水网地区废弃钻井液无害化处理技术.pdf
第 3 1 卷 2 01 4 篮 第 6期 1 1月 钴井液与 完井液 DRI LLI NG FL UI D & COM P L ETI ON F L UI D V01 . 31 NO. 6 NO V 2 01 4 d o i 1 0 . 3 9 6 9 0 . i s s n . 1 0 0 1 5 6 2 0 . 2 0 1 4 . 0 6 . 0 1 3 水网地区废弃钻井液无害化处理技术 汤燕丹, 许春田, 王建军, 贾丽君, 蔡巍 中国石化江苏石油工程有限公司钻井处钻井工艺研究所 ,江苏扬州 汤燕丹等 . 水网地区废弃钻井液无害化处理技术 f J ] . 钻井液与完井液,2 0 1 4 ,3 l 6 4 7 . 5 1 . 摘要基于水 网地 区环境敏感的特性,对废弃钻井液无害化处理技术进行了研究。以高氯酸盐、硝酸盐和多硝基 化合物为组分的复合氧化剂YY作水处理氧化剂效果最好。通过对无害化处理技术中破胶 固液分离、出水混凝处理及 废泥渣固化 3 个关键技术的研究 破胶分离使用2 %Y H、 p H值为6 、 反应 1 0 rai n后固相絮凝成团; 分离出水使用0 . I %Y M、 3 %Y Y和 0 . 5 %YF混凝处理后液相无色透明 ; 废泥渣使用 8 / m YB、2 0 %YC和 1 5 %YD处理后胶结块硬度适中,浸 出液无色透 明。同时,形成了一套废弃钻井液无害化处理的工艺流程 , 研制 了一套现场处理设备。该技术在 Z W 区块 进行现场试验 ,经处理 后的排水和浸 出液 主要指标达到 污水 综合 排放 一级标 准。 关键 词废弃钻 井液 ; 无害化处 理 ;固液分离 ; 废渣 固化 中图分类号 T E 9 2 文献标识 码 A 文章编 号 1 0 0 1 . 5 6 2 0 2 0 1 40 6 0 0 4 7 . 0 5 江苏油 田地处水 网密布的江淮大地 ,是南水北调 的东线源头,环境极为敏感。目前,该地区废弃钻井 液采用大土池收集后人工固化就地掩埋处理 ,对环境 存在较高的潜在污染风险。对此 ,开展 了废弃钻井液 无害化处理技术的研究 ,实现现场部分废弃钻井液的 无害化处理。 1 废弃钻井液固液分 离技术室内研 究 废弃钻井液处理工艺的关键技术包括破胶分离技 术、固液分离出水的水处理技术和固体废渣处理技术 3个方面 [ 1 - 4 ] 。 1 . 1 破胶分离工艺研究 1 破胶剂种类和加量 的影响。废弃钻井液具有 胶体体系的基本特征 ,污染物呈稳定状态 ,其 中的有 机物水溶性较好 。所以若直接 固液分离 ,有机物会从 固相向液相转移并污染水体,因此需进行破胶处理降 低有机物的水溶性 , 减少其转移量 。在大量破胶剂 中, 重点考察了氧化类 的 P A和 Y H,结果见表 1 【 5 】 。从表 1 可看出 ,破胶剂 Y H浓度在 2 % 以上破胶效果 明显。 2 p H值 对破 胶效 果 的影 响。如 图 1 所示 ,随 着 p H值降低, Y H的破胶效果略有好转, 在 p H值 为 6 ~ l O时均能 良好破胶 ,因此选 p H值为 6 。 表 1 破胶剂种类和加量对废弃钻井液的影响 3 . O 2 . 5 2 . 0 1 . 5 1 . O o . 5 O . O p H 图 1 p H值对破胶剂 YH破胶效果的影响 6 0 5 0 罐 2 0 答 第一作者简介 汤 燕丹,1 9 8 3年 生,2 0 0 6年毕业于 中国石油大学 华东 应用化学专业,一直从事钻井液技术管 理与研 究工作。地址 江苏省扬州市江都 区邵伯镇甘棠路 1 0 1号钻井处钻井工艺研 究所 ;邮政编码 2 2 5 2 6 1;电话 0 5 1 4 8 6 7 6 1 0 3 5 / 1 3 9 5 2 5 3 0 3 6 7; E - ma i l t a n g y d .j s y t s i n o p e c . c o rn。 