废弃水基钻井液低压蒸馏处理技术研究与应用.pdf

石油天然气学报 江汉石 油学院学报2 0 1 3 年 2 月 第 3 5 卷 第 2 期 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 J ． J P I F e b ． 2 0 1 3 V o 1 ． 3 5 N o ． 2 废弃水基钻井液低压蒸馏处理技术研究与应用 舒福 昌 长江大学化学与环境工程学院， 湖北荆州4 3 4 0 2 3 罗 刚 ，张岩 ，向兴金 荆州市汉科新技术 研究所， 湖北荆州4 3 4 0 0 1 [ 摘要]废弃水基钻井液普遍存在化学组分复杂、胶体稳定性好、化学需氧量 C O D高等特点，而采用 生化处理 、化 学氧 化处 理或 膜分 离处 理方 法，往往 适应 性差 、处 理 效果 不佳 ，无 法达 到 污水 排放标 准 ， 且运行费用高 。研 究 了废弃 水基钻井液低压蒸 馏法处理技术 ，即先将废 弃水 基钻井液进 行化 学脱 稳处理 ， 经脱水机 固液分 离后 ，采用低压 蒸馏方法处理分 离后的废水 通过对 D G油 田 4口井的现场废 弃钻 井液进 行处理 ，结果表 明该 方法能够满足不 同类型钻 井液处 理要求 ，处理后污水 C O D低于 1 5 0 mg ／ L，且其他 各 项指标 均可达到 国家 污水 综合排放标准 G B 8 9 7 8 1 9 9 6 二级水质标准 。 [ 关键词]水基钻 井液；废弃物处理 ；低压蒸馏 ；环境保 护；化学需氧量 C 0D [ 中图分类号]T E 2 5 4 ． 3 [ 文 献标 志码 ]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 3 O 2一 O 1 1 7 一O 3 为了满足钻井工程的需要 ，钻井液中常常需要添加各种化学处理剂 ，这些处理剂 中存在着大量对环 境有害的物质 ，如油类 、盐类 、可溶性重金属元素以及有机物等等 。因此废弃水基钻井液普遍存在胶体 稳定性好 ，化学需氧量 C OD高，生化需 氧量 B OD与 C OD的 比值低 ，可生化 降解性差 ，毒性 大，且水质化学组成复杂等特点_ 1 ] 。随着世界各 国环境保护意识的逐渐增强，对废弃钻井液处理的要求 也越来越严格 ，特别是一些环境敏感地 区和国家及海洋环境 。一旦不能很好地处理废弃钻井液 ，则极易 造成对环境及人体健康的危害 ] 。 ’ 近年来废弃钻井液处理主要采用生化处理 、化学氧化处理或膜分离处理 ，然而在应用过程中均存在 适应性差、处理效果不佳 、运行费用高等缺点，尤其是 C O D超标 ，很难满足国家污水综合排放标准 。 笔者研究了废弃水基钻井液低压蒸馏法处理技术 ，即先将废弃水基钻井液进行化学破胶脱稳处理 ，经脱 水机固液分离后 ，采用低压蒸馏方法处理分离后的废水。 1 室 内研究 废弃水基钻井液低压蒸馏法处理技术 的核心是 首先采用 固液分离技术将固相分离出来 ，然后采用 低压蒸馏工艺将污水 中的有机物及残余重金属元素 l 磐 钻 等去除。考虑到废弃水基钻井液为稳定性极高的分 井液 散体系 ， 电位高[ 3 j ， 直接通过 固液分离机械 如离 心机 、压滤机等进行脱 水非常 困难 ，因此需先对 其进行化学脱稳 、絮凝处理 ，即通过加入适当的脱 稳剂改变钻井液体系 的物理、化学性质 ，使 细颗粒 聚结成 团，从而破坏钻井液胶体稳定性 ，再借助机 械设 备 进行 固液分 离 。其工 艺 流程 见 图 1 。 