CN104153732A - 钻井液处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻井液处理装置及方法，该装置包括：振动筛，用于对使用过的钻井液进行固液分离，并将所分离出的固相输送至输送机，将所分离出的泥浆输送至除砂器；除砂器，与所述振动筛连接，用于对所述泥浆进行固液分离，并将所分离出的固相输送至输送机，将所分离出的液相输送至第一离心机；第一离心机和第二离心机，分别用于对来自所述除砂器的所述液相进行一次离心处理和二次离心处理，第一离心机的转速高于第二离心机的转速；以及所述输送机，用于将来自振动筛、除砂器、第一离心机以及第二离心机的固相输送至容纳装置进行回收。本发明实施例提供的钻井液处理装置和方法，能够从源头上抑制钻屑水化，而且结构简单、便于操作，成本低廉。

Description

钻井液处理装置及方法

技术领域

本发明涉及油气田钻井工程技术领域，具体涉及一种钻井液处理装置及方法。

背景技术

随着世界油气需求的持续增长及钻井技术的发展，油气田钻井液的废弃物处理与回收也越来越受到重视。每一口井钻完之后都会废弃几百立方的钻井液废弃液，这些废弃液主要包括重金属、无机盐、污水污油、化学制剂、钻屑等，含有诸多危害环境的成分，而在油气田，有多少口钻井就有多少个废弃液泥浆池，这对环境造成的严重污染问题亟待解决。

现有技术一采用了在泥浆池底部铺设防渗膜，靠自然蒸发来去除废弃液中的部分有害油品和水品的方法，显然由于这种方法受天气影响较大，且钻屑等物质对地下环境仍会造成污染，能够达到的环保效果十分有限；现有技术二采用了向废弃液中加入固化剂的固化填埋方法，这种方法存在的问题首先是固化成本较高，其次是填埋之后的固化物质容易对地下环境造成污染，然后也造成了资源的严重浪费。而且上述现有废弃液的处理技术都没有实现钻井液不落地、不造浆以及不跑浆。

发明内容

技术问题

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是对使用过的钻井液进行处理，以避免使用过的钻井液中的有害成分对环境造成污染以及有用成分的浪费，实现对钻井液的有效循环利用。

解决方案

为了解决上述技术问题，根据本发明的一实施例，提供了一种钻井液处理装置，包括：

振动筛，用于对使用过的钻井液进行固液分离，并将所分离出的固相输送至输送机，将所分离出的泥浆输送至除砂器；

所述除砂器，与所述振动筛连接，用于对所述泥浆进行固液分离，并将所分离出的固相输送至所述输送机，将所分离出的液相输送至第一离心机；

所述第一离心机，与所述除砂器连接，用于对来自所述除砂器的所述液相进行一次离心处理，并将所述一次离心后得到的固相输送至所述输送机，将所述一次离心后得到的液相输送至第二离心机，所述第一离心机的转速高于所述第二离心机的转速；

