CH624477A5

CH624477A5 -

Info

Publication number: CH624477A5
Application number: CH994577A
Authority: CH
Inventors: Bernhard Tramier; Michel Buillerme
Original assignee: Elf Aquitaine
Priority date: 1976-09-03
Filing date: 1977-08-15
Publication date: 1981-07-31
Also published as: CA1093473A; NL7709382A; AU2836277A; NO144819C; ES461920A1; FR2363354A1; DE2739715C2; DE2739715A1; FR2363354B1; NL188453C; NO772965L; NO144819B; GB1578233A; US4174278A; IT1084519B; BR7705889A

Description

L'invention concerne un traitement des boues résiduelles de forages du sol, plus spécialement de forages effectués dans la recherche d'hydrocarbures. Elle vise un traitement de déshydratation partielle de telles boues pour rendre possible le rejet de ces dernières dans la nature.

Lorsqu'on procède au forage du sol en vue de trouver une nappe de pétrole ou de gaz naturel, des quantités relativement grandes de boues, formées par le liquide injecté dans le puits de forage, doivent être éliminées. Ces boues contiennent des adjuvants spéciaux, connus, utilisés dans cette opération, ainsi que des éléments du sol, notamment composés de Si, Al, Ca, Mg, Fe, etc. et diverses matières organiques. Elles sont de ce fait très différentes des boues d'égouts et ne peuvent donc pas être traitées par la technique classique, appliquée couramment à ces dernières.

En effet, les boues de forage sont plus visqueuses et plus hydrophiles, de structure très colloïdale et thixotropique.

Elles sont essentiellement minérales et contiennent des hydrocarbures, alors que les boues urbaines sont surtout organiques. Dans des régions désertiques, les boues de forages sont versées dans des creux ou bassins, pour former des bourbiers; cependant, les propriétés physico-chimiques de ces boues font que les bourbiers ne se solidifient jamais complètement par évaporation naturelle, mais constituent un dépôt boueux, connu sous le nom de «floc». Ce dernier présente des dangers d'enlisement pour personnes et animaux, à cause de ses propriétés rhéologiques, qui le rendent comparable

à du sable mouvant. Cette sorte de bourbiers ne peuvent donc par être laissés dans la nature, dans des régions habitées. Les moyens connus, proposés jusqu'à présent, pour la suppression de tels bourbiers, sont d'une exécution plus ou moins difficile et coûteuse: c'est notamment le cas du transport des dépôts de floc vers une station de traitement, comme celui des opérations de solidification ou d'incinération.

Etant donnée la très forte teneur en eau des boues en question, teneur qui peut dépasser 95 %, jointe à la nature colloïdale de ce liquide, rendant la séparation mécanique des solides, notamment par filtration ou centrifugation, extrêmement difficile, cette sorte de séparation ne pouvait pas être envisagée jusqu'à présent. Le mérite de la présente invention réside dans un nouveau procédé qui, contrairement à l'art antérieur, rend cette séparation mécanique viable industriellement.

Le nouveau procédé suivant l'invention consiste à traiter d'abord les boues résiduelles de forage par un agent approprié de floculation; ensuite, la boue, ainsi traitée, est soumise à la filtration ou à la centrifugation.

L'invention concerne donc un procédé de déshydration partielle des boues résiduelles de forage du sol, par séparation de l'eau par filtration, centrifugation ou filtration et centrifugation qui est caractérisé en ce qu'avant cette séparation les boues sont additionnées d'au moins un agent de floculation.

Des agents de floculation, convenant à la réalisation du procédé suivant l'invention, sont en particulier la chaux et des sels de fer. Bien que l'hydroxyde de calcium, le chlorure ferrique ou le sulfate ferreux, soient connus en soi pour leurs propriétés floculantes, et utilisés pour la déshydration des boues urbaines, ils n'ont pas été utilisés à la préparation d'une boue en vue de la filtration ou de la centrifugation; ils n'ont pas non plus été appliqués au traitement de la classe particulière des boues aussi complexes que celles des forages pétroliers.

Le traitement coagulant suivant l'invention peut être effectué de manière à rendre la boue franchement alcaline ou franchement acide, ce qui veut dire qu'il convient d'utiliser des quantités relativement fortes d'agent de floculation, par préférence plus de 5 % en poids de cet agent, calculé par rapport aux matières solides (MS), les proportions optima se situant entre environ 10 et 30%.

