廢棄鉆井液的破膠成核處理工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種廢棄鉆井液的破膠成核處理工藝，包括第一步：調(diào)整廢棄鉆井液的濃度；第二步：加入氧化劑與粒徑為50μm～500μm活性化細(xì)砂；第三步：加入聚合硫酸鋁，將pH值調(diào)整至5.5～6.5；第四步：加入有機(jī)重金屬螯合劑。本發(fā)明通過(guò)添加細(xì)砂與聚合硫酸鋁，使廢棄鉆井液中的膠體體系分化成為以細(xì)砂為核心的固相物質(zhì)，以及包含有油類(lèi)的液相成分，進(jìn)而通過(guò)機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)固液分離；解決了廢棄鉆井液環(huán)保處理固液分離的瓶頸，特別是深井、超深井用泥漿的固液分離難題，具有顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。
【專(zhuān)利說(shuō)明】廢棄鉆井液的破膠成核處理工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)保【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種廢棄鉆井液的破膠成核處理工藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 在油氣田鉆井過(guò)程中，廣泛使用鉆井液以起到攜帶和懸浮巖屑、護(hù)壁、冷卻及潤(rùn)滑 鉆具等作用。在鉆井過(guò)程中，人們會(huì)根據(jù)所鉆探的地層構(gòu)造和深度不同，在鉆井液原漿配制 時(shí)加入膨潤(rùn)土和分散劑，或加入大量的有機(jī)高分子物質(zhì)，如礦物油、植物油、原油、羧甲基纖 維素、聚丙烯酰胺、磺化浙青、磺化酚醛樹(shù)脂等作為增粘劑、降濾失劑和潤(rùn)滑劑等，隨時(shí)調(diào)整 鉆井液的流變性。鉆井液本身是一種極為復(fù)雜的分散體系，它以膨潤(rùn)土、水（或油）為基礎(chǔ)， 并輔以各種化學(xué)助劑使其分散形成一種穩(wěn)定的分散體系，其顆粒粒徑一般在2微米到100 微米之間，具有膠體特性，有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性。
[0003] 含有多種化學(xué)藥劑的鉆井液原漿經(jīng)過(guò)在地下數(shù)千米的高溫高壓作用后，從地下攜 帶出大量的巖屑和砂石，從井口排出，成為濃漿狀的油氣田廢棄鉆井液。加之在鉆井施工 時(shí)，鉆井液循環(huán)使用，泥漿中的固體顆粒經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的剪切與摩擦，在分散劑的作用下會(huì)形 成一個(gè)成分更復(fù)雜的亞微米顆粒占多數(shù)的穩(wěn)定的膠體體系，在井壁上形成一個(gè)致密的泥餅 層，韌性較好，起到很好的護(hù)壁作用，并且還有很好的可壓縮性。
[0004] 由于各種添加劑的帶入，以及鉆屑和地層礦物的引入，廢棄鉆井液中含有多種有 害物質(zhì)，如一些對(duì)生物存在潛在的毒害作用的鹽及重金屬元素，是典型的危險(xiǎn)廢棄物。廢 棄鉆井液中污染物質(zhì)負(fù)荷極高，并呈膠體狀態(tài)，加上鉆井液的護(hù)膠作用，成為特殊的穩(wěn)定體 系，在水體中長(zhǎng)時(shí)間不能沉淀，導(dǎo)致水體生態(tài)破壞且影響水體功能。鉆井廢棄液中C0D超標(biāo) 幾十到幾百倍，排入水體可能造成水體發(fā)黑發(fā)臭；油類(lèi)物質(zhì)的含量為每升幾十毫克到幾萬(wàn) 毫克。用木質(zhì)素磺酸鹽處理的鉆井液中亞微米顆粒（膠體顆粒粒徑小于lum)約占全部固 體顆粒的總數(shù)的80% ;即便不是分散型的分散體系，亞微米顆粒也占全部固體顆粒的13% 以上。
