CN105731745A - 一种油田钻井污泥处理及综合利用的方法 - Google Patents

Abstract

本专利涉及资源开发技术领域，具体涉及一种油田钻井污泥处理及综合利用的方法，它依次包括去除固体杂质、电吸附去除重金属盐、超声破乳、厌氧发酵步骤；经厌氧发酵后所得气体经脱硫处理后即得到甲烷，所得固液混合物经沉淀池处理后，上层消化液经消毒处理后达标外排，下层污泥浓缩后与外加剂混合制成水泥原料。与现有技术相比，本发明为油田钻井污泥处理提供了一套完备的处理方法，在减量化、无害化处理含油污泥的同时，实现了含油污泥的最大资源化利用，对于石油行业生态环境保护及可持续发展具有重大的意义。

Description

一种油田钻井污泥处理及综合利用的方法

技术领域

本发明涉及一种资源开发技术领域，具体涉及一种油田钻井污泥处理及综合利用的方法。

背景技术

在石油开采、贮运和炼制加工过程中，将伴随产生大量废弃含油污泥。含油污泥不仅产量巨大，且含有大量的苯系物、酚类、蒽、豍、芘等恶臭的有毒物质，其油气挥发使生产区域内空气质量存在总烃浓度超标的现象；散落和堆放的含油污泥污染地表水甚至地下水；含油污泥中含有大量的原油，会造成土壤中石油类超标，土壤板结，使区域内的植被遭到破坏，草原退化，生态环境受到影响。若不加以有效的处理，既对环境造成污染，又给人类的健康造成威胁，更是对资源的巨大浪费。含油污泥的处理一直是国内外石油生产领域环境保护的重要内容，也是亟待解决的重要难题。

油田含油污泥的各种处理技术已引起国内外的高度关注和重视。为实现含油污泥的彻底处理和资源利用，国内外进行了大量的研究并取得一定进展。含油污泥的主要处理技术有：调制-机械离心、固化处理、生物处理、焚烧、填埋与干化、调制、回收油、生产建材、焦化法生产除油吸附剂或用于橡胶制品等。填埋与干化处理易生产二次污染和浪费了大量有用资源而逐渐被淘汰，目前较受重视的是调制-机械脱水、生物处理、固化处理和综合用技术等。有研究人员曾利用油泥中原油的热值，将油泥与其他物质掺混，制成工业性煤，但由于产品灰分高、热值低、燃烧后污染环境等缺点，实践应用较少。

中国专利200810014271.7等专利涉及将含油污泥与泥浆混合制备免烧砖的方法，但由于原始油泥未经进一步处理，油泥体积未进行减量化处理，且需要加入大量水泥、河沙等材料，综合利用效率不高。

专利申请200910113612.0涉及油田污泥处理的技术领域，是一种砂质含油污泥回收方法，具体步骤为：将萃取溶剂与油田砂质含油污泥按体积比为0.5：1至10：1在温度10℃至80℃下充分混合，油溶入萃取溶剂中而形成三层分离状态，然后将萃取溶剂层、水层和泥沙层相互分离，再将分离后的萃取溶剂层通过常压或减压的蒸馏分别得到油和萃取溶剂。该发明申请虽然可达到解决二次污染的问题，但对与废弃物并无综合利用的技术启示，且萃取剂的成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种油田钻井污泥处理及综合利用的方法，为油田钻井污泥处理提供了一套完备的处理方法，在减量化、无害化处理含油污泥的同时，实现了含油污泥的最大资源化利用。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种油田钻井污泥处理及综合利用的方法，它依次包括去除固体杂质、电吸附去除重金属盐、超声破乳、厌氧发酵等步骤；经厌氧发酵后所得气体经脱硫处理后即得到甲烷，所得固液混合物经沉淀池处理后，上层消化液经消毒处理后达标外排，下层污泥浓缩后与外加剂混合制成水泥原料。

按上述方案，所述去除固体杂质的步骤具体为：将含油污泥通过细格栅去除含油污泥中的石子、木块、塑料等固体杂质，得到固体杂质和去除固体杂物的含油污泥。

进一步地，所述的细格栅的格栅间隙净宽为5-10mm。

按上述方案，所述电吸附去除重金属盐的步骤具体为：将去除固体杂质的含油污泥通过电吸附池去除含油污泥中的重金属盐，得到去除重金属盐后的含油污泥，利用电吸附作用有利于提高后续生物处理的效率。

