一种废弃水基钻井液的脱水处理方法与流程

本发明涉及石油钻井液处理技术领域，尤其涉及一种废弃水基钻井液的脱水处理方法。

背景技术：

废弃钻井液是油气钻井过程中产生的钻井废弃物，主要是由粘土、重晶石、钻井液处理剂、油类、盐类、重金属以及其他钻井液添加剂等组成的多相稳定悬浮胶体体系。如果废弃钻井液不经处理而直接排放，就会对环境造成严重影响和破坏，直接或间接对人类和动植物产生危害。

目前，国内石油钻井行业处理废弃钻井液主要采用固化法、生物处理法和化学脱稳处理等，传统的固化法和生物处理法占地面积大、处理过程复杂，现有的化学脱稳处理处理量小、效果不稳定，药剂使用单一且混合沉降需要时间，处理周期长。相比之下，该发明所提供的絮凝脱水处理方法可解决上述问题，更能够适应更为复杂的钻井作业条件，并且处理成本更低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有废弃水基钻井液处理工艺复杂、难易处理复杂泥浆体系和难以适应复杂钻井作业条件等问题，提供一种自动化程度更高、反应效率更快、处理量更大、处理效果更稳定和处理成本更低的废弃水基钻井液的脱水处理方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种废弃水基钻井液的脱水处理方法，包括以下步骤：

一、促凝剂与絮凝剂复配处理：

将促凝剂与絮凝剂加入絮凝脱水装置的钻井液进料管内，促凝剂的投加量为10g/L-19g/L，絮凝剂的投加量为650mg/L-1950mg/L；

二、钻井液化学脱稳脱水：

添加促凝剂与絮凝剂的废弃钻井液进入管路混合装置充分混合；

三、固液分离：

经絮凝脱水装置处理的废弃钻井液进入离心机进行固液分离，所述离心机的离心力大于1250G。

优选地，所述促凝剂为无机金属盐，无机金属盐选用无铁/低铁硫酸铝、聚合硫酸铁、PAC、三氯化铝、聚合氯化铝铁中的一种。

进一步地，所述促凝剂选用PAC。

优选地，所述絮凝剂为有机阳离子聚电解质。

进一步地，所述絮凝剂选用PAM。

优选地，所述管路混合装置包括输送泵、管道和螺旋杆，所述输送泵与管道相连，所述螺旋杆设置在管道内，所述管道与絮凝脱水装置的钻井液进料管连通。

优选地，所述管路混合装置为两套、且串联设置在钻井液进料管上，两套管路混合装置分别设置在絮凝脱水装置中絮凝剂泵及促凝剂泵在钻井液进料管上的入口端的后部。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：通过絮凝脱水装置在废弃钻井液中添加促凝剂与絮凝剂，使钻井液中悬浮物快速絮凝成团，借助管路混合装置使促凝剂、絮凝剂与钻井液快速混合均匀，最后利用大离心力的离心机实现钻井液的固液分离。本发明相比现有技术具有自动化程度更高、反应效率更快、处理量更大、处理效果更稳定和处理成本更低的特点，可根据不同的废弃泥浆性能制定不同的处理方案，能更好的适应各种复杂钻井作业条件。本发明能够实现废弃钻井液处理的综合利用、降低处理成本，经济及环境效益重大，具有更广阔的市场前景。

附图说明

图1是本发明实施例提供的管路混合装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的絮凝脱水装置的流程示意图；

图中：1-清水管，2-絮凝剂加药装置，3-絮凝剂溶液制备罐，31-絮凝剂预混仓，32-絮凝剂熟化仓，33-絮凝剂储备仓、；4-促凝剂溶液制备罐，5-絮凝剂泵，6-促凝剂泵，7-钻井液进料管，8-钻井液出料管，9-搅拌器，10-管路混合装置，11-回收罐，12-回水管，13-循环泵，14-回用管路，21-加药斗，22-螺旋推进器，23-旋流预混器，24-电磁阀；25-螺旋杆，26-管道，27-输送泵，28-连接柄。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种废弃水基钻井液的脱水处理方法，包括以下步骤：

