CN105130145A - 废弃钻井泥浆的减量化、无害化、资源化处理系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废弃钻井泥浆的减量化、无害化、资源化处理系统及工艺，包括依次设置的分离单元、泥浆回收单元、泥浆处理单元及泥饼储存单元，其中：所述分离单元包括交错设置的多级筛网，分离出的粒径≥3mm的钻屑进入泥饼储存单元，分离产生的粒径＜3mm的泥浆进入泥浆回收单元；所述泥浆回收单元包括顺次设置的一级过滤设备和二级过滤设备，泥浆回收单元处理产生的液相泥浆回收利用，产生的固相进入泥浆处理单元；所述泥浆处理单元包括顺次设置的脱稳设备和固液分离设备，所述脱稳设备中投加有脱稳药剂，固液分离设备分离产生的固相泥饼输送至泥饼储存单元，并经浸出液检测合格后回用。可实现废弃水基泥浆100％的无害化处理。

Description

废弃钻井泥浆的减量化、无害化、资源化处理系统及工艺

技术领域

本发明涉及一种泥浆处理系统，具体涉及一种对废弃水基钻井泥浆进行减量化、无害化、资源化回收再循环(Reduction、Non-toxic、Recovery，RNR)处理的处理系统及工艺，属于环保领域。

背景技术

油气田废弃水基钻井泥浆是钻井过程中注入井眼中的泥浆，由于其掺杂了过量固体物质或其它成分，以及使用时间长导致变质等情况进而自钻井系统中排出，该部分泥浆以前是排入井场的泥浆池中进行存放，钻井后统一在池内进行固化处理。近年来，随着泥浆处理的规范化，石油石化系统提出了泥浆不落地处理要求，但目前废弃水基钻井泥浆的不落地处理技术是百花争艳的局面，各具特色但均有弊端。总的来说，现有处理技术的问题主要体现在以下几个方面：

1)废弃水基钻井泥浆资源化回收效率不高，或经过处理后的泥浆不能满足回用要求；

2)无害化处理后的固相或液相处理后不能满足达标排放要求，因此无法实现废弃水基钻井泥浆的无害化处理。

鉴于此，开发一种能同时满足废弃水基泥浆资源化回收和无害化处理的工艺技术，并形成成套的工程化装置系统应用于现场，这对于解决当前日益严峻的废弃水基泥浆处理难题是十分必要和迫切的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种既可以满足废弃水基泥浆资源化回收利用，又可以实现最终废弃物无害化处理达标的废弃水基钻井泥浆的减量化、无害化、资源化处理系统。本发明的另一目的在于提供一种利用该处理系统对废弃水基钻井泥浆进行减量化、无害化、资源化处理的处理工艺。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种废弃钻井泥浆的减量化、无害化、资源化处理系统，其包括依次设置的分离单元、泥浆回收单元、泥浆处理单元及泥饼储存单元，其中：所述分离单元包括交错设置的多级筛网，分离出的粒径≥3mm的钻屑进入泥饼储存单元，分离产生的粒径＜3mm的泥浆进入泥浆回收单元；所述泥浆回收单元包括顺次设置的一级过滤设备和二级过滤设备，泥浆回收单元处理产生的液相泥浆回收利用，产生的固相进入泥浆处理单元；所述泥浆处理单元包括顺次设置的脱稳设备和固液分离设备，所述脱稳设备中投加有脱稳药剂，固液分离设备分离产生的固相泥饼输送至泥饼储存单元，并经浸出液检测合格后回用。

优选的是：所述处理系统还包括对固液分离设备产生的液相进行处理的滤液处理单元，所述滤液处理单元包括多级膜过滤设备和/或高级氧化处理设备。

优选的是：所述处理系统还包括对泥饼储存单元中的检测不合格的泥饼进行处理的无害化处理单元，所述无害化处理单元包括固化设备，所述固化设备中投加有固化剂。

优选的是：所述固化剂为水泥固化剂、石灰固化剂、无机药剂固化剂中的一种或几种，且按所需处理的泥饼量计，所述固化药剂的加入量为5-45wt％。

优选的是：所述处理系统还包括一设于分离单元和泥浆回收单元之间的接收单元，所述接收单元包括接收罐，经分离单元分离产生的粒径＜3mm的泥浆先自流进入接收罐中，随后再进入泥浆回收单元。

