油田钻井废水处理工艺及装置

摘要

          在油气田钻井过程中,产生了大量的钻井废水。钻井施工的特殊性,使钻井废水具有点多、面广、污染类型复杂、间歇排放和不可控排放等特点,成为石油行业难以管理和处理的废水之一。钻井废水的水质非常复杂,因为钻井泥浆中加入了大量的泥浆处理剂。我们针对钻井废水的水质特征、周围环境及其污染源特点采用化学混凝絮凝处理、沉淀、高级氧化和吸附处理等工艺的集成技术对油田钻井废水进行处理。首先对废水中大部分有机物进行混凝预处理,然后采用高级氧化技术在去除残留有机物的同时提高废水的可生化性,最后采用生物处理使废水达到排放标准。该集成技术解决了油气田含油污泥处理难题,具有较好的应用前景。

权利要求书

  1、一种用于油田含油污泥处理的集成技术,其特征是按照生物预处理、化学氧化和生物处理的顺序对油田含油污泥进行处理的一种组合工艺。

2、如权利要求1所述的方法,其特征是混凝过程中使用铁系、铝系或两者的混合 絮凝剂;化学氧化使用Fenton氧化或O3氧化;生物处理使用生物膜技术或膜生 物反应器技术对油田钻井废水进行处理的一种组合工艺。

  3、一种用于油田含油污泥处理的集成装置,其特征是该装置包括①用来除去油泥中大部分饱和烃类的生物预处理设备单元、②用来提高油泥中残余有机物可生化性的氧化处理设备单元、③用来去除油泥中剩余有机物的生物处理设备单元以及将上述三个单元按序连接和控制的辅助设备和管路。

        4、根据权利要求3所述的油田钻井废水综合处理装置,其特征在于,所述橇装装置固定在一个或多个可通过卡车或拖车迁移的基质上。

说明书

  油田钻井废水处理的集成化工艺与装置。

  技术领域

       本发明涉及的是处理油气田含油污泥并使之达标排放的方法与装置。

   石油和天然气钻探过程中,钻废物,以产生部分,下面的具体来源。

①废泥浆:在钻孔过程中,需要使用大量的泥浆中,具有底部去除切屑,平衡地层压力,冷却润滑剂和其它钻几个重要的功能。由于污染变质、稀释、老化等原因,泥浆在使用一定时 间后成为废弃泥浆被排放到废水池中;

②泥浆散落:钻井过程中,泥浆要经过一 个往复的循环系统才能发挥其功能,泥浆散落主要是通过地面循环系统产生,如 井口、泥浆槽、泥浆净化设备等处容易散落泥浆。这部分散落的泥浆也进入钻井 废水池而成为钻井废水的一部分;

③岩屑:钻井过程中要产生大量的岩屑,且岩 屑也会吸附泥浆,岩屑会在冲洗及雨水冲刷过程中与被吸附的泥浆一起进入钻井 废水池;

④钻井设备的冲洗:在起钻过程中,对钻具及振动筛的冲洗,泥浆罐的 淘洗(钻井一段时间后,泥浆罐内会沉积较多的岩屑),都将产生一定量的废水;

⑤钻井过程中的酸化和固井作业产生一定量的废水;

⑥钻井事故,特别是井喷也 会产生一部分废水;

⑦储油罐、机械设备的油料散落;

⑧雨水。

钻井废水的水质非常复杂,因为钻井泥浆中加入了大量的泥浆处理剂。其主要表征为①C0D妇浓度高,通常在数千至数万mg/1的范围内,而且大部分是生物难降解的有机物;②色度较高;③固体悬浮物含量较多。

通常,在钻井现场开挖一个钻井废水池来储存这部分废水,容易造成土壤、地表和地下水污染。因此,钻井作业结束后,必须进行无害化处理。

          技术背景

在国内外已投入废水处理技术钻了不少力的发展,也形成了一些行之有效的技巧,现在一些加工技术概述国内外近年来发展起来的,并使用方法如下。

1.注入安全地层法。这种方法是通过深井向地层注入钻井废水。必须选择合适的,低的压裂梯度和防渗安全地层..这种方法在美国是有限的,因为它有可能污染地下水或油库。在加拿大使用这种方法,对地层条件有严格的要求,要求处理层深度必须大于600米。该方法适用于处理油基和水基钻井液。由于本方法要求在将废水回注于地层前,必须对所选地层进行安全性评价, 在分析确定地层的孔隙度和渗透率以及所选地层的容量后,才能进行回注,并且 只有采用高压柱塞泵才能将废水打入地层,因而造成处理成本相对较高,一般约 为15元/吨。

