一种废弃泥浆处理方法

摘要

本发明公开了一种废弃泥浆处理方法，首先利用砂石分离装置将泥浆中的钻屑砂石分离并洗涤后排出，对剩下的泥浆调节pH值并降低其COD值，然后进行复合絮凝使固、液分离，再采用机械脱干方法把水溶液从固体物中析出，脱干后的固体分离物已达标，可以堆放或填埋处理，最后对分离出来的水溶液进行过滤和反渗透处理，得到的淡水回收利用或现场排放。本发明方法通过可采用单元装置配套运行，对钻井废弃泥浆随钻连续处理，与正常的钻井生产同步进行，从而实现油气田钻井外排危废物不落地连续达标处理，改变目前传统整体外排固化处理模式，填补国内石油钻井环保治理领域的空白。

权利要求

1.一种废弃泥浆处理方法，包括如下步骤：

1)利用砂石分离装置接收废弃泥浆，所述砂石分离装置是在一罐体中设置一筛网筐，该筛网筐连通一螺旋输送机，所述螺旋输送机倾斜插入罐体中，低端设置砂石入口，高端设置砂石出口，砂石出口位于罐体之外，废弃泥浆先流进筛网筐中，细的浆体滤过筛网进入罐体中，钻屑砂石则进入螺旋输送机中，螺旋输送机在输送钻屑砂石的同时对其进行喷淋洗涤，最后将洗涤过的钻屑砂石排出罐体外，而洗涤产生的浆体流入罐体中和去除钻屑砂石后的泥浆混合后进入步骤2)；

2)调节泥浆的pH值并降低其COD值，然后进行复合絮凝，使固、液分离，再采用机械脱干方法把水溶液从固体物中析出，脱干后的固体分离物堆放或填埋处理，而分离出来的水溶液进入步骤3)；

3)对水溶液进行过滤和反渗透处理，得到淡水。

2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述筛网筐是固定筛或滚筒筛，筛网筐的筛孔孔径大小是0.1～10mm，其中所述固定筛中设有一搅拌器。

3.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述螺旋输送机的底部为筛网状，在其中部设有一个或多个水洗喷淋口。

4.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤2)先将泥浆放入泥浆存储搅拌罐中，同时投加第一处理剂并进行搅拌，所述第一处理剂包括调节pH值用的酸或碱和用来降低COD的氧化剂；然后将泥浆转移到泥浆配料罐中加水调节泥浆浓度，要求固体含量控制在重量百分含量为1％～10％；再对调节好浓度的泥浆进行复合絮凝。

5.如权利要求4所述的处理方法，其特征在于，步骤2)对泥浆复合絮凝的具体做法是：先分别用水溶解聚凝剂和絮凝剂，将调节好浓度的泥浆注入泥浆反应罐后，分别加入聚凝剂和絮凝剂溶液，搅拌10～15分钟。

6.如权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述聚凝剂为聚合氯化铝或聚合氯化铁，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺或聚二烯丙基二甲基氯化铵。

7.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤2)中的机械脱干方法是利用真空吸附法或离心分离法或挤压脱干法把水溶液脱出去。

8.如权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述机械脱干方法采用的设备选自：真空吸附带滤机、陶瓷板滤机、离心脱干机和螺旋挤压脱干机。

9.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述步骤3)先对水溶液进行沉淀，然后依次进行二级过滤、精滤超滤和二段式反渗透处理。

说明书

一种废弃泥浆处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及油气田钻井过程中外排危废物的处理，特别涉及一种钻井废弃泥浆的无害化达标处理方法。

背景技术

[0002] 在油气井的钻井过程中，配用复杂化学药剂的钻井液经过在数千米地下高温、高压的物理变化后，从地下携带出大量的岩屑和砂石，从井口外排，成为了浓浆状的危废物。长期以来，我国对油气田钻井危废物(废弃泥浆、外排泥浆、钻屑)的处理采用先集中收集到在钻机附近挖砌的废泥浆池中，再进行固化掩埋的方法处理。这种方法不仅占用了大量的土地资源(每口井占地2-5亩)，建设成本和处理费用高，而且实际上并没有对危废物--钻井废弃泥浆、外排泥浆和钻屑(列入国家环保部2008固体危废物名录)进行无害化达标处理，即，其污染源始终存在，要么因外溢、渗漏对环境造成直接的污染，要么成为对自然环境、地下水源以及生态的污染隐患。

