CN105863563A - 一种应用于油气田钻井废弃物无害化治理及可持续利用的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于油气田钻井废弃物无害化治理及可持续利用的方法及系统，改善了现有钻井废弃物处理难以达标及资源浪费的问题。本发明包括以下步骤：（1）预处理；（2）分离处理；（3）无害化处理；（4）凝结处理；（5）成型处理；（6）养护处理。经过本发明的处理，钻井废弃物的有机物和重金属污染值大幅下降达到国家标准，填补了国内目前对钻井废弃物无害化处理技术的空白，同时也对国内目前钻井废弃物资源化利用技术的促进，减少了钻井废弃物对环境生态的污染，减少了钻井废弃物的资源浪费，遏制了生态环境的破坏，形成了可持续发展的循环理念。

Description

一种应用于油气田钻井废弃物无害化治理及可持续利用的方 法及系统

技术领域

本发明属于环境工程领域，涉及油气田钻井废弃物的处理方法，具体涉及一种应用于油气田钻井废弃物无害化治理及可持续利用的方法及系统。

背景技术

石油钻井是油、气勘探开发的重要手段，石油工业中所钻井一般为几百米到几千米深的圆柱形井眼。石油钻井生产具有野外、流动、独立施工的特点。在钻井过程中，需不断循环钻井液以免造成井下事故。钻井液（或钻井流体）俗称泥浆，是钻探油、气井的工作液，是用各种原材料和化学添加剂配制成的一种流体，钻井液通过地面与井下循环，及时把破碎的钻屑带到地面上来，保证钻井过程的连续进行，并保障井下安全，保证油气层及取全取准各项工程地质资料。从井眼返回的钻井液经振动筛过滤，除砂器和除泥器分离出地层钻屑和泥、砂后重新循环使用。分离出的地层钻屑和泥、砂以及少量钻井液流入钻井废液储存坑或罐中。另外，钻井完成后井场上的泥浆槽内的及从井筒排出的钻井液，虽然可以经过性能调整后继续使用，但不能重复使用的常常被排入储存坑或罐中而成为废气钻井液，经分离后的固相即形成钻井废弃物。

钻井废弃物是石油勘探开发钻井过程中遗留下来的最大量的废弃物污染物，主要为由加重材料、黏土、各种化学处理剂、污油、污水及钻屑等组成的多项稳态交替悬浮体系，危害环境的主要成分是盐类、烃类、磺酸盐、各种聚合物，这些因素使得钻井废弃物的成分极为复杂，各项污染指标均严重超标。钻井废弃物堆放在储存坑或罐中，存在引起地表水和地下水污染、危及周围农田土壤和水生生物的生长，对整个生态环境具有不可磨灭的影响。因此，开发一种针对钻井废弃物无害化治理及可持续利用的技术方案迫在眉睫。

目前国内外处理钻井废弃物的工艺主要包括固化处理技术、固液分离填埋技术、回注技术、填埋冷冻技术、坑内密封技术及热解焚烧技术等。当前技术处理基本上都面临处理技术不达标、容易造成二次污染、经济成本过高及能耗高等一系列问题，针对这些问题国内许多专家学者进行了大量研究，但效果目前并不是太理想，其钻井废弃物中的有机物和重金属等污染物并不能做到完全处理达标。所以开发一种完全无害化处理钻井废弃物技术来防止钻井废弃物的污染，对生态环境和经济发展有着至关重要的作用。

发明内容

为了改善上述问题，本发明的目的在于提供一种应用于油气田钻井废弃物无害化治理及可持续利用的方法及系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种应用于油气田钻井废弃物无害化治理及可持续利用的方法，包括以下步骤：

