CN109025868A - 一种钻井废弃物的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钻井废弃物的处理方法，该方法中涉及的处理装置是由水洗分离器、叶轮、排岩屑口、振动筛、排水口、管线、第一水泵、第一加药混合器、微波反应器、第二水泵、第二加药混合器、气浮器、气浮器排渣口、溶气泵、第三水泵和磁化器组成，将振动筛分离出来的钻屑通过水洗分离设备进行水洗，水洗后的固相岩屑通过微生物修复处理，将其中残留的少量有害污染物进一步去除，污染物含量已经低于规定的限值，实现资源化再利用；水洗后的液相污水经过微波催化氧化、絮凝、气浮分离处理，作为清洗用水进行循环利用。该方法具有流程简单，污染物去除彻底，可实现资源化利用及处理成本低等优点，可以在油气田的钻井现场开展大规模应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井废弃物的处理方法。
背景技术
钻井是利用机械设备把地层钻成一个较大孔眼的过程，是石油、天然气勘探与开发的主要手段，因为石油和天然气都埋藏在地下不同深度的岩石中。钻屑是钻井过程中被钻头破坏、经泥浆循环系统携带回地面的地层岩屑，是钻井过程中主要的废弃物。钻屑的产生伴随着废弃钻井液，因而其成分包括钻井液和岩层组分。仅以中石油集团公司为例，每年钻井的总数量为13000-15000口/年，产生的钻屑的量在数百万立方/年。废弃钻屑中危害环境的主要化学成分有烃类、盐类、各类聚合物、重金属离子、重晶石中的杂物和沥青等改性物，这些污染物具有高色度、高石油类、高COD、高悬浮物、高矿化度等特性，是石油勘探开发过程中产生的主要污染源之一。这些钻屑如果不加以处理，一旦被雨水浸泡、河流冲刷，通过一系列的化学生物和物理作用后，就会对周围的土壤、水源、农田和空气等环境生态造成严重风险。
由于钻屑的存在潜在的环境污染风险，国内外目前采用的处理方法主要包括：热解吸处理法，即将钻屑加热直达到或者超过废弃钻屑中的水和油的蒸馏温度，然后保持这一温度不变，收集蒸汽，待到废弃钻屑中可挥发的污染物都蒸发后，得到清洁的固相；焚烧法，即通过焚烧设备将钻屑焚烧，去除钻屑中的污染物；生物处理法，即在钻屑中加入适量的水，营养物质和微生物，在适宜的温度和pH值下，并在有氧环境下进行生物降解；溶剂萃取法，即通过对钻屑中的污染物有极强溶解能力的各种溶剂来萃取其中的污染物，达到净化目的。但这些方法，如果只是单一应用，就会有处理成本高、存在二次污染、处理量低等问题。
中国专利CN201510115441.0公开了一种油基钻屑处理技术方法。应用CO2开/关溶剂对油基钻屑中的油相进行萃取和分离，达到去除钻屑中的油的目的。本方法的主要步骤包括：油基钻屑萃取，分离萃取液，回收开/关溶剂，多次分离萃取。所用的应用CO2开/关溶剂是对烷基-N,N-二甲基环己胺，需要搅拌30min，然后通过离心分离出残渣相和和液相萃取液。该技术对油的回收率可以达到95％以上，溶剂回收率可以达到85％以上。但该方法处理的对象是一种含油率很低的废弃物，所以处理成本高，又因为是通过萃取方法来进行油的分离和回收，操作条件相对复杂。
中国专利CN201510644176.5公开了一种含油钻屑的处理方法。该方法采用电磁加热的方法对钻屑进行热脱附处理，处理温度为200摄氏度—700摄氏度，物料的输送采用间歇式螺旋输入，对热脱附出来的油进行回收再利用。应用该方法处理后的钻屑的含油率低于1％，回收的油保持了较高的品质。
发明内容
本发明目的在于，提供一种钻井废弃物的处理方法，该方法中涉及的处理装置是由水洗分离器、叶轮、排岩屑口、振动筛、排水口、管线、第一水泵、第一加药混合器、微波反应器、第二水泵、第二加药混合器、气浮器、气浮器排渣口、溶气泵、第三水泵和磁化器组成，将振动筛分离出来的钻屑通过水洗分离设备进行水洗，水洗后的固相岩屑通过微生物修复处理，将其中残留的少量有害污染物进一步去除，污染物含量已经低于规定的限值，可用于铺设道路、铺垫井场、固废场封场覆土及坑洼地填充料，实现资源化再利用；水洗后的液相污水经过微波催化氧化、絮凝、气浮分离等步骤处理，作为清洗用水进行循环利用。该方法具有处理流程简单，污染物去除彻底，可实现资源化利用及处理成本低等优点，可以在油气田的钻井现场开展大规模应用。