[0003] 钻井废弃泥浆中30％是在钻井过程中钻井液从地下携带出的岩屑和砂石，这些岩屑和砂石由含有大量复杂化学药剂的泥浆所包裹，并随这些泥浆外排，成为了固体危废物。在泥浆外排时如果能先将这些岩屑和砂石从泥浆中分离出来，并将其进行洗涤，使之达到无害化排放标准进行排放或回收再利用，就可以减少钻井废弃泥浆外排物中固体颗粒物的总含量，降低废弃泥浆的浆体稠度，使剩余废泥浆成为流动性较好的流体稀浆，进入下一道连续处理工艺程序进行处理，从而为实现整体废弃泥浆不落地(即，不再将废弃泥浆排放入废弃泥浆池中)连续达标处理起到关键的作用，进而改变目前传统整体外排固化处理模式，填补国内石油钻井环保治理领域的空白。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于改变目前对油气田钻井外排危废物挖坑收集、整体固化、就地掩埋的处理现状，提供一种能持续有效地直接接收外排废弃泥浆，并通过一系列工艺程序对其进行连续综合处理的方法，最终排出有害物质并对资源进行回收利用。

[0005] 本发明的技术方案如下：

[0006] 一种废弃泥浆的处理方法，包括下列步骤：

[0007] 1)利用砂石分离装置接收废弃泥浆，将其中的钻屑砂石分离并洗涤后排出，而洗涤产生的浆体和去除钻屑砂石后的泥浆混合后进入步骤2)；

[0008] 2)对去除钻屑砂石后的泥浆调节pH值并降低其COD值，然后进行复合絮凝，使固、液分离，最后采用机械脱干方法把水溶液从固体物中析出，脱干后的固体分离物已达标，可以堆放或填埋处理，而分离出来的水溶液进入步骤3)；

[0009] 3)对水溶液进行过滤和反渗透处理，得到的淡水回收利用或现场排放。

[0010] 上述步骤1)是实现钻井外排废弃泥浆不落地连续达标处理的关键。由钻井震动筛网上排出的的危废泥浆直接进入或通过前延设备(如螺旋输送机等)进入砂石分离装置，将泥浆中含有的大量钻屑砂石等颗粒物分离出来，减轻和减少该类物质对后续处理的影响。

[0011] 本发明采用的砂石分离装置是在一罐体中设置一筛网筐，该筛网筐连通一螺旋输送机(又称绞龙)，外排危废泥浆先流进筛网筐中，细的浆体滤过筛网进入筛网筐外的罐体中，大的颗粒物(即钻屑砂石)则进入螺旋输送机中，螺旋输送机在输送钻屑砂石的同时对其进行喷淋洗涤，最后将洗涤过的钻屑砂石排出罐体外，而洗涤产生的浆体流入罐体中。

[0012] 上述砂石分离装置的筛网筐可以是固定筛或是滚筒筛。筛网筐的筛孔孔径大小一般是0.1～10mm，优选1～5mm，筛孔孔径选择要适应后续的泥浆脱干工序设备。如脱干设备选用真空带滤机，为提高泥浆的滤水性能应选取上限；脱干设备如果选择压式带滤机，为保护滤带应选取下限。

[0013] 对于固定筛形式的筛网筐，通常需要在筛网筐中设置一搅拌器，以增加泥浆的流动性，避免堵塞筛孔。所述搅拌器优选为锚式搅拌器。固定筛形式的筛网筐通常设计成漏斗状，其上端口接收泥浆，而下端口连通螺旋输送机。而滚筒筛形式的筛网筐一般是将滚筒筛斜向放置，入筛口在高的一端，而出筛口在低的一端，出筛口连通所述螺旋输送机。螺旋输送机通常也是斜向放置，低端设置砂石入口，而高端设置砂石出口，砂石出口位于罐体之外。