1 bH D I j8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 8 铝井液与 宽 井 液 2 0 1 4年 1 1月 3 反应时间对破胶效果的影 响。在 YH加量为 2 %、p H值为 6 条件下考察反应时间对破胶效果的影 响,见 图 2 。从 图 2看出 ,随破胶反应 时间延长 ,破 胶出水的 C O D和色度逐渐降低 , 破胶效果越来越好, 在反应时间达到 2 . 5 mi n后 ,破胶效果趋于稳定 ,静 置 1 0mi n后上下分层。 0 . 0 0 . 5 1 .0 1 .5 2 . 0 2 . 5 3 .0 3 . 5 4 .0 4 . 5 5 . 0 5 . 5 t l氆 ln 图 2 破胶反应时间对破胶剂 YH破胶效果的影响 1 . 2 固液分离后出水处理 分离后的水中含有大量溶解态的大分子有机物, C O D值为 1 7 0 0 2 2 0 0 m g /L, 色度为 1 2 5 ~1 6 5 倍, 胶 体类物质多, 高分子量聚合物含量高, 需进一步处理[6-7 ] 。 1 出水氧化处 理氧化剂的优选 。选用烧杯试验 法 ,在烧杯 中盛装相同量的废水 ,再加氧化剂搅拌混 匀 ,在相 同试验条件下 加量和氧化时间 ,分析经 处理后 出水 的 C O D、色度 ,结果见表 2 。 表 2 不 同类型氧化剂 的氧化效果 氧化剂 量 / mL 种类 加量 处 理后 结果 C O D/ 色度 mg / L 倍数 注 p H值为 6 . 8 ,C O D值为 8 3 3 mg / L,色度为 3 5 7倍 ; Y Y为复合氧化剂。 由此可知,不 同类型的氧化剂均对钻井废水有一 定 的氧化效果 ,以高氯酸盐 、硝酸盐和多硝基化合物 为组分 的复合氧化剂 Y Y作水处理氧化剂效果最好 。 配合使用复合氧化剂配套的氧化催化剂 Y F效果更好。 2 工艺参数的影响。考察 p H值、复合氧化剂 YY用量 、氧化催化剂 Y F用量 、反应时间对处理效 果 的影响 ,结果见表 3 。从表 3 看 出 ,p H值与 C O D 去除率关系存在最佳值, p H最佳值为 4 .5; 随复合氧 化剂 Y Y用量增加 ,C O D去除率逐渐增大 ; 随催化 剂 Y F用量增加,C O D去除率逐渐下降。 表 3 氧化正交实验主要因素的除 C O D效果分析 C O D去 YY / C O D去 Y F / C oD去 p H 除率 / % % 除率 % 除率 / % 3 0 5 2 . 0 6 0 . 5 5 4 . 1 2 2 0 0 6 2 . 1 O 4 . 5 6 4 . 2 5 1 . 0 5 9 . 0 2 5 0 0 5 6 . 7 4 6 . 0 5 6 . 7 7 2 .0 5 9 .9 4 8 0 0 5 4 .2 4 取破胶 分离 出水样 2 0 0 mL,以 1 0 %H S O 溶 液 和 1 0 %Na OH溶 液调节 p H值 ,搅 拌 ,依 次加入 YY 和 Y F,充分反应后移取一定体积反应溶液 ,调节 p H 值为 6 ~8 , 加热到 7 0 ~8 0℃以充分分解剩余氧化剂, 离心 ,取离心液测 C O D,计算 C O D去除率 ,见表 4 。 从表 4看 出,随着反应时间延长 ,出水 C O D逐渐下 降, 2 h后 C O D下降幅度变缓 , 4 h后 C O D基本不变。 确定最佳工艺参数 2 % Y Y 2 0 0 m g / L Y F , p H值为4 .5 , 反应时间为 2 h 。 表 4 复合氧化反应时间对破胶出水 C O D去除率的影响 C O D / mg / L 2 1 4 2 8 2 5 4 6 9 1 8 9 1 4 7 1 2 7 C O D 去除率 / %0 . O 0 6 1 . 4 8 7 8 . 1 0 9 1 . 1 8 9 3 . 