CN106139500A

CN106139500A - 一种钻井钻屑无害化处理系统及工艺

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Publication number: CN106139500A
Application number: CN201610506292.5A
Authority: CN
Inventors: 高洪阁; 杜树坚; 陈丽慧; 寇小燕; 高明洋
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2036-06-30
Also published as: CN106139500B

Abstract

本发明涉及一种钻井钻屑无害化处理系统及工艺，处理系统包括依次放置的搅拌装置和发酵装置，搅拌装置包括驱动电机和依次串联连接的两个搅拌桶，驱动电机与第一搅拌桶的搅拌扇叶轴接，第一搅拌桶与第二搅拌桶的搅拌扇叶同轴连接，第一搅拌桶的出料口与第二搅拌桶连通；发酵装置包括发酵池，第二搅拌桶的出料口位于发酵池的上方；第一搅拌桶的顶部设有第一进料漏斗，第一进料漏斗上设有加料喷嘴，用于添加碱抑制剂；第二搅拌桶的顶部设有第二进料漏斗，加入土质化改良剂，第二进料漏斗上设有加料花洒，用于添加微生物培养液，降解钻屑中的有机污染物。经过本发明处理系统及处理工艺处理后的钻屑，能够形成地表土壤结构，有利于植物生长。

Description

一种钻井钻屑无害化处理系统及工艺

技术领域

本发明涉及钻井钻屑处理技术领域，具体地说，涉及一种钻井钻屑无害化处理系统及工艺。

背景技术

在石油勘探和开发过程中，随着环境保护意识的加强，钻井过程中产生的钻屑等废弃物越发受到重视。钻屑是钻井过程中被钻头破碎、经泥浆循环系统携带回地面的地层原生矿物质，钻屑是钻井过程中产生的主要固体废弃物，钻探一口油井产生的钻屑有数百立方米。一个油田每年钻井产生的钻屑可达几十万立方米，未加处理的钻屑排放后会对周边环境特别是农田产生极大的潜在危害。

目前，国内使用的钻井泥浆主要是水基钻井泥，产生的钻屑主要是地层中的原生矿物质细小颗粒，固相颗粒的粒度组成大多在400目到几毫米级范围，颗粒较小，级配差大，并且有一定粘度；其含水率一般在30％-90％之间，呈粘稠流体或者粘土状固体状态。国内外对水基钻井过程中产生的钻屑主要采用以下二种方法处理，第一种方法是把钻井产生的废弃钻屑集中堆放，沉淀出的钻井液进行回收再利用，产生的固体钻屑只进行简单脱水固化处理，这种方法达不到无害化处理要求。第二种方法是钻井过程中原地抛弃，很多钻井企业不具备集中处理泥浆的条件，只能原地脱水抛弃，这种方法会对土壤和水环境产生点源性污染，导致土壤发生板结，显著影响土壤的结构，并危害地表植物生长。

钻屑虽经离心机脱水处理，但钻屑中仍残留有钻井添加剂。钻井液是石油钻井的工作液，主要由水、加重材料、粘土、碱、表面活性剂等配制成的悬浮液。根据钻井工艺和地质条件的不同，钻井液中也需要添加多种不同种类的化学药剂，目前我国在配制钻井液中使用的化学药剂种类达100种以上，如防腐剂、pH控制剂、润滑剂、增稠剂等，其中防腐剂重铬酸盐含有毒性较大的六价铬离子，产生的危害最明显，钻屑中也会含有一定量其它重金属如Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As等，但往往不会超过行业排放标准。钻屑中所含的有毒物质在自然状态下很难降解，随意堆放会对环境产生持续污染。

发明内容

本发明的目的在于针对现有钻井钻屑处理过程中存在的污染环境、影响土壤结构并危害地表植物生长等上述问题，提供了一种钻井钻屑无害化处理系统及工艺。

根据本发明一实施例，提供了一种钻井钻屑无害化处理系统，包括依次放置的搅拌装置和发酵装置，搅拌装置包括驱动电机和依次串联连接的两个搅拌桶，驱动电机与第一搅拌桶的搅拌扇叶轴接，第一搅拌桶的搅拌扇叶与第二搅拌桶的搅拌扇叶同轴连接，第一搅拌桶的出料口与第二搅拌桶连通；发酵装置包括发酵池，第二搅拌桶的出料口位于发酵池的上方；所述第一搅拌桶的顶部设有第一进料漏斗，第一进料漏斗上设有加料喷嘴；所述第二搅拌桶的顶部设有第二进料漏斗，第二进料漏斗上设有加料花洒。

