专利名称：水基体系钻井废泥浆固液分离工艺方法
技术领域：
本发明涉及石油天然气开采钻探钻井泥浆处理技术，更具体地说，是涉及一 种分离处理石油天然气开采钻探过程中的水基体系钻井废泥浆的技术。一、背景技术在石油与天然气的开采及钻探过程中，会产生大量的钻井废泥浆。钻井废泥 浆的成分比较复杂，主要是由粘土、加重材料、各种化学处理剂、污水、污油及 岩屑等组成的多相悬浮物。由于钻井过程使用的泥浆中加入有多种化学物质，如 合成高分子化合物、重金属离子处理剂等，钻井泥浆中的污染有害物质严重超标， 威胁人们的生存环境。随着人们生活水平的提高和环保意识的加强，钻井泥浆对 环境的危害和影响越来越备受关注，而钻井泥浆的无害化处理长期得不到有效解 决，已经成为困扰石油、天然气开采行业的环保难题。目前许多国家都已将钻井 泥浆的无害化处理列为环保的一个重要项目来研究，寻找经济和环境上都能够接 受的优化处理体系，以消除或减轻钻井废泥叛对环境污染。随着国家减排要求的 日益严格，水基体系钻井废泥浆无害化技术的研究己经成为石油工业环境保护的 迫切课题。针对油气田的地理环境、水文、土壤、钻井液的组成及经济性要求的不同， 人们对水基体系钻井废泥浆的处理已开展了不少研究工作，并取得了一定的成 效，但远没有达到人们希望的理想效果。钻井废泥浆的处理技术，目前主要有 简单处理排放、注入安全地层或井的环形空间、集中处理、回填、坑内密封、土 地耕作、固化、固液分离、焚烧、微生物处理等方法。这些工艺方法各有千秋。 如简单处理排放、注入安全地层或井的环形空间、回填、坑内密封、土地耕作、 固化、固液分离等都不能得到及时彻底治理，因为在采取这些方法处理之前，须 将这些废泥浆长期存留于井场储存池，由于渗漏、溢出、淹没、储存池垮塌等原 因，会对周围土壤、地下水、地表水及生态环境造成污染，甚至导致污染事故。 集中处理和焚烧处理，处理费用大，且不符合当前国家节能政策。采取微生物处理，只能降解水基废泥浆液(废水)中的有机物，不能解决水基废泥浆中的重金 属及油类的污染问题，且处理时间长， 一般不能作为一种单独的处理方法，而且 还没有专门用于水基废泥桨微生物处理的微生物菌种。采取微生物降解法处理钻 井废泥浆液(废水)的技术还不成熟，而且关键还在于水基废泥浆固液分离技术 难题没有得到很好的解决。在现有的各种钻井废泥叛处理技术中，钻井废泥浆固液分离处理技术为业内 比较看好的一种处理技术。固液分离技术就是先将钻井废泥浆进行液固液分离， 之后对分离液进行进一步处理，使之达标后排放，固相可进行掩埋或采取其它方 法再作进一步的处理，所以固液分离技术的突破是钻井废泥浆无害化处理的关 键。钻井废泥浆固液分离是在化学混凝一催化氧化法基础上，结合机械方法发展 起来的先进处理方法。其原理是通过对废泥浆进行脱稳、絮凝、分离，然后对分 离液进行二次絮凝一脱色一沉降一过滤，液相达到排放标准外排。其工艺简单、 灵活，对悬浮物、胶体物质去除率高。废泥浆固液分离是钻井废泥浆处理的一个 重要环节，钻井废泥浆如果真正实现工业化的、有效的固液分离，接下来的处理 工作将变得比较容易。目前在石油天然气开采钻探过程中使用的水基体系泥浆多为难以分离的粘 稠泥浆，配制泥浆所用的膨润土本身具有很强的水化能力，且泥浆中加入了大量 的各种护胶剂，使泥浆中有表面活性的固体比普通污泥高得多，泥浆脱稳难度大。 发明人所进行的实验研究表明，原始泥浆不能直接过滤脱水，难以实现直接固液 分离，泥浆自然干结过程缓慢，即使加热90-110。C情况下，也需要1(M6小时 才能烘干。