钻井污水处理装置离心分离橇的试验研究.pdf

石 油机械 C H I N A P E T R O L E U M M A C H I N E R Y 2 0 1 3年 第 4 1 卷 第 4期 钻 井技 术与装备 钻 井污水处理装置离心分离橇 的试验研究 李 向伟 ， 许福东 李海明。 鄢玲俐 杨 迅 杨晓峰 伍远平 1 ．长江大学机械 工程 学院2 ．江汉机械研 究所3 ．中国海 洋石油 总公 司 摘要 对钻井污水处理装置离心分离橇进行 了工业性试验研 究，探讨 了各处理单元的工作机 理和功效 ，对分离橇的核心处理单元卧螺离心机 的工作参数进行 了试验优化 ，对 絮凝剂进行 了筛 选。现场试验结果表明，卧螺离心机适合处理钻井污水的工作参数范围为大长径比、高溢流堰板、 分离因数 1 3 1 4～1 7 1 6 、差转速 5～1 2 r ／ rai n ；离心分离橇采用 除油缓冲 离心分离 吸附过滤工 艺处理钻井污水 ，出水浊度达到 2 0 N T U 以下，色度 明显降低 ，能够达 到配钻井液和完钻 后的替 换钻井液等 回用要求，也可作为达标排放处理设备 的进水。该处理工艺具有设备结构紧凑 ，便 于 移运 ，人工参与少，能连续运行的特 点，适合钻井队的使 用工况。 关键词 钻井污水；分离橇；离心机 ；絮凝剂；回用；试验研究 中图分类号T E 2 5 4 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 5 7 8 ． 2 0 1 3 ． 0 4 ． 0 1 0 Ex pe r i m e n t a l St ud y o f t he Ce n t r i f ug a l Se p a r a t i o n Sk i d o f S e wa g e Tr e a t m e n t Un i t Li Xi a ng we i - Xu Fu d o ng L i Ha i mi n g Ya n Li ng l i Ya n g Xu n Ya n g Xi a o f e ng W u Yu a np i n g 1 ． C o l l e g e o fMe c h a n i c s ，Y a n g t z e U n i v e r s i t y 2 ． fl a n g h a n Ma c h i n e r y R e s e a r c h I n s t i t u t e 3 ． C h i n a N a t i o nal O ffs h o r e O i l C o r p ． A b s t r a c t An i n d u s t r i a l t e s t o f t h e c e n t ri f u g a l s e p a r a t i o n s k i d o n d ri l l i n g wa s t e wa t e r t r e a t me n t u n i t w a s c o n d u c t e d ． T h e o p e r a t i n g me c h a n i s m a n d e f f i c i e n c y o f t h e t r e a t me n t c o mp o n e n t s o f t h e u n i t w e r e d i s c u s s e d ． T h e o p e r a t i n g p a r a me t e r s o f t h e h o r i z o n t a l d e c a n t e r c e nt r i f u g e a s t h e k e y t r e a t me nt c o mp o ne n t o f t h e s ki d we r e o p t i mi z e d t hr o ug h t e s t ． T he flo c c u l a t i ng a g e n t wa s s c r e e n e d． Th e fie l d t e s t s ho ws t h a t t he o p e r a t i ng pa r a me t e r s s u i t a b l e f o r t h e d e c a nt e r c e n t rif ug e i n t r e a t me n t o f d r i l l i n g wa s t e wa t e r a r e l a r g e l e n g t h- d i a me t e r r a t i o， h i g h o v e r f l o w we i r p l a t e， s e pa r a t i o n f a c t o r 1 3 1 41 7 1 6，a n d d i f f e r e n t i a l s p e e d 51 2 r ／ mi n ． T h e s k i d a d o p t s t h e wa s t e w a t e r t r e a t me n t t e c h n o l o g y o f de o i l i n g b u f f e r i n g，c e n t r i f u g a l s e pa r a t i o n a n d a d s o r p t i o n fil t r a t i o n ． Th e t u r bi di t y o f t he wa t e r a t t h e o u t l e t r e a c h e s 2 0 NTU be l o w． Th e c h r o ma t i c i t y d e c r e a s e s r e ma r ka b l y ． I t c a n s a t i s f y t h e r e c y c l i n g r e qu i r e me nt f o r mu d p r e p a r a t i o n a n d mu d r e p l a c e me n t a f t e r d ri l l i n g c o mp l e t i o n ．