油田鉆井作業(yè)廢水特性及處理措施探討

姬濤 潘永寶 吳魁 王英 夏禹周

摘要：主要分析了油田鉆井作業(yè)廢水特性，介紹了國內(nèi)各油田對鉆井作業(yè)廢水處理現(xiàn)狀。以工程實(shí)例介紹了快離子電化處理技術(shù)在鉆井作業(yè)廢水處理中的應(yīng)用，并分析了工程實(shí)施的可行性。

關(guān)鍵詞：油田；鉆井廢水；壓裂液；快離子電化處理技術(shù)

中圖分類號：X2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2014）08018102

[FL（2K2]

1引言

石油是我國規(guī)范使用的主要能源之一，石油工業(yè)的發(fā)展是關(guān)系到國計(jì)民生、國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全的戰(zhàn)略資源。增加國內(nèi)石油的總體產(chǎn)量，對我國國民經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)、可持續(xù)發(fā)展將起到積極的意義?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》提出：加大石油、天然氣資源勘探開發(fā)力度，穩(wěn)定國內(nèi)石油產(chǎn)量；推進(jìn)形成塔里木河準(zhǔn)格爾盆地、松遼盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、四川盆地個油氣規(guī)模生產(chǎn)區(qū)；加快油氣干線管網(wǎng)和配套設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)。近幾年，隨著石油開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，帶來的環(huán)境問題日益凸顯。其中，鉆井作業(yè)廢水由于其成分復(fù)雜、處理難度大，是困擾油田開采企業(yè)發(fā)展的主要環(huán)境問題之一。

2油田鉆井作業(yè)廢水產(chǎn)生及特性

油田鉆井作業(yè)時產(chǎn)生的廢水主要包括鉆井廢水、壓裂液以及試油廢水＼[1＼]。鉆井廢水是油田開發(fā)初期在油（水）井鉆進(jìn)過程中起降鉆具帶出的部分地層水、沖洗鉆井設(shè)備、檢修等排放的廢水，廢水中主要污染物有SS、COD、石油類、p值等，其特性是p 值高、鹽度大、COD濃度高、Cl-含量高、色澤深，呈膠體狀，具有高色度、高懸浮物、高穩(wěn)定性、高含鹽特征，生化降解難度大。鉆井廢水的產(chǎn)生量隨著井深和鉆井周期變化。鉆井廢水中含高倍稀釋的鉆井液與油類污染物，主要有以下特征：偏堿性，p值在80～90之間；懸浮物含量高，在鉆井液中含有大量的粘土和鉆井液加重劑，同時鉆井液在循環(huán)過程中還攜帶了一些鉆井巖屑，這些固體顆粒很容易進(jìn)入鉆井廢水；有機(jī)、無機(jī)污染物含量高，在鉆井液中含有各種有機(jī)、無機(jī)的鉆井液添加劑，有CMC、PAM、SMC、磺化酚醛樹脂，以及降失水劑等。壓裂液一般是由稠化劑、交聯(lián)劑、緩沖劑、粘土穩(wěn)定劑、殺菌劑和助排劑組成。壓裂污水外觀一般為白色或灰白色粘稠液，其特點(diǎn)是色度低、p值低、COD 濃度較高、含油較少、Cl-含量較高、胍膠成分高、粘度大，是一種粘稠狀膠體物。試油廢水的特點(diǎn)是石油類、COD濃度較高，且含有一定量的壓裂液和支撐液。

3國內(nèi)油田鉆井作業(yè)廢水處理現(xiàn)狀

作業(yè)污水具有濁度高、粘度大和COD高、環(huán)保達(dá)標(biāo)處理難度大的特點(diǎn)。目前，油田作業(yè)污水的處理方法主要包含有物理法、化學(xué)法、生物法等，包括活性炭吸附、氣浮、混凝沉淀等工藝＼[2，3＼]。其中物理法指不改變污水化學(xué)成分，通過吸附、膜過濾、氣浮等方式達(dá)到污染物與水分離的效果；化學(xué)法是指使用化學(xué)藥劑使污水中的污染成分分解、溶解或凝集，從而達(dá)到處理污水的目的。生物法是指通過微生物降解消化，將有機(jī)物用于自身能量代謝及轉(zhuǎn)化為二氧化碳、甲烷等氣體，凈化水質(zhì)。