进一步的，在根据本发明上述实施例提供的处理系统中，发酵装置还包括设置在发酵池内的多根管道，管道上设有曝气孔。

作为优选，在根据本发明上述实施例提供的处理系统中，第一搅拌桶和第二搅拌桶的侧壁上均设有喷气嘴。定时从喷气嘴喷入压缩空气，防止搅拌扇叶粘附钻屑。

进一步的，在根据本发明上述实施例提供的处理系统中，第一搅拌桶的底部设有第一可调支架，第二搅拌桶的底部设有第二可调支架。调节第一可调支架和第二可调支架的高度，使第一搅拌桶和第二搅拌桶产生一定的倾斜角度，使搅拌处理后的钻屑顺利进入发酵池。

钻井产生的钻屑中含有的主要污染物有以下几类：(1)强碱性组分，主要包括CO₃ ^2-和OH^-等强碱性组分，其碱性组分pH值在9-11之间；(2)重金属，重金属中的六价铬易超标；(3)有机污染物，主要包括乳化油、高分子量有机物、磺化沥青和木质素磺酸钠等，其COD值超过4000mg/L，并含有一定量油分。为了降低钻屑排放对环境的影响，钻屑无害化处理要经过适当的土壤改良调质和生物化学处理过程，形成松散自然土结构，有利于保湿和通气，形成土壤自净功能，从而加快有害物质的自然降解速度，当相关监测指标达到规定要求后，就可满足土壤耕作的要求。因此，钻屑经过无害化处理后变成土壤结构是一种高效、低成本、可持续的处理方法，并能从根本上解决岩屑污染问题。

根据本发明一实施例，提供了一种钻井钻屑无害化处理工艺，采用上述实施例所述的钻井钻屑土壤化处理系统，其具体的处理工艺步骤为：

(1)开启驱动电机，从第一进料漏斗加入钻屑，从加料喷嘴均匀喷入复合型碱抑制剂，钻屑与复合型碱抑制剂进入第一搅拌桶充分搅拌后进入第二搅拌桶；所述复合型碱抑制剂的加入量占钻屑重量的0.4-1.2％；

(2)从第二进料漏斗加入占钻屑重量3-5％的土质化改良剂，从加料花洒均匀加入占钻屑重量0.4％-0.6％的微生物培养液，经第二搅拌桶充分搅拌后从第二搅拌桶的出料口进入发酵池内；

(3)钻屑在发酵池中发酵90天后，获得无害化的钻屑。

进一步的，在根据本发明上述实施例提供的处理工艺中，每1000份钻屑中，所述复合型碱抑制剂的组成成分按照重量比为：硫酸氢钠0.05-0.3份、磷酸二氢钙1-5份、磷酸二氢钾3-10份、硫酸氢铵0.05-0.2份、氯化铁0.002-0.008份。

进一步的，在根据本发明上述实施例提供的处理工艺中，所述复合型抑制剂的组成成分还包括醋酸锌0.01-0.03份。能够有效防止在后续的发酵过程中硫化氢溢出。

进一步的，在根据本发明上述实施例提供的处理工艺中，由工业污水厂产生的二段活性污泥1000份，加入磷酸氢二钾0.02份、氯化铁0.001份、葡萄糖0.0015份、谷氨酸0.001份、硫酸镁0.002份、支链淀粉0.01份，并逐渐加入废弃钻井液，每天加入一次废弃钻井液，一次加入5份，培养十天后获得微生物培养液。通过上述步骤获得的微生物培养液含有大量有利于降解石油和钻井外加有机物的微生物菌落，如对PAH有降解作用的细菌、团状白腐真菌、球衣菌、真菌毛霉、镰刀菌、黄抱原毛平革菌等有益于降解钻井有机物的成分。