进一步地，所述的电吸附池中的电极是通过将活性炭粉末与炭黑按(7-11)：2的质量比混合，加入去离子水和无水乙醇制成混合液，加热(加热至65-70℃的温度范围内)搅拌1.5-3小时，然后压制成片状而制成。其中活性碳炭黑总质量与去离子水及无水乙醇的质量比为1:2-3:1。电吸附池的阴极和阳极均采用该种电极，阳电极和阴电极的大小均为长1-2000cm、宽1-1000cm；阴阳电极间距为1-3000cm；电流0.2-20A；电压0.1-160V；电极分离时间为0.1-12天。

按上述方案，所述超声破乳步骤具体为：将去除重金属盐后的含油污泥与破乳剂(破乳剂在去除重金属盐后的含油污泥中的浓度范围为10-100ppm)混合后超声处理，得到超声破乳处理后的含油污泥和浮于表面的原油，回收原油。在超声处理中，匀速机械搅拌并用超声波处理含油污泥，由于超声波的机械振动与声空化作用，污油颗粒能克服表面张力而凝聚，使含油污泥中的油类物质浮于液面，再通过处理器上层刮油机回收原油；另一方面，空化作用会产生的瞬态高温和高压条件，从而破坏了含油污泥的絮凝结构，菌胶团中的有机物质得以释放，这利于油质与污泥分离和溶解性COD的增加，也利于后续的厌氧生化处理。

进一步地，所述破乳剂由聚丙烯酰胺、乙醇和聚乙二醇辛基苯基醚和水组成。优选地，所述的聚丙烯酰胺、乙醇和聚乙二醇辛基苯基醚的复配质量比为(1-2)：(2-3)：(2-3)，在溶剂水中的浓度为聚丙烯酰胺50-100mg/L，乙醇100-150mg/L，聚乙二醇辛基苯基醚100-150mg/L。

进一步地，所述的超声处理的反应条件优选为：超声频率32-40kHz，超声功率150-220W，反应温度35-45℃，搅拌转速为60-240rpm，反应时间为15-30min，pH值为6.5-7.5。

按上述方案，所述厌氧发酵步骤具体为：将超声破乳处理后的含油污泥先输入两相厌氧反应器中的消化罐A进行产酸发酵处理，再输入两相厌氧反应器中的消化罐B，通过嗜盐产甲烷细菌的作用(每一升污泥投加10％-30％质量的菌种，投加完后调试运行到系统稳定即可不再投入)，得到气体和固液混合物。其中，该厌氧发酵后所得气体为甲烷、硫化氢等气体，经脱硫处理后即得到甲烷；该厌氧发酵后所得固液混合物经沉淀池处理后，上层消化液经消毒处理后达标外排，下层污泥浓缩后与外加剂混合制成水泥原料。

进一步地，所述的消化罐A采取中温消化，温度维持在35-40℃，pH值维持在5.5-6.5，污泥停留时间为2-3天。

进一步地，所述的消化罐B采取中温消化，温度维持在35-40℃，pH值维持在6.5-8，污泥停留时间为5-8天。另外，可以在所述消化罐B上部设置集气罩，集气罩顶部设有排气管和测压管。

按上述方案，所述外加剂包括去除固体杂质步骤所分离出的固体杂质，以及分水剂、固化剂、交联剂和增强剂，其中污泥、分水剂、固化剂、交联剂和增强剂的投加质量比为100:(1-10):(1-10):(1-10):(1-10)。

优选地，所述的固化剂为有机固化剂中的环氧乙烷，丙烯酰胺凝胶体、聚丁二烯等或无机固化剂中的水泥、磷石膏、河沙、粉煤灰等中的一种或多种按任意比例的混合物。优选地，所述的交联剂包括活性氧化铝和粘土等中的一种或多种按任意比例的混合物。

按上述方案，所述含油污泥中各组分含量按质量百分比计为：油6-20％，水60-85％，砂12-20％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、传统的含油污泥处理方法中目前较受重视的是调制-机械脱水、生物处理、固化处理等方法，但这些方法都存在各自的问题，例如耗能高、污泥利用率不高、处理效果不稳定等。本发明利用超声波的机械震动和空化作用，一方面从污泥中分离出原油，使得原油得到回收利用，另一方面也大幅度提高了污泥的生化性能，增加了消化反应中甲烷的产量；而消化后的污泥与外加剂混合制成水泥原料。因此，本发明不仅使含油污泥得到减量化、无害化处理，而且充分实现了其综合利用的价值：

2、本发明中超声波处理后的原油可以回收二次利用，原油回收率达到90-99％；消化罐中收集到的甲烷进行燃烧发电，减小了整套工艺的能量消耗；

3、消化后的剩余污泥与外加剂混合制成烧土制品或水泥原料，存在一定的经济价值；经过整套工艺处理后，消化液中的COD已大幅度下降，外排不会对环境造成污染。

本发明对含油污泥处理后，最终产品为甲烷和可排放液、原油以及建筑材料等，可作为一种可再生的清洁能源、建筑材料上的应用。本发明以资源综合利用的角度处理油田钻井油泥和油泥砂，处理的最终产品均可作为资源有效利用，实现了含油污泥的最大资源化利用。因此，本发明为油田含油污泥处理提供了一套减量化、无害化和资源化的处理方法，对于石油行业生态环境保护及可持续发展具有重大的意义。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