优选的是：所述一级过滤设备的分离精度≥100μm；所述二级过滤设备的分离精度为0.05-100μm。

优选的是：所述脱稳药剂为硫酸铝、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺和氧化钙中的一种或几种，且按所需处理的泥浆量计，所述硫酸铝的加入量为0.5-2.5wt％、所述聚合氯化铝的加入量为0.2-2wt％、所述丙烯酰胺的加入量为0.03-5wt‰、所述氧化钙的加入量为0.15-1.5wt％。

本发明的另一目的，一种利用如上所述的处理系统处理废弃钻井泥浆的工艺，其步骤包括：

a、泥浆分离：通过相互交错设置的多级筛网对泥浆中≥3mm的钻屑进行分离；

b、泥浆回收：分别利用分离精度≥100μm的一级过滤设备和分离精度为0.05-100μm的二级过滤设备对步骤a中分离产生的＜3mm的泥浆进行过滤回收处理，处理产生的比重为1.05-1.10g/cm³的泥浆回用，产生的固相进入下一处理步骤；

c、脱稳及固液分离：对步骤b产生的固相依次进行脱稳处理及固液分离处理，其中，脱稳处理时间为0.5-1h，固液分离处理处理时间为0.5-2.5h，固液分离后的含水率为20-60％的固相泥饼经固相浸出液检测合格后用于铺路、填埋处理。

优选的是：所述工艺还包括步骤d、滤液处理：利用多级膜过滤工艺和/或高级氧化工艺对泥浆回收步骤中所产生的液相进行无害化处理。

优选的是：所述工艺还包括步骤e、泥饼无害化处理：向步骤c中所产生的固相浸出液检测不合格的泥饼中加入固化药剂固化搅拌反应1-3min后，静置固化处理24-120h。

相对于现有的废弃水基钻井泥浆的处理系统及工艺，本发明的处理系统为可移动式，可与井队配套使用，实现随钻不落地处理，而无需额外占地建厂。且经本发明的系统处理后，可实现废弃水基泥浆的40-60％的回收利用，并可实现废弃水基泥浆100％的无害化处理。

附图说明

图1示出了本发明所述处理系统的方框原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

如附图1所示，本发明所述的处理系统，包括通过管道顺次连接设置的分离单元、泥浆回收单元、泥浆处理单元及泥饼储存单元，其中，所述分离单元包括对泥浆中的钻屑进行分离的相互交错设置的多级筛网，分离产生的粒径≥3mm的钻屑进入泥饼储存单元，分离产生的粒径＜3mm的泥浆进入泥浆回收单元，进一步地，所述处理系统还可包括一设于分离单元和泥浆回收单元之间的接收单元，所述接收单元包括接收罐，经分离单元分离产生的粒径＜3mm的泥浆先自流进入接收单元的接收罐中，随后再经泵提升进入泥浆回收单元。此外，钻井完成后产生的完井泥浆也可通过井队固控系统的阀门统一排放进入接收单元，并随后输送至泥浆回收单元。

所述泥浆回收单元包括顺次设置的分离精度≥100μm的一级过滤设备和分离精度为0.05-100μm的二级过滤设备，优选地，所述一级过滤设备可采用如高频振动筛、滤干机或是其它分离精度≥100μm的分离设备；所述二级过滤设备为高频离心机或是其它分离精度为0.05-100μm的分离设备，接收单元输送的泥浆经一级过滤设备振动筛分产生的≥100μm的钻屑被输送至泥浆处理单元，产生的＜100μm的泥浆进入二级过滤设备进行处理，处理产生的固相输送至泥浆处理单元，处理产生的液相泥浆可经泵提升进入泥浆储罐中，并可在钻井现场回用。进一步地，所述泥浆回收单元还连接有加药装置，所述加药装置中设有完井液处理剂，以使得泥浆中的超细颗粒聚结成较大颗粒，随后通过两级分离设备分离去除泥浆中的钻屑和超细颗粒，得到比重为1.05-1.10g/cm³的回收泥浆，并储存于泥浆储罐中，可转井后应用于下一口井。

所述泥浆处理单元包括泥浆脱稳设备和固液分离设备，所述脱稳设备中还投加有脱稳药剂，优选地，所述脱稳药剂为硫酸铝、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺和氧化钙中的一种或几种，且按所需处理的泥浆量计，所述硫酸铝的加入量为0.5-2.5wt％、所述聚合氯化铝的加入量为0.2-2wt％、所述丙烯酰胺的加入量为0.03-5wt‰、所述氧化钙的加入量为0.15-1.5wt％；脱稳设备中经脱稳处理后产生的固液混合相经泵提升进入固液分离设备中，所述固液分离设备优选板框压滤机、叠螺压滤机或是其它可将固相泥饼的含水率控制在20-60％的固液分离设备，固液分离设备分离产生的含水率为20-60％的固相泥饼输送至泥饼储存单元，对存放于泥饼储存单元的泥饼浸出液进行检测，检测合格的泥饼可进行填埋、铺路等处理。