         2.回填法。是一种价格低廉、应用广泛的废弃泥浆回填方法。回填之前,应通过沉降第一存储坑废物分离,水的上层澄清,如有必要加入一些凝结剂。达到规定水质后,就地排放..剩余污泥经一定程度干燥后,可填埋在贮坑内。一般情况下,顶部应保持1-1.5m厚的表土层,注意恢复贮坑周围区域的原始轮廓,平整表土。充当主要用于处理产生的水基钻井废弃物,并且适合用于钻探废水处理干旱地区。

        3.固化法。 这种方法包括在水基钻井液或泥浆沉积物中加入固化剂,将其转化为固体类似土壤的物质,可在原地填充或用作建筑材料。这种方法可以在很大程度上消除废钻井流体的金属离子和有机土壤侵蚀,从而降低废钻井流体和危害环境的影响,而在同一确保废物在钻井过程即结束时钻井液存储坑还可以栽培,钻井液不必浪费的固化成分的时间的等待。这是目前在俄罗斯应用的不止一种方法。

“九五”期间,在我国,江汉石油学院与江苏油田针对本油田钻井废水的性 质,采用机械脱水首先使钻井废水与废弃泥浆进行固液分离,对分离后的废水采 用酸化、混凝工艺进行处理,并根据处理过程中产生的废弃泥浆及污泥的性质开 发了一种固化剂配方,使之直接在井场固化;处理后的废水排放到地面水体。该 处理技术能有效对钻井废弃液进行固液分离,所开发的固化剂配方能有效地处理 废弃泥浆,经固化后的废弃泥浆在硬度、耐酸碱、高低温溶出等方面都能满足要 求,对有些体系的钻井废水处理后水质能达到排放标准,但是对三磺体系(磺化 沥青、磺化栲胶、磺化酚醛树脂)的钻井废水,处理后COD值约为200~300mg/l, 不能满足排放标准的要求。

       4.回收利用法。 废钻井液的回收利用可以降低环境污染程度,获得较高的经济效益。开发了以下再利用方法:脱水和回收钻井液,喷雾干燥法回收钻井废液的有用成分和回收。但没有实际应用。

       5. 物理化学组合技术处理钻井废水。目前,国内发展主要的混凝工艺为主的处理技术,其工艺流程如下:

该工艺能使油基和水基泥浆体系的钻井废水经处理后出水水质达到国家综合 污水排放二级标准(CODcr值为150mg/l),其处理成本在2~3元/吨范围内。但该设备存在混凝效果不理想、出水SS高、不适合处理高浊度、高COD钻井废水、易腐蚀等缺点。

现有加工技术的常见问题:

        ●不能满足钻井泥浆三个磺污水综合排放标准普遍使用的国内和其他系统;

●固定投资和运行成本相对较高;

  因此本发明针对现有处理技术存在的问题,旨在开发一种经济而又实用的含油污泥的处理工艺与装置,以解决我国石油行业含油污泥的处理难题。

为使石油工业各钻井泥浆系统产生的废水经处理后达到国家污水排放标准,本发明以处理难度较大的油田三磺酸盐泥浆体系产生的钻井废水为研究对象,进行了大量的实验研究。研究结果表明,废水中80%以上的COD为大 分子有机物,这部分高分子有机物以及不溶性物质可以通过混凝的方式得到高效 去除,经过混凝及相应的固液分离处理后残留于被处理液中的溶解性有机物在化 学氧化作用下得到分解,发生部分矿化,剩余有机物的可生化性也会由于物质结 构的变化而得到显著改善,因此,通过化学氧化技术处理后的钻井废水经过生物 处理,其中的溶解性有机物可以得到进一步的去除,从而保证了被处理水的达标 排放,这就是本发明的权利要求书第一项的内容。

在研究中发现,铁系、铝系絮凝剂均可有效去除高分子有机污染物,两者混 合起来使用,可以进一步降低被处理水中有机物的含量;各种氧化技术如Fenton 氧化、O3氧化等均可以有效地降低废水的COD含量,并提高废水的可生化性;生物 处理使用生物膜技术或膜生物反应器技术对于间歇式产生的钻井废水处理具有处 理效果稳定、管理方便、容易实现自动化的特点。所形成的要求保护的发明这些研究需要第二本书的内容。