I t c a n a l s o b e u s e d a s i n fl o w o f s t a n d a r d d i s c h a r g e t r e a t me n t e q u i p me n t ． Th e t r e a t me n t t e c h n o l o g y i s c h a r a c t e riz e d b y c o mpa c t s t r u c t u r e， e a s y t r a n s p o r t a t i o n， a nd f e w ma n u al o p e r a - t i o n s ．I t i s s u i t a b l e f o r t h e o p e r a t i n g c o n d i t i o n o f d r i l l i n g c r e ws ． Ke y wo r d s d r i l l i n g s e wa g e ；S e p a r a t i o n s k i d；c e n t rif u g e；f l o c c u l a n t ；r e c y c l e ； e x p e ri me n t a l s t u d y 0 引 言 钻井污水是钻井液高倍稀释液和油类的混合 物，主要 由水 、粘土 、钻屑、电解质、钻井液添加 剂、油类等组成 ，具有复杂性 、多变性 、分散性的 特点 ，是油田非 常严重 的污染源之一 ⋯。其 主要 来源为固控系统在分离岩屑过程中所携带出的钻井 液 ；各段 固井时排 出的顶替液及少量水泥浆 ，其量 每次约为几十方；完钻时清水顶替出的大量含水泥 浆 ，冲洗井筒排 出的大量污水 。随着环保意识的提 高和环保监督力度的加大，各油田对钻井污水的产 生做 了严格控制 ，对钻井污水的回用和处理做了许 多努力 。钻井公 司通过对钻井废 弃物进行分 类分 析 ，并结合钻井工艺特点认为废弃钻井物中的钻井 液绝大部分可以二次利用 ，只有钻屑 、污水与部分 2 0 1 3年第4 1卷第4期 李向伟等钻井污水处理装置离心分 离橇的试验研究 钻井液需要 进行无害化处 理 J 。油 田钻井 队经 常 搬家的作业状况要求设备 占地 面积小 ，结构 紧凑 ， 移运性好 。要将钻井污水处理后达标排放 ，其处理 环节众多 ，设备庞杂。笔者研究 的钻井污水处理装 置根据处理环节和功能分为不 同模块化 的处理橇 ， 根据出水水质需要进行配置 ，离心分离橇为第 1 环 节 ，处理出水达到钻井队回用和后续处理装置的进 水要求 。回用对水质要求较低 ，也避免了后续处理 的高昂费用 。笔者近期在酒东油 田2个钻井 队对离 心分离橇的适用性做了试验研究 ，研究结果表 明， 装置功能设计合理 ，运行稳定 ，处理出水能够达到 回 要求 ，为整 套 钻井 污水 处 理 系统 的研 制 奠定 了 基 础 。 1 离心分离橇技术分析 1 ． 1工 艺流 程 离心分离橇采用除油缓冲 离心分离 吸附过 滤的工艺 ，流程见 图 1 。漂浮在废液池表面的漂浮 式吸液装置将钻井 污水通过软管送人 除油缓冲罐 ， 来液 中的游离油上浮 ，通过刮油装置刮人溢流 口除 去。经过除油和缓冲后 ，钻井污水由螺杆泵加压调 图 1 钻 井 污水 处理 装 置 离心 分 离橇 工 艺流 程 Fi g ．1 Te c h n o l o g i c a l flo wc ha o f t he s k i d 1 一废液池 ；2 一漂浮式吸液装置 ；3 一除油缓冲罐 ；4 一 电控柜 ；5 一螺杆泵 ；6 一流量计 ；7 一 加药 系统 ； 8 一静态混合 器 ； 9 一输 送泵 ； 1 O 一 卧螺离心 机 ； 1 1 一 螺旋输送 器 ； 1 2 一 储液罐 。 节流量后送往离心机。絮凝剂由加药系统按 比例加 着分离出的游离油 ，吸液装置只需将废液池中部的 人离心机前污水管线中经静态混合器和污水充分混 污水部分抽出处理 即可 ，避免使 已分离部分扰动混 合，破乳并产生絮体。絮凝液进入离心机后在离心 合。漂浮式吸液装置由潜污泵、浮箱和拦截网等组 力 的作用下加速固液分离。分离后的固相 由螺旋输 成 ，结构见图 2 。吸液装置漂浮于液面上 ，使拦截 送器送至固化处理橇 ，清液进入储液罐暂存 。储液 网的吸液 口处 于液面 下 ， 既不会 抽 到液面顶 部浮 罐 中清液再 由输送泵送入 吸附过滤器 中进一步净 化 ，出水达到 回用要求和深层处理设备进水要求 ， 也可 回流作为钻井液稀释用水及离心机清洗用水 。 卧螺离心机与压滤设备相 比，无需压缩空气及 滤布清洗等设备 ，配套处理单元少 。相 同处理量下 其占地面积仅为板框压滤机的 ，为带式压滤机的 3 j 。卧螺离心机分离操作是连续 自动进行的，人 工参与少 ，自动化程度高 ，对污水处理效果较为理 想 J ，泥饼固含量高 ，结构紧凑 ，运行管理维修 简 便 ，运输和处理成本低 J 。因此 ，离心机处理工艺 是适合钻井队经常搬家工况的污水处理工艺 。 1 ． 2 装置组成 1 ． 2 ． 1 漂浮式吸液装置 废液池底部沉降了大量岩屑和污泥，表面漂浮 图 2 漂浮式吸液装置 简图 F i g ． 2 D i a g r a m o f fl o a t i n g d r a i n a g e d e v i c e 1 一潜 污泵 ；2 一浮箱 圆管接头 ；3 一拉环 ；4 一 浮 箱 连 接 撑 杆 ； 5 一 拦 截 网 ； 6 一 平 台 ； 7 一 浮箱 。 油 ，也不会抽到池底污泥及杂物。吸液 口处于吸液 装置周 圈外 围，进液面积大 ，流速低 ，避免对液池 扰动 ，吸液平稳。吸液装置利用浮箱提供漂浮力 ，