Suivant un trait particulier de l'invention, la floculation, avant séparation mécanique, tout en étant effectuée en milieu alcalin, comporte tout de même l'addition d'un sel ferrique ou ferreux. On constate alors que la filtrabilité de la base ou ferreux. On constate alors que la filtrabilité de la boue ainsi traitée est sensiblement améliorée et l'on arrive à séparer, par filtration ou centrifugation, les matières solides de la boue sous une forme moins hydratée.

Dans la forme d'exécution de l'invention, dans laquelle la chaux employée conjointement avec un sel de fer, les proportions de ces deux agents peuvent être réglées de façon à ce qu'il y ait, dans la boue traitée 0,05 à 0,35 équivalent de fer par équivalent de Ca; la proportion préférée est de 0,1 à 0,3 équivalent de fer par équivalent de Ca; de cette manière, il ne peut pas y avoir neutralisation de la chaux par double décomposition avec le sel de fer, seulement une partie mineure de la chaux subissant cette réaction.

Suivant un autre trait préféré de l'invention, l'ensemble coagulant de chaux avec le sel de fer est additionné d'une faible proportion d'un des agents organiques de floculation, connus dans l'industrie sous la dénomination de polyélectro-lytes. Ce sont des polyélectrolytes anioniques notamment qui conviennent, et plus spécialement les polyélectrolytes à base de Polyacrylamides à haut poids moléculaire, partiellement hydrolysées, dont le degré d'ionisation excède

5

10

15

20

25

30

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40

45

50

55

«0

65

3

624 477

25 %. Ce sont surtout les Polyacrylamides à degré d'ionisation supérieur à 30% qui donnent de bons résultats dans le procédé suivant l'invention. Des résultats particulièrement avantageux sont obtenus avec environ 0,2 à 0,4% d'un tel polyélectrolyte anionique rapporté au poids des matières sèches de la boue.

La préparation floculante à la séparation mécanique suivant l'invention peut également être réalisée par l'adjonction aux boues d'un des agents sus-indiqés par exemple chaux ou chlorure ferrique, additionné de polyélectrolytes anioniques; cependant, les meilleurs résultats sont obtenus avec un système de floculation ternaire, chaux + sel de fer + polyélectrolytes anioniques.

Lorsque la séparation mécanique après floculation est la filtration, cette dernière est de préférences réalisée sous pression, par exemple dans un filtre-presse, la pression étant de 7 à 15 bars et de préférence 15 bars. Si, au lieu de la filtration, on a recours à la centrifugation, on peut employer les différents types d'appareils connus en soi, à fonctionnement continu ou non, à décantation ou filtration, mais une condition essentielle réside dans l'application à la boue d'une force centrifuge d'au moins 2500 g et, de préférence, 2900 à 3500 g.

L'invention est illustrée par la déshydratation partielle des boues d'un forage pétrolier, boues aux caractéristiques suivantes:

- aspect: suspension colloïdale, visqueuse et hydrophile, de coloration noirâtre, à odeur marquée d'hydrocarbure;

- pH 7,6, densité 1,1, teneur en matières solides en suspension (MS) 55,2 g/1;

- les solides de la boue se composent de 15 % de matières organiques, et 85% de substances minérales.

L'analyse chimique de ces MS se présente comme suit, en % :

Perte au feu 21,6 MgO 5,1

SÌO2 52,4 P2O5 0,1

Fe2Û3 + AI2O3 0,2 Na20 2,1

CaO 15,7 K2O 1,8

On voit que cette boue se compose surtout de silicate et de carbonate de calcium et de magnésium; sa coloration noirâtre est l'indice d'une décomposition anaérobie de substances organiques, en particulier d'hydrocarbures; elle est de nature très colloïdale, ses constituants étant finement dispersés et fortement hydratés.

Telle quelle, cette boue ne pourrait pas être déshydratée par filtration, parce qu'elle présente une résistance spécifique à la filtration a et un facteur de compressibilité trop élevés. On trouve en effet les a en m/kg suivants en fonction du gradient de pression appliquée.

Bars axl<T»

0,5

487

1

830

4

2 500

7

4183

Le facteur de compressibilité s est = à 0,81

La siccité limite, obtenue sous 7 bar, exprimée en % de matière sèche, est de 38,8%.

Les déterminations de la filtrabilité après l'adjonction de chaux, de FeCb • 6H2O ou des deux à la boue, dont les caractéristiques sont données plus haut, conduisent aux résultats indiqués dans le Tableau I qui suit.