[0005] 目前對(duì)廢棄鉆井液研究較多的處理方法主要有固化處理與混凝沉淀后的固液分 離處理。固化處理的原理是向廢棄鉆井液中加入具有固結(jié)性能的固化劑，如水泥或水玻璃， 使其轉(zhuǎn)化成類(lèi)似混凝土的固化體，固結(jié)其內(nèi)的有害成分，如中國(guó)專(zhuān)利200610002900. 5《一種 廢棄鉆井液的固化方法》。這種固化處理費(fèi)用較高，每口井都需建泥漿池，占地面積大，因加 入固化物，也會(huì)使其在原液排放量的基礎(chǔ)上再增加30%體積，且固化處理過(guò)程中需要使用 破穩(wěn)劑、助凝劑、固化劑，處理效果較復(fù)雜，所有添加物與污染物最終都會(huì)保留在固化體中， 并未真正處理，存在二次污染環(huán)境的隱患。
[0006] 現(xiàn)有的固液分離處理多借鑒污水廠(chǎng)活性污泥脫水工藝，即向廢棄鉆井液中先均勻 加入聚合氯化鋁等凝聚劑后，再均勻加入陽(yáng)離子聚丙烯酰胺等絮凝劑。凝聚劑起到壓縮雙 電層和電中和作用，絮凝劑起到卷掃和網(wǎng)捕作用，使得很小的膠體顆粒成為較大的混凝顆 粒，整個(gè)體系的pH值幾乎無(wú)變化；然后利用抽濾、壓濾或者離心進(jìn)行固液分離。但是，活性 污泥與廢棄鉆井液存在顯著的不同?；钚晕勰嗍抢梦⑸锾幚砦鬯に囍校鞣N細(xì)菌、真 菌、原生動(dòng)物和少量的后生動(dòng)物自身的生長(zhǎng)和繁殖所生成的微生物，有機(jī)物含量大約占總 重量的70% ;活性污泥本身有自絮凝性，因而在添加凝聚劑與絮凝劑后，能迅速絮凝。但是 廢棄鉆井液為膠體形態(tài)，含有大量的無(wú)機(jī)亞微粒子和部分高粘性有機(jī)助劑，如果使用常規(guī) 凝聚劑，凝聚劑在起壓縮亞微粒子膠體雙電層作用時(shí)，會(huì)遇到環(huán)繞在亞微粒子周?chē)母哒?性高分子有機(jī)物界面膜的阻礙，同時(shí)常規(guī)絮凝劑的吸附架橋和網(wǎng)捕作用也會(huì)減弱，因而反 應(yīng)后會(huì)形成具有很大可壓縮性的細(xì)小混凝顆粒，這種膠體狀的廢棄鉆井液并不能形成類(lèi)似 于活性污泥所能形成的較大尺寸的混凝體顆粒。經(jīng)過(guò)上述工藝處理后的廢棄鉆井液在固液 分離時(shí)，基于鉆井液自身所需要達(dá)到的降濾失和護(hù)井壁功能，首先接觸濾網(wǎng)的混凝顆粒會(huì) 瞬時(shí)在濾網(wǎng)表面形成一層很薄的可壓縮性濾餅，此濾餅層非常致密，幾乎無(wú)濾液流動(dòng)通道， 加之高粘度高分子有機(jī)物質(zhì)粘結(jié)堵塞濾網(wǎng)的網(wǎng)孔，使得固液分離無(wú)法實(shí)現(xiàn)。大量的工程實(shí) 踐也表明，采用常規(guī)的添加凝聚劑和絮凝劑的混凝工藝進(jìn)行處理的廢棄鉆井液，后道工藝 無(wú)法采用機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)固相與液相的分離。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本 申請(qǐng)人:針對(duì)上述現(xiàn)有工藝不能實(shí)現(xiàn)廢棄鉆井液固液分離的缺點(diǎn)，提供一種工藝 合理的廢棄鉆井液的破膠成核處理工藝，從而從實(shí)現(xiàn)對(duì)膠體狀態(tài)的廢棄鉆井液的破膠，采 用機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)固液分離。同時(shí)減少了二次污染的可能，且處理費(fèi)用低、處理效率高。
