CN105347609A - 一种钻井废弃物资源化利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种钻井废弃物资源化利用的方法，具体包括以下处理步骤：一次净化，去除岩屑和砂石；脱稳和絮凝处理，使悬浮的小颗粒聚结成絮体；固液分离，分离出的污泥用于油田注水井的调剖；对分离出的污水经过生物处理降低COD，经过微滤和超滤处理去除其中的悬浮物、胶体以及降低SDI，经过反渗透处理，反渗透得到的淡水回用，反渗透得到的浓水进行蒸发、结晶处理，蒸发得到的淡水回用，结晶得到的氯化钠和氯化钾回用作钻井泥浆的添加剂。本发明实现了钻井废弃物的无害化和资源化，消除了对周围环境的污染，有利于保护井场周边的土壤、空气、地下水等资源。因此，可广泛地应用于油田钻井废弃物的资源化处理工艺中。

Description

一种钻井废弃物资源化利用的方法
技术领域
本发明涉及一种油田钻井废弃物处理方法，具体涉及一种油田钻井废弃物资源化利用的方法。
技术背景
随着石油工业的发展，由钻井而带来的污染问题也越来越受到人们的重视。我国油田每年仅钻井(不含天然气、煤层气)产生的钻井废弃物约九十多万立方米，其中有三分之一排放到环境中。钻井废弃物主要以废弃钻井液和废水为主，成分复杂，主要含有钻屑、粘土颗粒、加重材料、无机盐、各种化学添加剂(常用的有粘土稳定剂、腐蚀剂、防腐剂、杀菌剂、润滑剂、地层亲和剂、消泡剂等16大类几百种产品)及石油类等污染物，《国家危险废物名录》已明确将钻井废弃物列入危废。钻井废弃物如果不经处理随意排放，会对周围的植被、土壤、地下水等自然环境造和人类的生存环境造成巨大的危害，对油田的可持续发展带来严重影响。
目前，国内外钻井废弃物处理主要有化学固化、化学强化固液分离、简单处理排放、注入安全地层或废弃井的环形空间、异地集中处理、坑内填埋、土地耕作和再回收利用等。化学固化是向钻井废弃泥浆中加入固化剂，使其胶结，就地填埋或用作建筑材料；化学强化固液分离是在废弃钻井泥浆中加入合适的化学药剂，改变体系的物理、化学性质，破坏其胶体体系，然后采用机械方式实现固液分离。坑内填埋是将泥浆储存在坑内，通过沉降分离，上部的水澄清，达到规定指标后排放，剩余部分就地填埋；注入安全地层是将钻井废弃泥浆通过井眼注入地层或保留在环空中，防止污染环境；土地耕作是将钻井废弃泥浆除去水分后，散播于土壤表面，与土壤混合后，利用土壤自身净化特性、生物降解等作用去除污染物；再利用技术是利用合适的技术手段，回收钻井废弃物中的有用成分，可以用机械方法将废弃泥浆转化为干粉再用，主要回收加重剂和少量钻屑及膨润土，老井钻井泥浆用于新井压井等。但这些处理方法基本上都存在一个经济效益与环境效益不能兼得的问题，处理效果好的，处理成本太高，工艺适应性不强；成本低的，处理效果达不到环保要求；同时，上述方法对于泥浆体系都有一定的要求，并不适用于所有的钻井废弃泥浆处理。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足而提供一种钻井废弃物资源化利用的方法，该发明将钻井废弃物通过一级净化、脱稳与絮凝、固液分离、生物处理、微滤和超滤、反渗透处理、蒸发和结晶处理实现钻井废弃物的资源化重复利用。
本发明公开了一种钻井废弃物资源化利用的方法，具体包括以下处理步骤：