[0014] 砂石进入螺旋输送机后，在螺旋输送机中的螺旋片提升砂石的同时对砂石进行喷淋洗涤。可通过一个或多个设置在螺旋输送机的中部的水洗喷淋口喷水，对提升中的砂石进行喷淋洗涤，达到清洁的作用。同时，螺旋输送机的底部为筛网状，洗涤产生的浆体也流入罐体中，可使罐中浆体稠度降低成为较好的流动体，达到造浆的目的。

[0015] 上述罐体一般为箱形，滤入罐体内的浆体通过一个或多个搅拌器搅拌而保持流动状态，并由泥浆泵输出罐体，送至下一处理单元。

[0016] 步骤1)可使钻井外排废弃泥浆中30％左右的固体物(主要是粒径在1mm以上的钻屑砂粒)脱离浆体，并且分离洗涤后的钻屑砂石可以达到排放标准(执行检测方法：GB5086.2-1997固体废物浸出毒性，浸出方法--水平振荡法；执行标准《污水综合排放标准---GB8978-1996》的一级指标)。同时，可使剩余浆体稠度降低成为较好的流动体，通过泥浆泵输出，进入到步骤2)进行处理。

[0017] 由于地质条件的不同，数千米钻井过程中泥浆携带出多种碱类、盐类、石油类、重金属类等危害物质，并且携带量变化很大。必须运用多种物理、化学手段逐步地进行清除。

[0018] 步骤2)首先对泥浆进行pH调整和强制氧化。从砂石分离装置排除的泥浆先进入泥浆存储搅拌罐中，同时投加第一处理剂进行搅拌。第一处理剂有两类：一类是酸或碱，用以调整泥浆的pH值，通常选用的是盐酸或氢氧化钠(烧碱)，投放量以达到pH6～9为准；一类是氧化剂，可采用双氧水或次氯酸钠(漂白粉)，用以降低泥浆的COD和BOD。氧化剂的投放量要根据对后续脱干处理得到的泥饼的检测结果来调整，目标是使脱干处理后的泥饼能达到国家环保标准，通常要求检测所得COD值到达≤100mg/L。

[0019] 为保证第一处理剂的反应时间，泥浆存储搅拌罐容量应大于后续脱干设备处理量的5～10倍，并且要在泥浆进入泥浆存储搅拌罐的同时分批加入第一处理剂。

[0020] 为了后续系统工作的连续性和稳定性，必须控制泥浆浓度的稳定，泥浆浓度一般要求固体含量控制在1％～10％(重量百分含量)，需要根据后续机械脱干设备的要求具体设定。对于泥浆浓度的控制是将泥浆存储搅拌罐中的泥浆用泵泵入泥浆配料罐中，通过加入回用水(或清水)在泥浆配料罐中进行。水的添加量一般是进入泥浆配料罐的泥浆量的1倍左右。

[0021] 由于泥浆以胶体状态存在，水溶液不易直接脱去，从而使泥浆中的有机类和其它化学物质也很难去除。步骤2)还要对泥浆进行复合絮凝，实现破稳，使固、液分离。具体的做法是首先分别在不同的配药罐中用水(回用水或清水)溶解两种第二处理剂(即聚凝剂和絮凝剂)，在调整好浓度的泥浆注入泥浆反应罐后，分别泵入聚凝剂和絮凝剂溶液，搅拌10～15分钟。

[0022] 聚凝剂可以采用聚合氯化铝或聚合氯化铁，配制溶液浓度3～8wt％，优选5wt％，投加比例15％左右，按聚凝剂溶液基于所处理的泥浆的重量比计。

[0023] 絮凝剂可以采用聚丙烯酰胺(分子量800万～1200万)或聚二烯丙基二甲基氯化铵(分子量800万)，配制溶液浓度0.2％左右，投加比例5％，按絮凝剂溶液基于所处理的泥浆的重量比计。

