CN1156345C - 油田含盐钻井废弃泥浆无害化处理和资源化利用的一种方法 - Google Patents

油田含盐钻井废弃泥浆无害化处理和资源化利用的一种方法 Download PDF

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Abstract

一种油田含盐钻井废弃泥浆的处理方法，包括以下步骤：(A)置换步骤：包括采用絮凝剂对泥浆进行絮凝，破坏其胶体状态，使吸附的盐离子转化成游离态并存在于水溶液中，并把泥浆中的水和泥浆分离开；(B)水洗和脱水步骤：包括把上述已经被破坏胶体状态的泥浆进行水洗三至六次，再脱除水溶液，以去除泥浆中的盐含量；(C)采用反渗透和多效升膜蒸发相结合的工艺除去水中的盐分；(D)把升膜蒸发器中浓缩至饱和的浓盐水采用太阳能浓缩结晶工艺，回收各种盐分；(E)任选脱盐后的泥浆和泥屑进行酸碱中和、添加有机质、腐殖酸、有机养分，进行土壤改性，使其能够达到直接复耕的目的。

Description

油田含盐钻井废弃泥浆无害化处理和资源化利用的一种方法
发明领域
本发明涉及油田含盐钻井废弃泥浆无害化处理和资源化利用的一种方法。
技术背景
在石油行业中，钻井是生产石油必不可少的一个环节，在钻井过程中根据地层矿物质的比重配制钻井泥浆的比重，故在钻井过程中产生废弃泥浆是一个必然的过程。由于某些地层中含有大量的盐矿物，故在配置钻井泥浆时必需配置饱和盐水泥浆，因此在钻井过程中必需产生废弃含盐泥浆和钻井含盐泥屑。废弃含盐泥浆和钻井含盐泥屑的含盐成分主要有以下几种：NaCl、Na2SO4、NaNO3、KCl、K2SO4、KNO3、MgCl2、MgSO4、Mg(NO3)2、CaCl2、CaSO4、Ca(NO3)2等物质。含盐废弃泥浆存在于泥浆池中，一般一口井的废弃泥浆体积为200-300m3，但含盐废弃泥浆与含盐泥屑及钻井废水混为一体，使体积总量达到500-600m3，在泥浆池中的混合物常以流体和半固体状态存在且在很长时间内不变性。由于含盐废弃泥浆常和含盐泥屑具有含盐量高、碱性强，还含有部分有机物及石油等污染物的特点，这些物质给环境带来严重污染。具体表现在以下两个方面：1、对废弃泥浆池土地的污染。2、若天降大雨，废弃泥浆池的废液溢出，对井场周围环境产生污染。产生污染的结果具体表现在以下两个方面：(1)、对土地盐碱化。(2)、有机物和石油对周围水体产生污染。因此，对钻井含盐废弃泥浆和含盐钻井泥屑的无害化处理、资源化利用是在石油行业中急需解决的一个环保问题。但迄今为止，在国内外对此问题尚无比较好的解决方法。
国内外对钻井含盐废弃泥浆和钻井含盐泥屑的处理起步于七十年代，由于含盐泥浆及含盐泥屑的组分不同，处理方法也不一样，其处理方法有两种，即回注地下法和固化处理法。由于回注地下法处理费用高昂，而固化法处理不能很好地封闭废弃含盐泥浆和含盐泥屑中的氯化物，因此对含盐废弃泥浆和含盐泥屑的处理，目前尚无更好的方法。
我国于八十年代也展开这方面的工作，其主要是对钻井淡水泥浆的处理，但对含盐废弃泥浆和含盐泥屑的处理还是一大空白。
钻井含盐废弃泥浆和钻井含盐泥屑处理的难点主要有：
1、钻井废弃泥浆和钻井岩屑含盐量高，其浓度高达8-10％。
2、废弃泥浆中的盐份其2/3呈吸附状态，整个泥浆呈胶体状态，直接把盐分从泥浆中脱出来是不可能的。
3、采用常规的方法，如水洗、电渗析、反渗透、离子交换、蒸发，很难直接对其进行处理。
4、整个处理过程要在野外作业，受其自然条件的限制。
5、在整套设备的配置上既要小型化、重量轻，还要方便移动。
针对上述技术难点，展开了各项基础工作的研究，包括基础测试，实验室小试，在设备上进行中试等过程，完成了对钻井废弃含盐泥浆和钻井含盐泥屑的无害化处理及资源化利用整套工艺流程。达到了国家规定的各项排放指标。
发明内容
本发明的主要目的就是解决钻井含盐废弃泥浆和钻井含盐泥屑的无害化处理及资源化利用。
本发明的方法包括以下步骤：
(A)置换步骤：解决盐离子吸附的问题。由于钻井含盐废弃泥浆中的盐离子2/3呈吸附状态，整个泥浆呈胶体状态，直接用水洗涤，不能够把盐分从泥浆中洗涤出来。本发明采用絮凝剂对泥浆进行絮凝，破坏其胶体状态，使吸附的盐离子转化成游离态，存在于水溶液中，并把泥浆中的水和泥浆分离开。然后采用真空吸附的方法把游离水抽出去。
(B)水洗和脱水步骤：把已经被破坏胶体状态的泥浆进行水洗，使泥浆和泥屑中的盐含量去除率高达99％以上，再通过例如抽滤、压榨等手段脱除水分。
(C)水溶液中脱盐步骤：采用反渗透和多效升膜蒸发相结合的工艺除去水中的盐分。由于在真空吸附和第一、二次洗涤中水溶液含盐量最高达15％，最低达2％，直接采用反渗透很难直接进行处理，对这一部分的盐水采用多效升膜蒸发，对盐含量小于或等于2％的盐水用反渗透进行处理。在此把反渗透脱出的浓盐水送入升膜蒸发器中继续脱盐。再把反渗透和升膜蒸发回收的淡水用于水洗工艺流程中循环利用。