(1)将钻井废弃物送入泥浆振动筛进行一级净化，通过机械振动将钻井废弃物中大于筛孔直径和通过吸附作用将部分小于筛孔直径的岩屑和砂石固化去除。
(2)将一级净化后的泥浆进行脱稳和絮凝处理，破坏钻井泥浆的稳定体系，同时，使悬浮的小颗粒聚结成絮体。
(3)经脱稳和絮凝处理后的泥浆利用卧螺离心机或压滤机进行固液分离，分离出的污泥加入固相添加剂、分散剂和悬浮剂后，用于油田注水井的调剖，分离出的污水进行下一步处理。
(4)对固液分离出的污水首先进行生物处理降低COD，其次经过微滤和超滤处理去除其中的悬浮物、胶体以及降低SDI(淤泥密度指数)；然后经过反渗透处理，反渗透得到的淡水回用，反渗透得到的浓水进行蒸发和结晶处理，蒸发得到的淡水回用，结晶得到的氯化钠和氯化钾回用作钻井泥浆的添加剂。
其中，所述的泥浆振动筛由泥浆进料箱、筛箱、筛网、激振器和减震元件组成，泥浆进料箱采用堰式或箱式，筛网为全粘合沟边刚性筛网，筛网尺寸为0.2～4.0mm；筛箱倾角可调范围为-2°～+6°。
所述的固化去除得到的岩屑和砂石，在其中添加水泥、固化剂和填料，混合均匀后，通过高压成型制成免烧砖，用于油田井场地面硬化和道路铺设；所述的水泥、固化剂和填料添加量的质量浓度分别为10～20％、5～10％和1～3％。
所述的脱稳和絮凝处理，其具体步骤如下：首先往一级净化后的泥浆中加入脱稳剂，搅拌5～8min，搅拌速度为500～600rpm；然后顺序加入絮凝剂和助凝剂，搅拌6～10min，搅拌速度为60～100rpm；所述的脱稳剂为硫酸铝和氯化铁，加量质量浓度为3000～8000mg/L，絮凝剂为聚合氯化铝或聚合氯化铁、质量浓度为2000～6000mg/L，助凝剂为有机高分子聚合物、质量浓度为50～100mg/L。
所述的固相添加剂、分散剂和悬浮剂分别是钠土、碳酸钠和羧甲基纤维素，质量浓度分别为10～15％、0.3～0.8％和0.3～0.5％。
所述的生物处理，其具体步骤如下：往分离出的污水中接入枯草芽胞杆菌、荧光假单胞菌和嗜盐杆菌组成的混合菌种，混合菌种的体积接种量100～200L，停留时间为2～3d。
所述的反渗透得到的淡水回用于钻井泥浆配制、稠油注蒸汽锅炉给水或三次采油配制聚合物用水，所述的蒸发处理采用多效蒸发或机械压缩蒸发。
本发明与现有技术相比较具有如下优点和有益效果：
(1)本发明实现了钻井废弃物的随钻不落地处理，适应了钻井作业的分散性与流动性，解决了泥浆池占地后造成二次污染的问题。
(2)本发明实现了钻井废弃物的无害化和资源化，消除了对周围环境的污染，有利于保护井场周边的土壤、空气、地下水等资源。
(3)本发明使钻井废弃物分级处理与全过程资源化，钻屑、砂石制成免烧砖，用于井场地面硬化或道路铺设等油田基础建设；污泥用于注水井调剖，扩大水驱波及体积，提高中、低渗透层的动用程度；污水淡化后可替代清水用于油田生产过程，如稠油稠油注蒸汽锅炉给水或三次采油配制聚合物用水等；结晶盐用作钻井泥浆添加剂或其它工业用途。
(4)本发明生物处理过程利用选育与构建高效降解菌群，实现对污水中有机污染物的有效降解与转化，保障了后续膜过滤系统的长期稳定运行。
附图说明
附图1为本发明工艺流程图的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此：
实施例1
利用本发明的方法处理某油田C区块的钻井废弃物，具体步骤如下：