由于现有技术还没有找到一种经济有效的通过加入化学处理剂(如破 胶剂等)改变泥浆物理化学性质，破坏其中胶体体系的稳定性，使悬浮的细小颗 粒聚结成较大的物质方法，因此使得固液分离方法在废泥浆处理中没有得到广泛 使用。相对于特定的泥浆体系，筛选有效的破胶剂(即破乳剂)，找到一种能有 效地改变钻井废泥浆的物理化学性质，破坏其中胶体体系的稳定性，使悬浮的细 小颗粒聚结成较大物质从而实现有效固液分离的方法，是水基体系钻井废泥浆无 害化处理和石油工业环境保护的迫切课题，也是所属技术领域的学者和工程技术 人员的历史任务。发明内容针对水基体系钻井废泥浆无害化处理现有技术存在的问题，本发明的目的旨 在提供一种新的水基体系钻井废泥浆固液分离工艺方法，以解决水基体系钻井废 泥浆因胶体体系稳定性，难以有效地进行固液分离，实现无害化处理，不能从根 本上解决水基体系钻井废泥浆对环境危害的问题。本发明的基本思想是通过筛选破胶脱稳剂，找到一种能有效地改变水基体系 钻井废泥桨的物理化学性质，破坏其胶体体系稳定性，使废泥浆中的固相与液相 能够进行经济有效地快速分离的方法及其相应工艺条件，进而实现从根本上解决 水基体系钻井废泥浆的无害化处理。本发明提出的所要解决的上述技术问题可通过具有以下技术方案的水基体系 钻井废泥浆固液分离工艺方法来实现。本发明提供的水基体系钻井废泥浆固液分离工艺方法，主要包括以下工艺步骤(1) 配浆加入水将水基体系钻井废泥浆的密度调整为不大于1.20g/cm3， 所加入的水可以是是钻井废水；(2) 酸化破胶加入破胶剂硫酸将经密度调整后的废泥浆pH值调整为不 大于5，进行酸化破胶反应；(3) 固液分离将经充分酸化破胶反应后的废泥浆液送入固液分离设备进行固液分离使废泥浆的固相与液相分离。作为破胶剂(破乳剂)的H2SO最好采用质量浓度不低于80X的浓H2SO。 发明人研究中发现，废泥浆酸化破胶(酸化破乳)反应后加入一定量的混凝 剂，悬浮的细小颗粒聚结成较大的物质，可以使废泥浆的固液相分离得到进一步 改善，特别是在分离的初期，效果尤为明显。混凝剂的加入量视混凝剂的种类不 同而有所不同， 一般不大于废泥浆质量的3%。混凝剂可选自A12(S04)3、 A1C13、 CaCl2、 H2S04中的至少一种。发明人研究中还发现，泥浆密度对废泥浆的酸化破胶反应和过滤分离效果有 重要影响。随着泥浆密度增大，当泥浆的密度>1.20g/cm3的条件下，酸化破胶 反应过程中泥浆粘稠度显著增大，难于搅拌，反应不充分，难以达到过滤分离条件。因此，对于密度大于1.20g/cmS的水基体系钻井废泥浆，在进行酸化破胶反 应之前先进行配浆，将其密度调整为不大于1.20g/cm3。降低废泥浆的密度有利 于酸化破胶反应的进行，但泥浆的密度过低，配浆时需要加入过多的水或钻进废 水，加重了固液分离和后期滤液处理的负荷。因此，泥浆的配浆密度优选范围为 1.10~1.20g/cm3。此外，发明人实验研究发现过滤方式对脱水分离效率和时间有重要影响， 同样过滤压差下，采用正压操作会压实粘性泥浆滤饼，过滤效率低、时间长，采用真空抽率可防止滤饼的压实，提高过滤效率和时间，短时间内可将60%~70% 的液相过滤分离。因此优先选择采用真空抽率的方式进行固液分离，其中抽滤真 空度控制不低于0.035MPa。自然状态下的钻井废泥浆液的pH值一般为9~11，废泥浆在未加入硫酸调节 pH值之前，由于配制泥浆所用的膨润土本身具有很强的水化能力，且泥浆中加 入了大量的各种护胶剂，钻井废泥浆的稳定性极高，固液分离几乎不能进行。但 发明人在研究中发现，废泥浆的固液分离速度随着pH值的减小而增大，当废泥 浆液的pH降低到5后，废泥浆的固液分离速度就有明显的增大，可进行工业化 固液分离，当废泥浆液的pH降低到3后，废泥浆的固液分离速度就趋于稳定， 进一步降低pH值，废泥浆的固液分离速度几乎没有改变，而且棕黄色的滤液 颜色也不再变化。