本发明所述的一种钻井废弃物的处理方法，该方法中涉及的处理装置是由水洗分离器(1)、叶轮(12)、排岩屑口(13)、振动筛(14)、排水口(15)、管线(2)、第一水泵(3)、第一加药混合器(4)、微波反应器(5)、第二水泵(6)、第二加药混合器(7)、气浮器(8)、气浮器排渣口(16)、溶气泵(9)、第三水泵(10)和磁化器(11)组成，微波反应器(5)一端通过管线(2)分别与第一加药混合器(4)、第一水泵(3)和振动筛(14)的底部的排水口(15)串接，振动筛(14)与水洗分离器(1)连接，在振动筛(14)的顶端设有排岩屑口(13)，振动筛(14)的筛眼大小为0.1-2mm，在水洗分离器(1)上设有叶轮(12)，微波反应器(5)的另一端通过管线(2)分别与第二水泵(6)、第二加药混合器(7)、气浮器(8)、第三水泵(10)和磁化器(11)串接，微波反应器(5)为中空的受体结构，进入微波反应器(5)的管线(2)位于微波反应器(5)的底部，排出微波反应器(5)的管线(2)位于微波反应器(5)的上部，在气浮器(8)的顶部设有浮器排渣口(16)，气浮器(8)的下部设有溶气泵(9)，具体操作按下列步骤进行：
a、将振动筛(14)分离出来的钻屑按重量比钻屑:清洗液＝1:3-1:7导入到水洗分离器(1)中的清洗区中，先通过叶轮(12)的搅拌和超声波振动器的振动，对钻屑进行清洗，清洗后的钻屑被轮斗带到喷淋区，在喷淋作用下进一步清洗，喷淋后的钻屑被传送到振动筛(14)进行脱水处理，处理后的钻屑中的含水率为10-13％；
b、将步骤a经脱水处理后分离的固相物被转移到生物修复场中进行微生物修复处理，其中生物修复场为有坡度的多区块场地，微生物为Hydro工程菌；
c、将步骤b生物修复处理后的钻屑中污染物含量已经低于规定的限值，进行资源化利用，用于铺设道路、铺垫井场、固废场封场覆土及坑洼地填充料；
d、将步骤a分离后的液相物加入敏化剂30ppm-400ppm和氧化剂20ppm-200ppm，混合均匀，进行微波催化氧化处理，再进行絮凝气浮分离处理，气浮分离后的水流经磁化器(11)，流速为0.7-2.2米/秒，再返回到水洗分离设备，进行水循环利用，其中敏化剂为活性碳粉、焦碳粉或石墨粉，氧化剂双氧水、次氯酸钠或高铁酸钾。
本发明所述的一种钻井废弃物的处理方法，该方法将水洗方法和生物修复的方法相结合，来处理钻屑。因为钻屑的主要成分是地层岩屑，本身岩屑本身并不包含污染物，主要是包覆在表面的钻井泥浆带来的污染。因此，通过水洗的方法，先把绝大部分的污染物转移到液相中，残留在岩屑上的少量污染物进一步通过微生物修复方法进行处理。这种处理方法避免了单一应用微生物方法处理钻屑时，初始污染物浓度高，微生物易受毒物抑制，处理效率低，处理周期长的难题；同时避免了单一应用水洗方法，对残留在岩屑上的污染物无法处理的难题。
在对转移到液相中的污染物进行处理时，本方法从根本上改变了现有的化学处理技术，只注重药剂开发，不注重反应过程的控制。本方法另辟新的途径，在加入化学药剂的同时，积极改善化学反应的条件，实现催化反应。这样将会带来三方面的益处，第一是减少化学药剂的使用量，降低处理成本；第二是减少处理时间，提高处理量；第三是让残留在废弃物中的油田化学品被化学活化并被反应消耗。
在微波辐射下，介质材料与微波电磁场相互耦合，会吸收微波能从而达到能量的转化。介质与微波电磁场的能量转换的方式有许多种，包括离子传导、偶极子转动、界面极化、磁滞、压电现象、电致伸缩、核磁共振、铁磁共振等。微波使溶液中的离子发生伴随电场变化的振荡，导致与周边的原子、分子互相碰撞，由此引发的微观位移引发“热效应”。这种“热效应”可以把微波场的能量转化为介质本身的热能，这种加热方式与传统的加热方式有根本上的区别，传统加热是通过热辐射、热对流和热传导来实现的，只能由材料的表面开始加热，才能到达材料的内里。而微波加热是通过介质内部偶极的高频往复运动，生产“内摩擦热”使材料温度升高。
应用微波诱导催化氧化处理有明显的技术优势：
(1)对加热材料进行选择性加热，节电省能。
(2)反应无选择性，可处理各种难生物降解废弃物，处理过程中无副产物，絮凝沉淀速度快，基本无二次污染。