(1)将钻井废弃物送入泥浆振动筛进行一级净化，通过机械振动将钻井废弃物中大于筛孔直径和通过吸附作用将部分小于筛孔直径的岩屑和砂石固化去除。
其中，泥浆振动筛由泥浆进料箱、筛箱、筛网、激振器和减震元件组成，泥浆进料箱采用堰式，筛网为全粘合沟边刚性筛网，筛网尺寸为0.2～1.0mm；筛箱倾角可调范围为-2°～+1°。
固化去除得到的岩屑和砂石，在其中添加质量浓度分别为20％、10％和3％的水泥、固化剂和填料，混合均匀后，通过高压成型制成免烧砖，制得的免烧砖抗压强度达15MPa/cm、抗折强度达2.3MPa、吸水率为12％、软化系数为0.95、60天收缩值为0.35mm/m；可用于油田井场地面硬化和道路铺设。
(2)将一级净化后的泥浆进行脱稳和絮凝处理，破坏钻井泥浆的稳定体系，同时，使悬浮的小颗粒聚结成絮体。
脱稳和絮凝处理具体步骤为：首先往一级净化后的泥浆中加入质量浓度为8000mg/L的硫酸铝和氯化铁混合物，搅拌5min，搅拌速度为500rpm；然后顺序加入质量浓度分别为2000mg/L和50mg/L的聚合氯化铝和有机高分子聚合物，搅拌6min，搅拌速度为60rpm。
(3)经脱稳和絮凝处理后的泥浆利用卧螺离心机进行固液分离。
分离出的污泥加入质量浓度分别为10％、0.8％和0.5％的钠土、碳酸钠和羧甲基纤维素后，用于胜利油田某注水井M的调剖，该注水井挤注污泥调剖剂380m3，调剖后，注水压力上升了2.3MPa，吸水指数下降49.2m/(d.MPa)，日增油3.5t，综合含水下降1.1个百分点，有效封堵了高渗透层；分离出的污水进行下一步处理。
(4)对固液分离出的污水进行生物处理降低COD，处理后化学需氧量降至97mg/L；其次经过微滤和超滤处理去除其中的悬浮物、胶体以及降低SDI，化学需氧量降至88mg/L，SDI为2.32，满足反渗透进水要求；然后经过反渗透处理，反渗透得到的淡水用于钻井泥浆配制、稠油注蒸汽锅炉给水或三次采油配制聚合物用水，反渗透得到的浓水进行多效蒸发和结晶处理，蒸发得到的淡水回用，结晶得到的氯化钠和氯化钾回用作钻井泥浆的添加剂。
其中，生物处理的具体步骤如下：往分离出的污水中接入枯草芽胞杆菌、荧光假单胞菌和嗜盐杆菌组成的混合菌种，混合菌种的接种量体积为100L，停留时间为2d。
经过该方法处理后分离出的污水和淡水水质指标见表1。
产出淡水配聚实验：分别用产出淡水和自来水配制5000mg/L的聚合物母液，用油田污水稀释至1500mg/L，测试溶液在经过不同热老化时间后的粘度，产出淡水与自来水配制聚合物溶液粘度对比见表2，产出淡水配制的聚合物溶液粘度要好于使用自来水配制的聚合物溶液粘度，因此，实现了钻井废液的循环利用。
表1分离出的污水和淡水水质指标
分析项目 钻井废弃物分离出污水 处理后淡水
pH 7.85 6.96
氯，mg/L 2162.7 280.8
总硬度，mg/L 530.3 3.8
含油，mg/L 25.1 0.3
矿化度，mg/L 10966 351
COD，mg/L 1106 35
硫化物，mg/L 2.4 0
悬浮物，mg/L 312 0.5
表2产出淡水与自来水配制聚合物溶液粘度对比
项目 原始 1d 3d 7d 15d 30d
产出淡水配制粘度，mPa.s 23.8 22.9 24.6 24.3 25.6 26.2
自来水配制粘度，mPa.s 23.2 23.5 24.4 25.3 24.8 23.5