(D)把升膜蒸发器中浓缩至饱和的浓盐水采用太阳能浓缩结晶工艺，根据NaCl、KCl、K2SO4、K2NO3等的结晶点不同，回收NaCl、KCl、K2SO4、KNO3等。
(E)任选脱盐后的泥浆和泥屑进行酸碱中和、添加有机质、腐殖酸、有机养分等，进行土壤改性，使其能够达到直接复耕的目的。
以下结合附图来更详细地描述本发明的优选实施方案。
图1是本发明的工艺流程图。
1、复合絮凝：采用经筛选的两种高效絮凝剂聚丙烯酰胺和聚合氯化铝，使其破坏泥浆胶体状态，使吸附的盐离子转变成游离的盐离子，并把水和泥浆分离开来。
2、真空吸附：通过真空泵对泥浆滤布下面空间进行抽真空，抽去含盐的游离水。
3、洗涤：用淡水对泥浆进行洗涤，直到泥浆中的盐脱除到280mg/L以下为止。在此过程中，洗涤的次数一般为3-6次，优选4或5次。在洗涤的过程中也采用抽真空的方法把洗涤盐水抽出去。
4、收集罐1：在此收集絮凝和第一次、第二次抽出来的高浓度的盐水。盐水浓度在2-12％。
5、收集罐2：在此收集第三次以上的洗涤盐水。盐水浓度在800mg/L-5000mg/L。
6、升膜蒸发：把收集罐1收集到的2-12％盐水进行升膜蒸发。升膜蒸发过程中回收的淡水用于絮凝和洗涤，对淡水采取循环利用。
7、反渗透：把收集罐2收集到的800-5000mg/L盐水进行反渗透，反渗透回收的淡水用于絮凝和洗涤，对淡水采取循环利用。把反渗透脱除的浓盐水回收到升膜蒸发中，继续浓缩脱盐和回收淡水。
8、结晶回收：把升膜蒸发回收的饱和浓盐水采用太阳能浓缩结晶，回收NaCl、KCl、K2SO4、KNO3等。
9、泥浆改性：在脱盐后的泥浆中加入土壤改性剂，腐殖酸、有机养分，进行土壤改性，使其能够达到直接复耕的目的。
其中将聚丙烯酰胺(分子量在1200万以上)配制成在水中的约0.1％的溶液。溶解约需30分钟。为了加速溶解，在溶解的过程中需要充分搅拌。将聚合氯化铝配制成在水中的约5％的溶液。首先向含盐泥浆和含盐泥屑中添加配制好的聚丙烯酰胺水溶液，其添加比例为8-12％，优选10％，然后向含盐泥浆和含盐泥屑中添加配制好的聚合氯化铝水溶液，其添加比例为3-6％，优选5％。两种絮凝剂添加后，进行充分搅拌，其搅拌速度控制在13-16转/分钟，其搅拌时间约数分钟，例如3分钟。至此，整个絮凝分离过程完成。
絮凝抽真空和洗涤抽真空的真空度一般控制在0.02-0.04MPa，升膜蒸发真空度控制在0.01-0.03MPa。
升膜蒸发加热温度控制在约360℃左右。
用于泥浆改性的土壤改性剂例如是CaSO4，在泥浆中添加的比例为5％左右。
腐殖酸例如是草炭，其添加比例为3％。
有机养分例如是绿色高效有机肥，其添加比例为4％。
通过用本发明，获得了以下技术指标：
1、排放水：BOD＝10mg/L，COD＝30mg/L，SS＝5mg/L，盐离子总浓度＝800mg/L，Cl-＝280mg/L。排放水达到国家一级排放标准。(国家地面水排放标准：盐离子总浓度小于1500mg/L，Cl-小于300mg/L)。
2、废弃泥浆处理后含盐量：260mg/L。
3、经处理后的泥浆酸碱度为6.8-8.2。
本发明的经济效益和社会环境效益
1、经济效益
在我国石油行业中，在打井时临时征地7亩，完钻后留下4亩土地为征用。井场面积实际1.8亩就足够，如果我们对含盐废弃泥浆和含盐泥屑进行无害化处理后，就能平均每个井场减少征地2.2亩。每亩征地费用为10万元，仅计算征地费用，就能节约22万元，另外，还要赔偿农民的青苗费。以江汉油田为例，每年新增打井60口，以此计算，每年能够节约土地资源132亩，节约经济效益1320万元(青苗费赔偿还未计算在内)，可见经济效益十分显著。
2、社会环境效益
(1)节约大量土地资源，以江汉油田为例，每年能够节约征地132亩。
(2)减少土地盐碱化。
(3)减少对水资源的污染。
实施例
1、取钻井含盐废弃泥浆和含盐泥屑10吨。并加入4吨水进行稀释。用螺杆泵注入到容积为10吨的絮凝罐中。
2、配制0.1％的聚丙烯酰胺1吨，配制5％聚合氯化铝0.5吨。
3、将1、2配制好的絮凝剂全部加入到10吨泥浆中，搅拌3分钟，搅拌速度控制在15转/分钟。
4、将絮凝后的泥浆用带式压榨真空脱水设备进行脱水，真空度控制0.03MPa，在脱出的水用浓盐水收集罐进行收集后，再进行四次洗涤，将第一、二次洗涤的浓盐水收集到浓盐水储存罐，将第三、四次洗涤水收集到淡盐水储存罐。泥浆洗涤后的盐离子浓度为260mg/L。
5、将脱盐后的泥浆进行压榨，对压榨后的泥饼进行改性，(1)添加剂CaSO4500公斤，(2)添加剂草炭300公斤，(3)有机养分：添加绿色高效有机肥400公斤。
6、淡盐水储存罐周泵注入到反渗透装置中，进行反渗透，反渗透回收的浓盐水用泵注入到升膜蒸发器中，回收的淡水进行排放。
7、将浓盐水储存罐的浓盐水用泵注入到升膜蒸发器中，真空度控制在0.02MPa。进行升膜蒸发，蒸发加热温度控制在360℃，蒸发的水分控制在回收的浓盐水的浓度为约30％。蒸发回收的淡水进行排放。
8、将30％左右的饱和浓盐水用太阳能进行浓缩结晶，分离出NaCl、KCl、K2SO4、KNO3。