1 4 9 4 . 0 7 1 . 3 固体废渣处理技术研究 固体废渣若是直接废弃会对环境造成二次污染, 也会浪费资源。固体废渣经处理后可用作井场围堰和 平整地面的材料 ,实现 固体废渣的无害化和资源化处 理。在已经破胶处理后 的废弃钻井液中加入吸附剂吸 附污染物 ,加入凝结剂 、促凝剂进行固化处理 [ 8 ] 。 1 吸附剂加量选择。重点考察了氧化铝 、聚丙 烯酰胺 、活性炭及新 型吸附材料 YB,经过初选 ,认 为 YB的吸附效果最佳。YB为颗粒状 ,比表面积大 、 吸附力强 ,对石油类污染物具有极强的吸附能力 。对 其加量进行 了效果评价 ,结果见表 5 。从表 5看 出 , 吸附剂 YB对污染物有很好的吸附效果 , 加量达到 0 . 8 g / 1 0 0 g废弃钻井液的浸出液中的污染物均达到 国家 污水综合排放标准 G B 8 9 7 8 --1 9 9 6 一级要求。 2 凝结剂与促凝剂加量选择。重点考察了无机 类的如明矾 、固体硫酸铝、硫酸亚铁及无机盐类复配 凝结剂 YC、 有机类的 P AM 凝胶剂 的效果 , 通过初选 , 赫堆簿藩v 羽 目b _l 口 iQ q 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷 第 6 期 汤燕丹等水网地区废弃钻井液无害化处理技术 4 9 经过复配后的凝结剂效果最佳 ,并对其加量进行了选 择评价 ,结果见表 6 。 表 5 吸附剂 YB加量对污染物的吸附效果的影响 注 一为未检出 ; 标准为 G B 8 9 7 8 1 9 9 6 一级 标准。 表 6 不同凝结剂 YC加量对无害化产物硬度的影响 MP a 不同YC加量 %对无害化产物硬度的影响 t / h 5 1 0 1 5 2 O 2 5 3 0 4 0 注 0 没有凝固,具有流动Jj生; I 表面较软,手指能压 ; Ⅱ 表面较硬,有一定强度,手指难将其压碎 ; Ⅲ 表明坚硬, 难以压碎 ; I V 表面很硬,有较大强度 从表 6看 出 ,凝 结剂 Y C可提高 废弃 钻井液处 理后的硬度 ,同时能加强对 污染物 的封堵作用 ; 加 量为 2 0 %、处理 7 d后产物 的抗压强度大于 0 . 5 MP a 。 促凝剂 YD可帮助凝结剂更好地凝结、 加快凝结速度 , 加量为 1 5 %时即能达到较好的促凝效果。 1 . 4 固液分离效果评价 如 图 6 、表 7所示 ,废弃钻井液经 固液分 离后 , 出水处 理后 可达 G B 8 9 7 8 -- 1 9 9 6污水排放标 准 ,固 体废渣 固化成块 。 图3 废弃钻井液无害化处理后的浸出效果 表 7 废弃钻井液处理后浸出液主要污染物 样品 p H 色度 注 标准为 G B 8 9 7 8 --1 9 9 6 一级 标准。 2 废弃钻井液固液分 离工 艺流程 1 工艺 流程 。废弃 钻井 液经 中和 调整 p H值 , 加人破胶剂进行破胶脱稳和预脱色反应 ,反应液经离 心机分离 出液 、渣两相 ,必要时在离心机进料中加入 絮凝剂助凝。液相经催化氧化和吸附过滤去除有机物 和悬浮物 ,实现达标处理 ,或者 回用配浆 、 井场清洗。 离心出排渣经固化处理 ,排入井场泥浆坑 ,达标填埋 或井场围堰 。 2 主要工艺参数。①处理能力 ≥1 m / h 以5 % 固相含量计 。②进料 表观黏度 ≤ 1 0 mP a S ,密 度≤ 1 .2 g / c m ,固相含量≤ 1 %, p H值为 7 ~l 2 。③ 排水和排渣浸出液水质 GB 8 9 7 8 -- 1 9 9 6一级标准 p H值为 6 ~9 、 C O D≤ 1 0 0 mg / L 、 悬浮物≤ 7 0 mg / L、 石油类 ≤ 5 mg / L。 3主要工艺设备 。破胶脱色反应池 带机械搅 拌 、复合 氧化反应 / 沉降池 带机械搅拌 、离心机 、 总进料泵、离心机进料泵、外排输水泵、清水泵、药 剂进料泵、药剂配液储液罐,见图4 。 