一、促凝剂与絮凝剂复配处理：

将促凝剂与絮凝剂加入絮凝脱水装置的钻井液进料管内，促凝剂的投加量为10g/L-19g/L，絮凝剂的投加量为650mg/L-1950mg/L；

二、钻井液化学脱稳脱水：

添加促凝剂与絮凝剂的废弃钻井液经设置在钻井液进料管7上的管路混合装置10充分混合，无需占用沉淀池，加速废弃钻井液的化学脱稳脱水；

三、固液分离：

经絮凝脱水装置及管路混合装置10处理的废弃钻井液自钻井液出料管8进入离心机进行固液分离，所述离心机的离心力大于1250G，保证废弃钻井液的分离效果，加快废弃钻井液的处理效率；采用更大的排砂口和角度更大的导砂槽；离心分离产生的清澈液相可直接经回用管路14回用于稀释、配药或用于冲洗设备等，最大减少水的消耗。

在本发明一种优选实施例中，所述促凝剂为无机金属盐促凝剂，选用无铁/低铁硫酸铝、聚合硫酸铁、PAC、三氯化铝、聚合氯化铝铁中的一种。所述促凝剂优选PAC。PAC为聚合氯化铝的英文缩写，是一种无机高分子促凝剂，是借助氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生产的分子量较大、电荷较高的无机高分子水处理药剂。

在本发明一种优选实施例中，所述絮凝剂为有机阳离子聚电解质絮凝剂，所述絮凝剂优选PAM。PAM为聚丙烯酰胺的英文缩写，是一种有机高分子聚合物，作为一种高分子水处理絮凝剂产品，可以吸附钻井液中的悬浮颗粒，在颗粒之间起链接架桥作用，使细颗粒形成比较大的絮团，从而加快了沉淀的速度。 如图1所示，所述管路混合装置10包括输送泵27、管道26和螺旋杆25，所述输送泵27与管道26相连，所述螺旋杆25设置在管道26内，所述管道26与絮凝脱水装置的钻井液进料管7连通；所述螺旋杆25可在管道内固定不动或由电机驱动，螺旋杆25通过连接柄28与电机相连。添加了促凝剂与絮凝剂的废弃钻井液进入钻井液进料管上的管路混合装置，利用输送泵对废弃钻井液提供动力，借助螺旋杆能够快速搅拌废弃钻井液，使促凝剂、絮凝剂与废弃钻井液的快速充分混合，实现废弃钻井液的化学脱稳脱水，然后经钻井液出料管进入离心机进行固液分离，液相可回用配药或稀释钻井液泥浆，或者用来冲洗井场的设备及储罐，也可进一步处理达标排放，固相可拉运集中处理，最终达到废弃钻井液无害化、资源化的综合利用。其中，管道设计参数与废弃钻井液输送管路规格一致，根据待处理废弃钻井液的难易程度设计选用两段到三段常规尺寸（φ89×750mm）即可实现最快的化学脱稳脱水。

在步骤一中用到的絮凝脱水装置如图2所示，包括控制箱、清水管1、絮凝剂加药装置2、絮凝剂溶液制备罐3、促凝剂溶液制备罐4、絮凝剂泵5、促凝剂泵6、钻井液进料管7和钻井液出料管8，所述清水管1分别与絮凝剂加药装置2、絮凝剂溶液制备罐3、促凝剂溶液制备罐4相连，所述絮凝剂加药装置2出口与絮凝剂溶液制备罐3相连，所述絮凝剂溶液制备罐3和促凝剂溶液制备罐4中均设有搅拌器9，所述絮凝剂溶液制备罐3内的絮凝剂溶液通过絮凝剂泵5注入到钻井液进料管7，促凝剂溶液制备罐4内的促凝剂溶液通过促凝剂泵6注入到钻井液进料管7内，钻井液出料管8与离心机相连；所述絮凝剂加药装置2、搅拌器9、絮凝剂泵5及促凝剂泵6均与控制箱相连，所述絮凝剂泵5及促凝剂泵6均为变量泵，可根据钻井液的流量来控制絮凝剂和促凝剂的添加量。