（1）预处理：向钻井废弃物中加入破胶剂、分散剂、失水剂，并充分搅拌使破胶剂、分散剂、失水剂和钻井废弃物充分混匀，反应1～45分钟；

（2）分离处理：将预处理后的钻井废弃物送入分离装置，进行固液分离；

（3）无害化处理：向分离处理后的钻井废弃物中加入无害化处理药剂，并搅拌使无害化处理药剂与钻井废弃物充分反应，反应时间2～36分钟；

（4）凝结处理：向无害化处理后的钻井废弃物中加入凝结处理剂，并搅拌使凝结处理剂与钻井废弃物充分反应，反应时间2～60分钟；

（5）成型处理：向凝结处理后的钻井废弃物中加入促进结构强度的辅料并进行成型处理，以达到资源化循环利用，成型时间1～15分钟；

（6）养护处理：将成型处理后的钻井废弃物进行加水养护，时间为2～72小时。

具体地，所述破胶剂为氧化破胶剂，根据钻井废弃物的量投加，其用量为0.05～50g/kg；所述分散剂为脂肪酸类、脂肪族酰胺类或酯类分散剂中的一种或多种，根据钻井废弃物的量投加，其用量为0.01～50g/kg；所述失水剂为聚合物类失水剂，根据钻井废弃物的量投加，其用量为0.01～50g/kg。

具体地，所述分离装置为固液分离器。

具体地，所述无害化处理药剂为铝系药剂、胺类处理剂或叔胺类无害化处理剂中的一种或多种，根据钻井废弃物的量投加，其用量为0.01～150g/kg。

具体地，所述凝结处理药剂为胺类或树脂类凝结处理剂中的一种或两种，根据钻井废弃物的量投加，其用量为0.01～150g/kg。

具体地，所述促进结构强度的辅料包括硅酸盐类添加剂、粒径在0.01～10㎜的砂石、粒径在0.5～200μm的粉灰煤和钢渣；根据钻井废弃物的量投加，硅酸盐类添加剂的用量为10～400g/kg，砂石的用量为10～500g/kg，粉灰煤的用量为10～300g/kg，钢渣的用量为20～300g/kg。其中，硅酸盐类添加剂选用的标号为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5或62.5R的硅酸盐产品。

具体地，所述分离处理步骤中分离出的液相进行回用或达标处理。

一种应用于油气田钻井废弃物无害化治理及可持续利用的系统，包括依次设置的预处理装置、分离装置、无害化处理装置、凝结装置、成型装置、养护装置。

具体地，所述预处理装置与分离装置通过泥浆泵相连；所述分离装置、无害化处理装置、凝结装置、成型装置之间均由传送带相连。

具体地，还包括分别与预处理装置、分离装置、无害化处理装置、凝结装置、成型装置相连的加药装置，以及与分离装置相连的水处理装置。

具体地，所述预处理装置、分离装置、无害化处理装置、凝结装置及成型装置均选用撬装化结构。

具体地，所述预处理装置、无害化处理装置和凝结处理装置中均设有搅拌器。

具体地，成型装置可以成型为小石块、各种水泥砌体及各种符合条件的砖块，也可直接压制路面，作为路面基石。

本发明具有以下优点及有益效果：

（1）本发明将无害化和资源化利用相结合，既解决了钻井废弃物的环境污染问题，又实现了资源化的持续利用。

（2）本发明全过程采用环保型药剂，不会造成二次污染。

（3）本发明将凝结处理和成形处理相结合，使资源化利用得到保证，全过程采用复配药剂，极大的降低处理成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

如图1所示，本发明的设备包括预处理装置1、分离装置2、无害化处理装置3、凝结装置4、成型装置5、养护装置6；其中，预处理装置与分离装置通过管道相连，且在管道上设有泥浆泵7，分离装置、无害化处理装置、凝结装置、成型装置之间均通过传输带8相连。还包括分别与预处理装置、分离装置、无害化处理装置、凝结装置、成型装置相连的加药装置9，以及与分离装置相连的水处理装置10。所述加药装置包括多个加药罐，且每个加药罐均用计量泵控制和计量；所述预处理装置、分离装置、无害化处理装置、凝结装置、成型装置各与一个以上的加药罐相连。

