进行深度水处理，处理后产水满足国家《污水排放综合标准》一级标准，可直接用于配制钻完井液和清洗设备，实现水资源的重复利用，或达达标外排；

(4)本发明提供的水基钻井液固液废弃物无害化深度处理方法利用优选的固化剂和固化设备对废弃物进行固化处理，可有效固定废弃物的有害物质，实现其与自然环境的隔离，处理后的固化物可通过复耕实现自然降解，或进行油田道路建设“变废为宝”。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的水基钻井液固液废弃物无害化深度处理方法的流程示意图。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1

本实施例提供一种水基钻井液固液废弃物无害化深度处理方法，所述处理方法包括以下步骤：

(1)采用不落地随钻收集工艺收集钻井废弃物，经第一固液分离后得到第一液相以及第一固相；

具体流程为：

1.1、振动筛返出岩屑及泥浆直接进入岩屑接收器中，横向岩屑螺旋输送器接收来自离心机甩出岩屑、除砂除泥器分离出岩屑并送至岩屑接收器中；

1.2、所接收的岩屑(泥浆)在接收器中做缓冲，同时可通过清洗口对岩屑进行较好的清洗，清洗液中可加入重金属离子稳定剂对岩屑及返出的泥浆中的重金属离子进行稳定，岩屑经清洗后沉入罐底，岩屑表面的油相也逐步浮到表面上，经溢液口溢出到贮油罐，油相进行了初次分离；

1.3、底部岩屑经底部螺旋推进器推送至岩屑输出螺旋推进器推送至下一单元中的干燥振动筛上做初步固液分离。接收器中的液相可由底部排空口排空。

(2)所述第一液相经油水分离后得到泥浆，所述泥浆与破胶剂以及絮凝剂混合，经第二固液分离后得到第二液相以及第二固相；

具体流程为：

2.1、从上级不落地接收传输来的岩屑进入干燥振动筛进行初步固液分离处理；

2.2、干燥振动筛出来的固相进入三相分离单元中的输送器上传送至固化单元进行固化；

2.3、干燥振动筛出来的液体进入振动筛下方的液体缓冲分离罐，在此罐中油缓慢浮至表面注入贮油罐中累积，当达到一定量后泵送至贮油罐中贮存，底层的泥浆可返回钻井作业中进行回用；

2.4、无法回用时进入破胶罐，通过加入破胶剂和絮凝剂改变钻井液的物理、化学性质破坏胶体体系，促使悬浮的细小颗粒聚结成较大的絮凝体后泵入离心机进行离心固液分离；

2.5、离心机排出固相进入输送器输送至固化单元进行固化，液体进入缓存罐中进行存储，达到一定量后泵入下一单元中进行深度水处理。

(3)所述第二液相经水处理后，得到达标排放废水以及第三固相；

具体流程为：

3.1、上游设备中废水泵入气浮装置，进行初步除油除渣处理，滤掉其中粒径较大的颗粒以及可浮于污水表面的石油类，气浮刮去浮渣进入浮渣区，并泵回脱液减量单元进行再次处理，气浮后的污水进入水罐的清水罐储存；

3.2、在清水罐通过计量泵泵入破胶剂、絮凝剂对废水进行二次混凝处理，处理后固液混合物通过高压螺杆泵输送至板框压滤机内部，经过自动压滤形成泥饼后，产生的泥饼集中收集并输送至固化单元进行固化，滤液泵入电化学氧化设备；

3.3、在电化学氧化设备中，加入pH值调节剂使废水呈弱酸性，设备中的铁和碳形成大量微小原电池，通过氧化还原反应，可有效降低废水的COD。再加入pH调节剂和絮凝剂，调节废水pH值至中性，并通过设备中的叠螺机固液分离器进一步清除废水中的微小絮体。

3.4、电化学氧化处理出水使用高压泵泵入反渗透膜处理装置，该装置可在70Bar压力下完成对污水的反渗透处理，可有效过滤掉污水中的有机物和可溶性盐类。

3.5、经反渗透膜处理的产水泵入深度氧化处理设备，该设备具备制造臭氧的功能，并利用臭氧的强氧化性对水进行深度氧化处理，进一步降低水中的COD，最后通过活性炭的吸附作用，降低水的色度。