所述第二离心机，与所述第一离心机连接，用于对所述一次离心后得到的液相进行二次离心，并将所述二次离心后得到的固相输送至所述输送机；以及

所述输送机，用于将来自所述振动筛、所述除砂器、所述第一离心机以及所述第二离心机的固相输送至容纳装置进行回收。

对于上述钻井液处理装置，在一种可能的实现方式中，还包括：

循环装置，与所述第二离心机连接，用于接收所述二次离心后得到的液相，以配制新的钻井液。

对于上述钻井液处理装置，在一种可能的实现方式中，还包括：

废液处理装置，与所述第二离心机连接，用于对所述二次离心后得到的液相进行污液净液分离，并将所述净液输送至循环装置；以及

所述循环装置，与所述废液处理装置连接，用于根据所述净液配制新的钻井液。

对于上述钻井液处理装置，在一种可能的实现方式中，还包括：

净化设备，与所述废液处理装置连接，用于对进入所述废液处理装置的液相，和/或所述废液处理装置输送至所述循环装置的液相进行净化处理。

对于上述钻井液处理装置，在一种可能的实现方式中，所述第一离心机的转速不低于3500r/min，所述第二离心机的转速不低于2000r/min。

对于上述钻井液处理装置，在一种可能的实现方式中，所述振动筛具有两个筛布，所述筛布的筛目为20或40目。

对于上述钻井液处理装置，在一种可能的实现方式中，所述除砂器的数量为两个，所述除砂器的筛目为160、180或200；所述除砂器的出口设置有蝶阀或球阀。

对于上述钻井液处理装置，在一种可能的实现方式中，还包括：第三离心机，设置在所述输送机中。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种钻井液处理方法，包括：

步骤S10、振动筛对使用过的钻井液进行固液分离，将所分离出的固相输送至输送机，将所分离出的泥浆输送至除砂器；

步骤S20、所述除砂器对所述泥浆进行固液分离，并将所分离出的固相输送至所述输送机，将所分离出的液相输送至第一离心机；

步骤S30、所述第一离心机对来自所述除砂器的所述液相进行一次离心，将所述一次离心后得到的固相输送至所述输送机，将所述一次离心得到的液相输送至转速低于所述第一离心机的第二离心机；

步骤S40、所述第二离心机对来自所述第一离心机的液相进行二次离心，将所述二次离心得到的固相输送至所述输送机；以及

步骤S50、所述输送机将来自所述振动筛、所述除砂器、所述第一离心机以及所述第二离心机的固相输送至容纳装置进行回收。

对于上述钻井液处理方法，在一种可能的实现方式中，所述步骤S40还包括：

将所述二次离心得到的液相输送至废液处理装置；以及

所述废液处理装置对所述二次离心得到的液相进行污液净液分离，并将所述净液输送至循环装置，以配制新的钻井液。

有益效果

本发明实施例提供的钻井液处理装置及方法，通过采用振动筛对使用过的钻井液进行初步固液分离、通过除砂器对振动筛分离出的泥浆进行再次固液分离，通过两台离心机依次对除砂器输送的液相进行二次离心处理，并对分离后得到的固相和液相进行回收利用，能够从源头上抑制钻屑水化，从而显著减少污染物的产生，无需污染再处理；本装置主要依靠振动筛、除砂器和两台离心机对使用过的钻井液进行固控，整个固控体系结构简单、便于操作；显著降低成本，对井场也没有特殊要求，不需要额外增加井场面积；污染随钻处理，完钻后可马上投入下一口井，不增加额外时间和人力物力。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。

图1示出本发明一实施例提供的钻井液处理装置的结构示意图；

图2示出本发明另一实施例提供的钻井液处理方法的流程图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

实施例1

图1示出根据本发明一实施例的钻井液处理装置的结构示意图。如图1所示，该钻井液处理装置主要包括：振动筛1、除砂器2、第一离心机61、第二离心机62以及输送机3。

其中，振动筛1用于对使用过的钻井液进行固液分离，筛除大颗粒钻屑及包被后的泥岩团块。本实施例的振动筛1可以具有两个筛布11，筛布11的筛目为20或40目，堵漏施工及后循环最外一片筛扎6mm孔。由于筛网较粗，细砂和细泥岩颗粒容易通过，因此能够有效防止跑浆，从源头上保证了钻井液不落地。要保证一开循环钻井液就进入振动筛1，这样能够避免大循环坑造成地表污染。经振动筛1分离出的固相进入输送机3，经振动筛1分离出的液相泥浆被输送至除砂器2，本实施例中，可以通过设置有泵的管路或其他抽吸装置使泥浆进入除砂器2。