图 4 废弃钻井液主要处理装置工艺流程图 3 现 场 应 用 废弃钻井液无害化处理技术在 C l 1 . 8 、C 1 1 1 1 和 c l 1 1 2 等 3口井进行现场试验。3口井均使用了 复合金属离子聚合物润滑防塌钻井液,主要添加了 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 0 钴井液与 完井液 2 0 1 4年 1 1月 P MHA一 2 、Na - H P A N、甲基 硅油 、原油 、K D. 2 1 C及 沥青类防塌剂等。 3 . 1 破胶分离 现场小型实验 cl 1 . 1 2井现场小试采用 2 支 1 0 0 mL具塞量筒 ,均加入废弃钻井液 1 0 0 mL,再分别加 入 1 mL和 2 mL破胶剂 YH, 混合 , 静置观察 , 见表 8 。 表 8 钻井废液破胶处理现场小试结果 序号破胶剂 / mL沉渣体积 / mL 备注 从表 8 看 出, 选加量 2 %为 中试用量 。现场中试 固定离心机进液流量为 6 m3 / h , 从静态混合器加入 2 % 破胶剂 , 稳定 1 0 mi n , 发现离心排渣少 , 离心排水色深、 浑浊 ; 提高破胶剂用量至 4 %,离心机排渣 ,排水变 清。如表 9 所示 , 破胶剂用量为 2 %时, 沉降 1 h 后 , 撇去罐表面浮渣 ,分离 出水与小试结果基本一致 ,表 明大罐直接混合破胶沉降的固液分离效果良好。 表 9 中试破胶试验结果 加药方式破胶剂 分离设备 分离效果 3 . 2 出水的氧化处理 破胶分离后的出水 C O D值仍很高 ,需进一步处 理。先将 l 罐破胶 反应出水 8 H l 3 注入 2 罐 ,调 p H 值为 6 。搅拌下依次加入 5 Y F 、1 5 0 k g Y Y、4 0 % 硫酸溶液 1 。静置反应 1 6 h ,2 罐出现大量浮渣 , 水质浑黄 ,p H值为 6 , C O D值为 4 . 8 01 0 mg / L 。 3 . 3 出水的混凝净化处理 破胶分离后的出水杂质高、带有白色乳光,表明 含有较多的胶体物质。现场补充了离心混凝净化处理 试验 ,提高水质 的澄清度 。现场小试 选用 P AF C、 硫酸铝 、聚丙烯酰胺类净水剂 Y M ,配合使用硫 酸、 Na O H调节 p H值 ,见表 1 0 。从表 l O看 出,净水剂 Y M絮体更粗大,水质更清澈,水质p H值合适。 表 l O 离心排液的混凝净化小试结果 药剂 药剂 /p H 实验现象 c , / 1ra g / 1 00 6 20 0 6 P AF C 5 0 0 6 5 0 0 7 5 0 0 8 2 0 0 0 5 硫酸铝 2 0 00 8 1 0 00“ 6 2 o o o 7 2 0 0 0 8 絮体多 ,细小,水略浑黄 絮体多 ,细小 ,水略浑黄 絮体多 ,较大,水略浑黄 絮体多 ,较大,水略浑黄 絮体多、粗壮,分层快,渣 变绿,水清,显绿 絮体多,细小,水略浑 絮体多,细,沉降陕,水清澈 ,杂小絮体 絮体多,细,沉降快,水清澈 絮体多,较大 ,沉降较快,水清 絮体多,较大,沉降较快,水清 注 为粉剂。 现场 中试 使 用 Y M 净 化离心机排 液 ,混合 反 应 1 0mi n 后加人 5 0 %Na OH溶液 1 0L调节 p H值至 8 , 静置观察水质沉降情况,见图 5 。由此可知,经处理 后 的水清澈透明 ,接近于地表水。 从左至右依次为 原水 、外排水 、地表稻田水 图5 水质的沉降情况 3 . 4 水质分析 如表 1 1 、表 l 2所示 ,c1 1 一 l 2井废弃钻井液处理 后 的排水和浸出液主要指标达 G B 8 9 7 8 -- 1 9 9 6 污水 综合排放标准一级标准,可以用作农田灌溉。 表 l 1 Cl 1 . 