  根据上述研究成果开发了一套用于处理含油污泥的包含生物反应器及相应的固液分离设备单元、化学氧化设备单元与后续生物处理设备单元的集成化装置, 以解决目前我国油气田含油污泥达标排放的问题,这就是本发明的权利要求书第三项的内容。

根据油气田钻井废水污染源多,面积广,周围环境复杂的特点,提出本发明..已经开发了一种撬装装置,可以通过卡车或拖车在一个或多个基板上运输,以便该装置可以根据需要在不同的位置回收..这是本发明权利要求第4项的内容。

本发明的主要技术方案为:所述钻井废水首先采用混凝预处理,所述混凝剂可与铁一种无机絮凝剂组合使用,如聚铁,聚铝,或铁铝,或这些絮凝剂..在 pH值4~7、药剂投加量50~300mg/l(以铁或铝含量计)的条件下,被处理液中 大部分高分子有机物和不溶性物质将得到去除。为了改善混凝絮体的形态和固液分离效率,可以采用聚丙烯酰胺等有机高分子絮凝剂作为助凝剂。固液分离可以采用各种常规或非常规方法,如重力沉降,浮选,过滤,离心,膜分离等。重力沉淀池沉淀时间一般为1-2小时。生物预处理后的油泥进入化学氧化过程,许多化学氧化技术均可使用,化学氧化技术主要是根据现场使用条件、 设备制作成本以及具体情况确定。Fenton氧化的优点是设备费低,缺点是反应时间长,反应器大。用Fenton氧化技术,根据污染情况处理条件可以适当调整,但通常过氧化氢和二价铁的投加量分别为50-500mg/kg和20-200mg/kg,pH为3-5, 反应时间为0.5-4小时。对于芬顿氧化技术,需要建立另一种沉淀分离罐。沉淀分离池的结构和参数可与第一沉淀分离池相同。O3氧化技术的优点是反应速度快,反应器紧凑,不用调节 pH,不用加药,缺点是设备(臭氧发生器)费高。使用O3氧化技术的大致条件如下:臭氧 投加量20-200mg/l,pH为3-11(不必控制),反应时间为2-20分钟。经过氧化处理后的油泥进入后续的生物处理工艺。从生物处理效果来看,常规活性污泥法、SBR(序批式反应器)、包括流化床和固定床在内的生物膜反应器、膜分离装置和活性污泥相结合的膜生物反应器可以保证废水的最终排放。由于现场没有专业管理人员, 处理装置要求自动化程度高,而且油泥的排放和处理存在不连续性,考虑这些特点,生物处理设备单元仍选择管理方便、实现自动化简单的改进的生物泥浆反应器。生物膜反应器设备成本低,运行费用低,效果稳定,可开停运,使用方便,但出水中含有一定量的悬浮颗粒,管理不好会造成设备堵塞等。反应器的填料可以是陶粒、石块、软纤维等,处理时 间为1-10小时,pH中性,曝气量应充足以保证排水液溶解氧为3mg/l以上。膜.反应器出水水质好,效果稳定,可开停车,可自由应用,但设备成本和运行成本相同.使用较高。可选用分体式膜生物反应器或一体式膜生物反应器,处理时间为0.5-2 小时,pH中性,曝气量应充足以保证排水液溶解氧为3mg/l以上。本发明的方法和装置可以使各种钻井泥浆系统产生的钻井废水在低处理成本下达到国家排放要求,解决我国油气田钻井废水处理问题。

附图说明图1示出了本发明的一个示例实施例,但是本发明并不局限于附图1。钻井废水主要经过三个处理单元进行处理:①混凝预处理反应池及沉淀池, 根据不同水质在合适的pH值条件下,投加一定量絮凝剂以除去大部分高分子有 机物和不溶性物质,其混凝剂种类可以是聚铁、聚铝、聚丙烯酰胺及其组合; 反应后废水在沉淀池中进行固液分离,出水进入氧化反应器,污泥定期排放至 污泥处理系统。②臭氧化学氧化处理装置主要用于强化处理液体中残留可溶性有机物的生化性。③生物处理装置,通过接种一定量高效酵母菌种,在水力停留时间为1~2d的条件下,有效地去除油泥中残余的有机物。微生物附着装置可以是各种生物填料生物接触氧化塔。

?