除砂器2与振动筛1连接，用于对振动筛1输出的液相泥浆进行固液分离，脱除泥浆中的较小颗粒。除砂器2的筛布21的筛目为160、180或200目，有利于脱除粒径大于加重剂的固相，经过除砂器2的过滤之后，较小的钻屑、泥岩等颗粒被脱除。本实施例中，为增加每次的泥浆处理量，提高效率，可以设置两个除砂器2。经除砂器2滤除之后的固相进入输送机3，经除砂器2滤出的液相通过除砂器2上连接的管路输送至第一离心机61。

优选地，在各除砂器2的回流浆总出口加装蝶阀或球阀22，在出浆的时候调节除砂器2的泵中的旋流器出口阀门，以保证不跑浆，由此能够强制排出钻屑、盐类、重金属类、沥青等固相，防止除砂器2底流干堵造成的固控失败，还有利于回收塑料微珠、包被剂等有益材料。除砂器2中的砂泵排量要大于泥浆泵排量，而且要保证除砂器2的底流为伞状底流。

第一离心机61对除砂器2排出的液相进行一次离心处理，并将一次离心处理之后得到的固相输送至输送机3，将一次离心处理之后得到的液相输送至第二离心机62，第二离心机62对第一离心机61排出的液相进行二次离心处理，并将二次离心处理之后得到的固相输送至输送机3，将二次离心处理之后得到的液相输送至循环装置。

优选地，第一离心机为高速离心机，转速不低于3500r/min，优选为3500r/min，第二离心机为中速离心机，转速不低于2000r/min，优选为2000r/min。本实施例设置两台离心机，能够防止钻井液增稠，并保证离心机的出泥状态为蠕动性膏状，而没有浆状液体流出，由此能够防止铲车漏浆污染环境。

输送机3与振动筛1、除砂器2、第一离心机61以及第二离心机62连接，接收振动筛1、除砂器2、第一离心机61以及第二离心机62输出的固相。此外冲刷振动筛1、除砂器2、第一离心机61以及第二离心机62的液体也输送至输送机3中。本实施例中采用清水冲刷振动筛1、除砂器2、第一离心机61以及第二离心机62，而不采用加入任何药剂的水，以保证钻井液不改性。输送机3出口下方安置有钻屑缓冲罐作为容纳装置，用于容纳输送机3所排出的物料。

优选地，输送机3中设置有第三离心机，用于甩除输送机3中的多余水泥。优选地第三离心机的转速为30m³/h。

优选地，输送机3可以位于振动筛1、除砂器3、第一离心机61和第二离心机62的正下方。

优选地，输送机3可以为无轴螺旋式输送机，通过旋转推力将振动筛1和除砂器2排出的固相物质推送到钻屑缓冲罐5。

优选地，输送机3的叶片为350mm，螺距为280。

本实施例中的钻屑缓冲罐5起到临时储存钻屑等物质的作用，优选地，钻屑缓冲罐5分为用于储存固相物质的固相室和用于储存液相物质的液相室，其中固相室的体积为15m³，液相室的体积为5m³。优选地，还设置有更大容量的储存罐，如果铲车不能够将钻屑缓冲罐5中的钻屑等物质及时运走，则将钻屑缓冲罐5中的物质先存放在储存罐中，该储存罐的容量优选为40m³。

铲车将钻屑缓冲罐5中的物质运走，可以作为混凝土原料用来铺路，或奠基等用途，从而充分利用了钻井液废液中的固相资源。

优选地，本实施例的输送机3通过槽钢(未示出)来支撑，输送机3内衬有尼龙衬板，输送机3的驱动装置还具有摆线针轮减速机作为减速机构，槽钢可以位于输送机3下方也可以位于槽钢下方。

优选地，本实施例的钻井液处理装置还包括废液处理装置(为示出)，连接在第二离心机62以及循环装置之间。第二离心机62通过水泥灰浆分流导管将二次离心之后的液相引导到废液处理装置，通过废液处理装置进行污液、净液的隔离，再将处理后得到的净液输送至循环装置。