[0008] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0009] -種廢棄鉆井液的破膠成核處理工藝，包括以下步驟：
[0010] 第一步：調(diào)整廢棄鉆井液的濃度，稀釋至含固量為1〇?20%的重量比；
[0011] 第二步：加入氧化劑與活性化細(xì)砂，所述活性化細(xì)砂粒徑為50ym?500ym，加入 量為10 %?15 %的體積比；
[0012] 第三步：加入聚合硫酸鋁，將pH值調(diào)整至5. 5?6. 5,所述聚合硫酸鋁加入量為 3%?8%的體積比；
[0013] 第四步：加入有機(jī)重金屬螯合劑，所述有機(jī)重金屬螯合劑加入量為3%?6%的體 積比。
[0014] 作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：所述活性化細(xì)砂是將河砂或石英砂經(jīng)過(guò)尺寸篩 選為50i!m?500i!m后，再利用堿溶液與清水進(jìn)行洗漆而得。
[0015] 所述第二步中氧化劑為H202、次氯酸鈉、臭氧或高錳酸鉀。
[0016] 所述H202加入量為0. 5?lkg/m3,所述次氯酸鈉加入量為1. 5?1. 8kg/m3,所述臭 氧加入量為〇. 2?0. 3kg/m3。
[0017] 所述第一步、第二步在收集單元中進(jìn)行，所述第三步、第四步在調(diào)質(zhì)單元中進(jìn)行。
[0018] 所述收集單元與調(diào)質(zhì)單元中均設(shè)置有攪拌葉片，各步驟中均需攪拌均勻。
[0019] 所述有機(jī)重金屬螯合劑水溶液為濃度0. 1%的二硫代氨基甲酸鹽。
[0020] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0021] 本發(fā)明通過(guò)在廢棄鉆井液中加入聚合硫酸鋁，水解反應(yīng)后產(chǎn)生了大量的H+離子， 將pH值調(diào)整至5. 5?6. 5,H+離子與鉆井液中經(jīng)過(guò)多次循環(huán)使用和高溫高壓條件下高分子 有機(jī)物被氧化產(chǎn)生的活性羧基結(jié)合，鉆井液膠體物質(zhì)和高分子有機(jī)物自乳化作用喪失，發(fā) 生破膠脫穩(wěn)；而活性化細(xì)砂有巨大的比表面自由焓，加入后使得整個(gè)體系成為一個(gè)熱力學(xué) 不穩(wěn)定狀態(tài)。為使整個(gè)體系恢復(fù)成為相對(duì)的熱力學(xué)穩(wěn)定體系，活性化細(xì)砂表面會(huì)吸附破膠 后釋放出的游離態(tài)的高分子有機(jī)物、固體顆粒、粘土、鉆屑等，以活性化細(xì)砂作為絮聚的核 迅速增大，這樣原來(lái)的膠體體系就會(huì)分化成為以細(xì)砂為核心的固相物質(zhì)，以及包含有高粘 性的有機(jī)高分子物質(zhì)（油類(lèi)等）的液相成分，進(jìn)而通過(guò)機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)固液分離。
[0022] 本發(fā)明的處理方式較固化處理費(fèi)用低，適用于各種鉆井液體系，處理設(shè)備可以實(shí) 現(xiàn)撬裝一體化，隨鉆井施工移動(dòng)作業(yè)，易于推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)隨鉆處理、全程控制，處理后的水 達(dá)標(biāo)后綜合利用，濾餅安全處置，有效減小了固廢體積，降低了環(huán)境二次污染風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明 從污染的源頭對(duì)廢棄鉆井液進(jìn)行綜合治理，完全能夠?qū)崿F(xiàn)固體廢物環(huán)保處理的"減量化、資 源化和無(wú)害化"，解決了廢棄鉆井液環(huán)保處理固液分離的瓶頸，特別是深井、超深井用泥漿 的固液分離難題，具有顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖，說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0025] 如圖1所示，本發(fā)明所述的廢棄鉆井液的破膠成核處理工藝包括以下步驟：