Les filtrations sont effectuées sous une pression de 7 bars.

Les pourcent de chaux et de chlorure ferrique s'entendent en poids de la MS de la boue.

Pour donner la mesure de la siccité des solides séparés, on indique le % de MS.

Le nombre d'équivalents de fer par équivalents de calcium est indiqué dans la colonne Eq ■ Fe/Ca.

Tableau I

%

Ca(OH)2

%

FeCI3-6aq.

Hq ■ Fe/Ca alO"1'

s

% MS

10

0

930

0,75

41,0

10

5

0,205

540

0,74

41,8

10

0,41

1100

0,76

42,6

15

0

760

0,69

42,0

15

5

0,136

400

0,65

43,6

15

10

0,272

550

0,63

44,5

15

0,408

750

0,76

44,9

20

0

665

0,67

43,1

20

5

0,103

280

0,63

43,8

20

15

0,309

260

0,59

45,8

30

0

320

0,63

43,2

30

5

0,0685

320

0,56

46,8

30

10

0,136

350

0,62

46,9

30

15

0,205

142

0,53

48,2

0

7,5

_

1100

0,81

39,3

0

10

—

750

—

0

15

—

500

0,66

41,4

0

20

—

400

—

0

30

-

310

0,63

43,3

On peut voir que l'adjonction de la chaux seule est fort efficace, puisqu'elle fait baisser la résistance a de 4183 X1011 à 930 X10" pour 10% de chaux et même à 320 X1011 pour 30% de chaux; cependant, l'adjonction simultanée de chlorure ferrique fait baisser la résistance dans des proportions encore plus fortes, puisqu'à la limite, on arrive à 142 X1011 pour 30% de chaux avec 15 % de chlorure ferrique. On remarquera toutefois qu'au-delà d'une certaine proportion de FeCb , la résistance augmente à nouveau: c'est le cas de 15 % de chaux avec 15 % de chlorure ferrique, correspondant à 0,408 équivalent Fe par équivalent Ca. Il en est de même lorsqu'on emploie 10% de chaux avec 10% de chlorure ferrique. Il ressort des résultats du tableau précédent que les meilleures résistances, compressibilité et siccité, sont obtenues pour des proportions de 0,01 à 0,3 équivalent de Fe par équivalent de Ca.

Une certaine amélioration de la filtrabilité peut encore être obtenue si, en plus de la chaux et d'un sel de fer, on ajoute aux boues 0,15 à 0,40% en poids de la MS d'un polyélectrolyte anionique (en particulier produit connu sous la dénomination commerciale «Seppifloc AN 34»), Bien qu'une telle adjonction augmente quelque peu le facteur de compressibilité, elle contribue cependant à réduire la résistance a et à augmenter la siccité. Ainsi, par exemple, avec 0,2%

sur MS de «Seppifloc AN 34» en présence de 15 % de Ca(OH)2 et 5 % de FeCb • 6aq (5ème ligne du tableau I), la résistance sous 7 bars est réduite à 350 X1011 et la siccité s'élève à 44,2%, alors que la compressibilité s s'élève à 0,85.

Les observations ci-dessus ont été pleinement confirmées par des essais semi-industriels, où les boues décrites plus haut étaient traitées dans un filtre-presse à 8 plateaux chambrés de 300 X 300 mm, d'une surface de filtration totale de 1 m2. Ce filtre était alimenté à partir d'un bac de 150 1 de capacité, dans lequel la boue était agitée avec ses adjuvants, chaux et sel de fer, en vue de sa floculation. L'alimentation du filtre en boue s'effectuait à l'aide d'une pompe à piston-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

624 477

membrane à haute pression, susceptible d'atteindre 15 bars; le débit était de 1 m3/h.

Ces essais semi-industriels ont été effectués avec des proportions d'adjuvants de floculation de 15 à 20% par rapport à la MS de la boue, pour la chaux, et de 5 à 7 %

pour le chlorure ferrique. D'autres essais ont été effectuées avec 30 % de chaux et 10 à 15 % de sulfate ferreux FeS04-7H20.

On est ainsi arrivé à des capacités de filtration de 2,5 à 3 kg/MS/m2/h. Le rendement de séparation des insolubles dépassait 99,5 %, le filtrat titrant moins de 100 mg de matière en suspension par litre. La matière sèche du gateau de filtration renferrait 35 à 38% de MS et sa manutention était très aisée.

