CN101279811A - 一种钻井废弃物四相固液分离方法 - Google Patents

Abstract

一种钻井废弃物固液四相分离的工艺方法，是实现钻井废弃物中钻井岩屑、钻井泥浆、钻井污水和污油四相分离的技术，以装备钻井现场随钻不落地处理为目标，工艺原理是根据组成钻井废弃物的颗粒粒径大小和性质不同，依次清洗分离出岩屑、沉降污泥压成泥饼、滤液形成污水、污油上浮自动溢流排出，使四相得以分离，为分类再处理与综合利用创造条件，从而实现钻井废物不落地环保要求。

Description

一种钻井废弃物四相固液分离方法

一、技术领域：

本发明涉及油气田钻井废弃物四相固液分离随钻处理的工艺技术，尤其是一种钻井废弃物四相固液分离方法。

二、背景技术：

油气田钻井废弃物是钻井岩屑、钻井泥浆、钻井污水和少量污油的混合物，是一种相当稳定的胶态悬浮体系，含有粘土、加重材料、各种化学处理剂、污水、污油及钻屑等，危害环境的主要化学成分有烃类、盐类、各类聚合物、重金属离子、重晶石中的杂物和沥青等改性物，这些污染物具有高色度、高石油类、高COD、高悬浮物、高矿化度等特性，是石油勘探开发过程中产生的主要污染物。油气田每钻完一口井，都要在原地丢下一个废弃的泥浆池。一个油气田有成千上万口井，就有成千上万个废弃物泥浆池，每个泥浆池中的钻井废弃物少则有几百方，多则有几千方。这些废弃物若在井场堆放或掩埋，一旦被雨水浸泡、河流冲刷，就会对周围的土壤、水源、农田和空气造成十分严重的污染。对钻井废弃物中钻井岩屑、钻井泥浆、钻井污水和污油四相进行分离后，有利于分类处理和综合利用，为实现随钻和根治钻井废弃物污染创造先决条件，具有重大现实意义。

在此之前，大部分油气田都采用了对钻井废弃物固化填埋的方法对钻井废弃物进行处理。实际上，固化法就是向钻井废弃物中加入大量的固化剂(占废弃物总量的1/3左右)，使其中的水分被吸附固化成假土壤后就地掩埋。所加入的固化剂主要有：粉煤灰、石灰、水泥、水玻璃等。这就大大地增加了废弃物的总量和综合利用的成本。更严重的是，掩埋后废弃物的浸出液油、COD、色度难于达标，仍然会对地下水产生严重的污染。本公司发明的钻井压裂作业废液处理工艺及钻井压裂废液处理撬装一体化装置专利(专利证书号ZL200420059478.3和实用新型专利ZL200420059478.3)成果，针对废液经破稳、絮凝、气浮、压滤、氧化、过滤吸附预处理，使污水主要污染物指标达到回注、回灌安全地层或达标排放目标。钻井废弃物四相固液分离方法是钻井压裂作业废液处理工艺的前期处理技术。

三、发明内容：

本发明的目的是提供钻井废弃物中钻井岩屑、钻井泥浆、钻井污水和污油四相固液分离后，分类处理，综合利用的一种钻井废弃物四相固液分离方法，它克服了其它技术存在的落地事后处理的缺点，预先控制，以最终消灭钻井泥浆池污染和减少占地为目标，实现从井口返出的钻井废弃物在落地之前进行随钻处理，也可以将废弃泥浆池中的废弃泥浆稀释后再进行处理。工艺原理是根据组成钻井废弃物的颗粒粒径大小和性质不同，依次清洗分离出岩屑、沉降污泥压成泥饼、滤液形成污水、上浮污油自动溢流排出，使组成钻井废弃物的四相得以分离，为后续分类再处理与综合利用创造条件，从而实现钻井废物不落地环保要求。钻井废弃物固液分离装置流程分五个单元组合而成：第一处理单元为钻井废弃物收集输送系统；第二处理单元是三级岩屑、污泥、污油、污水分离循环清洗系统；第三处理单元是泥浆脱稳固液分离系统；第四单元是加药系统；第五单元是配电和自动化控制系统。通过上述装置流程处理，实现了钻井废弃物岩屑、污泥、污水、污油的四相分离和岩屑的清洗达标。

