新疆油田钻井废液固液分离实验研究及现场应用
Outline:
陈明燕1
,
徐琦2
,
罗林3
1. 西南石油大学化学化工学院;
2. 中国石油西南油气田公司蜀南气矿;
3. 华油集团泸州分公司
收稿日期：2012-01-28；修回日期：2012-03-02
作者简介：陈明燕(1976-)，女，讲师，硕士，毕业于西南石油大学，研究方向为油气加工与废水污染防治。地址：(610500)成都市新都区西南石油大学化学化工学院。E-mail:
cmyswpi@126.com.
摘要：针对中国石油新疆油田公司的废弃钻井液，研究出了化学脱稳剂对钻井废液进行破胶脱稳，并确定了固液分离以及分离出水处理的药剂配方。研制了一套以带式压滤机为核心分离设备的钻井废液处理设备，在中国石化西南分公司以及中国石油新疆油田公司进行现场应用试验。结果表明，废水达到国家相关标准要求后就地排放，分离出的干泥饼浸泡液能够达到国家相关标准要求，处理成本低于50元/m3。该处理设备工艺及设备具有简单易操作，处理成本较低等特点，具有推广应用的价值。
关键词：钻井废液 固液分离处理 处理工艺 一体化设备 油田应用
Experimental study and field application of solid-liquid separation of drilling waste fluid in Xinjiang oil field
Outline:
Chen Mingyan1
,
Xu Qi2
,
Luo Lin3
1. Faculty of Chemistry and Chemical Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, Sichuan, China;
2. Shunan Gas District, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company, Luzhou 646001, Sichuan, China;
3. Sichuan Huayou Group Co., Ltd., Luzhou 646000, Sichuan, China
Abstract: Based on the waste drilling fluid from PetroChina Xinjiang oilfield, a chemical destabilization agent was prepared to treat with the waste drilling fluid for gel breaking destabilization, and the pharmaceutical formulations were determined for solid-liquid separation and water treatment. A set of drilling processing equipment with belt type filter press as the core was developed, and the field application experiment was conducted in Sinopec Southwest Company and PetroChina Xinjiang oil field. Results show that the waste water can be discharged locally after meeting the related national standards, and the soaked fluid isolated from the dry mud cake can reach the related national standards, the processing cost is less than RMB 50 yuan/m3. The drilling processing technology and equipment have the advantages of simple operation and low processing cost, therefore, it has the value of application.
Key words:
waste drilling fluid solid-liquid separation treatment treatment technology integrated equipment oilfield application
目前，国内各油田对钻井废液的处理方式主要是在完钻后向废液池中加入固化剂进行固化处理后就地填埋或异地集中堆放[1]，这种处理方法会增加固体废物的量(固化处理后其体积大约会增加1/3左右)，而且固化物随着时间的延长存在浸泡液产生二次污染的环境风险[2]。这种处理方式在一定程度上背离了固体废物处理“减量化、无害化”的原则。
本研究主要针对废弃钻井液，提出固液分离处理的工艺并研制相关设备。通过该工艺对钻井废液进行处理后，废水达到国家相关标准要求后就地排放，分离出的干泥饼浸泡液能够达到国家相关标准要求，干泥饼可以就地填埋或综合利用(制砖或改良土壤)，实现钻井废液处理减量化和无害化的目的。
1 废弃钻井液特性
废弃钻井液体系为聚合物水基体系，土般土含量高、重晶石等加重剂含量低，钻井液的分散性较好，脱稳难度大，固液分离较难。采集了4口井的钻井废液，主要特征指标及主要污染指标分析结果如表 1所示。
表 1
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表 1 4口井钻井废液主要污染指标分析