[0024] 泥浆在投药搅拌10～15分钟后停止搅拌，清液很快上浮，说明投药比例适合。如果固-液分离效果差，则需调整投药比例。在不同地区，同一地区不同钻井深度投药比例是有差异的，需要通过试验确定。

[0025] 泥浆继续搅拌的同时，用泥浆泵向脱干设备输送泥浆。

[0026] 步骤2)在絮凝后采用机械脱干的方法把水和化学物质相混合的溶液从固体物中析出。所述机械脱干的方法可以是利用真空吸附法或离心分离法或挤压脱干法把水溶液脱出去，脱干设备可选用真空吸附带滤机或陶瓷板滤机、离心脱干机、螺旋挤压脱干机等，脱干后的固体物分离物(泥饼)已达到无害化，可以堆放或填埋处理，而分离出来的水溶液收集后通过泵输送至后续处理单元。

[0027] 步骤2)进行中，已经把废弃泥浆中的危害物质基本全部集中到水溶液中来。

[0028] 上述步骤3)脱干分离出来的污水是含有多种化学物质的水溶液，通常的处理方法是首先通过沉淀罐(或沉淀池)对其进行沉淀，然后二级过滤，并可在沉淀罐(或沉淀池)中加装气浮装置。在去除水中含有的悬浮物和降低污水的有机污染程度后，再进入反渗透系统进行浓缩处理。

[0029] 对污水进行二级过滤后还可以加上精滤超滤过程，然后再进入二段式反渗透系统进行处理，除去水中的氯离子和其它化学物质，使处理后的水水质达到《国家污水综合排放标准》中的一级标准。

[0030] 反渗透出来的淡水进入回用水箱，由于该部分水水质已经达到甚至优于排放标准，因此可用泵提升送至需要淡水回用的地方或排放；而浓缩后的液体可以回用钻井或采用浓料罐收集后集中处理。由于钻井深度的不同，因此产生的泥浆性质也不完全相同。根据钻井深度的不同采用不同的反渗透装置(如淡水反渗透和海水反渗透装置)进行处理。

[0031] 本发明采用物理和化学相结合的方法，实现了油气田钻井外排危废物不落地连续达标处理，改变目前传统整体外排固化处理模式，填补国内石油钻井环保治理领域的空白。本发明方法通过可采用单元装置配套运行，对钻井废弃泥浆随钻连续处理，与正常的钻井生产同步进行，尤其是能够将钻井废弃泥浆进行砂石分离、固液分离、脱干处理、水循环利用与处理，完成最终对钻井液外排中的固相物、水达标排放(达到国家固废、污水排放标准)或再利用。本发明实现了环保、节能减排、节约土地资源和废物利用，是油气田钻探开发中的危险有毒污染废弃物治理的一项新技术。

[0032] 本发明与目前的固化处理方法相比较，具有突出的技术优势：

[0033] (1)随钻处理出的岩屑、碎渣、泥饼已达无害化，与地方环保部门结合，泥饼、碎渣等可用于铺路、铺垫井场或回收再利用；

[0034] (2)免修废弃泥浆池，处理完的固废体积减少了(传统固化方法因加入固化物一般要增加30％体积)，并且不再需要固废堆放场，能节约大量的土地资源；

[0035] (3)消除了环境污染风险；

[0036] (4)采用了泥浆和钻屑的机械传输，大大降低钻井队场地工的劳动强度；

[0037] (5)随钻处理后的废水循环利用，含化学成分或氯离子的浓缩液可由井队回收和变为工业盐原料。

[0038] (6)经济效益显著，钻井队采用本发明的方法后，与以往的固化方法相比，单井(每口井废弃泥浆以4000方计)处理成本大大下降：以四川东部气井钻井为例，原有方法的单井处理成本约172万，而本发明方法约95万，单井节约成本77万。