第一处理单元为钻井废弃物收集输送系统。由二套串联的螺旋式输送器组成，第一套螺旋输送器用于接收钻井振动筛排出的废弃物，水平放置，其上部组装带有喇叭口的导泥槽，出口与第二套螺旋输送器的进口动连接，第二套螺旋输送器出口连接到第二单元的振动筛洗砂器进口，放置倾角与地面水平夹角不大于35°，钻井振动筛排出的废弃物落入第一套螺旋输送器上口收集输送并通过第二套螺旋输送器提升到第二单元的震动清洗筛上。

第二处理单元是岩屑、污泥、污油、污水分离清洗系统。分三级清洗分离，钻井废弃物第一级用钻井污水循环冲洗，第二级用处理后的净化污水循环冲洗，第三级用清水循环冲洗。每一级从钻井废弃物中洗出的污油泥水都能通过污油泥水沉降分离器将污泥颗粒沉降排出，中部污水经挡板隔油后进入污水箱实现循环清洗利用，最上部漂浮的污油经溢流堰板进入污油箱，清洗后大颗粒岩屑通过一级振动筛到二、三级螺旋输送器提升排出。第二处理单元具体的流程是：从第一单元第二套螺旋输送器提升上来的钻井废弃物落在第一级振动筛洗砂器上，震动筛上部装有平行向下喷射的水咀，冲洗喷淋在振动前行且粘附着泥浆的岩屑上，震动筛网采用40目及以上不锈钢网，钻井废弃物在震动筛网上通过喷淋和震动，将粘附在岩屑上的泥浆脱落洗掉，使泥浆水和细小的颗粒漏在振动筛下方的污油泥沉降分离器中，上部岩屑排出后进入第二级清洗系统。污油泥水沉降分离器分离出的污水经离心泵增压后作为一级清洗用水喷淋在振动筛上循环使用，下部沉降污泥颗粒经污泥泵排出进入第三单元，中部污水经挡板隔油后进入污水箱实现循环清洗利用，最上部漂浮的污油经溢流堰板进入污油箱。第一级喷淋水水源采用钻井泥浆池或罐中的污水，过程不加任何药剂，能保证钻井污水不改性，清洗排放的污水能满足钻井回用要求。

经一级清洗离开振动筛的岩屑落入第二级固液四相分离清洗器中，岩屑在这里随螺旋推进装置上升在清洗搅拌喷淋室中又受到含有破稳剂、混凝剂等药品的预处理水的喷淋，使其所粘附的剩余泥浆有害物质得到清除，岩屑随螺旋推进装置自动提入第三级进行清水循环冲洗。洗后污油泥水通过清洗搅拌喷淋室滤网进入其下方的污油泥水沉降分离器中，污油泥水沉降分离器下部沉降污泥经排污管泵入第三处理单元，沉降后的污水经中部挡板隔油后溢流槽进入水箱，经泵增压作为第二级喷淋水循环使用，最上部漂浮的污油经溢流堰板进入污油箱。经二级螺旋砂水分离器排出的岩屑落入第三级固液四相分离清洗器中，岩屑在这里随螺旋推进装置上升在清洗搅拌喷淋室中又受到清水的喷淋搅拌，使其所粘附的可容性盐类和少量有害物质进一步得到清除，岩屑随螺旋推进装置自动提出外运利用。洗后污油泥水通过清洗搅拌喷淋室滤网进入其下方的污油泥水沉降分离器中，污油泥水沉降分离器下部沉降污泥经排污管泵入第三处理单元，沉降后的污水经中部溢流槽进入水箱，经泵增压作为第三级喷淋水循环使用，最上部漂浮的污油经溢流堰板进入污油箱。经清洗后，岩屑脱出，浸出液的污染物指标达到国家标准的要求，可作为建筑材料或用来硬化井场地面综合利用。

第三处理单元是泥浆脱稳固液分离系统，由泥浆脱稳搅拌罐、溶药搅拌罐、加药计量泵、污泥加压泵、压滤机和管线阀门构成；其工作流程是从第二单元污油泥水沉降分离器下部沉降的污泥经排污管泵入泥浆脱稳搅拌罐中，在这里污泥浆水经过加药、搅拌、脱稳、絮凝后用污泥加压泵泵入压滤机，固相被强制分离压成泥饼干化利用，压滤机脱出的污水作为预处理水一部分作为一、二级清洗水补充回用，多余污水进入后续污水处理系统达标处理；通过上述流程处理，实现了岩屑、污泥、污水、污油四相分离。