Le traitement des boues suivant l'invention a également été effectué par centrifugation après adjonction des adjuvants de floculation décrits plus haut. Des essais ont été réalisés avec une décanteuse continue Guinard D 18 à bol plein, présentant une partie cylindrique de 18 cm de diamètre pour la sédimentation, prolongée par une partie conique pour l'essorage du sédiment. L'ensemble cylindro-conique pouvait tourner à une vitesse réglable de 1500 à 6500 tr/mn. Une vis d'extraction, tournant à l'intérieur du bol, à une vitesse réglable, légèrement supérieure à celle du bol, assurait l'extraction en continu de la boue déshydratée.

Sur la même boue, dont les caractéristiques sont données au début de la présente description, la centrifugation a donné les résultats indiqués au tableau II qui suit.

La boue était préalablement traitée par 20 % de Ca(OH)2 (par rapport à la MS), et 7 % de FeCb • 6aq et elle était additionnée en outre d'une certaine proportion de polyélectrolytes anioniques (Seppifloc AN 34) indiquée au tableau II.

Tableau II

Vitesse de rotation tr/mn

Force centrifuge xg

Alimentation en boue kg/MS/h

Polyélectrolytes % de MS

Rendement % en MS

Siccité % MS dans sédiment

6350

4000

21,6

0,35

98

28,5

5450

2920

21,6

0,35

99

26,3

3850

1475

21,6

0,35

99

21,4

5450

2920 ■

33,75

0,30

>99

29,2

5450

2920

33,75

0,25

99

26,4

5450

2920

33,75

0,20

98,4

24,8

5450

2920

33,75

0,16

85,8

20,1

5450

2920

47,0

0,40

>99

33,3

5450

2920

47,0

0,30

>99

30,7

On peut voir qu'au-dessous d'une force centrifuge de 1500 g, la déshydratation n'est plus suffisante et que le rôle du polyélectrolyte anionique est très important en centri-20 fugation, puisqu'avec0,4%/MSde cet adjuvant, on arrive à une siccité de 33,3 % MS qui représente un produit très aisé à manipuler, alors qu'au-dessous de 0,2% de cet adjuvant, la siccité laisse beaucoup à désirer.

Les gâteaux de filtration ou de centrifugation, obtenus 25 dans le procédé suivant l'invention, bien que renfermant encore beaucoup d'eau, sont parfaitement maniables, peuvent être aisément transportés et déchargés dans des bourbiers; ces derniers ne sont plus dangereux, car ils sont solidifiés à la longue à l'air libre. Ainsi, les bourbiers, après décharge-30 ment des gâteaux de filtration ou de centrifugation, peuvent être remblayés et rendus à la culture; ils ne contiennent aucun élément toxique.

B

Claims

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2

REVENDICATIONS

1. Procédé de déshydratation partielle des boues résiduelles de forage du sol, par séparation de l'eau par filtration, centri-fugation ou filtration et centrifugation, caractérisé en ce qu'avant cette séparation les boues sont additionnées d'au moins un agent de floculation.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent de floculation est la chaux ou un seul de fer, cet agent étant ajouté à la boue à raison de 5 à 30% en poids de la matière sèche de cette boue.
3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la boue est additionnée de chaux et d'une quantité mineure de sel de fer, le nombre d'équivalents de fer ne dépassant pas 0,4 par équivalent de calcium ajouté.
4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'agent de floculation est constitué par de la chaux à raison d'au moins 5 % par rapport à la matière solide de la boue, conjointement avec 0,05 à 0,35 équivalent de fer par équivalent de calcium.
5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la chaux est utilisée en une proportion de 10 à 30% par rapport à la matière solide, conjointement avec 0,1 à 0,3 équivalent de fer par équivalent de calcium.
6. Procédé suivant une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les boues, avant filtration ou centrifugation, sont additionnées d'un poly-électrolyte anionique, organique, présentant des propriétés floculantes.
7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le polyélectrolyte est un Polyacrylamide partiellement hydro-lysé présentant un degré d'ionisation supérieur à 25 %.
8. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel la séparation de l'eau après floculation a lieu par filtration, caractérisé en ce que celle-ci est effectuée sous une pression de

7 à 15 bars.
9. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel la séparation de l'eau après la floculation a lieu par centrifugation, caractérisé en ce que celle-ci est effectuée sous une force centrifuge de 2500 à 3500 g.