[0039] 此外，本发明的方法不仅可以用于油气田钻井外排危废泥浆的处理，还可以用于其他钻井、钻探工程(例如地质勘探、钻孔桥墩等)、泥水加压盾构法掘进(例如地铁、过江隧道、市政给排水等)废弃泥浆的处理，以及其他工业和生活废水废渣的处理，广泛适用于石油、冶金、矿山、煤炭、建筑、化工、电力、水利、交通等领域。

附图说明

[0040] 图1是本发明实施例中固定筛砂石分离装置的纵剖面构造示意图。

[0041] 图2是本发明实施例中滚筒筛砂石分离装置的结构示意图。

[0042] 图3是本发明实施例对钻井外排危废泥浆处理的流程图。

[0043] 图中：

[0044] 1.罐体 2.固定筛 3.固定筛搅拌器 4.绞龙 5.水洗喷淋口

[0045] 6.砂石出口 7.浆体搅拌器 8.泥浆泵 9.绞龙电机 10.滚筒筛[0046] 10-1.入筛口 10-2.出筛口 10-3.传动机构

具体实施方式

[0047] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0048] 本实施例采用三个处理单元来实现整个处理工艺，处理流程如图3所示：

[0049] 一、第一单元主要用来收集由钻机外排的钻井危废泥浆，首先进入螺旋输送机，通过螺旋的输送搅拌进入砂石分离装置，通过搅拌洗涤和螺旋分离后，将泥浆中含有的大量无机颗粒和小的岩石块、岩屑等分离出来，减轻和减少该类物质对后续处理的影响。

[0050] 图1是固定筛形式的砂石分离装置的示意图，包括一箱形的罐体1，在罐体1内设置有一圆筒漏斗状的固定筛2，固定筛2内装有锚式的固定筛搅拌器3；固定筛2的下部出口连通螺旋输送机即绞龙4，绞龙4为管式无轴绞龙，倾斜设置，下部位于罐体1中，上部伸出罐体1外；绞龙电机9置于绞龙4的顶端，其带动绞龙4内的螺旋片旋转；绞龙4顶部还设有砂石出口6，而绞龙4中部设有水洗喷淋口5，绞龙4底部为筛网状；在罐体1中还设有浆体搅拌器7，罐体1底部设有泥浆泵8。

[0051] 图2是滚筒筛形式的砂石分离装置的结构示意图，包括一箱形的罐体1；在罐体1内斜向设置一滚筒筛10，滚筒直径1400mm，长1400mm，倾斜角度约10度，入筛口10-1在滚筒筛的高端，而出筛口10-2在低端，滚筒筛10通过电机经传动机构10-3带动转动；滚筒筛10侧面倾斜设置一螺旋输送机，即管式无轴绞龙4。除筛网筐外，滚筒筛形式的砂石分离装置的其他结构与固定筛形式的相同。

[0052] 外排危废泥浆先进入罐体1内的筛网筐(即固定筛2或滚筒筛10)中，由锚式固定筛搅拌器3进行搅拌形成旋流或通过滚筒筛10的滚动形成旋流，细的浆体滤过筛网进入泥浆箱即罐体1中，大的颗粒物(钻屑砂石)落入筛网筐下的管式无轴绞龙4内，经绞龙电机9带动，钻屑砂石通过绞龙螺旋片提升，从绞龙4顶部的砂石出口6排出。在管式绞龙的中部加设有水洗喷淋口5，对在绞龙4提升中的钻屑砂石进行喷淋洗涤，达到清洁的作用，这样就将泥浆中的钻屑砂石分离洗涤出来，使废弃泥浆中的30％左右的固体物(主要是粒径在1mm以上的钻屑砂粒)脱离浆体，并且外排分离后的钻屑砂石可以达到排放标准(执行检测方法：GB 5086.2-1997固体废物浸出毒性，浸出方法--水平振荡法；执行标准《污水综合排放标准---GB8978-1996》的一级指标)。同时，洗涤用水从绞龙底部流入罐体中，可使剩余浆体稠度降低成为较好的流动体，达到造浆的目的。罐体中的搅拌器使浆体保持流动状态，通过罐体底部的泥浆泵8输出，进入到下一道连续处理单元。而外排的钻屑砂石可用于铺垫道路场地用，实现了环保和废物利用。