第四单元是加药系统。包括加药搅拌、计量泵和管线等。

第五单元是配电和自动化控制系统。

钻井废弃物固液分离装置流程由五个单元组合而成，这五个单元可以整体撬装成一体化设备，能满足钻井移动单井作业。

本发明的意义是：以最终消灭钻井泥浆池污染和减少占地为目的，它可以对从井口返出的钻井废弃物在落地之前进行随钻处理，也可以将废弃泥浆池中的废弃泥浆稀释后再进行分类处理，实现无害化综合利用。整体工艺技术能做到从钻井废弃物中分离出的岩屑被清洗干净后可作为混凝土骨料加以利用；清洗岩屑产生的泥浆水经加药、脱稳、絮凝、固液分离后形成泥饼干化利用；分离出的污水循环使用或为继续处理达标创造条件，污油回收利用。

四、附图说明：

图1为一种钻井废弃物四相固液分离方法的工艺流程图

五、具体实施方式：

本发明采用预先控制，以最终消灭钻井泥浆池污染和减少占地为目标，实现从井口返出的钻井废弃物在落地之前进行随钻处理，也可以将废弃泥浆池中的废弃泥浆稀释后再进行处理。工艺原理是根据组成钻井废弃物的颗粒粒径大小和性质不同，依次清洗分离出岩屑、沉降污泥压成泥饼、滤液形成污水、上浮污油自动溢流排出，使组成钻井废弃物的四相得以分离，为后续分类再处理与综合利用创造条件，从而实现钻井废物不落地环保要求。

钻井废弃物固液分离装置流程分五个单元组合而成：第一处理单元为钻井废弃物收集输送系统；第二处理单元是三级岩屑、污泥、污油、污水分离循环清洗系统；第三处理单元是泥浆脱稳固液分离系统；第四单元是加药系统；第五单元是配电和自动化控制系统。通过上述装置流程处理，实现了钻井废弃物岩屑、污泥、污水、污油的四相分离和岩屑的清洗达标。

第一处理单元为钻井废弃物收集输送系统。由二套串联的螺旋式输送器组成，第一套螺旋输送器用于接收钻井振动筛排出的废弃物，水平放置，其上部组装带有喇叭口的导泥槽，出口与第二套螺旋输送器的进口动连接，第二套螺旋输送器出口连接到第二单元的振动筛洗砂器进口，放置倾角与地面水平夹角不大于35°，钻井振动筛排出的废弃物落入第一套螺旋输送器上口收集输送并通过第二套螺旋输送器提升到第二单元的震动清洗筛上。

第二处理单元是岩屑、污泥、污油、污水分离清洗系统。分三级清洗分离，钻井废弃物第一级用钻井污水循环冲洗，第二级用处理后的净化污水循环冲洗，第三级用清水循环冲洗。每一级从钻井废弃物中洗出的污油泥水都能通过污油泥水沉降分离器将污泥颗粒沉降排出，中部污水经挡板隔油后进入污水箱实现循环清洗利用，最上部漂浮的污油经溢流堰板进入污油箱，清洗后大颗粒岩屑通过一级振动筛到二、三级螺旋输送器提升排出。第二处理单元具体的流程是：从第一单元第二套螺旋输送器提升上来的钻井废弃物落在第一级振动筛洗砂器上，震动筛上部装有平行向下喷射的水咀，冲洗喷淋在振动前行且粘附着泥浆的岩屑上，震动筛网采用40目及以上不锈钢网，钻井废弃物在震动筛网上通过喷淋和震动，将粘附在岩屑上的泥浆脱落洗掉，使泥浆水和细小的颗粒漏在振动筛下方的污油泥沉降分离器中，上部岩屑排出后进入第二级清洗系统。污油泥水沉降分离器分离出的污水经离心泵增压后作为一级清洗用水喷淋在振动筛上循环使用，下部沉降污泥颗粒经污泥泵排出进入第三单元，中部污水经挡板隔油后进入污水箱实现循环清洗利用，最上部漂浮的污油经溢流堰板进入污油箱。第一级喷淋水水源采用钻井泥浆池或罐中的污水，过程不加任何药剂，能保证钻井污水不改性，清洗排放的污水能满足钻井回用要求。

