一種廢棄鉆井液的處理方法及其裝置與流程

本發明涉及鉆井液回收處理技術領域，具體為一種廢棄鉆井液的處理方法及其裝置。

背景技術：

鉆井液主要由液相、固相和化學處理劑組成的多相穩定懸浮膠體體系。液相可以是水（淡水、鹽水）、油（原油、柴油）或乳狀液（混油乳化液和反相乳化液），固相包括膨潤土、加重材料。化學處理劑包括無機、有機及高分子化合物。鉆井液90%為水基鉆井液包括（膨潤土鉆井液、聚合物鉆井液、聚磺體系鉆井液、鹽水鉆井液等）10%為其他類型鉆井液（解卡劑、油包水型乳化鉆井液等）。

廢棄鉆井液是油氣鉆井過程中產生的形成的不可利用的泥漿，除了配制鉆井液所加的各種物質外，還包括鉆進地層時混入的地下水、鉆屑、粘土、原油等，含水率約10-80％，含固率約10-60％，含油率1-36％，另外還含有其它有機物及揮發性物質。

廢棄鉆井液成份比較復雜，污染較大，對環境的影響也是多方面的，主要危害有：(1)污染面積大、區域廣，這是由鉆井生產流動性大等特點所決定；(2)過高濃度的可溶性鹽類及有機物，影響土壤的結構和危害植物的生長；(3)含有重金屬離子，不易被動植物降解，并可在環境或動植物體內蓄積，危害人類的身體健康。

目前，國內石油鉆井行業無害化處理廢棄鉆井液的方法普遍存在缺點，主要有：a.廢棄水基鉆井泥漿資源化回收效率不高，或經過處理后的泥漿或回收水不能滿足回用要求；b.無害化處理后的固相或液相處理后不能滿足達標排放要求，因此實現廢棄鉆井液的無害化處理存在很大的困難。

申請號為cn02117325的發明專利公開了一種廢棄鉆井液混凝脫水處理方法，具體方法是在廢棄鉆井液中加入無機鋁鹽凝聚劑和有機陽離子聚電解質絮凝劑溶液，攪拌均勻后靜止混凝10～15分鐘；待廢棄鉆井液完全化學脫穩脫水后，再將團塊絮凝物和部分絮出水離心脫水；無機鋁鹽凝聚劑優選是三氯化鋁，其使用量為2000～3500mg/l；有機陽離子聚電解質絮凝劑是帶有季銨鹽陽離子官能團的有機陽離子聚電解質，在無機鋁鹽凝聚劑和有機陽離子聚電解質絮凝劑凝聚與絮凝的協同作用下，促使懸浮的細小顆粒聚結為大塊絮凝物，經離心脫水，最終達到廢棄鉆井液固液分離的目的。該方法的缺點是離心脫水后的固相含水率高，出水所含鹽分大。

申請號為cn88218926.3的中國專利介紹用加熱干燥和固化系統處理廢泥漿，該裝置存在能耗大及處理速度慢的缺點，不適合用來大批量處理廢棄鉆井液。

申請號為cn98104310的中國專利提出依靠自然沉降法和采用活動過濾器來分離讓漿體中所含的固體物質，但不適合膠體穩定性很好的鉆井泥漿，泥漿靜止放置數月也不會沉降分離。

申請號為90101597.0的中國專利提出向泥漿水中加入堿土金屬氧化物或氫氧化物和陰離子多聚物凝結劑，隨后再加入硫酸和陰離子多聚物凝結劑，而產生大塊的絮凝物，用此方法處理廢棄鉆井液所得到的絮凝物穩定性差，遇水長時間浸泡后又可返膠成泥漿，存在潛在的二次污染。