废液处理装置可以包括搅拌罐、离心机以及吸浆泵组。其中，搅拌罐中具有搅拌器，用于将进入搅拌罐的液相充分搅拌均匀，搅拌罐的容量优选为40m³；离心机与搅拌罐连接，其转速优选为50m³/h，用于对来自搅拌罐的液相进行高速离心，分离污液和净液；吸浆泵组与离心机连接，其排量优选为10m³/h，管汇吸排各设置一组。

循环装置可以包括加药罐和胶液配制罐，废液处理装置排出的净液进入加药罐之后，向罐中加入例如重量配比为1.2％的屏蔽剂XQ-1，0.3％的屏蔽剂XQ-3，以及0.2％的复合剂等成分，还可以添加了低pH值酸液、适量KCL溶液、以及NaHCO3、NH4-PAN、NaHSO4等物质。其中，酸液的pH值保持在6.0～7.5之间，以保证钻井液脱离泥岩水化环境。KCL溶液的含量在2～3％之间，以有效抑制泥岩水化。添加的NaHCO3、NH4-PAN则有利于脱除钻井液中的Ca2+，降低钻井液污染；并且能够抑制聚集，稳定粘、切、失水。而添加NaHSO4则可以降低pH值，中和水泥造成的碱性，控制pH值保持在6.0～7.5之间，抑制水化，稳定井壁、防止造浆。然后将该配置好的开钻浆输送至胶液配置罐，再向胶液配制罐中加入例如重量配比为0.25～0.5％的屏蔽剂XQ-1，0.5％的KCl，0.2～0.4％的复合PAM1～2％的凝胶包被等成分，其中凝胶包被用于阻止泥岩分裂、吸水以及造浆。对于钻塞循环浆还可以添加钻塞稳定剂HC-1等成分，对于钻穿套管鞋的情况，还可以添加钻塞稳定剂HC-2等成分，以配制成新的钻井液，进入下一钻井循环继续使用，由此实现了钻井液不落地循环使用。此外，添加钻塞稳定剂HC-2时要遵循分批、少量、多次添加的原则，以保证PAM不继续水解，即在钻井液中加入复合PAM以无气泡产生为准。

此外，针对钻遇不同岩性的情况对钻井液添加不同的成分。例如，在钻遇泥页岩层上部30m时，往循环装置中一次性补足重量配比为1.0～2.0％的乳化沥青，0.1～0.2％的磺化沥青，0.5～1.0％的油基极压润滑剂，以及不少于2％的KCl。当钻遇低承压地层时，降低钻井液密度至极限值以下，保持低密度钻穿此井段，穿过10～30m后测试承压能力并提高承压能力至全井最高当量密度。当钻遇摩阻大、托压的情况时，首先向循环装置中添加油基极压润滑剂200kg/次，辅助正作用对稳定井壁有益；然后向循环装置中添加固体润滑剂100kg/次，辅助正作用对封闭井壁有益；最后向循环装置中添加例如塑料微珠50Kg/次，辅助正作用对漏失有益。

由于胶液配制罐加水采取自然位差的方法，流速比较慢，水化2小时的时间不容易保证，因此加药罐的容量最好大一些，本实施例中优选为5.0m³，胶液配制罐的容量优选为20m³。

优选地，本实施例的钻井液处理装置还包括净化装置，可以与废液处理装置连接，可以对进入废液处理装置的液相进行净化处理，也可以对废液处理装置输送到循环装置的净液进行净化处理，以便去除掉液体中的主要污染物，以保证用于循环再生的液相符合环保要求，以及不能用于循环再生的液相可以安全排放；进一步进行超滤以及反渗透脱盐等处理之后，可以达到灌溉水质标准，用于灌溉农田。从而能够实现钻井液的高效、环保的循环利用。该净化处理包括例如加药、脱稳、氧化以及吸附过滤等处理。