经一级清洗离开振动筛的岩屑落入第二级固液四相分离清洗器中，岩屑在这里随螺旋推进装置上升在清洗搅拌喷淋室中又受到含有破稳剂、混凝剂等药品的预处理水的喷淋，使其所粘附的剩余泥浆有害物质得到清除，岩屑随螺旋推进装置自动提入第三级进行清水循环冲洗。洗后污油泥水通过清洗搅拌喷淋室滤网进入其下方的污油泥水沉降分离器中，污油泥水沉降分离器下部沉降污泥经排污管泵入第三处理单元，沉降后的污水经中部挡板隔油后溢流槽进入水箱，经泵增压作为第二级喷淋水循环使用，最上部漂浮的污油经溢流堰板进入污油箱。经二级螺旋砂水分离器排出的岩屑落入第三级固液四相分离清洗器中，岩屑在这里随螺旋推进装置上升在清洗搅拌喷淋室中又受到清水的喷淋搅拌，使其所粘附的可容性盐类和少量有害物质进一步得到清除，岩屑随螺旋推进装置自动提出外运利用。洗后污油泥水通过清洗搅拌喷淋室滤网进入其下方的污油泥水沉降分离器中，污油泥水沉降分离器下部沉降污泥经排污管泵入第三处理单元，沉降后的污水经中部溢流槽进入水箱，经泵增压作为第三级喷淋水循环使用，最上部漂浮的污油经溢流堰板进入污油箱。经清洗后，岩屑脱出，浸出液的污染物指标达到国家标准的要求，可作为建筑材料或用来硬化井场地面综合利用。

第三处理单元是泥浆脱稳固液分离系统，由泥浆脱稳搅拌罐、溶药搅拌罐、加药计量泵、污泥加压泵、压滤机和管线阀门构成；其工作流程是从第二单元污油泥水沉降分离器下部沉降的污泥经排污管泵入泥浆脱稳搅拌罐中，在这里污泥浆水经过加药、搅拌、脱稳、絮凝后用污泥加压泵泵入压滤机，固相被强制分离压成泥饼干化利用，压滤机脱出的污水作为预处理水一部分作为一、二级清洗水补充回用，多余污水进入后续污水处理系统达标处理；通过上述流程处理，实现了岩屑、污泥、污水、污油四相分离。

第四单元是加药系统。包括加药搅拌、计量泵和管线等。

第五单元是配电和自动化控制系统。

钻井废弃物固液分离装置流程由五个单元组合而成，这五个单元可以整体撬装成一体化设备，能满足钻井移动单井作业。

Claims (7)

1、一种钻井废弃物四相固液分离方法，其特征是：它是实现钻井废弃物中钻井岩屑、钻井泥浆、钻井污水和污油四相分离的技术，以装备钻井现场随钻不落地处理为目标，工艺原理是根据组成钻井废弃物的颗粒粒径大小和性质不同，依次清洗分离出岩屑、沉降污泥压成泥饼、滤液形成污水、上浮污油自动溢流排出，使四相得以分离，实现钻井废物不落地环保要求，为分类再处理与综合利用创造先决条件；钻井废弃物固液分离装置流程分五个单元组合而成：第一处理单元为钻井废弃物收集输送系统；第二处理单元是三级岩屑、污泥、污水、污油四相分离钻井废弃物清洗系统；第三处理单元是泥浆脱稳固液分离系统；第四单元是加药系统；第五单元是配电和自动化控制系统；通过上述装置流程处理，实现了钻井废弃物岩屑、污泥、污水、污油的四相分离和岩屑的清洗达标利用。

2、根据权利要求1所述的一种钻井废弃物四相固液分离方法，其特征是：第一处理单元为钻井废弃物收集输送系统，由二套串联的螺旋式输送器组成，第一套螺旋输送器用于接收钻井振动筛排出的废弃物，水平放置，其上部组装带有喇叭口的导泥槽，出口与第二套螺旋输送器的进口动连接，第二套螺旋输送器出口连接到第二单元的振动筛洗砂器进口，放置倾角与地面水平夹角不大于35°钻井振动筛排出的废弃物落入第一套螺旋输送器上口收集输送并通过第二套螺旋输送器提升到第二单元的震动清洗筛上。

3、根据权利要求1所述的一种钻井废弃物四相固液分离方法，其特征是：第二处理单元是岩屑、污泥、污油、污水分离钻井废弃物清洗系统，分三级清洗分离，钻井废弃物第一级用钻井污水循环冲洗，第二级用处理后的净化污水循环冲洗，第三级用清水循环冲洗；每一级从钻井废弃物洗出的污油泥水都能通过污油泥水沉降分离器将污泥粒颗沉降排出，中部污水经挡板隔油后进入污水箱实现循环清洗利用，最上部漂浮的污油经溢流堰板进入污油箱，清洗后大颗粒岩屑通过一级振动筛到二、三级螺旋输送器提升排出。