申請號為92108103.0和申請號為91102191的中國專利都提出向廢鉆井液中加入硫酸鋁等無機絮凝劑和水解聚丙烯酰胺等有機絮凝劑，絮凝沉降后抽出上層清液，在濃縮絮凝沉淀物上加蓋一層纖維物，再用水泥等混凝土密封覆蓋。由于水解聚丙烯酰胺是陰離子型的高分子絮凝劑，對泥漿粘土顆粒的絮凝是通過架橋吸附作用形成的，用這種方法處理廢棄鉆井液所產生的絮凝物穩定性差，水中長時間浸泡就自動返膠形成泥漿。雖然絮凝物頂面的混凝土覆蓋層將其與空氣隔絕，但返膠泥漿可以沿著土坑的四周和底層向周圍土壤中擴散滲漏。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有處理方法的不足，提供一種固液分離效果好,能量消耗低、處理后的固相或液相可完全回用或排放的廢棄鉆井液的無害化處理方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種廢棄鉆井液的處理方法，所述鉆井液為由液相、固相和化學處理劑組成的多相穩定懸浮膠體體系，處理方法包括以下步驟：

1）向廢棄鉆井液中加入20%~5倍的破膠劑，并混合攪拌，完全破壞鉆井液的穩定膠體體系；

2）將混合了破膠劑的廢棄鉆井液泵入離心機中進行固液分離；

3）固液分離后的固相物料和液相物料分別進行處理，回收破膠劑循環利用；

其中破膠劑為沸點低于100℃的有機溶劑。

進一步的，所述破膠劑為沸點低于85℃的有機溶劑。

進一步的，所述破膠劑為醇類、氯代烴類中的任意一種化合物或者幾種化合物的混合物。

進一步的，所述破膠劑為二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烷、三氯乙烯、甲醇、乙醇中的一種或幾種的混合物。

進一步的，步驟3)的具體處理方式為：

a.將固相物料進行干燥處理，并將其中的破膠劑蒸出，蒸出的破膠劑氣體通過冷凝裝置冷凝成液體，并循環使用，干燥后的固相物料排出；

b．離心機分離出的液相送往蒸發裝置或膜分離裝置進行處理；

c．蒸發裝置將液相中的破膠劑蒸出，蒸發的破膠劑氣體送往冷凝裝置冷凝成液體，并循環使用，剩余的液相排出；

d．將破膠劑回輸至裝有廢棄鉆井液的攪拌罐循環利用；將排出的液相用于配制新的鉆井液。

一種廢棄鉆井液回收處理裝置，所述裝置包括攪拌罐、混合液輸送泵、離心機、冷凝裝置、蒸發裝置、干燥裝置；所述攪拌罐上端設置有進料口和破膠劑進口，攪拌罐的下端設置混合液出口并通過管路連接至混合液輸送泵的進口，混合液輸送泵的出口通過管路連接離心機的進口，離心機的固相出口連接干燥裝置的進口，離心機的液相出口連接蒸發裝置的進液口；干燥裝置的氣體出口通過管路連接至冷凝裝置的進氣端；蒸發裝置的下端設置出液口，蒸發裝置的出氣口通過管路連接冷凝裝置的進氣端；冷凝裝置的出液端連接至攪拌罐的破膠劑進口。

進一步的，所述攪拌罐內設置有電動槳葉攪拌裝置。

進一步的，所述離心機為沉降式離心機、螺旋卸料式離心機、三足式沉降離心機、管式離心機、碟式離心機中任意一種。

進一步的，所述干燥裝置為槳葉干燥機、耙式干燥機、盤式干燥機中任意一種。

進一步的，所述蒸發裝置為閃蒸器或蒸餾塔；所述冷凝裝置為水冷凝塔或壓縮冷凝機。

本發明的有益效果是：

本發明在廢棄鉆井液離心機固液分離過程中添加低沸點有機溶劑做破膠劑，完全破壞鉆井液的穩定膠體體系，獲得最佳固液分離效果。再與干化設備、蒸餾設備、膜分離設備合理結合，可達到廢棄鉆井液無害化處理的目的。