(3)对温度、气候等自然条件的适应性强。
(4)设备体积小，处理时间短，因而占地面积小，节省了建设费用，而且可以实现处理的小型化和分散化。
(5)处理效率高，适应水质波动，处理费用低，超长的连续工作性能，极低的故障率。
本发明所述的一种钻井废弃物的处理方法，该方法显著效果是：
1、处理彻底，可资源化再利用；应用清洗方法和微生物处理相结合的处理方法，处理后的钻屑中污染物完全达到规定的限值，不会对环境再产生危害，可以资源化再利用，变废为宝。
2、工艺流程短，操作简单可行。本方法的工艺流程短，处理效率高，操作简单，技术条件易实现。
3、处理成本低，适应范围广。与同类方法相比较，本技术的方法处理成本低，适应范围广，能够在多种场合推广应用。
附图说明
图1为本发明的技术流程图；
图2为本发明钻井废弃物处理装置结构示意图。
具体实施方式
实施例1
针对新疆油田钻井废弃物的处理：
本发明所述的一种钻井废弃物的处理方法，该方法中涉及的处理装置是由水洗分离器1、叶轮12、排岩屑口13、振动筛14、排水口15、管线2、第一水泵3、第一加药混合器4、微波反应器5、第二水泵6、第二加药混合器7、气浮器8、气浮器排渣口16、溶气泵9、第三水泵10和磁化器11组成，微波反应器5一端通过管线2分别与第一加药混合器4、第一水泵3和振动筛14的底部的排水口15串接，振动筛14与水洗分离器1连接，在振动筛14的顶端设有排岩屑口13，振动筛14的筛眼大小为0.1-2mm，在水洗分离器1上设有叶轮12，微波反应器5的另一端通过管线2分别与第二水泵6、第二加药混合器7、气浮器8、第三水泵10和磁化器11串接，微波反应器5为中空的受体结构，进入微波反应器5的管线2位于微波反应器5的底部，排出微波反应器5的管线2位于微波反应器5的上部，在气浮器8的顶部设有浮器排渣口16，气浮器8的下部设有溶气泵9，具体操作按下列步骤进行：
a、将振动筛14分离出来的钻屑按重量比钻屑:清洗液＝1:3导入到水洗分离器1中的清洗区中，先通过叶轮12的搅拌和超声波振动器的振动，对钻屑进行清洗，清洗后的钻屑被轮斗带到喷淋区，在喷淋作用下进一步清洗，喷淋后的钻屑被传送到振动筛14进行脱水处理，处理后的钻屑中的含水率为13％，固体钻屑的处理能力为5立方/小时；
b、将步骤a经脱水处理后分离的固相物被转移到生物修复场中进行微生物修复处理，经过20天生物修复，处理后的钻屑中含油率为0.7％，COD为120mg/L，含水率为10％，其中生物修复场是有坡度的多区块场地，微生物是Hydro工程菌；
c、将步骤b生物修复其它污染物含量都完全低于《油气田钻井固体废物综合利用污染控制要求》(DB65/T 3997-2017)规定的限值，进行资源化利用，用于铺设道路使用；
d、将步骤a分离后的液相物加入敏化剂活性碳粉70ppm和氧化剂双氧水50ppm，混合均匀，进行微波催化氧化处理，液体在微波反应器5中是下进上出，并且在微波反应器5中起旋流，再进行絮凝气浮分离处理，气浮分离后的水流经磁化器11，流速为0.7米/秒，液相的处理能力为15立方/小时，再返回到水洗分离器1设备，进行水循环利用。
实施例2
针对塔里木油田钻井废弃物的处理：
本实施例的处理装置依据实施例1进行，具体操作按下列步骤进行：
a、将振动筛14分离出来的钻屑按重量比钻屑:清洗液＝1:5导入到水洗分离器1中的清洗区中，先通过叶轮12的搅拌和超声波振动器的振动，对钻屑进行清洗，清洗后的钻屑被轮斗带到喷淋区，在喷淋作用下进一步清洗，喷淋后的钻屑被传送到振动筛14进行脱水处理，处理后的钻屑中的含水率为11％，固体钻屑的处理能力为2立方/小时；
b、将步骤a经脱水处理后分离的固相物被转移到生物修复场中进行微生物修复处理，经过40天生物修复，处理后的钻屑中含油率为0.2％，COD为70mg/L，含水率为7％，其中生物修复场是有坡度的多区块场地，微生物是Hydro工程菌；
c、将步骤b生物修复处理后的钻屑中其它污染物含量都完全低于《油气田钻井固体废物综合利用污染控制要求》(DB65/T 3997-2017)规定的限值，进行资源化利用，当作坑洼地填充料使用；