1 ． 1 化学强化 固液分离 脱稳剂 图 1 钻井废弃液处理 工艺流程 化学强化固液分离首先要进行化学脱稳 、絮凝处理 ，因此需要筛选合适 的脱稳剂。脱稳效果评价方 [ 收稿日期]2 0 1 2 1 2 0 5 [ 作者简介]舒福昌 1 9 6 6 一 ，男，1 9 8 9 年大学毕业，硕士，教授 现主要从事油田化学教学与科研工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油天 然气 工程 2 0 1 3 年 2 月 法 AP I 压滤法 如下 取废弃 钻井液 ，与水 清水或分离 后废水按体 积 比 11进 行稀 释，在 1 0 0 0 0 r ／ mi n 2 0 mi n 高搅下混合 ，调节 p H值至 6 ． 5左右；加入 1 0 g ／ L无机脱稳剂，然后在混凝试验 搅拌仪上在 4 0 0 r ／ mi n转速下搅拌 3 rai n ， ． 或者加入 0 ． 3 g ／ L有机脱稳 剂，然后在混凝试验搅拌仪上在 1 2 0 r ／ rai n转速下搅拌 3 mi n 。将加入脱稳剂处理后的钻井液，在 AP I中压失水仪上测定 7 ． 5 mi n的滤失 量 ，并测定滤液的 p H值、色度和浊度；将 固液分离后 的泥饼在 1 2 0 ℃下恒温 1 6 h ，取出冷却至室温称 重 ，计 算 泥饼含 水率 。 根据絮凝原理 ，利用无机脱稳剂 的电中和原理以及有机脱稳剂 的吸附架桥原理 的协同效应其效果最 好 ，因此室内研究分别对无机脱稳剂及有机脱稳剂进行了优选，结果见表 1和表 2 。 表 1 无机 脱稳剂的脱稳效果评价 结果 0 9 ． O 9 5 ． 5 8 5 ． 4 9 5 ． 65 6 ． 3 5 5 ． 53 6 ． 5O 6 ．5 5 由表 1和表 2可以看出，从滤失量 、滤液的 p H值 、色度和浊度以及泥饼含水率综合 比较来看 ，无 机脱稳剂 HwJ和有机脱稳剂 HY J的脱稳效果更好 。 室内同时采用无机脱稳剂 HWJ和有机脱稳剂 HY J协同作用进行脱稳实验，结果见图 2及图 3 。结 果表明，同时加入 2 种脱稳剂，不仅提高了废弃钻井液的脱稳效果 滤失量增大 ，同时还改善了分离 后污水的水质 滤液色度减小 ，且无机脱稳剂在不 同加量条件下 ，其协同作用效果不同，存在明显的 拐 点 。 2 ．5 5 7 5 1 0 1 5 H WJ 质量浓度／ g 图 2 HwJ质量浓度与滤失量关 系图 衄 2 ． 5 5 7 ． 5 l 0 l 5 2 0 H WJ 质量浓度／ g 图 3 H w_J质量浓度与滤液色度关 系图 对废弃钻井液进行化学脱稳后，需对其进行固液分离。目前传统的固液分离装置如板框压滤机、带 式压滤机、卧式螺旋离心机等 均存在一定的不足之处，因此通过对比分析，选择了新型的污泥脱水 固液分离技术 ，即叠螺式脱水法 。它结合了过滤浓缩技术和压榨技术，将污泥的浓缩和压榨脱水过程在 一 个单元内完成 。其主要技术特点如下 ①力水同向，出水方 向和受力方向相 同，使 自由态水 以最快的 速度分离 。②薄层脱水，又称烙饼脱水。在污泥脱水过程中，每次机械力只施加在一个污泥薄饼上 ，使 一 一一 一 一 。 。 卷 一枞 一 一一 一 一 一 删 一 一 一 F F L A 白 4 卜 空 r工 w w ∞ ∞ 加 ∞ 舳 印 ∞ 加 0 一 音＼ 删水熄 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 5卷第 2期 舒福昌 等 废弃水基钻井液低压 蒸馏 处理技术研究与应用 污 泥 中 自由态水 走 最短 的距 离从 泥 中脱 离 。