下面結合附圖及具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

附圖說明

圖1為本發明處理流程圖；

圖2為本發明處理裝置結構示意圖。

附圖標記：

1.進料口；2.攪拌罐；3.離心機；4.冷凝裝置；5.蒸發裝置；6.干燥裝置；7.混合液輸送泵；8.攪拌葉片。

具體實施方式

實施例1

一種廢棄鉆井液的處理方法，所述鉆井液為由液相、固相和化學處理劑組成的多相穩定懸浮膠體體系，包括以下步驟：

1）向廢棄鉆井液中加入20%~5倍的破膠劑，并混合攪拌，完全破壞鉆井液的穩定膠體體系；

2）將混合了破膠劑的廢棄鉆井液泵入離心機中進行固液分離；

3）固液分離后的固相物料和液相物料分別進行蒸餾處理，回收破膠劑循環利用；

步驟3）具體處理方式為（圖1）：

a.將固相物料進行干燥處理，并將其中的破膠劑蒸出，蒸出的破膠劑氣體通過冷凝裝置冷凝成液體，并循環使用，干燥后的固相物料排出；

b．離心機分離出的液相送往蒸發裝置或膜分離裝置進行處理；

c．蒸發裝置將液相中的破膠劑蒸出，蒸發的破膠劑氣體送往冷凝裝置冷凝成液體，并循環使用，剩余的液相排出；

d．將破膠劑回輸至裝有廢棄鉆井液的攪拌罐循環利用；將排出的液相用于配制新的鉆井液。

其中破膠劑為沸點低于100℃的有機溶劑，優選為沸點低于85℃的有機溶劑。

破膠劑優選為醇類、氯代烴類中的任意一種化合物或者幾種化合物的混合物；或者為二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烷、三氯乙烯、甲醇、乙醇中的一種或幾種的混合物。

有機溶劑破膠劑的作用機理是：

鉆井液中起到穩定作用的有機化合物添加劑主要有：cmc、pacspnhsmpkpamsmcsmpspan-80mmh等，首先選擇適合的溶劑促使上述高分子化合物在鉆井液的穩定作用失效，也就是說，使用有機溶劑破膠劑，破壞鉆井液中高分子有機化合物物形成的膠液，隨著有機溶劑破膠劑在鉆井液中濃度的增加，水溶性高分子有機物出現析出現象，親油性有機物出現被萃取現象，正負電荷中和現象，造成鉆井液失粘、脫穩、破膠進而固液分離。優點是處理出水蒸餾出溶劑破膠劑后不含有任何外加藥劑，是一種純物理的固液分離方法，所以出水可以回用配制鉆井液。

傳統廢棄鉆井液化學脫穩破膠固液分離脫水法工藝存在以下情況：高固含鉆井液破膠時需用大量水稀釋；出水的水質含鹽分增加很多；出水中混凝劑、絮凝劑有殘存，回用于配制鉆井液影響性能；污水想要達標排放還需多步凈化處理，處理難度大、設備造價高、最終產物處理不完全；傳統方法處理的固相由于絮凝劑的保水作用造成含水率高約40-70%，造成后續固化困難。本發明與傳統的化學脫穩破膠固液分離脫水法相比最大的創新是：用低沸點溶劑破膠劑代替傳統方法普遍使用無機鋁鹽、鐵鹽等混凝劑和聚丙烯酰胺大分子絮凝劑破膠劑，克服了傳統化學脫穩脫水法的缺點。出水水質可以回用配制鉆井液，處理后固相密度比傳統絮凝劑法高80%以上，含水率可以降為20%以下。

本方法工藝處理流程簡單：

在廢棄鉆井液中加入20%-5倍的低沸點的溶劑破膠劑，充分攪拌后用泵泵入離心機，利用離心力場和低沸點的溶劑破膠劑對鉆井液的穩定膠體體系的破壞作用，把鉆井液固液分離成固相、液相。

離心分離的泥沙等固相含有部分低沸點的溶劑與水分，需用干燥裝置烘出破膠劑及部分水分，低沸點溶劑具有遠低于水的汽化潛熱、比熱容，所以能耗遠低于各種烘干水分的干燥裝置，經實踐檢驗固相含水降為20%以下時，能耗僅為污泥直接干化的5-10%，通過冷凝裝置回收低沸點的溶劑，回收的低沸點的溶劑循環使用。