[0053] 下面表1、2和3所列的是本发明实际应用中的砂石分离装置的规格及其主要运行参数。

[0054] 表1.HD砂石分离机型号及其规格

[0055]箱体尺寸m 筛网筐(mm) 筛孔(mm) 泥浆处理量(t/h)
HD-I(固定筛) 3.6×1.6×1.4 Φ1400×700 Φ0.1~Φ10 5～10
HD-II(固定筛) 4.5×2.0×1.4 Φ1800×700 Φ0.1~Φ10 10～20
HD-III(滚筒筛) 3.6×1.6×1.1 Φ1400×1400 Φ0.1～Φ10 5～10[0056] 表2.HD-I和HD-II砂石分离机主要参数

[0057]固定筛搅拌功率 固定筛搅拌转速 管式绞龙功率 管式绞龙转速 喷淋洗涤流量
N＝2.2/3.0kw n＝20转/分 N＝3.0/5.0kw n＝30转/分 1＝10～151/分[0058] 表3.HD-III砂石分离机主要参数

[0059]滚筒筛电机功率 滚筒筛转速 管式绞龙功率 管式绞龙转速 喷淋洗涤流量
N＝5.0kw n＝15转/分 N＝3.0kw n＝30转/分 1＝10～501/分[0060] 对上述HD-I和HD-II砂石分离机从钻井泥浆中分离出来的砂石样品1和样品2进行检测，结果如下面的表4所示。

[0061] 表4.出机砂石检测结果

[0062]

[0063] 注：GB5085.3-1996《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》；

[0064] GB8978-1996《污水排放综合标准》一级标准。

[0065] 二、第二单元将经砂石分离处理后的泥浆送入泥浆存储搅拌罐中，投加第一处理剂，经搅拌混合反应后在由泵送入泥浆配料罐中用回用水调配泥浆浓度，然后再送入泥浆反应罐中，同时投加第二处理剂，完成混凝助凝和固液分离，然后再由泵送入脱干机进行泥、水分离脱干。

[0066] 表5.泥浆处理检验结果

[0067]

[0068] 泥浆中固体物分离后已经达标，可以堆放或填坑铺路。分离出来的水进入水箱收集，然后由泵提升送第三处理单元。

[0069] 三、第三单元先对经过脱干机分离出来的污水先沉淀后进行二级过滤，去除水中含有的悬浮物和降低废水的有机污染程度后，再进行精滤超滤，最后进入二段式反渗透系统进行浓缩处理。反渗透出来淡水进入回用水箱，由于该部分水已经达到甚至优于排放标准，因此可以由井队回用或排放；而浓缩后的液体可以回用钻井或采用浓料罐收集后集中处理，可建焚烧炉集中处理或蒸发结晶处理，结晶盐可销售给盐化工生产企业，变废为利。由于钻井深度的不同，因此产生的泥浆性质也不完全相同。根据钻井深度的不同采用不同的反渗透装置(淡水反渗透和海水反渗透)进行处理。

[0070] 表6.水处理检验结果

[0071]

[0072] 注：1.除色度单位为倍和pH值外，其余项目单位是mg/L；

[0073] 2.样品处理前取自一级过滤(砂滤)后，样品处理后取自二级反渗透后。

[0074] 本实施例的处理流程参见图3，钻井产生的废弃泥浆通过单元设备收集、分离洗涤砂石、造浆、破稳固液分离、固相物脱水、污水过滤、反渗透处理程序，使处理后的固相物(岩屑、砂石、沙土)和水达到无害化排放标准进行排放或回收再利用，实现了整体钻井废弃泥浆的不落地(即，不再将废弃泥浆排放入废弃泥浆池中)连续达标处理。

[0075] 尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。