d、将步骤a分离后的液相物加入敏化剂焦碳粉90ppm和氧化剂次氯酸钠100ppm，混合均匀，进行微波催化氧化处理，液体在微波反应器5中是下进上出，并且在微波反应器5中起旋流，再进行絮凝气浮分离处理，液相的处理能力为10立方/小时，气浮分离后的水流经磁化器11，流速为1.8米/秒，再返回到水洗分离器1设备，进行水循环利用。
实施例3
针对吐哈油田钻井废弃物的处理：
本实施例的处理装置依据实施例1进行，具体操作按下列步骤进行：
a、将振动筛14分离出来的钻屑按重量比钻屑:清洗液＝1:7导入到水洗分离器1中的清洗区中，先通过叶轮12的搅拌和超声波振动器的振动，对钻屑进行清洗，清洗后的钻屑被轮斗带到喷淋区，在喷淋作用下进一步清洗，喷淋后的钻屑被传送到振动筛14进行脱水处理，处理后的钻屑中的含水率为10％，固体钻屑的处理能力为3.5立方/小时；
b、将步骤a经脱水处理后分离的固相物被转移到生物修复场中进行微生物修复处理，经过60天生物修复，处理后的钻屑中含油率为0.5％，COD为60mg/L，含水率为6％，其中生物修复场是有坡度的多区块场地，微生物是Hydro工程菌；
c、将步骤b生物修复处理后的钻屑中其它污染物含量都完全低于《油气田钻井固体废物综合利用污染控制要求》(DB65/T 3997-2017)规定的限值，用于固废场封场覆土；
d、将步骤a分离后的液相物加入敏化剂石墨粉100ppm和氧化剂高铁酸钾120ppm，混合均匀，进行微波催化氧化处理，液体在微波反应器5中是下进上出，并且在微波反应器5中起旋流，再进行絮凝气浮分离处理，液相的处理能力为25立方/小时，气浮分离后的水流经磁化器11，流速为2.2米/秒，再返回到水洗分离器1设备，进行水循环利用。
Claims (2)
1.一种钻井废弃物的处理方法，其特征在于：该方法中涉及的处理装置是由水洗分离器（1）、叶轮（12）、排岩屑口（13）、振动筛（14）、排水口（15）、管线（2）、第一水泵（3）、第一加药混合器（4）、微波反应器（5）、第二水泵（6）、第二加药混合器（7）、气浮器（8）、气浮器排渣口(16)、溶气泵（9）、第三水泵(10)和磁化器（11）组成，微波反应器（5）一端通过管线（2）分别与第一加药混合器（4）、第一水泵（3）和振动筛（14）的底部的排水口（15）串接，振动筛（14）与水洗分离器（1）连接，在振动筛（14）的顶端设有排岩屑口（13），振动筛（14）的筛眼大小为0.1-2 mm，在水洗分离器（1）上设有叶轮（12），微波反应器（5）的另一端通过管线（2）分别与第二水泵（6）、第二加药混合器（7）、气浮器（8）、第三水泵(10)和磁化器（11）串接，微波反应器（5）为中空的受体结构，进入微波反应器（5）的管线（2）位于微波反应器（5）的底部，排出微波反应器（5）的管线（2）位于微波反应器（5）的上部，在气浮器（8）的顶部设有浮器排渣口(16)，气浮器（8）的下部设有溶气泵（9），具体操作按下列步骤进行：
a、将振动筛（14）分离出来的钻屑按重量比钻屑:清洗液=1:3-1:7导入到水洗分离器（1）中的清洗区中，先通过叶轮（12）的搅拌和超声波振动器的振动，对钻屑进行清洗，清洗后的钻屑被轮斗带到喷淋区，在喷淋作用下进一步清洗，喷淋后的钻屑被传送到振动筛（14）进行脱水处理，处理后的钻屑中的含水率为10-13%；
b、将步骤a经脱水处理后分离的固相物被转移到生物修复场中进行微生物修复处理，其中生物修复场为有坡度的多区块场地，微生物为Hydro工程菌；
c、将步骤b生物修复处理后的钻屑中污染物含量已经低于规定的限值，进行资源化利用，用于铺设道路、铺垫井场、固废场封场覆土及坑洼地填充料；
d、将步骤a分离后的液相物加入敏化剂30ppm-400ppm和氧化剂20ppm-200ppm后，进行微波催化氧化处理，再进行絮凝气浮分离处理，气浮分离后的水流经磁化器（11），流速为0.7-2.2米/秒，再返回到水洗分离设备，进行水循环利用，其中敏化剂为活性碳粉、焦碳粉或石墨粉；氧化剂双氧水、次氯酸钠或高铁酸钾。
2.根据权利要求1所述的一种钻井废弃物的处理方法，其特征在于步骤d进行微波催化氧化处理时，液体在微波反应器（5）中是下进上出，并且在微波反应器（5）中起旋流。
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