另外，所述预处理装置、分离装置、无害化处理装置、凝结装置及成型装置均选用撬装化结构；所述预处理装置、无害化处理装置和凝结处理装置中均设有搅拌器11。

本发明的操作方法如下：

（1）预处理：钻井废弃物集中到预处理装置，在搅拌条件下分别加入破胶剂、分散剂和失水剂进行充分搅拌混合均匀；其中，破胶剂优选氧化破胶剂，根据钻井废弃物的量投加，其用量为0.05～50g/kg；分散剂优选脂肪酸类、脂肪族酰胺类或酯类分散剂，根据钻井废弃物的量投加，其用量为0.01～50g/kg；失水剂优选聚合物类失水剂，根据钻井废弃物的量投加，其用量为0.01～50g/kg。

（2）分离处理：将预处理后的钻井废弃物通过泥浆泵泵入分离装置内，进行固液分离；其中，分离装置优选为固液分离器。

（3）无害化处理：将分离处理后的钻井废弃物（固相）通过传输带汇入无害化处理装置，在搅拌条件下，加入无害化处理药剂使其完全反应；其中，无害化处理药剂优选铝系药剂、胺类处理剂或叔胺类处理剂，根据钻井废弃物的量投加，其用量为0.01～150g/kg。

（4）凝结处理：将无害化处理后的钻井废弃物通过传送带汇入凝结处理装置，在搅拌条件下，加入凝结处理药剂使其完全反应；其中，凝结处理药剂优选胺类或树脂类凝结处理剂，根据钻井废弃物的量投加，其用量为0.01～150g/kg。

（5）成型处理：将凝结处理后的钻井废弃物通过传送带汇入成型处理装置，依次加入硅酸盐类添加剂、砂石、粉煤灰和钢渣，促进其结构强度；其中，硅酸盐类添加剂优选的是标号为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5或62.5R的硅酸盐产品，根据钻井废弃物的量投加，其用量为10～400g/kg；砂石优选粒径在0.01～10㎜的砂石，根据钻井废弃物的量投加，其用量为10～500g/kg；粉煤灰优选粒径在0.5～200μm的粉煤灰，根据钻井废弃物的量投加，其用量为10～300g/kg；钢渣为优质钢渣，根据钻井废弃物的量投加，其用量为20～300g/kg。

（6）养护处理：将成型处理后的钻井废弃物通过板车拉入养护区，进行加水养护。

实施例

以本发明的方法对某地区产生的压裂返排液进行处理，设计处理量80m³/d，以每天16个小时连续运行，持续运转2个月；

1、钻井废弃物进料指标

表1 钻井废弃物进料指标

2、工艺运行参数

钻井废弃物依次进入预处理装置、分离装置、无害化处理装置、凝结处理装置、成型装置及养护装置；

预处理：在搅拌条件下依次投加氧化破胶剂20g/kg、脂肪酸类、脂肪族酰胺类或酯类分散剂中的一种或多种10g/kg、聚合物类失水剂20g/kg，并充分搅拌均匀，反应20分钟。

分离处理：将预处理后的钻井废弃物进行固液分离。

无害化处理：将分离出来的固相送入无害化处理装置中，然后投加铝系药剂、胺类处理剂或叔胺类处理剂中的一种或多种80g/kg，并充分搅拌均匀，反应18分钟。

凝结处理：将无害化处理后的钻井废弃物送入凝结处理装置中，在搅拌条件下投加胺类或树脂类凝结处理剂中的一种或两种50g/kg，并充分搅拌均匀，反应30分钟。

成型处理：将凝结处理后的钻井废弃物送入成型装置中，然后依次加入硅酸盐类添加剂42.5R 50g/kg，粒径5㎜的砂石50g/kg、粒径50μm的优质粉煤灰20g/kg和优质钢渣20g/kg，成型5分钟。