目前國內(nèi)油氣田最常用的鉆井作業(yè)污水處理工藝詳見表1。

表1國內(nèi)油氣田鉆井作業(yè)污水處理工藝現(xiàn)狀

序號國內(nèi)油氣田處理工藝

1大慶化學(xué)破膠-電絮凝-懸浮污泥過濾化學(xué)氧化-氣浮-沉降-過濾

2長慶加藥-除砂-沉降-配液預(yù)氧化-催化氧化-過濾

3大港混凝沉降-活性炭吸附化學(xué)氧化-真空吸濾-過濾

4江蘇化學(xué)破穩(wěn)-沉降-氣浮

河南中和-化學(xué)破穩(wěn)-強(qiáng)化固液分離

6新疆酸堿絮凝沉降

7四川酸化-中和-混凝沉降

8大牛地氣田化學(xué)氧化-絮凝沉降-強(qiáng)化固液分離

9冀東破乳-混凝-氣浮-過濾-吸附

4鉆井作業(yè)廢水處理新工藝

近幾年，隨著研究的不斷深入，各種鉆井作業(yè)廢水處理新工藝不斷出現(xiàn)，包括高級氧化、光催化氧化以及電化學(xué)處理＼[4＼]等等。其中，快離子電化處理技術(shù)是采用不同的快離子導(dǎo)體材料產(chǎn)生電凝聚和電氧化還原作用，使污水中的無機(jī)成垢離子和有機(jī)物有效地凝析出來，利用在陽極的強(qiáng)氧化性基團(tuán)物質(zhì)，對殘留于水中的有機(jī)物氧化降解成水和二氧化碳，同時在陰極將成垢陰離子、多價(jià)及重金屬離子等還原析出，實(shí)現(xiàn)污水深度處理。由于快離子導(dǎo)體電極在直流電場的作用下能使電解質(zhì)中的離子遷移運(yùn)動速度比常規(guī)的普通金屬電極快幾百個至幾千個數(shù)量級，可使電化學(xué)反應(yīng)速度超常規(guī)地加快，比常規(guī)電化學(xué)方法節(jié)能，處理效果顯著。

快離子電化處理技術(shù)工藝流程簡述如下：首先鉆井廢水、壓裂液、石油廢水等由罐車從各井場拉來進(jìn)入儲液池，由泵提升進(jìn)入氣浮機(jī)進(jìn)行除油，出水加藥反應(yīng)脫穩(wěn)，脫穩(wěn)后進(jìn)入快離子電化深度處理器進(jìn)行電化學(xué)凝聚反應(yīng)，快離子處理后去除大部分大分子膠體有機(jī)物，出水再次加藥進(jìn)行析膠絮凝后處理，處理后的污水經(jīng)過有機(jī)絮渣分離裝置進(jìn)行固液分離，上清液進(jìn)入精細(xì)過濾裝置，過濾后出水通過車輛運(yùn)輸回注于延長組油層或配制壓裂液、鉆井液。污水處理工藝流程圖見圖1。

2012年～6月，某能源技術(shù)有限公司與某大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院聯(lián)合研究，采用快離子電化處理技術(shù)對鎮(zhèn)涇

油田壓裂返排液處理進(jìn)行了工業(yè)化試驗(yàn)。試驗(yàn)采用核心技術(shù)為快離子電化處理技術(shù)，設(shè)計(jì)處理能力300m3/d。試驗(yàn)裝置主要由氣浮除油裝置、 脫膠降穩(wěn)前處理裝endprint

摘要：主要分析了油田鉆井作業(yè)廢水特性，介紹了國內(nèi)各油田對鉆井作業(yè)廢水處理現(xiàn)狀。以工程實(shí)例介紹了快離子電化處理技術(shù)在鉆井作業(yè)廢水處理中的應(yīng)用，并分析了工程實(shí)施的可行性。

關(guān)鍵詞：油田；鉆井廢水；壓裂液；快離子電化處理技術(shù)

中圖分類號：X2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2014）08018102

[FL（2K2]