实施例2
利用本发明的方法处理某油田E区块的钻井废弃物，具体步骤如下：
(1)将钻井废弃物送入泥浆振动筛进行一级净化，通过机械振动将钻井废弃物中大于筛孔直径和通过吸附作用将部分小于筛孔直径的岩屑和砂石固化去除。
其中，泥浆振动筛由泥浆进料箱、筛箱、筛网、激振器和减震元件组成，泥浆进料箱采用箱式，筛网为全粘合沟边刚性筛网，筛网尺寸为1.0～2.0mm；筛箱倾角可调范围为+1°～+3°。
固化去除得到的岩屑和砂石，在其中添加质量浓度分别为10％、8％和2％的水泥、固化剂和填料，混合均匀后，通过高压成型制成免烧砖，制得的免烧砖抗压强度达18MPa/cm、抗折强度达3.2MPa、吸水率为14％、软化系数为0.96、60天收缩值为0.32mm/m；可用于油田井场地面硬化和道路铺设。
(2)将一级净化后的泥浆进行脱稳和絮凝处理，破坏钻井泥浆的稳定体系，同时，使悬浮的小颗粒聚结成絮体。
脱稳和絮凝处理具体步骤为：首先往一级净化后的泥浆中加入质量浓度为5000mg/L的硫酸铝和氯化铁混合物，搅拌6min，搅拌速度为550rpm；然后顺序加入质量浓度分别为6000mg/L和100mg/L的聚合氯化铁和有机高分子聚合物，搅拌8min，搅拌速度为100rpm。
(3)经脱稳和絮凝处理后的泥浆利用卧螺离心机进行固液分离，分离出的污泥加入质量浓度分别为15％、0.5％和0.3％的钠土、碳酸钠和羧甲基纤维素后，用于胜利油田某注水井F的调剖，该注水井挤注污泥调剖剂250m3，调剖后，注水压力上升了3.5MPa，吸水指数下降43.5m/(d.MPa)，日增油5.6t，综合含水下降3.5个百分点，有效封堵了高渗透层；分离出的污水进行下一步处理。
(4)对固液分离出的污水首先进行生物处理降低COD，处理后化学需氧量降至105mg/L；其次经过微滤和超滤处理去除其中的悬浮物、胶体以及降低SDI，化学需氧量降至75mg/L，SDI为2.10，满足反渗透进水要求；然后经过反渗透处理，反渗透得到的淡水用于钻井泥浆配制、稠油注蒸汽锅炉给水或三次采油配制聚合物用水，反渗透得到的浓水进行多效蒸发和结晶处理，蒸发得到的淡水回用，结晶得到的氯化钠和氯化钾回用作钻井泥浆的添加剂。
其中，生物处理的具体步骤如下：往分离出的污水中接入枯草芽胞杆菌、荧光假单胞菌和嗜盐杆菌组成的混合菌种，混合菌种接种量的体积为200L，停留时间为2.5d。
经过该方法处理后分离出的污水和淡水水质指标见表3。
产出淡水配聚实验：分别用产出淡水和自来水配制5000mg/L的聚合物母液，用油田污水稀释至1500mg/L，测试溶液在经过不同热老化时间后的粘度，产出淡水与自来水配制聚合物溶液粘度对比见表4，产出淡水配制的聚合物溶液粘度要好于使用自来水配制的聚合物溶液粘度，因此，实现了钻井废液的循环利用。
表3分离出的污水和淡水水质指标
分析项目 钻井废弃物分离出污水 处理后淡水
pH 8.02 6.73
氯，mg/L 1856.3 205.1
总硬度，mg/L 651.6 3.2
含油，mg/L 32.5 0.2
矿化度，mg/L 15632 286
COD，mg/L 823 41
硫化物，mg/L 2.2 0
悬浮物，mg/L 235 0.3
表4产出淡水与自来水配制聚合物溶液粘度对比
项目 原始 1d 3d 7d 15d 30d
产出淡水配制粘度，mPa.s 24.3 23.8 24.5 24.2 25.0 24.7