其中，所述絮凝剂加药装置2包括加药斗21、螺旋推进器22和旋流预混器23，与旋流预混器23相连的清水管1上设有电磁阀24，螺旋推进器22可将加药斗21内的絮凝剂推入旋流预混器23与清水混合；所述絮凝剂溶液制备罐3包括依次连通的絮凝剂预混仓31、絮凝剂熟化仓32及絮凝剂储备仓33，絮凝剂预混仓31、絮凝剂熟化仓32及絮凝剂储备仓33内均设有搅拌器9，所述絮凝剂加药装置2的旋流预混器23出口设置在絮凝剂预混仓31上方。由于絮凝剂不是速溶产品，在絮凝剂预混仓与水充分混合后，再经絮凝剂熟化仓进一步搅拌后才能实现充分溶解，最后进入絮凝剂储备仓备用，所述絮凝剂泵5与絮凝剂储备仓相连。为了便于观察配药量，絮凝剂预混仓上设有防爆液位计。

自动配药原理如下：启动控制箱上的自动配药模式按钮，开启自动配药模式，将絮凝剂药粉投加到加药斗21内，按下电控箱上“配药”按钮，开始自动配药，螺旋推进器22启动，将絮凝剂药粉推入旋流预混器23，同时电磁阀24打开，将清水加入到旋流预混器23与絮凝剂药粉混合，螺旋推进器22运行到预设时间后自动停止，防爆液位计可以控制絮凝剂溶液制备罐3中的液位，当到达预设液位时电磁阀24自动关闭，同时搅拌器9启动，运行预设时间后自动停止，完成自动配药流程。另外，在自动配药模式下，可通过手动操作电磁阀24、搅拌器9等设备，则会立即结束自动配药流程。利用上述结构实现絮凝剂药剂溶液连续制备和精确投加，保证该处理方法的连续性和稳定性。

作为一种优选结构，还包括回收罐11，所述管路混合装置10为两套、且串联设置在钻井液进料管7上，两套管路混合装置10分别设置在絮凝脱水装置中絮凝剂泵5及促凝剂泵6在钻井液进料管7上的入口端的后部，通过管路混合装置的螺旋杆使絮凝剂溶液、促凝剂溶液和钻井液充分混合，使废弃钻井液中的固相颗粒絮结为较大的颗粒，最后通过钻井液出料管8将与絮凝剂、促凝剂混合后的钻井液输送到外部的离心机内进行固液分离。离心机分离钻井液中携带的固相颗粒，达到固液分离的目的，分离后的液相经回水管12进入回收罐11进行污浊度鉴定，离心机分离出的固相进入废料收集箱。

另外，为了更好地将分离后的污水达到排放标准，将絮凝剂储备仓及促凝剂溶液制备罐4均设有支管与回收罐11出水管相连，回收罐11出水管经循环泵13与污水处理装置相连，经过污水处理装置进行二次处理实现达标排放。

为了便于运输，可将上述控制箱、清水管1、絮凝剂加药装置2、絮凝剂溶液制备罐3、促凝剂溶液制备罐4、絮凝剂泵5、促凝剂泵6、管路混合装置10、回收罐11、钻井液进料管7及钻井液出料管8均设置在防护罩内，结构紧凑、体积小，可根据钻井的地理位置进行迁移。

利用本发明分别对四口井所产生的废弃钻井液（包括随钻过程中和完井后）作为4个具体实施例进行处理，四口井的废弃钻井液属于不同的泥浆体系，泥浆的比重和粘度性能参数也不尽相同，根据不同废弃钻井液确定无机金属盐促凝剂PAC和有机阳离子聚电解质絮凝剂PAM复配的不同配比方案（具体参数值见下表），现场使用一台LW520大处理量离心机，且离心力大于1250G，分离后产生大量固相，且固相表观较干，滚落成堆，泥饼经烘干实验测得含水率约为40%，液相清澈，现场回用于配药。

下表为本发明的4个具体实施例的参数值：

根据钻井液性能的不同，选用不同的PAC与PAM复配方案处理废弃泥浆，使不能被固控设备分离的微小颗粒（小于2-3μm）聚结为大块絮凝物，经离心机进行固液分离，液相可回用也可进一步处理达标排放，固相可拉运集中处理，最终达到废弃钻井液无害化、资源化的综合利用。

本发明相比现有技术具有自动化程度更高、反应效率更快、处理量更大、处理效果更稳定和处理成本更低的特点，可根据不同的废弃钻井液性能制定不同的处理方案，能更好的适应各种复杂钻井作业条件。随着环保要求的日益增强，本发明对废弃钻井液处理的综合利用、降低处理成本，经济及环境效益重大，具有更广阔的市场前景。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。