本发明中脱硫处理优选沼气脱硫塔，以去除厌氧发酵后所得气体的硫化氢，从而得到甲烷，作为高热值的生物能源使用。所述脱硫塔中设有填料层，填料层由活性炭与氧化铁比2-3：1比例配制成的脱硫剂组成，填料层高度3-5米；且，同时设置两座脱硫塔交替使用，当观察到脱硫剂变色时交替使用另一座脱硫塔。另外，当脱硫塔气体放开后，进行自然通风以对脱硫剂进行再生。

实施例1

本实施例采用的含油污泥含油率15％、含水率73％、含砂率10％。该油田钻井污泥处理及综合利用的方法，依次包括以下步骤：

1)去除固体杂质：将含油污泥与水以质量比1:4混合，混合后通过细格栅去除含油污泥中的大颗粒泥沙等固体杂质，格栅间隙净宽为10mm；

2)电吸附去除重金属盐：将经步骤(1)处理后的含油污泥水通过电吸附池，以去除含油污泥中的重金属盐；

所述电吸附池中的电极通过将活性炭粉末与炭黑按质量比9：2混合，加入去离子水和无水乙醇制成混合液，加热70℃搅拌2小时，然后压制成片状而制成；其中，活性碳炭黑总质量与去离子水及无水乙醇的质量比为1:2:1；

其中，阳电极和阴电极的大小为长300cm、宽300cm；阴阳电极间距为300cm；电流2A；电压80V；电极分离时间为10天；阴阳电极各设置100个；阴极和阳极电极分别相连，

3)超声破乳：将聚丙烯酰胺、乙醇和聚乙二醇辛基苯基醚以质量比1:2:2进行复配，投入水中进行充分溶解，其中聚丙烯酰胺50mg/L，乙醇100mg/L，聚乙二醇辛基苯基醚100mg/L，得到破乳剂；

将经步骤(2)处理过后的含油污泥与上述破乳剂(破乳剂在该含油污泥中的浓度为50ppm)进行充分混合，并进入超声波发生器，反应15分钟后通过刮油机回收上层原油；所述的超声波处理器中，超声频率32kHz，超声功率150W，反应温度40℃，机械搅拌转速为180rpm，反应时间为30min，pH值为7；

4)将步骤(3)处理后的含油污泥水输入两相厌氧反应器中的消化罐A进行产酸发酵(每一升污泥投加15％-20％质量的菌种，投加完后调试运行到系统稳定即可不再投入)处理，温度维持在40℃，pH值维持在5.5-6.5，污泥停留时间为3天；

5)将步骤(4)处理后的含油污泥水输入两相厌氧反应器中的消化罐B，通过嗜盐产甲烷细菌的作用(每一升污泥投加20％-25％质量的菌种，投加完后调试运行到系统稳定即可不再投入)，生成甲烷、硫化氢等气体，再经过沼气脱硫塔处理后得到甲烷；

所述的消化罐B采取常温消化，温度维持在25℃，pH值维持在6.5-8，污泥停留时间为8天；在消化罐B上部设置集气罩，直径2-3m，集气罩高3m，距离气体的出气口3m；集气罩顶部设有排气管和测压管；

沼气脱硫塔中设有填料层，填料层由活性炭与氧化铁比2：1比例配制成的脱硫剂组成，填料层高度3米；且，同时设置两座脱硫塔交替使用，当观察到脱硫剂变色时交替使用另一座脱硫塔；当脱硫塔气体放开后，进行自然通风以对脱硫剂进行再生；

6)将步骤(5)处理后的含油污泥输送入沉淀池进行沉淀处理，出水消毒后达标外排；

7)将沉淀池排出的污泥浓缩后与步骤(1)处理后的泥沙等固体杂质混合，加入分水剂、固化剂、交联剂和增强剂后挤压成型，其中污泥、分水剂、固化剂、交联剂和增强剂的投加质量比为100:8:8:8:8，制成水泥原料。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：采用的超声功率为175W。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于：采用的超声功率为220W。