自来水配制粘度，mPa.s 23.7 23.2 23.5 24.1 24.0 23.0
实施例3
利用本发明的方法处理某油田P区块的钻井废弃物，具体步骤如下：
(2)将钻井废弃物送入泥浆振动筛进行一级净化，通过机械振动将钻井废弃物中大于筛孔直径和通过吸附作用将部分小于筛孔直径的岩屑和砂石固化去除。
其中，泥浆振动筛由泥浆进料箱、筛箱、筛网、激振器和减震元件组成，泥浆进料箱采用堰式，筛网为全粘合沟边刚性筛网，筛网尺寸为2.0～4.0mm；筛箱倾角可调范围为-1°～+6°。
固化去除得到的岩屑和砂石，在其中添加质量浓度分别为15％、5％和1％的水泥、固化剂和填料，混合均匀后，通过高压成型制成免烧砖，制得的免烧砖抗压强度达16MPa/cm、抗折强度达2.8MPa、吸水率为13.8％、软化系数为0.93、60d收缩值为0.32mm/m；可用于油田井场地面硬化和道路铺设。
(2)将一级净化后的泥浆进行脱稳和絮凝处理，破坏钻井泥浆的稳定体系，同时，使悬浮的小颗粒聚结成絮体。
脱稳和絮凝处理具体步骤为：首先往一级净化后的泥浆中加入质量浓度为3000mg/L的硫酸铝和氯化铁混合物，搅拌8min，搅拌速度为600rpm；然后顺序加入质量浓度分别为4000mg/L和80mg/L的聚合氯化铝和有机高分子聚合物，搅拌10min，搅拌速度为80rpm。
(3)经脱稳和絮凝处理后的泥浆利用压滤机进行固液分离，分离出的污泥加入质量浓度分别为12％、0.3％和0.4％的钠土、碳酸钠和羧甲基纤维素后，用于胜利油田某注水井R的调剖，该注水井挤注污泥调剖剂350m3，调剖后，注水压力上升了3.5MPa，吸水指数下降43.5m/(d.MPa)，日增油4.3t，综合含水下降4.2个百分点，有效封堵了高渗透层；分离出的污水进行下一步处理。
(4)对固液分离出的污水首先进行生物处理降低COD，处理后化学需氧量降至112.3mg/L；其次经过微滤和超滤处理去除其中的悬浮物、胶体以及降低SDI，化学需氧量降至92mg/L，SDI为2.75，满足反渗透进水要求；然后经过反渗透处理，反渗透得到的淡水用于钻井泥浆配制、稠油注蒸汽锅炉给水或三次采油配制聚合物用水，反渗透得到的浓水进行机械压缩蒸发和结晶处理，蒸发得到的淡水回用，结晶得到的氯化钠和氯化钾回用作钻井泥浆的添加剂。
其中，生物处理的具体步骤如下：往分离出的污水中接入枯草芽胞杆菌、荧光假单胞菌和嗜盐杆菌组成的混合菌种，混合菌种接种量的体积为150L，停留时间为3d。
经过该方法处理后分离出的污水和淡水水质指标见表5。
产出淡水配聚实验：分别用产出淡水和自来水配制5000mg/L的聚合物母液，用油田污水稀释至1500mg/L，测试溶液在经过不同热老化时间后的粘度，产出淡水与自来水配制聚合物溶液粘度对比见表6，产出淡水配制的聚合物溶液粘度要好于使用自来水配制的聚合物溶液粘度，因此，实现了钻井废液的循环利用。
表5分离出的污水和淡水水质指标
分析项目 钻井废弃物分离出污水 处理后淡水
pH 7.32 6.85
氯，mg/L 1986.3 175.9
总硬度，mg/L 653.7 3.2
含油，mg/L 16.5 0.2
矿化度，mg/L 12586 323
COD，mg/L 658 32
硫化物，mg/L 2.7 0
悬浮物，mg/L 456 0.8
表6产出淡水与自来水配制聚合物溶液粘度对比