养护处理：将成型处理后的钻井废弃物进行加水养护40h。

3、处理效果

对处理后的钻井废弃物进行浸出反应，表2示出了钻井废弃物处理后的浸出反应：

表2 钻井废弃物处理后的浸出效果

4、结论

由以上数据可知本发明能够对钻井废弃物进行无害化治理，并能达到资源利用的目的。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于油气田钻井废弃物无害化治理及可持续利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）预处理：向钻井废弃物中加入破胶剂、分散剂、失水剂，并充分搅拌使破胶剂、分散剂、失水剂和钻井废弃物充分混匀，反应1～45分钟；

（2）分离处理：将预处理后的钻井废弃物送入分离装置，进行固液分离；

（3）无害化处理：向分离处理后的钻井废弃物中加入无害化处理药剂，并搅拌使无害化处理药剂与钻井废弃物充分反应，反应时间2～36分钟；

（4）凝结处理：向无害化处理后的钻井废弃物中加入凝结处理剂，并搅拌使凝结处理剂与钻井废弃物充分反应，反应时间2～60分钟；

（5）成型处理：向凝结处理后的钻井废弃物中加入促进结构强度的辅料并进行成型处理，以达到资源化循环利用，成型时间1～15分钟；

（6）养护处理：将成型处理后的钻井废弃物进行加水养护，时间为2～72小时。

2.根据权利要求1所述的一种应用于油气田钻井废弃物无害化治理及可持续利用的方法，其特征在于，所述破胶剂为氧化破胶剂，根据钻井废弃物的量投加，其用量为0.05～50g/kg；所述分散剂为脂肪酸类、脂肪族酰胺类或酯类分散剂中的一种或多种，根据钻井废弃物的量投加，其用量为0.01～50g/kg；所述失水剂为聚合物类失水剂，根据钻井废弃物的量投加，其用量为0.01～50g/kg。

3.根据权利要求1所述的一种应用于油气田钻井废弃物无害化治理及可持续利用的方法，其特征在于，所述分离装置为固液分离器。

4.根据权利要求1所述的一种应用于油气田钻井废弃物无害化治理及可持续利用的方法，其特征在于，所述无害化处理药剂为铝系药剂、胺类处理剂或叔胺类无害化处理剂中的一种或多种，根据钻井废弃物的量投加，其用量为0.01～150g/kg。

5.根据权利要求1所述的一种应用于油气田钻井废弃物无害化治理及可持续利用的方法，其特征在于，所述凝结处理药剂为胺类或树脂类凝结处理剂中的一种或两种，根据钻井废弃物的量投加，其用量为0.01～150g/kg。

6.根据权利要求1所述的一种应用于油气田钻井废弃物无害化治理及可持续利用的方法，其特征在于，所述促进结构强度的辅料包括硅酸盐类添加剂、粒径在0.01～10㎜的砂石、粒径在0.5～200μm的粉灰煤和钢渣；根据钻井废弃物的量投加，硅酸盐类添加剂的用量为10～400g/kg，砂石的用量为10～500g/kg，粉灰煤的用量为10～300g/kg，钢渣的用量为20～300g/kg。

7.根据权利要求1或3所述的一种应用于油气田钻井废弃物无害化治理及可持续利用的方法，其特征在于，所述分离处理步骤中分离出的液相进行回用或达标处理。

8.一种应用于油气田钻井废弃物无害化治理及可持续利用的系统，其特征在于，包括依次设置的预处理装置、分离装置、无害化处理装置、凝结装置、成型装置、养护装置。

9.根据权利要求8所述的一种应用于油气田钻井废弃物无害化治理及可持续利用的系统，其特征在于，所述预处理装置与分离装置通过泥浆泵相连；所述分离装置、无害化处理装置、凝结装置、成型装置之间均由传送带相连。

10.根据权利要求8或9所述的一种应用于油气田钻井废弃物无害化治理及可持续利用的系统，其特征在于，还包括分别与预处理装置、分离装置、无害化处理装置、凝结装置、成型装置相连的加药装置，以及与分离装置相连的水处理装置。