进一步的，在根据本发明上述实施例提供的处理工艺中，所述土质化改良剂的组成成分按照重量比为：草炭土50-75份、生活污水厂压滤脱水后含水率≤60％的污泥20-30份、70℃烘干的鸡粪5-10份、二水硫酸钙含量≥90％的脱硫石膏3-5份，破碎的玉米秸秆2-5份。将上述配比的土质化改良剂加入到钻屑中，使钻屑具有毛细多孔结构，有利于形成土层土壤的大表面有机-无机胶体复合结构，有利于保持土壤中的内在水分，增加土壤透气率，进而有利于原生动物如鞭毛虫、肉毛虫、纤毛虫、轮虫、钟虫、枝虫、聚缩虫，及各种后生动物吸管虫生长，也有利于球衣细菌、菌胶团类细菌、真菌类等对有机物的降解，同时其含有的羟基和羧基基团对重金属离子具有络合作用，从而形成对金属离子化学吸附，可有效地固定钻屑中的金属离子。

进一步的，步骤(2)中，在经两次搅拌后的钻屑进入发酵池之前，在发酵池的底部均匀铺一层秸秆。有利于钻屑发酵过程中的通风和隔离。

针对钻井钻屑组成的特点，钻井钻屑的主要污染物包括三个方面：(1)钻井过程中钻井液中添加的强碱性组分；(2)用于钻井液分散和稳定的人工合成的表面活性剂和高分子分散剂；(3)用于防腐的含的重金属离子的化合物等。根据本发明实施例提供的上述处理系统及工艺，针对以上三种污染物，通过钻屑化学调质、不同营养基物质的添加和土壤质地分散成毛细孔结构的大表面积胶体结构，再引入经过诱导培养的活性污泥产生自然发酵降解进行钻井钻屑的处理。首先利用复合型碱抑制剂对钻屑中的碱性组成进行中和反应，使pH降低到到8左右，形成以HCO₃ ^-为主的平衡体系。再添加经过含油污水培养的富含微生物的微生物培养液，以及土质化改良土剂，进行充分搅拌后，改善土壤质地，增加土壤孔隙率和比表面积，形成丰富的毛隙孔结构，有利于固定水分和有机质。搅拌后的钻屑在发酵池中进行发酵，有效地降低了钻屑中有机物和石油烃类的含量，并可抑制溶性重金属产生，发酵处理后的钻屑符合国家土壤质量环境标准，可直接排放，能够形成地表土壤结构。本发明处理工艺，在搅拌后的钻屑进入发酵池之前，发酵池的底部均匀铺一层秸秆，有利于发酵过程中的通风、保湿和隔离，在发酵过程中，通过曝气补充发酵过程中钻屑中的氧含量，使钻屑中的污染物充分降解，形成土壤化结构。

本发明处理系统结构简单，拆装方便，可循环利用，生产成本低。本发明钻屑的处理工艺简单方便，工艺步骤合理，以微生物法处理钻屑，将钻屑土壤化，不破坏生态环境，钻屑处理后直接排放，能够形成地表土壤结构，具有保湿和透气功能，有利于植物生长，从根本上解决了钻屑污染的问题。同时，在钻屑发酵过程中，能够防止硫化氢溢出。

附图说明

图1为本发明具体实施例系统的结构图。

图2为本发明具体实施例发酵装置的结构图。

1、驱动电机，2、第一搅拌桶，21、搅拌扇叶，22、第一搅拌桶的出料口，23、第一进料漏斗，24、加料喷嘴，3、第二搅拌桶，31、搅拌扇叶、32、第二搅拌桶的出料口，33、第二进料漏斗，34、加料花洒，4、发酵池，41、管道，42、曝气孔，43、曝气入口，5、喷气嘴，6、第一可调支架，7、第二可调支架。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

参见图1、图2，提供了一种钻井钻屑无害化处理系统，包括依次放置的搅拌装置和发酵装置，搅拌装置包括驱动电机1和依次串联连接的两个搅拌桶，驱动电机1与第一搅拌桶2的搅拌扇叶21轴接，第一搅拌桶2的搅拌扇叶21与第二搅拌桶3的搅拌扇叶31同轴连接，第一搅拌桶的出料口22与第二搅拌桶3连通；发酵装置包括发酵池4，第二搅拌桶的出料口32位于发酵池4的上方；所述第一搅拌桶2的顶部设有第一进料漏斗23，第一进料漏斗23上设有加料喷嘴24；所述第二搅拌桶3的顶部设有第二进料漏斗33，第二进料漏斗33上设有加料花洒34。