1引言

石油是我國規(guī)范使用的主要能源之一，石油工業(yè)的發(fā)展是關(guān)系到國計(jì)民生、國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全的戰(zhàn)略資源。增加國內(nèi)石油的總體產(chǎn)量，對我國國民經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)、可持續(xù)發(fā)展將起到積極的意義。《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》提出：加大石油、天然氣資源勘探開發(fā)力度，穩(wěn)定國內(nèi)石油產(chǎn)量；推進(jìn)形成塔里木河準(zhǔn)格爾盆地、松遼盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、四川盆地個油氣規(guī)模生產(chǎn)區(qū)；加快油氣干線管網(wǎng)和配套設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)。近幾年，隨著石油開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，帶來的環(huán)境問題日益凸顯。其中，鉆井作業(yè)廢水由于其成分復(fù)雜、處理難度大，是困擾油田開采企業(yè)發(fā)展的主要環(huán)境問題之一。

2油田鉆井作業(yè)廢水產(chǎn)生及特性

油田鉆井作業(yè)時產(chǎn)生的廢水主要包括鉆井廢水、壓裂液以及試油廢水＼[1＼]。鉆井廢水是油田開發(fā)初期在油（水）井鉆進(jìn)過程中起降鉆具帶出的部分地層水、沖洗鉆井設(shè)備、檢修等排放的廢水，廢水中主要污染物有SS、COD、石油類、p值等，其特性是p 值高、鹽度大、COD濃度高、Cl-含量高、色澤深，呈膠體狀，具有高色度、高懸浮物、高穩(wěn)定性、高含鹽特征，生化降解難度大。鉆井廢水的產(chǎn)生量隨著井深和鉆井周期變化。鉆井廢水中含高倍稀釋的鉆井液與油類污染物，主要有以下特征：偏堿性，p值在80～90之間；懸浮物含量高，在鉆井液中含有大量的粘土和鉆井液加重劑，同時鉆井液在循環(huán)過程中還攜帶了一些鉆井巖屑，這些固體顆粒很容易進(jìn)入鉆井廢水；有機(jī)、無機(jī)污染物含量高，在鉆井液中含有各種有機(jī)、無機(jī)的鉆井液添加劑，有CMC、PAM、SMC、磺化酚醛樹脂，以及降失水劑等。壓裂液一般是由稠化劑、交聯(lián)劑、緩沖劑、粘土穩(wěn)定劑、殺菌劑和助排劑組成。壓裂污水外觀一般為白色或灰白色粘稠液，其特點(diǎn)是色度低、p值低、COD 濃度較高、含油較少、Cl-含量較高、胍膠成分高、粘度大，是一種粘稠狀膠體物。試油廢水的特點(diǎn)是石油類、COD濃度較高，且含有一定量的壓裂液和支撐液。

3國內(nèi)油田鉆井作業(yè)廢水處理現(xiàn)狀

作業(yè)污水具有濁度高、粘度大和COD高、環(huán)保達(dá)標(biāo)處理難度大的特點(diǎn)。目前，油田作業(yè)污水的處理方法主要包含有物理法、化學(xué)法、生物法等，包括活性炭吸附、氣浮、混凝沉淀等工藝＼[2，3＼]。其中物理法指不改變污水化學(xué)成分，通過吸附、膜過濾、氣浮等方式達(dá)到污染物與水分離的效果；化學(xué)法是指使用化學(xué)藥劑使污水中的污染成分分解、溶解或凝集，從而達(dá)到處理污水的目的。生物法是指通過微生物降解消化，將有機(jī)物用于自身能量代謝及轉(zhuǎn)化為二氧化碳、甲烷等氣體，凈化水質(zhì)。