1 2井现场试验 水质分 析结果 注 氧化混凝出水为排放水,标准为 GB 8 9 7 8 --1 9 9 6 一 级 标准。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷 第 6期 汤燕丹等 水网地 区废弃钻 井液无害化处理技 术 5 l 表 1 2 C1 1 . 1 2井现场试验排泥浸 出液主要污染物分析 结果 注 固化后离心渣为排放渣 ; 标准为 G B 8 9 7 8 1 9 9 6 一级 。 3 . 5 固体废渣处理情况 c l l 一 1 2 井完井搬迁后,固体废渣在现场固化后, 用作平整场地和井场 围堰材料 ,效果 良好 。 3 . 6 设备处理能力复核 根据现场试验数据,核算装置各设备单元处理能 力如下。 离心机处理能力 6 1T I / h; 破胶反应罐沉降处理 肯 旨 力 1 2 r n 2 h 6 1T I / h 混凝沉降罐处理能力 1 01 T I 1 h l 0 r r l / h 氧化 一 混凝复合处理能力 1 0 I n 3 2 . 5 h 4 IT I / h 沉降出水排液速度 8 l I 1 3 0 . 1 5 h 3 2 1 T I / h 破胶剂加料管道泵 2 0 0 L5 mi n 2 . 4 1T I / h 综合分析,采用破胶沉降 一 混凝沉降 . 氧化沉降 流程处理废弃钻井液,设备处理能力可达 4 r ll / h 。若 按 8 h / d处理 ,日处理能力为 3 2 m 。 4 结论 1 . 废弃钻井液无害化处理配方为 2 %破胶剂 YH、 0 . 1 %净水剂 Y M、0 . I %N a O H、3 %复合氧化剂 Y Y、 O . 5 % 氧化催化剂 YF ,8 k g / m 吸附剂 Y B、2 0 %凝结 剂 YC和 1 . 5 % 促凝剂 YD。 2 . 设计 的废弃钻井液无害化处理工艺流程 、工艺 参数及主要设备处理能力适应钻井生产、处理效果达 到预期 。 3 . 经 “ 破胶脱 色 一 固液分离 一 废水 氧化处理 一 废 渣 固化 ”处理工艺处理 的废弃钻井液 的浸 出液 的 p H 值 、悬 浮物 、色 度 、C O D、石油 类等 指标 达 到 G B 8 9 7 8 --1 9 9 6 污水综合排放标准一级标准,固体废 渣可进一步固化再利用。 参 考 文 献 周建 良,岳前升,杨立平,等 . 海上油田废弃钻井液固 液分离技术研究 [ J ] _ 石油天然气学报,2 0 1 2 ,3 4 9 1 48 1 51 . Z h o u J i a n l i a n g ,Yu e Qi a n s h e n g ,Ya n g L i p i n g ,e t a 1 . S o l i d l i q u i d s e p a r a t i o n t e c h n o l o g y o f wa s t e d r i l l i n g fl u i d i n o f f s h o r e o i l f i e l d s [ J ] . J o u r n a l o f Oi l a n d G a s T e c h n o l o g y, 2 0 1 2 ,3 4 9 1 4 8 . 1 5 1 . [ 2 ]2 潘宏竹 , 张云 . 钻井废弃泥浆随钻处理技术应用 [ J ] . 安全、 健康和环境 ,2 0 1 2 ,1 2 9 2 0 . 3 0 . P a n Ho n g z h u,Z h a n g Yu n. T h e a p p l i c a t i o n o f wa s t e dri l l i n g mu d d u r i n g t h e d r i l l i n g p r o c e s s e s [ J 】 . 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