参见图2，在上述处理系统中，发酵装置还包括设置在发酵池4内的多根管道41，管道41上设有曝气孔42。定期从管道41的曝气入口43充入空气，补充发酵过程中钻屑中的氧含量。

参见图1，在上述处理系统中，第一搅拌桶2和第二搅拌桶3的侧壁上均设有喷气嘴5。定时从喷气嘴喷入压缩空气，防止搅拌扇叶粘附钻屑。

参见图1，在上述处理系统中，第一搅拌桶2的底部设有第一可调支架6，第二搅拌桶3的底部设有第二可调支架7。调节第一可调支架和第二可调支架的高度，使第一搅拌桶和第二搅拌桶产生一定的倾斜角度，使搅拌处理后的钻屑顺利进入发酵池。

一种钻井钻屑土壤化处理工艺，采用上述所述的钻井钻屑土壤化处理系统，其具体的处理工艺步骤为：

(1)开启驱动电机，从第一进料漏斗加入钻屑，从加料喷嘴均匀喷入复合型碱抑制剂，钻屑与复合型碱抑制剂进入第一搅拌桶充分搅拌后进入第二搅拌桶；所述复合型碱抑制剂的加入量占钻屑重量的0.41％-1.15％；所述复合型抑制剂的组成成分按照重量比为：硫酸氢钠0.05-0.3份、磷酸二氢钙1-5份、磷酸二氢钾3-10份、硫酸氢铵0.05-0.2份、氯化铁0.002-0.008份。

(2)从第二进料漏斗加入占钻屑重量3-5％的土质化改良剂，从加料花洒均匀加入占钻屑重量0.4％-0.6％的微生物培养液，经第二搅拌桶充分搅拌后从第二搅拌桶的出料口进入发酵池内；在经两次搅拌后的钻屑进入发酵池之前，在发酵池的底部均匀铺一层秸秆。其中，土质化改良剂的组成成分按照重量比为：草炭土50-75份、生活污水厂压滤脱水后含水率≤60％的污泥20-30份、70℃烘干的鸡粪5-10份、二水硫酸钙含量≥90％的脱硫石膏3-5份，破碎的玉米秸秆2-5份。微生物培养液的制备过程为：由工业污水厂产生的二段活性污泥1000份，加入磷酸氢二钾0.02份、氯化铁0.001份、葡萄糖0.0015份、谷氨酸0.001份、硫酸镁0.002份、支链淀粉0.01份，并逐渐加入废弃钻井液，每天加入一次废弃钻井液，一次加入5份，培养十天后获得微生物培养液。

(3)钻屑在发酵池中发酵90天后，获得土壤化的钻屑。

在上述处理工艺中，所述复合型抑制剂的组成成分还可以包括醋酸锌0.01-0.03份。加入醋酸锌能够有效防止在后续的发酵过程中硫化氢溢出。

实施例1：采用上述处理系统及工艺对油田某钻井队产生的钻屑进行处理，取钻屑100kg，加入由硫酸氢钠20g、磷酸二氢钙220g、磷酸二氢钾450g、硫酸氢铵6g、氯化铁0.3g、醋酸锌2g组成的复合型碱抑制剂，加入微生物培养液5000ml，土质改良剂5kg。其中，土质改良剂中草炭土60份、生活污水厂压滤脱水后含水率为40％的污泥30份、70℃烘干的鸡粪5份、电厂产生的脱硫石膏3份，破碎的玉米秸秆5份。经过三个月的发酵处理后，产生的浸出液实验结果见表1，将该结果与《污水综合排放标准》(GB8978-1996)对比，均合格。

表1

污染物	Hg	Cd	Cr	As	Pb	COD	油类	PH	悬浮物
										排放标准(单位：mg/L)	0.05	0.01	1.50	0.50	1.00	100	10	6-9	20
样品(单位：mg/L)	0.02	—	0.11	—	0.08	70	5	8.2	13
										对比结果	合格	合格	合格	合格	合格	合格	合格	合格	合格