优选地，本发明所述的处理系统还可包括对泥浆处理单元产生的液相进行无害化处理的滤液处理单元，所述滤液处理单元包括可对液相进行物理截留过滤处理的多级膜过滤设备和/或将液相中有机物充分氧化为CO₂和H₂O的高级氧化处理设备，以对泥浆处理单元产生的液相进行无害化处理，实现产水的达标排放。进一步地，所述处理系统还可包括对泥饼储存单元中的检测不合格的泥饼进行无害化处理的无害化处理单元，所述无害化处理单元包括固化设备，所述固化设备中投加有优选为水泥固化剂、石灰固化剂、无机药剂固化剂中的至少一种的固化药剂，且按所需处理的泥饼量计，所述固化药剂的加入量为5-45wt％，以对泥饼中的有机物和重金属等进行网结稳定化，从而使得泥饼浸出液达标，达标的泥饼可用于铺路、填埋等处理。此外，本发明所述的处理系统设于各处理单元间的输送管路、提升泵等输送设备以及对连接所有用电设备及在线监控仪表，以实现对所有设备进行实时监测和自动化控制的电气控制系统。其中，所述提升泵包括固相输送所采用的可旋转无轴螺旋泵或螺旋输送泵以及液相输送所采用的渣浆泵、离心泵等。

利用本发明如上所处的处理系统对钻井泥浆进行减量化、无害化、资源化处理，其处理步骤包括：

a、泥浆分离：通过相互交错设置的多级筛网对泥浆中≥3mm的钻屑进行分离；

b、泥浆回收：分别利用分离精度≥100μm的一级过滤设备和分离精度为0.05-100μm的二级过滤设备对步骤a中分离产生的＜3mm的泥浆进行过滤回收处理，处理产生的比重为1.05-1.10g/cm³的泥浆可在钻井现场回用，产生的固相进入下一处理步骤；

c、脱稳及固液分离：对步骤b产生的固相依次进行脱稳处理及固液分离处理，其中，所述脱稳处理中，加入了脱稳药剂，且所述脱稳药剂为硫酸铝、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺和氧化钙中的一种或几种，且按所需处理的泥浆量计，所述硫酸铝的加入量为0.5-2.5wt％、所述聚合氯化铝的加入量为0.2-2wt％、所述丙烯酰胺的加入量为0.03-5wt‰、所述氧化钙的加入量为0.15-1.5wt％，在本发明中，所述脱稳处理时间为0.5-1h；所述固液分离处理处理时间为0.5-2.5h，且固液分离后的含水率为20-60％的固相泥饼经固相浸出液检测合格后可用于铺路、填埋等处理。

进一步地，本发明所述的处理工艺还可包括步骤d、滤液处理：利用多级膜过滤工艺和/或高级氧化工艺对泥浆回收步骤中所产生的液相进行无害化处理，最终使得产水满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级排放标准。

更进一步地，本发明所述的处理工艺还可包括步骤e、泥饼无害化处理：向步骤c中所产生的固相浸出液检测不合格的泥饼中加入固化药剂固化搅拌反应1-3min后，静置固化24-120h后，其固相浸出液达标，可用于铺路、填埋等处理，其中：所述固化药剂为水泥固化剂、石灰固化剂、无机药剂固化剂中的至少一种的固化药剂，且按所需处理的泥饼量计，所述固化药剂的加入量为5-45wt％。

此外，钻井过程中所产生的完井泥浆也可采用本发明如上所述的工艺进行处理，向完井泥浆中加入完井液处理剂，以使得泥浆中的超细颗粒聚结成较大颗粒后进入泥浆回收处理步骤。

实施例1废弃水基钻井泥浆的RNR处理

采用本发明如上所述的处理系统及工艺，对某油气田钻井过程中产生的废弃水基钻井泥浆进行不落地处理，其中：处理井的设计井深为3200m，处理周期为20天。

经过运行后该口井的回收泥浆量为800m³，无害化处理的废弃泥浆量为600m³，泥浆回收效率为57.14％。处理后的回收泥浆指标如表1所示，无害化处理后的液相及固相浸出液指标如表2所示。

表1：回收泥浆指标表

序号	指标	数值
			1	pH	7.0-9.0
2	钻井液比重	≤1.08g/cm3
			3	含砂量	≤0.15％
4	漏斗粘度(范式)	≤30s
			5	固相含量	≤3％
6	塑性粘度	≤8mpa.s