Claims (6)

1、一种油田含盐钻井废弃泥浆的处理方法，包括以下步骤：
(A)置换步骤：包括采用絮凝剂对泥浆进行絮凝，破坏其胶体状态，使吸附的盐离子转化成游离态并存在于水溶液中，并把泥浆中的水和泥浆分离开；
(B)水洗和脱水步骤：包括把上述已经被破坏胶体状态的泥浆进行水洗三至六次，再脱除水溶液，以去除泥浆中的盐含量；
(C)采用反渗透和多效升膜蒸发相结合的工艺除去水中的盐分：包括将含盐量在2％以上的步骤(A)中脱除的水和步骤(B)的第一、二次洗涤中脱除的水溶液采用多效升膜蒸发进行处理，对盐含量小于或等于2％的盐水用反渗透进行处理，再把反渗透脱出的浓盐水送入升膜蒸发器中继续脱盐，反渗透和升膜蒸发回收的淡水可用于水洗工艺中循环或排放；
(D)把升膜蒸发器中浓缩至饱和的浓盐水采用太阳能浓缩结晶工艺，回收各种盐分；
(E)任选脱盐后的泥浆和泥屑进行酸碱中和、添加有机质、腐殖酸、有机养分，进行土壤改性，使其能够达到直接复耕的目的。
2、根据权利要求1的方法，特征在于絮凝剂是聚丙烯酰胺和聚合氯化铝的混合物。
3、根据权利要求2的方法，特征在于聚丙烯酰胺的添加比例为10％，按聚丙烯酰胺的0.1％水溶液基于所处理的含盐泥浆的重量计，聚合氯化铝的添加比例为5％，按聚合氯化铝的5％的水溶液基于所处理的含盐泥浆的重量计。
4、根据权利要求1、2或3的方法，特征在于絮凝在13-16转/分钟的搅拌速度下进行3分钟。
5、根据权利要求1的方法，特征在于采用带式压榨真空脱水设备进行水洗和脱水步骤。
6、根据权利要求1的方法，特征在于升膜蒸发的的真空度为0.01-0.03MPa，升膜蒸发的加热温度为360℃。
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