目前國內(nèi)油氣田最常用的鉆井作業(yè)污水處理工藝詳見表1。

表1國內(nèi)油氣田鉆井作業(yè)污水處理工藝現(xiàn)狀

序號國內(nèi)油氣田處理工藝

1大慶化學(xué)破膠-電絮凝-懸浮污泥過濾化學(xué)氧化-氣浮-沉降-過濾

2長慶加藥-除砂-沉降-配液預(yù)氧化-催化氧化-過濾

3大港混凝沉降-活性炭吸附化學(xué)氧化-真空吸濾-過濾

4江蘇化學(xué)破穩(wěn)-沉降-氣浮

河南中和-化學(xué)破穩(wěn)-強(qiáng)化固液分離

6新疆酸堿絮凝沉降

7四川酸化-中和-混凝沉降

8大牛地氣田化學(xué)氧化-絮凝沉降-強(qiáng)化固液分離

9冀東破乳-混凝-氣浮-過濾-吸附

4鉆井作業(yè)廢水處理新工藝

近幾年，隨著研究的不斷深入，各種鉆井作業(yè)廢水處理新工藝不斷出現(xiàn)，包括高級氧化、光催化氧化以及電化學(xué)處理＼[4＼]等等。其中，快離子電化處理技術(shù)是采用不同的快離子導(dǎo)體材料產(chǎn)生電凝聚和電氧化還原作用，使污水中的無機(jī)成垢離子和有機(jī)物有效地凝析出來，利用在陽極的強(qiáng)氧化性基團(tuán)物質(zhì)，對殘留于水中的有機(jī)物氧化降解成水和二氧化碳，同時在陰極將成垢陰離子、多價(jià)及重金屬離子等還原析出，實(shí)現(xiàn)污水深度處理。由于快離子導(dǎo)體電極在直流電場的作用下能使電解質(zhì)中的離子遷移運(yùn)動速度比常規(guī)的普通金屬電極快幾百個至幾千個數(shù)量級，可使電化學(xué)反應(yīng)速度超常規(guī)地加快，比常規(guī)電化學(xué)方法節(jié)能，處理效果顯著。

快離子電化處理技術(shù)工藝流程簡述如下：首先鉆井廢水、壓裂液、石油廢水等由罐車從各井場拉來進(jìn)入儲液池，由泵提升進(jìn)入氣浮機(jī)進(jìn)行除油，出水加藥反應(yīng)脫穩(wěn)，脫穩(wěn)后進(jìn)入快離子電化深度處理器進(jìn)行電化學(xué)凝聚反應(yīng)，快離子處理后去除大部分大分子膠體有機(jī)物，出水再次加藥進(jìn)行析膠絮凝后處理，處理后的污水經(jīng)過有機(jī)絮渣分離裝置進(jìn)行固液分離，上清液進(jìn)入精細(xì)過濾裝置，過濾后出水通過車輛運(yùn)輸回注于延長組油層或配制壓裂液、鉆井液。污水處理工藝流程圖見圖1。

2012年～6月，某能源技術(shù)有限公司與某大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院聯(lián)合研究，采用快離子電化處理技術(shù)對鎮(zhèn)涇

油田壓裂返排液處理進(jìn)行了工業(yè)化試驗(yàn)。試驗(yàn)采用核心技術(shù)為快離子電化處理技術(shù)，設(shè)計(jì)處理能力300m3/d。試驗(yàn)裝置主要由氣浮除油裝置、 脫膠降穩(wěn)前處理裝endprint

摘要：主要分析了油田鉆井作業(yè)廢水特性，介紹了國內(nèi)各油田對鉆井作業(yè)廢水處理現(xiàn)狀。以工程實(shí)例介紹了快離子電化處理技術(shù)在鉆井作業(yè)廢水處理中的應(yīng)用，并分析了工程實(shí)施的可行性。

關(guān)鍵詞：油田；鉆井廢水；壓裂液；快離子電化處理技術(shù)

中圖分類號：X2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2014）08018102

[FL（2K2]

1引言

石油是我國規(guī)范使用的主要能源之一，石油工業(yè)的發(fā)展是關(guān)系到國計(jì)民生、國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全的戰(zhàn)略資源。增加國內(nèi)石油的總體產(chǎn)量，對我國國民經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)、可持續(xù)發(fā)展將起到積極的意義?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》提出：加大石油、天然氣資源勘探開發(fā)力度，穩(wěn)定國內(nèi)石油產(chǎn)量；推進(jìn)形成塔里木河準(zhǔn)格爾盆地、松遼盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、四川盆地個油氣規(guī)模生產(chǎn)區(qū)；加快油氣干線管網(wǎng)和配套設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)。近幾年，隨著石油開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，帶來的環(huán)境問題日益凸顯。其中，鉆井作業(yè)廢水由于其成分復(fù)雜、處理難度大，是困擾油田開采企業(yè)發(fā)展的主要環(huán)境問題之一。