[0026] 第一步：對(duì)廢棄鉆井液預(yù)處理以調(diào)整濃度。收集單元先收集固態(tài)、半固態(tài)的廢棄 鉆井液，加入清水或者處理后的回用水，使固態(tài)、半固態(tài)的廢棄鉆井液流態(tài)化為固體物含量 10?20% (重量比）的合適濃度。
[0027] 第二步：加入氧化劑與活性化細(xì)砂。向收集單元中的廢棄鉆井液中加入氧化劑 H202，加入量為每立方米廢棄鉆井液中添加0. 5?lkgH202，當(dāng)然也可以使用其他氧化劑如 次氯酸鈉，臭氧、高錳酸鉀等；然后加入粒徑為50ym?500ym活性化細(xì)砂，活性化細(xì)砂加 入量為：10%?15%(體積比），活性化細(xì)砂是經(jīng)過(guò)尺寸篩選并利用堿溶液（氫氧化鈉）與 清水洗滌的河砂或石英砂。
[0028] 第三步：加入聚合硫酸鋁，將pH值調(diào)整至5. 5?6. 5。在調(diào)質(zhì)單元將20%濃度的 聚合硫fe錯(cuò)水溶液加入廢棄鉆井液中并攬祥均勾，加入量為3%?8% (體積比），聚合硫酸 鋁溶于水后生成水和離子[A1(H20)6]3+，其水解反應(yīng)式如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種廢棄鉆井液的破膠成核處理工藝，其特征在于包括以下步驟： 第一步：調(diào)整廢棄鉆井液的濃度，稀釋至含固量為10?20%的重量比； 第二步：加入氧化劑與活性化細(xì)砂，所述活性化細(xì)砂粒徑為50 y m?500 y m，加入量為 10 %?15 %的體積比； 第三步：加入聚合硫酸鋁，將pH值調(diào)整至5. 5?6. 5,所述聚合硫酸鋁加入量為3%? 8%的體積比； 第四步：加入有機(jī)重金屬螯合劑，所述有機(jī)重金屬螯合劑加入量為3%?6%的體積 比。
2. 按照權(quán)利要求1所述的廢棄鉆井液的破膠成核處理工藝，其特征在于：所述活性化 細(xì)砂是將河砂或石英砂經(jīng)過(guò)尺寸篩選為50 y m?500 y m后，再利用堿溶液與清水進(jìn)行洗滌 而得。
3. 按照權(quán)利要求1所述的廢棄鉆井液的破膠成核處理工藝，其特征在于：所述第二步 中氧化劑為H202、次氯酸鈉、臭氧或高錳酸鉀。
4. 按照權(quán)利要求3所述的廢棄鉆井液的破膠成核處理工藝，其特征在于：所述H202加 入量為0. 5?lkg/m3,所述次氯酸鈉加入量為1. 5?1. 8kg/m3,所述臭氧加入量為0. 2? 0? 3kg/m3。
5. 按照權(quán)利要求1所述的廢棄鉆井液的破膠成核處理工藝，其特征在于：所述第一步、 第二步在收集單元中進(jìn)行，所述第三步、第四步在調(diào)質(zhì)單元中進(jìn)行。
6. 按照權(quán)利要求5所述的廢棄鉆井液的破膠成核處理工藝，其特征在于：所述收集單 元與調(diào)質(zhì)單元中均設(shè)置有攪拌葉片，各步驟中均需攪拌均勻。
7. 按照權(quán)利要求1所述的廢棄鉆井液的破膠成核處理工藝，其特征在于：所述有機(jī)重 金屬螯合劑水溶液為濃度〇. 1 %的二硫代氨基甲酸鹽。
【文檔編號(hào)】C02F9/04GK104386861SQ201410748558
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】付煒 申請(qǐng)人:付煒