4、根据权利要求1所述的一种钻井废弃物四相固液分离方法，其特征是：第二处理单元具体的流程是，从第一单元第二套螺旋输送器提升上来的废弃物落在第一级振动筛洗砂器上，震动筛上部装有平行向下喷射的水咀，喷淋在振动前行且粘附着泥浆的岩屑上，震动筛网采用40目及以上不锈钢网，废弃物在震动筛网上通过喷淋和震动，将粘附在岩屑上的泥浆脱落洗掉，使泥浆水和细小的颗粒漏在振动筛下方的污油泥沉降分离器中，上部岩屑排出后进入第二级清洗系统；污油泥水沉降分离器分离出的污水经离心泵增压后作为一级清洗用水喷淋在振动筛上循环使用，下部沉降污泥粒颗经污泥泵排出进入第三处理单元泥浆脱稳固液分离系统，中部污水经挡板隔油后进入污水箱实现循环清洗利用，最上部漂浮的污油经溢流堰板进入污油箱；第一级喷淋水水源采用钻井泥浆池或罐中的污水，过程不加任何药剂，能保证钻井污水不改性，清洗排放的污水能满足钻井回用要求；经一级清洗离开振动筛的岩屑落入第二级固液四相分离清洗器中，岩屑在这里随螺旋推进装置上升在清洗搅拌喷淋室中又受到含有破稳剂、混凝剂等药品的预处理水的喷淋，使其所粘附的剩余泥浆有害物质得到清除，岩屑随螺旋推进装置自动提入第三级进行清水循环冲洗；洗后污油泥水通过清洗搅拌喷淋室滤网进入其下方的污油泥水沉降分离器中，污油泥水沉降分离器下部沉降污泥经排污管泵入第三处理单元，沉降后的污水经中部溢流槽进入水箱，经泵增压作为第二级喷淋水循环使用，最上部漂浮的污油经溢流堰板进入污油箱；经二级砂水分离器排出的岩屑落入第三级固液四相分离清洗器中，岩屑在这里随螺旋推进装置上升在清洗搅拌喷淋室中又受到清水的喷淋搅拌，使其所粘附的可容性盐类和少量有害物质进一步得到清除，岩屑随螺旋推进装置自动提出外运；洗后污油泥水通过清洗搅拌喷淋室滤网进入其下方的污油泥水沉降分离器中，污油泥水沉降分离器下部沉降污泥经排污管泵入第三处理单元，沉降后的污水经中部溢流槽进入水箱，经泵增压作为第三级喷淋水循环使用，最上部漂浮的污油经溢流堰板进入污油箱；经清洗后，岩屑脱出，浸出液的污染物指标达到国家标准的要求，可作为建筑材料或用来硬化井场地面综合利用。

5、根据权利要求1所述的一种钻井废弃物四相固液分离方法，其特征是：第三处理单元是泥浆脱稳固液分离系统，由泥浆脱稳搅拌罐、溶药搅拌罐、加药计量泵、污泥加压泵、压滤机和管线阀门构成；其工作流程是从第二单元污油泥水沉降分离器下部沉降的污泥经排污管泵入泥浆脱稳搅拌罐中，在这里污泥浆水经过加药、搅拌、脱稳、絮凝后用污泥加压泵泵入压滤机，固相被强制分离压成泥饼干化利用，压滤机脱出的污水作为预处理水一部分作为一、二级清洗水回用，多余污水进入后续污水处理系统达标处理；通过上述流程处理，实现了岩屑、污泥、污水、污油四相分离。

6、根据权利要求1所述的一种钻井废弃物四相固液分离方法，其特征是：第二处理单元是岩屑、污泥、污油、污水四相分离清洗系统由三级串联而成，工艺构成一级清洗分离由清洗振动筛清洗分离岩屑、污泥沉降室沉降浓缩污泥、中部污水隔油溢流堰、上部污油堰和污水罐、污油罐组成，用钻井污水循环清洗，沉降分离污水不加药不变性，剩余排放污水能满足钻井回用；二级清洗分离由岩屑螺旋推进装置、清洗搅拌喷淋室、清洗搅拌喷淋室滤网、清洗搅拌喷淋室喷淋装置、搅拌器和污油泥水沉降分离器组成。

7、根据权利要求1所述的一种钻井废弃物四相固液分离方法，其特征是：钻井废弃物固液分离装置流程分五个单元组合而成，这五个单元可以整体撬装成一体化设备，能满足钻井移动单井作业。