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从表 1实验数据可知，钻井废液主要特点表现为：主要超标指标为COD，超标30倍以上，其次是颜色比较深，即色度超标，还有pH值超标，钻井废液均为碱性。
2 室内研究
(1) 实验仪器。烧杯、沉降试管、注射器、量筒、天平、PHS-W智能酸度计、搅拌实验机、JS94B型微电泳仪。
(2) 实验药品。实验药品的质量分数分别为：破胶剂20%~40%、固液分离絮凝剂1%、混凝剂20%、助凝剂1%、NaOH 4%。
(3) 实验方法。量取50 mL废弃钻井液，搅拌均匀，用质量分数为40%破胶脱稳剂对废弃钻井液进行脱稳处理。然后依次加入不同浓度、不同种类处理剂。每加入一种处理剂，搅拌均匀，加完药剂后静置沉降15 min，取上层清液进行水质分析。
固液分离后的固相体积越小，絮凝越致密，表明处理效果越好。对于液相，则越清澈处理效果越好。
加入破胶脱稳剂以及絮凝剂后，固液两相分离效果明显，见图 1。将脱出水分离出，然后加入混凝剂处理，出水清澈，见图 2。
通过实验，确定的固液分离药剂配方见表 2。
表 2
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表 2 钻井废液固液分离处理药剂配方
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3 现场应用
3.1 钻井废液固液分离处理工艺流程
在室内实验研究的基础上，通过钻井现场调研，详细比较了各类固液分离设备(如离心机、带式压滤机、板框压滤机)等的应用情况，结合钻井废液及加入破胶脱稳剂后的废液特性，选择带式压滤机作为固液分离设备。在确定了固液分离处理的核心设备(固液分离设备)后，根据破胶脱稳——固液分离——分离出水达标处理的思路，设计和制造出了成套设备。
固液分离处理工艺流程见图 3。
3.2 处理设备在现场的实验效果
通过该处理设备对中国石油新疆油田公司和中国石化西南分公司钻井现场产生的钻井废液进行处理，运行情况良好，达到了预期效果。处理出水及分离出的泥饼浸泡液经克拉玛依市环境监测站和中国石化西南分公司环境监测站分析检测，均达到GB 8978-1996《污水综合排放标准》要求。检测结果见表 3。
表 3
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表 3 处理出水及泥饼浸泡液检测结果
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4 处理成本分析
根据所确定的废弃钻井液处理固液分离最佳药剂配方，以及药剂的市场价格，对固液分离处理药剂成本进行了初步估算。破胶剂TAJ的市场价格约为1500元/t，絮凝剂的价格约为8000元/t。废弃钻井液处理固液分离药剂成本估算结果见表 4。
表 4
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表 4 钻井废液固液分离处理药剂成本估算
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从表 4可以看出，固液分离处理步骤药剂成本大约为：(25.0~29.2)元/(m3钻井液)。根据所确定的固液分离出废水处理的最佳药剂配方，以及药剂的市场价格，对固液分离出废水处理药剂成本进行了初步估算。混凝剂PAC的市场价格约为2500元/t，混凝助剂的价格约为9000元/t。废弃钻井液处理固液分离药剂成本估算见表 5。
表 5
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表 5 钻井废液固液分离出废水处理药剂成本估算
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从表 5中分析数据可以看出，固液分离出废水处理步骤药剂成本大约为：(5.36~7.36)元/(m3废水)。从实验分析来看，1 m3废弃钻井液大约能分离出0.6 m3废水，则废水处理药剂成本折算成1 m3废弃钻井液的处理成本为(3.22~4.42)元/(m3钻井液)。
废弃钻井液处理的其他成本有：人工费、电费、水费、设备折旧费等，根据初步估算，其他成本约合15.0元/(m3钻井液)。
综合上述计算结果，可以看出，该处理工艺主要药剂成本在于固液分离过程，占到总药剂费用的85%以上。
废弃钻井液的总处理成本为(43.22~48.62)元/(m3钻井液)，即处理成本可低于50元/(m3废弃钻井液)。
5 结论
(1) 对中国石油新疆油田公司的废弃钻井液采用“化学脱稳-混凝沉降-固液分离-二级水处理”固液分离处理工艺，流程简单适用，处理成本可低于50元/(m3钻井液)；
(2) 废弃钻井液处理固液分离药剂配方为:破胶剂TAJ(14 kg/m3~15 kg/m3) +絮凝剂(0.5 kg/m3~0.8 kg/m3)。分离处理出水的药剂配方为：混凝剂PAC(2.0 kg/m3~2.8 kg/m3)+混凝助剂PAM(0.04 kg/m3)，处理出水几乎无色，COD约90 mg/L，达到GB 8978-1996《污水综合排放标准》一级标准要求。
(3) 应用研制出的固液分离处理设备在中国石化西南分公司(四川德阳)以及中国石油新疆油田公司(新疆克拉玛依)进行现场试验，运行情况表明，工艺可行，并经中国石化西南分公司环境监测站及新疆克拉玛依市环境监测站对处理设备分离出水及泥饼进行检测，各项主要污染指标均达到GB 8978-1998《污水综合排放标准》要求，处理结果达到无害化、减量化的要求；具有极大的推广应用价值。
2012, Vol. 41