本实施例中，由于大多数包被泥岩团块、大颗粒钻屑的粒径通常大于20目，即直径大于0.5mm，因此泥岩团块及大颗粒钻屑经过振动筛1基本就能够脱除；而少量残余泥岩小颗粒、钻屑小颗粒等成分在除砂器2基本能够彻底脱除；所以，通过设置振动筛1、除砂器2以及两台离心机依次对钻井液进行多级固液分离，能够较快较彻底地去除使用过的钻井液中的固相，因此钻井液不会造浆，也无需排浆环节。

实施例2

如图2所示，为本发明实施例提供的钻井液处理方法的流程图，并结合图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S10、振动筛1对钻井中使用过的钻井液进行固液分离，筛除大颗粒钻屑及包被后的泥岩团块，所分离出的固相进入输送机3，所分离出的泥浆进入除砂器2。

在钻井过程中，密度高于地层压力系数和地层坍塌压力系数的钻井液进入振动筛1，振动筛1对钻井液进行初步过滤。由于振动筛1的筛目为20或40目，因此能够筛除钻井液中的粒径大于20目的泥岩团块、大颗粒钻屑，由此能够实现对钻井液的初步过滤。由于筛布较粗，因此所分离出的液相为混有较小颗粒的泥浆，可以通过混砂泵将泥浆泵入除砂器2，并将所分离出的固相送入输送机3。

步骤S20、除砂器2对来自振动筛1的泥浆进行固液分离，筛除泥浆中的钻屑泥岩小颗粒，所分离出的固相进入输送机3，所分离出的液体进入第一离心机61。

本步骤中，除砂器2对振动筛1滤出的泥浆进行进一步分离，除砂器2振动筛的筛目为160、180或200目，能够有效滤除泥浆中的钻屑、泥岩等细小颗粒。而泥浆中的液相物质则被输送至第一离心机61进行一次离心处理。

步骤S30、第一离心机61对除砂器2排出的液相进行一次离心，将一次离心得到的固相物质输送至输送机3，将一次离心得到的液相物质输送至第二离心机62。

步骤S40、第二离心机62对第一离心机61排出的液相进行二次离心，将二次离心得到的固相物质输送至输送机3，将二次离心处理得到的液相物质输送至循环装置。

本实施例设置两台离心机，能够防止钻井液增稠，并保证离心机的出泥状态为蠕动性膏状，而没有浆状液体流出，由此能够防止铲车漏浆污染环境。

步骤S50、输送机3将振动筛1、除砂器2、第一离心机61以及第二离心机62排出的固相输送至钻屑缓冲罐5。

优选地，输送机3中还设置有第三离心机对接收到的固相以及冲刷振动筛1、除砂器2、第一离心机61以及第二离心机62的液体进行离心处理。

由于本实施例采用不添加药剂的清水来冲洗振动筛1、除砂器2、第一离心机61和第二离心机62，因此能够保证冲洗之后的水不改性，因此本步骤中通过输送机3进入储液箱4中的水也可以输送至循环装置回收利用，用来配制新的钻井液。钻屑缓冲罐5中的钻屑、泥岩等固相物质则被铲车输送走用于铺路奠基等等。

该步骤可以与步骤S20同步进行。

本发明实施例提供的钻井液处理装置及方法，通过采用振动筛对使用过的钻井液进行初步固液分离、通过除砂器对振动筛分离出的泥浆进行再次固液分离，并设置两台离心机对除砂器排出的液相依次进行离心，能够从源头上抑制钻屑水化，从而显著减少污染物的产生，无需污染再处理；主要依靠振动筛、除砂器和两台离心机对使用过的钻井液进行固控，整个固控体系结构简单、便于操作；显著降低成本，对井场也没有特殊要求，不需要额外增加井场面积；污染随钻处理，完钻后可马上投入下一口井，不增加额外时间和人力物力。

本领域普通技术人员可以意识到，本文所描述的实施例中的各示例性单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件形式来实现，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以针对特定的应用选择不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