究其原因，是因为当加入硫酸后，随着pH值的减小，H+浓 度增加，H+所起的破胶絮凝作用增加；当废泥浆液的pH值《3后，H+浓度达 到一定程度，废泥浆液中的胶体物质全部被酸化破胶絮凝，再增加的IT不再起 到作用，只能增大硫酸的消耗量，增加工艺成本。因此，废泥浆通过加入硫酸调 节pH值，应将pH值调节到不大于5，优选的方案是调节到不大于3，最佳的方 案是调节为2 3。发明人通过反复实验与深入的理论分析，在众多的可以作为破乳脱稳剂的物 质中筛选出了价廉物美的硫酸作为破胶脱稳剂，找出了影响钻井废泥浆固液分离 的因素——废泥浆的密度、泥浆pH值、以及优选的过滤方式和真空度，以此为 基础提出了水基体系钻井废泥浆固液分离工艺。本发明提供的水基体系钻井废泥 浆固液分离工艺方法，完全解决了废泥浆由于配制钻井泥浆液所用的膨润土本身 具有很强的水化能力，且加入有大量的各种护胶剂，固液结合稳定性极高，固液 分离难以进行的问题。由于钻井废泥浆的固液分离是钻井废泥浆处理的关键环节，钻并废泥浆如果真正实现了经济有效的固液分离，接下来的处理工作将变得 比较容易，因此，本发明的公开，为水基体系钻井废泥浆无害化治理奠定了可靠 的基础。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步的具体描述。在以下各实施例中，各组分 的用量均为质量用量。有必要在此指出的是，实施例是用于对本发明做进一步的 说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域的技术熟练人员根据上述 发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，应仍属于本发明的保护范。实施例l取样废泥浆为水基体系钻井废泥浆，主要组分有粘土、膨润土、有机高分子 处理剂、加重材料、岩屑以及污水流经地面时携带的泥砂及表层土等，外观呈粘 稠流体，褐黑色，泥浆液pH值为10左右，呈碱性，泥浆密度约为1.35g/cm3， 固含量较高，在自然状态下无法进行固液分离。为了实现固液分离，向置入容器 的水基体系钻井废泥浆加入水，同时进行搅拌，将其密度调整为L10g/ci^后， 边搅拌边加入质量浓度为80%的浓硫酸，硫酸的加入量直至泥浆液的pH值调整 为3，酸化破胶反应约15分钟，然后将经充分酸化破胶反应后的废泥浆液送入 真空抽滤固液分离设备进行固液分离，真空抽滤的真空度为0.06MPa。 10分钟 内泥浆中液相去除率62%。。实施例2取样废泥浆为水基体系钻井废泥浆，主要组分有粘土、膨润土、有机高分子 处理剂、加重材料、岩屑以及污水流经地面时携带的泥砂及表层土等，外观呈粘 稠流体，褐黑色，泥浆液pH值为ll左右，呈碱性，泥浆密度约为1.30g/cm3， 固含量较高，在自然状态下无法进行固液分离。为了实现固液分离，向置入容器 的水基体系钻井废泥桨加入水，同时进行搅拌，将其密度调整为1.15g/ci^后， 边搅拌边加入质量浓度为85%的浓硫酸，硫酸的加入量直至泥浆液的pH值调整 为3，酸化破胶反应约15分钟，然后向经充分酸化破胶反应后的废泥浆液中边 搅拌边加入硫酸亚铁絮凝剂进行絮凝反应，絮凝剂的加入量为废泥浆质量的1%，絮凝反应时间约为8分钟，絮凝反应结束后送入真空抽滤固液分离设备进行真空 过滤，真空度0.04MPa。 10分钟内泥浆中液相去除率65%。