实施例4

本实施例与实施例1的不同之处在于：超声反应时间为30min。

实施例5

本实施例与实施例1的不同之处在于：采用的超声功率为175W，超声反应时间为30min。

实施例6

本实施例与实施例1的不同之处在于：采用的超声功率为220W，超声反应时间为30min。

实施例1-6所述方法对油田钻井污泥处理及综合利用后结果如表1所示。

表1

由以上实验结论可以得出：对于实施例中的含油污泥，在超声波频率32kHZ的条件下，随着超声波反应时间的增加，原油回收率越高，收集到的甲烷气体含量越高；而在相同的反应时间内，随着超声波功率的增强，原油回收率有所提高，但收集到的甲烷气体含量变化不明显。

对于排放液实际应用中直接和石油化工厂的生活污水、生产污水混合进入工厂内的污水处理系统；对于水泥原料可以进入水泥窑煅烧，煅烧后的污泥灰分作为水泥生产中的硅质原料。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，所列举的各原料都能实现本发明，各原料的上下限取值以及其区间值都能实现本发明，本发明工艺参数(如配比、温度、时间等)的上下限取值以及其区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种油田钻井污泥处理及综合利用的方法，其特征在于它依次包括去除固体杂质、电吸附去除重金属盐、超声破乳、厌氧发酵步骤；经厌氧发酵后所得气体经脱硫处理后即得到甲烷，所得固液混合物经沉淀池处理后，上层消化液经消毒处理后达标外排，下层污泥浓缩后与外加剂混合制成水泥原料。

2.根据权利要求1所述的一种油田钻井污泥处理及综合利用的方法，其特征在于所述去除固体杂质的步骤具体为：将含油污泥通过细格栅去除含油污泥中的固体杂质，得到固体杂质和去除固体杂物的含油污泥；其中，所述的细格栅的格栅间隙净宽为5-10mm。

3.根据权利要求1所述的一种油田钻井污泥处理及综合利用的方法，其特征在于所述电吸附去除重金属盐的步骤具体为：将去除固体杂质的含油污泥通过电吸附池去除含油污泥中的重金属盐，得到去除重金属盐后的含油污泥；其中，所述的电吸附池中的阴电极和阳电极相同，均通过将活性炭粉末与炭黑按7-11:2的质量比混合，加入去离子水和无水乙醇制成混合液，加热搅拌1.5-3小时，然后压制成片状而制成，其中活性碳炭黑总质量与去离子水及无水乙醇的质量比为1:(2-3):1。

4.根据权利要求3所述的一种油田钻井污泥处理及综合利用的方法，其特征在于阳电极和阴电极的大小均为长1-2000cm、宽1-1000cm；阴阳电极间距为1-3000cm；电流0.2-20A；电压0.1-160V；电极分离时间为0.1-12天。

5.根据权利要求3所述的一种油田钻井污泥处理及综合利用的方法，其特征在于所述超声破乳步骤具体为：将去除重金属盐后的含油污泥与破乳剂混合后超声处理，得到超声破乳处理后的含油污泥和浮于表面的原油，回收原油；其中，所述破乳剂由聚丙烯酰胺、乙醇和聚乙二醇辛基苯基醚和水组成。

6.根据权利要求5所述的一种油田钻井污泥处理及综合利用的方法，其特征在于所述的超声处理的反应条件优选为：超声频率32-40kHz，超声功率150-220W，反应温度35-45℃，搅拌转速为60-240rpm，反应时间为15-30min，pH值为6.5-7.5。

7.根据权利要求1所述的一种油田钻井污泥处理及综合利用的方法，其特征在于所述厌氧发酵步骤具体为：将超声破乳处理后的含油污泥先输入两相厌氧反应器中的消化罐A进行产酸发酵处理，再输入两相厌氧反应器中的消化罐B，通过嗜盐产甲烷细菌的作用，得到气体和固液混合物。

8.根据权利要求7所述的一种油田钻井污泥处理及综合利用的方法，其特征在于所述的消化罐A采取中温消化，温度维持在35-40℃，pH值维持在5.5-6.5，污泥停留时间为2-3天；所述的消化罐B采取中温消化，温度维持在35-40℃，pH值维持在6.5-8，污泥停留时间为5-8天。

9.根据权利要求1所述的一种油田钻井污泥处理及综合利用的方法，其特征在于所述外加剂包括去除固体杂质步骤所分离出的固体杂质，以及分水剂、固化剂、交联剂和增强剂，其中污泥、分水剂、固化剂、交联剂和增强剂的投加质量比为100:(1-10):(1-10):(1-10):(1-10)。

10.根据权利要求9所述的一种油田钻井污泥处理及综合利用的方法，其特征在于所述的固化剂为有机固化剂中的环氧乙烷，丙烯酰胺凝胶体、聚丁二烯或无机固化剂中的水泥、磷石膏、河沙、粉煤灰中的一种或多种按任意比例的混合物；所述的交联剂包括活性氧化铝和粘土中的一种或两种按任意比例的混合物。