如果以计算机软件的形式来实现所述功能并作为独立的产品销售或使用时，则在一定程度上可认为本发明的技术方案的全部或部分(例如对现有技术做出贡献的部分)是以计算机软件产品的形式体现的。该计算机软件产品通常存储在计算机可读取的非易失性存储介质中，包括若干指令用以使得计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种钻井液处理装置，其特征在于，包括：

振动筛，用于对使用过的钻井液进行固液分离，并将所分离出的固相输送至输送机，将所分离出的泥浆输送至除砂器；

所述除砂器，与所述振动筛连接，用于对所述泥浆进行固液分离，并将所分离出的固相输送至所述输送机，将所分离出的液相输送至第一离心机；

所述第一离心机，与所述除砂器连接，用于对来自所述除砂器的所述液相进行一次离心处理，并将所述一次离心后得到的固相输送至所述输送机，将所述一次离心后得到的液相输送至第二离心机，所述第一离心机的转速高于所述第二离心机的转速；

所述第二离心机，与所述第一离心机连接，用于对所述一次离心后得到的液相进行二次离心，并将所述二次离心后得到的固相输送至所述输送机；以及

所述输送机，用于将来自所述振动筛、所述除砂器、所述第一离心机以及所述第二离心机的固相输送至容纳装置进行回收。

2.根据权利要求1所述的钻井液处理装置，其特征在于，还包括：

循环装置，与所述第二离心机连接，用于接收所述二次离心后得到的液相，以配制新的钻井液。

3.根据权利要求1所述的钻井液处理装置，其特征在于，还包括：

废液处理装置，与所述第二离心机连接，用于对所述二次离心后得到的液相进行污液净液分离，并将所述净液输送至循环装置；以及

所述循环装置，与所述废液处理装置连接，用于根据所述净液配制新的钻井液。

4.根据权利要求3所述的钻井液处理装置，其特征在于，还包括：

净化设备，与所述废液处理装置连接，用于对进入所述废液处理装置的液相，和/或所述废液处理装置输送至所述循环装置的液相进行净化处理。

5.根据权利要求1-4任一项所述的钻井液处理装置，其特征在于，

所述第一离心机的转速不低于3500r/min，所述第二离心机的转速不低于2000r/min。

6.根据权利要求1-4任一项所述的钻井液处理装置，其特征在于，所述振动筛具有两个筛布，所述筛布的筛目为20或40目。

7.根据权利要求1-4任一项所述的钻井液处理装置，其特征在于，所述除砂器的数量为两个，所述除砂器的筛目为160、180或200；所述除砂器的出口设置有蝶阀或球阀。

8.根据权利要求1-4任一项所述的钻井液处理装置，其特征在于，还包括：第三离心机，设置在所述输送机中。

9.一种钻井液处理方法，其特征在于，包括：

步骤S10、振动筛对使用过的钻井液进行固液分离，将所分离出的固相输送至输送机，将所分离出的泥浆输送至除砂器；

步骤S20、所述除砂器对所述泥浆进行固液分离，并将所分离出的固相输送至所述输送机，将所分离出的液相输送至第一离心机；

步骤S30、所述第一离心机对来自所述除砂器的所述液相进行一次离心，将所述一次离心后得到的固相输送至所述输送机，将所述一次离心得到的液相输送至转速低于所述第一离心机的第二离心机；

步骤S40、所述第二离心机对来自所述第一离心机的液相进行二次离心，将所述二次离心得到的固相输送至所述输送机；以及

步骤S50、所述输送机将来自所述振动筛、所述除砂器、所述第一离心机以及所述第二离心机的固相输送至容纳装置进行回收。

10.根据权利要求9所述的钻井液处理方法，其特征在于，所述步骤S40还包括：

将所述二次离心得到的液相输送至废液处理装置；以及

所述废液处理装置对所述二次离心得到的液相进行污液净液分离，并将所述净液输送至循环装置，以配制新的钻井液。