项目 原始 1d 3d 7d 15d 30d
产出淡水配制粘度，mPa.s 25.3 25.1 26.2 25.8 26.5 25.7
自来水配制粘度，mPa.s 24.1 24.3 23.8 25.1 23.5 24.3

Claims (10)

1.一种钻井废弃物资源化利用的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将钻井废弃物送入泥浆振动筛进行一级净化，通过机械振动将钻井废弃物中大于筛孔直径和通过吸附作用将部分小于筛孔直径的岩屑和砂石固化去除；
(2)将一级净化后的泥浆进行脱稳和絮凝处理，破坏钻井泥浆的稳定体系，同时，使悬浮的小颗粒聚结成絮体；
(3)经脱稳和絮凝处理后的泥浆利用卧螺离心机或压滤机进行固液分离，分离出的污泥加入固相添加剂、分散剂和悬浮剂后，用于油田注水井的调剖，分离出的污水进行下一步处理；
(4)对固液分离出的污水首先进行生物处理降低COD，其次经过微滤和超滤处理去除其中的悬浮物、胶体以及降低SDI；然后经过反渗透处理，反渗透得到的淡水回用，反渗透得到的浓水进行蒸发和结晶处理，蒸发得到的淡水回用，结晶得到的氯化钠和氯化钾回用作钻井泥浆的添加剂。
2.根据权利要求1所述的钻井废弃物资源化利用的方法，其特征在于，所述的泥浆振动筛由泥浆进料箱、筛箱、筛网、激振器和减震元件组成。
3.根据权利要求2所述的钻井废弃物资源化利用的方法，其特征在于，所述的泥浆进料箱采用堰式或箱式，所述的筛网为全粘合沟边刚性筛网，筛网尺寸为0.2～4.0mm；筛箱倾角可调范围为-2°～+6°。
4.根据权利要求1所述的钻井废弃物资源化利用的方法，其特征在于，所述的固化去除得到的岩屑和砂石，在其中添加水泥、固化剂和填料，混合均匀后，通过高压成型制成免烧砖。
5.根据权利要求4所述的钻井废弃物资源化利用的方法，其特征在于，所述的水泥、固化剂和填料添加量的质量浓度分别为10～20％、5～10％和1～3％。
6.根据权利要求1所述的钻井废弃物资源化利用的方法，其特征在于，所述的脱稳和絮凝处理，其具体步骤：首先往一级净化后的泥浆中加入脱稳剂，搅拌5～8min，搅拌速度为500～600rpm；然后顺序加入絮凝剂和助凝剂，搅拌6～10min，搅拌速度为60～100rpm。
7.根据权利要求6所述的钻井废弃物资源化利用的方法，其特征在于，所述的脱稳剂为硫酸铝和氯化铁，质量浓度为3000～8000mg/L；絮凝剂为聚合氯化铝或聚合氯化铁，质量浓度为2000～6000mg/L；助凝剂为有机高分子聚合物，质量浓度为50～100mg/L。
8.根据权利要求1所述的钻井废弃物资源化利用的方法，其特征在于，所述的固相添加剂、分散剂和悬浮剂分别是钠土、碳酸钠和羧甲基纤维素，质量浓度分别为10～15％、0.3～0.8％和0.3～0.5％。
9.根据权利要求1所述的钻井废弃物资源化利用的方法，其特征在于，所述的生物处理，其具体步骤如下：往分离出的污水中接入枯草芽胞杆菌、荧光假单胞菌和嗜盐杆菌组成的混合菌种，混合菌种接种量的体积为100～200L，停留时间为2～3d。
10.根据权利要求1所述的钻井废弃物资源化利用的方法，其特征在于，所述的蒸发处理采用多效蒸发或机械压缩蒸发处理。
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