離心分離出來的含溶劑的液相可以多次循環使用，液相里溶劑含量降低到30%以下后，利用蒸餾冷凝裝置或膜分離裝置驅除溶劑型破膠劑，剩余的水由于不含外加藥劑，用于回配鉆井液，鉆井液性能良好。低沸點溶劑具有遠低于水的的汽化潛熱、比熱容，所以能耗遠低于水的蒸發裝置，經實踐檢驗能耗僅為水蒸餾的10-20%，通過冷凝裝置回收低沸點的溶劑，回收的低沸點的溶劑循環使用。

實施例2

本實施例為用于實施例1處理方法的設備，如圖2所示。

一種廢棄鉆井液回收處理裝置，所述裝置包括攪拌罐2、混合液輸送泵7、離心機3、冷凝裝置4、蒸發裝置5、干燥裝置6；所述攪拌罐2上端設置有進料口1和破膠劑進口，攪拌罐的下端設置混合液出口并通過管路連接至混合液輸送泵的進口，混合液輸送泵的出口通過管路連接離心機的進口，離心機的固相出口連接干燥裝置的進口，離心機的液相出口連接蒸發裝置的進液口；干燥裝置的氣體出口通過管路連接至冷凝裝置的進氣端；蒸發裝置的下端設置出液口，蒸發裝置的出氣口通過管路連接冷凝裝置的進氣端；冷凝裝置的出液端連接至攪拌罐的破膠劑進口。攪拌罐2內設置有電動槳葉攪拌裝置，設置攪拌葉片8。

所述離心機為沉降式離心機、螺旋卸料式離心機、三足式沉降離心機、管式離心機、碟式離心機中任意一種。所述干燥裝置為槳葉干燥機、耙式干燥機、盤式干燥機中任意一種。所述蒸發裝置為閃蒸器或蒸餾塔；所述冷凝裝置為水冷凝塔或壓縮冷凝機。

實施例3

本實施例為在實施例1的基礎上進行的一次具體的處理案例。

（以質量計）新疆聚合物鉆井液含水率70%，比重1.27g/ml。

在攪拌罐中加入上述鉆井液，添加鉆井液質量40%的低沸點溶劑破膠劑甲醇，充分攪拌分散。

鉆井液泵入臥螺離心機固液分離，離心機轉速選用3000r/min，鉆井液分離為泥沙和甲醇水溶液，經測試：離心后泥沙含水率17%。

甲醇水溶液經蒸餾去除甲醇后的水為1#，與清水2#同時配制聚合物鉆井液，測試鉆井液性能二者基本相符。

實施例4

本實施例為在實施例1的基礎上進行的一次具體的處理案例。

（以質量計）威海聚磺鉆井液樣品含水率42%，含油1%，比重1.8g/ml。

在攪拌罐中加入上述鉆井液，添加鉆井液質量50%的低沸點溶劑破膠劑甲醇與二氯甲烷，充分攪拌分散。

鉆井液泵入臥螺離心機固液分離，離心機轉速選用2600r/min，鉆井液分離為泥沙和二氯甲烷與甲醇水溶液。

泥砂、二氯甲烷與甲醇水溶液再分別進行干化、蒸餾冷凝等后續凈化處理，二氯甲烷與甲醇循環使用，水回用配制鉆井液。經測試：處理后泥砂含礦物油率降至0.1%，含水率降為13%。

實施例5

本實施例為在實施例1的基礎上進行的一次具體的處理案例。

油田鉆井用油包水乳化鉆井液樣品含礦物油22%,含水率20%，泥砂58%

在攪拌罐中加入上述鉆井液，添加鉆井液質量2倍的低沸點溶劑破膠劑三氯甲烷，充分攪拌。

鉆井液泵入離心機固液分離，離心機轉速選用3200r/min，鉆井液分離為泥砂、三氯甲烷與礦物油及溶解的處理劑、水。

泥砂、氯仿與礦物油、水三相再分別進行干化、油水分離、蒸餾冷凝等后續凈化處理，經測試：處理后泥砂含礦物油率降至1%，含水率降為8%，液相回用配制鉆井液，鉆井液性能良好。