表2：处理后的产水及泥饼浸出液指标表

通过表1和表2可看出，经过本发明所述的处理系统及工艺处理后，废弃水基钻井液的回收利用效率为57.14％，经过处理后的产水和泥饼浸出液满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级排放标准，实现无害化处理率达100％。

本发明已通过优选的实施方式进行了详尽的说明。然而，通过对前文的研读，对各实施方式的变化和增加也是本领域的一般技术人员所显而易见的。申请人的意图是所有这些变化和增加落在了本发明权利要求的保护范围中。

本文中使用的术语仅为对具体的实施例加以说明，其并非意在对本发明进行限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均与本发明所属领域的一般技术人员的理解相同。还须明确的是，除在本文中有明确的定义外，诸如字典中通常定义的术语应该解释为在本说明书以及相关技术的语境中可具有一致的意思，而不应解释的理想化或过分形式化。公知的功能或结构处于简要和清楚地考虑或不再赘述。

Claims (10)

1.一种废弃钻井泥浆的减量化、无害化、资源化处理系统，其特征在于：包括依次设置的分离单元、泥浆回收单元、泥浆处理单元及泥饼储存单元，其中：所述分离单元包括交错设置的多级筛网，分离出的粒径≥3mm的钻屑进入泥饼储存单元，分离产生的粒径＜3mm的泥浆进入泥浆回收单元；所述泥浆回收单元包括顺次设置的一级过滤设备和二级过滤设备，泥浆回收单元处理产生的液相泥浆回收利用，产生的固相进入泥浆处理单元；所述泥浆处理单元包括顺次设置的脱稳设备和固液分离设备，所述脱稳设备中投加有脱稳药剂，固液分离设备分离产生的固相泥饼输送至泥饼储存单元，并经浸出液检测合格后回用。

2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于：所述处理系统还包括对固液分离设备产生的液相进行处理的滤液处理单元，所述滤液处理单元包括多级膜过滤设备和/或高级氧化处理设备。

3.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于：所述处理系统还包括对泥饼储存单元中的检测不合格的泥饼进行处理的无害化处理单元，所述无害化处理单元包括固化设备，所述固化设备中投加有固化剂。

4.根据权利要求3所述的处理系统，其特征在于：所述固化剂为水泥固化剂、石灰固化剂、无机药剂固化剂中的一种或几种，且按所需处理的泥饼量计，所述固化药剂的加入量为5-45wt％。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的处理系统，其特征在于：所述处理系统还包括一设于分离单元和泥浆回收单元之间的接收单元，所述接收单元包括接收罐，经分离单元分离产生的粒径＜3mm的泥浆先自流进入接收罐中，随后再进入泥浆回收单元。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的处理系统，其特征在于：所述一级过滤设备的分离精度≥100μm；所述二级过滤设备的分离精度为0.05-100μm。

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的处理系统，其特征在于：所述脱稳药剂为硫酸铝、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺和氧化钙中的一种或几种，且按所需处理的泥浆量计，所述硫酸铝的加入量为0.5-2.5wt％、所述聚合氯化铝的加入量为0.2-2wt％、所述丙烯酰胺的加入量为0.03-5wt‰、所述氧化钙的加入量为0.15-1.5wt％。

8.一种利用如权利要求1-3中任意一项所述的处理系统处理废弃钻井泥浆的工艺，其步骤包括：

a、泥浆分离：通过相互交错设置的多级筛网对泥浆中≥3mm的钻屑进行分离；

b、泥浆回收：分别利用分离精度≥100μm的一级过滤设备和分离精度为0.05-100μm的二级过滤设备对步骤a中分离产生的＜3mm的泥浆进行过滤回收处理，处理产生的比重为1.05-1.10g/cm³的泥浆回用，产生的固相进入下一处理步骤；

c、脱稳及固液分离：对步骤b产生的固相依次进行脱稳处理及固液分离处理，其中，脱稳处理时间为0.5-1h，固液分离处理处理时间为0.5-2.5h，固液分离后的含水率为20-60％的固相泥饼经固相浸出液检测合格后用于铺路、填埋处理。

9.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于：所述工艺还包括步骤d、滤液处理：利用多级膜过滤工艺和/或高级氧化工艺对泥浆回收步骤中所产生的液相进行无害化处理。

10.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于：所述工艺还包括步骤e、泥饼无害化处理：向步骤c中所产生的固相浸出液检测不合格的泥饼中加入固化药剂固化搅拌反应1-3min后，静置固化24-120h。