③适 度施 压 ，理想 的机 械脱 水施 压 仅仅 在小 于 0 ． 5 MP a压力 的作 用 下 ，就 能获 得理 想 的脱水 效果 。④延 长路 径 ，既给 予污 泥在 脱水 过程 中一定 的时 间量 ，又保 证脱 水生产的连续化作业 。 1 ． 2 低 压 蒸馏 技术 由于钻井液中存在着大量对环境有害的物质 ，即使 经过化学强化 固液分离，其废水仍难达到排放标准 ，尤 其是 C O D。最有效 、最直 接 的方式 是采 用蒸馏技 术 ， 该方法受钻井液处理剂影响小，可用于 C OD高 的钻井 废 水 。 表 3三效低 压蒸馏工艺参数 为 了减少能耗 ，提高处理效率 ，室内研究采用三效 低压蒸馏技术 ，低压是为了降低水的沸点 ，提高处理效率 ，而三效则是指利用前一效蒸馏过程中产生的 蒸汽热量来进行下一步蒸馏以降低能耗。室内设计 的各效工艺参数见表 3 。 2 现场应用 废弃水基钻井液低压蒸馏法处理技术 目前已在 DG油 田 4 E l 井 的现场废 弃钻井液处理 中得到应用 。 处理后 的水样检测结果表明 低压蒸馏出的废水中氟化物和重金属含量、化学需氧量 C O D 、生化需 氧量 B O D 、石 油 类 含 量 以及 色 度 ，均 达 到 国 家 标 准 污 水 综 合 排 放 标 准 GB 8 9 7 8 1 9 9 6二 级 的要求 ，见 表 4 。 表 4处理后的水样分析检 测结果及标准要求 3 结 论 1 废弃水基钻井液普遍存在胶体稳定性好 、C OD高 、B OD与 C O D 的比值低、可生化降解性差 、 毒性大且水质化学组成复杂等特点 。 2 废弃水基钻井液低压蒸馏法处理技术主要包括化学脱稳 、叠螺式固液分离以及三效低压蒸馏技术。 3 废弃水基钻井液低压蒸馏法处理技术在现场的应用效果表 明，处理后 的废水中氟化物和重金属 含量 、化学需氧量 C OD 、生化需 氧量 B OD 、石油类含 量 以及 色度等 指标 ，均 可达到 国家标准 污水综合排放标准 GB 8 9 7 8 1 9 9 6二级的要求 。 [ 参考文献] [ 1 ]王学川 ，胡艳 鑫，郑 书杰 ，等 ．国内外废弃钻井 液处理 技术研究现状E J ]．陕西科技大学学报 自然科学 版 ，2 0 1 0 ，2 8 6 1 6 9 ～ 1 7 4 ． ． [ 2 3 J o n e s F V ． T h e c h r o n i c t o x i c i t y o f m i n e r a l o i l w e t a n d s y n t h e t i c l i q u i d - w e t c u t t i n g s o n a n e s t u a r i n e f i s h[ J ]． S P E 2 3 4 9 7 ，1 9 9 1 ． [ 3 ]李 辉 ，叶永蓉 ，贺吉安 ，等 ．废弃钻井液生物絮凝剂筛选实验研究 I- J ]．油气 田环境保护 ，2 0 1 1 ，2 1 1 3 6 3 7 ． [- 4 3秦宗伦 ，牛晓 ，周奇军 ，等 ．中国钻井现场污水 及废弃 钻井液脱水处理装置 E J ]．钻井液与完井液 ，2 0 1 1 ，2 8 5 7 8 8 0 ． ． [ 编辑] 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m