3.6、按照国家《污水排放综合标准》中规定的测试方法对产出水各项指标值进行检测，达到排放标准之后在环保部门指定排放口进行排放，否则返回上级流程进行循环处理。

所述水处理后污水COD值降低至100mg/L，BOD≤20mg/L，油含量≤5mg/L，pH值6～9，悬浮物≤70mg/L。

(4)所述第一固相、第二固相以及第三固相经固化处理后得到达标排放固废；

具体流程为：

4.1、在固化剂、干化剂、稳定剂储料仓中加入相应的处理剂，设定好投加比例，固化单元将进入全自动化运作；

4.2、从钻井废液脱液减量单元、深度水处理单元输送来的钻井固废进入固废接收仓内缓冲存储，达到一定量后仓底的双螺旋推进器启动将物料推进至混拌***中；

4.3、同时固化剂、干化剂按比例自动加入到混拌***中，加料完毕，混拌***自动启动进行均匀搅拌，达到设定时间后由底部落入自动物料输送***送至固化物接收装置。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种水基钻井液固液废弃物无害化深度处理方法，其特征在于，所述处理方法包括以下步骤：

采用不落地随钻收集工艺收集钻井废弃物，经第一固液分离后得到第一液相以及第一固相；

所述第一液相经油水分离后得到泥浆，所述泥浆与破胶剂以及絮凝剂混合，经第二固液分离后得到第二液相以及第二固相；

所述第二液相经水处理后，得到达标排放废水以及第三固相；

所述第一固相、第二固相以及第三固相经固化处理后得到达标排放固废。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述不落地随钻收集工艺包括：

使用岩屑接收装置以及横向岩屑螺旋输送装置收集钻井废弃物；

所述钻井废弃物进入接收装置中进行缓冲，并依次进行清洗以及静置后，得到预处理后的岩屑。

3.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述岩屑接收装置用于接受振动筛返出岩屑及泥浆；

优选地，所述横向岩屑螺旋输送装置用于收集离心机甩出岩屑以及除砂除泥器分离出岩屑，并送入所述岩屑接收装置；

优选地，所述清洗中加入重金属离子稳定剂；

优选地，所述静置后分离去除上层油相。

4.根据权利要求1-3任一项所述的处理方法，其特征在于，所述第一固液分离的方法为干燥振动筛分。

5.根据权利要求1-4任一项所述的处理方法，其特征在于，所述泥浆返回钻井作业中进行回用，超出回用量的泥浆与破胶剂以及絮凝剂混合；

优选地，所述破胶剂包括铝系混凝剂、铁系混凝剂或聚硅酸混凝剂中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述絮凝剂包括阴离子型、阳离子型或两性型有机高分子絮凝剂中任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述第二固液分离的方法包括离心。

6.根据权利要求1-5任一项所述的处理方法，其特征在于，所述水处理包括依次进行气浮处理、混凝处理、电化学氧化处理、反渗透处理、深度氧化处理以及活性炭吸附处理；

优选地，所述深度氧化处理为臭氧氧化处理。

7.根据权利要求1-6任一项所述的处理方法，其特征在于，所述水处理后的废水的COD≤100mg/L，BOD≤20mg/L，油含量≤5mg/L，pH值6～9，悬浮物≤70mg/L。

8.根据权利要求1-7任一项所述的处理方法，其特征在于，所述固化处理的方法包括向所述第一固相、第二固相以及第三固相混合后的固相中加入固化剂、干化剂以及稳定剂，并进行搅拌处理。

9.根据权利要求1-8任一项所述的处理方法，其特征在于，所述固化剂包括石灰、粉煤灰或水泥中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述干化剂包括聚合硫酸铁和/或聚合氯化铝等混凝材料；

优选地，所述稳定剂包括柠檬酸钠、三聚硫氰酸三钠盐或乙二胺四乙酸四钠中的任意一种或至少两种的组合。

10.根据权利要求1-9任一项所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括以下步骤：

采用不落地随钻收集工艺收集钻井废弃物，经干燥振动筛分后得到第一液相以及第一固相；

所述不落地随钻收集工艺包括：使用岩屑接收装置以及横向岩屑螺旋输送装置收集钻井废弃物，所述钻井废弃物进入接收装置中进行缓冲，并依次进行清洗以及静置后，所述清洗中加入重金属离子稳定剂，所述静置后分离去除上层油相，得到预处理后的岩屑；

所述岩屑接收装置用于接受振动筛返出岩屑及泥浆，所述横向岩屑螺旋输送装置用于收集离心机甩出岩屑以及除砂除泥器分离出岩屑，并送入所述岩屑接收装置；

所述第一液相经油水分离后得到泥浆，所述泥浆返回钻井作业中进行回用，超出回用量的泥浆与破胶剂以及絮凝剂混合，经离心分离后得到第二液相以及第二固相；

所述第二液相经水处理后，所述水处理包括依次进行气浮处理、混凝处理、电化学氧化处理、反渗透处理、臭氧氧化处理以及活性炭吸附处理，得到达标排放废水以及第三固相；

所述第一固相、第二固相以及第三固相混合后的固相中加入固化剂、干化剂以及稳定剂，并进行搅拌处理后得到达标排放固废。

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