表1中“—”代表未检出。

实施例2：采用上述处理系统及工艺对油田某钻井队产生的钻屑进行处理，取钻屑100kg，加入由硫酸氢钠12g、磷酸二氢钙150g、磷酸二氢钾400g、硫酸氢铵6g、氯化铁0.6g、醋酸锌3g组成的复合型碱抑制剂，加入微生物培养液6000ml，土质改良剂4kg。其中，土质改良剂中草炭土50份、生活污水厂压滤脱水后含水率为50％的污泥30份、70℃烘干的鸡粪15份、电厂产生的脱硫石膏4份，破碎的玉米秸秆5份。经过三个月的发酵处理后，产生的浸出液实验结果见表2，将该结果与《污水综合排放标准》(GB8978-1996)对比，均合格。

表2

污染物	Hg	Cd	Cr	As	Pb	COD	油类	PH	悬浮物
										排放标准(单位：mg/L)	0.05	0.01	1.50	0.50	1.00	100	10	6-9	20
样品(单位：mg/L)	0.03	—	0.23	—	0.05	48	3	8.3	18
										对比结果	合格	合格	合格	合格	合格	合格	合格	合格	合格

表2中“—”代表未检出。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种钻井钻屑无害化处理系统，其特征在于：包括依次放置的搅拌装置和发酵装置，搅拌装置包括驱动电机和依次串联连接的两个搅拌桶，驱动电机与第一搅拌桶的搅拌扇叶轴接，第一搅拌桶的搅拌扇叶与第二搅拌桶的搅拌扇叶同轴连接，第一搅拌桶的出料口与第二搅拌桶连通；发酵装置包括发酵池，第二搅拌桶的出料口位于发酵池的上方；所述第一搅拌桶的顶部设有第一进料漏斗，第一进料漏斗上设有加料喷嘴；所述第二搅拌桶的顶部设有第二进料漏斗，第二进料漏斗上设有加料花洒。

2.如权利要求1所述的钻井钻屑无害化处理系统，其特征在于：发酵装置还包括设置在发酵池内的多根管道，管道上设有曝气孔。

3.如权利要求1所述的钻井钻屑无害化处理系统，其特征在于：第一搅拌桶和第二搅拌桶的侧壁上均设有喷气嘴。

4.如权利要求1所述的钻井钻屑无害化处理系统，其特征在于：第一搅拌桶的底部设有第一可调支架，第二搅拌桶的底部设有第二可调支架。

5.一种钻屑土壤化处理工艺，采用如权利要求1所述的钻井钻屑无害化处理系统，其特征在于：其处理工艺步骤为：

(1)开启驱动电机，从第一进料漏斗加入钻屑，从加料喷嘴均匀喷入复合型碱抑制剂，钻屑与复合型碱抑制剂进入第一搅拌桶充分搅拌后进入第二搅拌桶；所述复合型碱抑制剂的加入量占钻屑重量的0.4％-1.2％；

(3)钻屑在发酵池中发酵90天后，获得无害化的钻屑。

6.如权利要求5所述的钻井钻屑无害化处理工艺，其特征在于：每1000份钻屑中，所述复合型碱抑制剂的组成成分按照重量比为：硫酸氢钠0.05-0.3份、磷酸二氢钙1-5份、磷酸二氢钾3-10份、硫酸氢铵0.05-0.2份、氯化铁0.002-0.008份。

7.如权利要求6所述的钻井钻屑无害化处理工艺，其特征在于：所述复合型抑制剂的组成成分还包括醋酸锌0.01-0.03份。

8.如权利要求5所述的钻井钻屑无害化处理工艺，其特征在于：由工业污水厂产生的二段活性污泥1000份，加入磷酸氢二钾0.02份、氯化铁0.001份、葡萄糖0.0015份、谷氨酸0.001份、硫酸镁0.002份、支链淀粉0.01份，并逐渐加入废弃钻井液，每天加入一次废弃钻井液，一次加入5份，培养十天后获得微生物培养液。

9.如权利要求5所述的钻井钻屑无害化处理工艺，其特征在于：所述土质化改良剂的组成成分按照重量比为：草炭土50-75份、生活污水厂压滤脱水后含水率≤60％的污泥20-30份、70℃烘干的鸡粪5-10份、二水硫酸钙含量≥90％的脱硫石膏3-5份，破碎的玉米秸秆2-5份。

10.如权利要求5所述的钻井钻屑无害化处理工艺，其特征在于：步骤(2)中，在经两次搅拌后的钻屑进入发酵池之前，在发酵池的底部均匀铺一层秸秆。