实施例3取样废泥浆为水基体系钻井废泥浆，主要组分有粘土、膨润土、有机高分子 处理剂、加重材料、岩屑以及污水流经地面时携带的泥砂及表层土等，外观呈粘 稠流体，褐黑色，泥浆液pH值为9左右，呈碱性，泥浆密度约为1.25g/cm3，固 含量较高，在自然状态下无法进行固液分离。为了实现固液分离，向置入容器的 水基体系钻井废泥浆加入水，同时进行搅拌，将其密度调整为1.15g/cn^后，边 搅拌边加入质量浓度为80%的浓硫酸，硫酸的加入量直至泥浆液的pH值调整为 2.5，酸化破胶反应约15分钟，然后向经充分酸化破胶反应后的废泥浆液中边搅 拌边加入硫酸铝絮凝剂进行絮凝反应，絮凝剂的加入量0.8%，絮凝反应时间约 为10分钟，絮凝反应结速后进行真空过滤，送入板框过滤机进行固液分离，15 分钟内泥浆中液相去除率46%。
权利要求
1、一种水基体系钻井废泥浆固液分离工艺方法，其特征在于主要包括以下工艺步骤(1)配浆，加入水将水基体系钻井废泥浆的密度调整为不大于1.20g/cm3；(2)酸化破胶，加入破胶剂硫酸将经密度调整后的废泥浆pH值调整为不大于5，进行酸化破胶脱稳反应；(3)固液分离，将经充分酸化破胶脱稳反应后的废泥浆液送入固液分离设备进行固液分离使废泥浆的固相与液相分离。
2、 根据权利要求1所述的水基体系钻井废泥浆固液分离工艺方法，其特征 在于所说的固液分离的设备为真空抽滤分离设备，真空抽滤分离设备的抽滤真空 度不低于0.035Mpa。
3、 根据权利要求1所述的水基体系钻井废泥浆固液分离工艺方法，其特征 在于泥浆经酸化破胶脱稳反应后加入混凝剂进行混凝反应，混凝剂的加入量不大 于废泥浆质量的3%。
4、 根据权利要求2所述的水基体系钻井废泥浆固液分离工艺方法，其特征 在于混凝剂选自A12(S04)3、 A1C13、 CaCl2、 H;jS04中的至少一种。
5、 根据权利要求4所述的水基体系钻井废泥浆固液分离工艺方法，其特征 在于所说的H2SO为质量浓度不低于80%的浓H2SO。
6、 根据权利要求1或2或3或4或5所述的水基体系钻井废泥浆固液分离 工艺方法，其特征在于加入水将废泥浆的密度调整为1.10~1.20g/cm3。
7、 根据权利要求1或2或3或4或5所述的水基体系钻井废泥浆固液分离 工艺方法，其特征在于加入破胶剂硫酸将经密度调整后的废泥浆pH值调整为不 大于3。
8、 根据权利要求7所述的水基体系钻井废泥浆固液分离工艺方法，其特征 在于加入破胶剂硫酸将经密度调整后的废泥浆pH值调整为2~3。
9、 根据权利要求6所述的水基体系钻井废泥浆固液分离工艺方法，其特征 在于加入破胶剂硫酸将经密度调整后的废泥浆pH值调整为不大于3。
10、 根据权利要求9所述的水基体系钻井废泥浆固液分离工艺方法，其特征 在于加入破胶剂硫酸将经密度调整后的废泥浆pH值调整为2~3。
全文摘要
本发明公开了一种水基体系钻井废泥浆固液分离工艺方法，主要包括以下工艺步骤(1)配浆，加入水或钻井废水将水基体系钻井废泥浆的密度调整为不大于1.20g/cm<sup>3</sup>；(2)酸化破胶，加入破胶剂硫酸将经密度调整后的废泥浆pH值调整为不大于5，进行酸化破胶脱稳反应；(3)固液分离，将经充分酸化破胶反应后的废泥浆液送入固液分离设备进行固液分离，使废泥浆的固相与液相分离。本发明提供的水基体系钻井废泥浆固液分离工艺方法，完全解决了水基体系钻井废泥浆难以进行固液分离的关键技术问题，为水基体系钻井废泥浆无害化治理奠定了可靠的基础。
文档编号C02F1/52GK101269888SQ20081004438
公开日2008年9月24日 申请日期2008年5月9日 优先权日2008年5月9日
发明者丽 朱, 李海龙, 宇 钟, 陈晓东, 彪 鲁, 黄卫星 申请人:四川大学