2油田鉆井作業(yè)廢水產(chǎn)生及特性

油田鉆井作業(yè)時產(chǎn)生的廢水主要包括鉆井廢水、壓裂液以及試油廢水＼[1＼]。鉆井廢水是油田開發(fā)初期在油（水）井鉆進(jìn)過程中起降鉆具帶出的部分地層水、沖洗鉆井設(shè)備、檢修等排放的廢水，廢水中主要污染物有SS、COD、石油類、p值等，其特性是p 值高、鹽度大、COD濃度高、Cl-含量高、色澤深，呈膠體狀，具有高色度、高懸浮物、高穩(wěn)定性、高含鹽特征，生化降解難度大。鉆井廢水的產(chǎn)生量隨著井深和鉆井周期變化。鉆井廢水中含高倍稀釋的鉆井液與油類污染物，主要有以下特征：偏堿性，p值在80～90之間；懸浮物含量高，在鉆井液中含有大量的粘土和鉆井液加重劑，同時鉆井液在循環(huán)過程中還攜帶了一些鉆井巖屑，這些固體顆粒很容易進(jìn)入鉆井廢水；有機(jī)、無機(jī)污染物含量高，在鉆井液中含有各種有機(jī)、無機(jī)的鉆井液添加劑，有CMC、PAM、SMC、磺化酚醛樹脂，以及降失水劑等。壓裂液一般是由稠化劑、交聯(lián)劑、緩沖劑、粘土穩(wěn)定劑、殺菌劑和助排劑組成。壓裂污水外觀一般為白色或灰白色粘稠液，其特點(diǎn)是色度低、p值低、COD 濃度較高、含油較少、Cl-含量較高、胍膠成分高、粘度大，是一種粘稠狀膠體物。試油廢水的特點(diǎn)是石油類、COD濃度較高，且含有一定量的壓裂液和支撐液。

3國內(nèi)油田鉆井作業(yè)廢水處理現(xiàn)狀

作業(yè)污水具有濁度高、粘度大和COD高、環(huán)保達(dá)標(biāo)處理難度大的特點(diǎn)。目前，油田作業(yè)污水的處理方法主要包含有物理法、化學(xué)法、生物法等，包括活性炭吸附、氣浮、混凝沉淀等工藝＼[2，3＼]。其中物理法指不改變污水化學(xué)成分，通過吸附、膜過濾、氣浮等方式達(dá)到污染物與水分離的效果；化學(xué)法是指使用化學(xué)藥劑使污水中的污染成分分解、溶解或凝集，從而達(dá)到處理污水的目的。生物法是指通過微生物降解消化，將有機(jī)物用于自身能量代謝及轉(zhuǎn)化為二氧化碳、甲烷等氣體，凈化水質(zhì)。

目前國內(nèi)油氣田最常用的鉆井作業(yè)污水處理工藝詳見表1。

表1國內(nèi)油氣田鉆井作業(yè)污水處理工藝現(xiàn)狀

序號國內(nèi)油氣田處理工藝

1大慶化學(xué)破膠-電絮凝-懸浮污泥過濾化學(xué)氧化-氣浮-沉降-過濾

2長慶加藥-除砂-沉降-配液預(yù)氧化-催化氧化-過濾

3大港混凝沉降-活性炭吸附化學(xué)氧化-真空吸濾-過濾

4江蘇化學(xué)破穩(wěn)-沉降-氣浮

河南中和-化學(xué)破穩(wěn)-強(qiáng)化固液分離

6新疆酸堿絮凝沉降

7四川酸化-中和-混凝沉降

8大牛地氣田化學(xué)氧化-絮凝沉降-強(qiáng)化固液分離

9冀東破乳-混凝-氣浮-過濾-吸附

4鉆井作業(yè)廢水處理新工藝

近幾年，隨著研究的不斷深入，各種鉆井作業(yè)廢水處理新工藝不斷出現(xiàn)，包括高級氧化、光催化氧化以及電化學(xué)處理＼[4＼]等等。其中，快離子電化處理技術(shù)是采用不同的快離子導(dǎo)體材料產(chǎn)生電凝聚和電氧化還原作用，使污水中的無機(jī)成垢離子和有機(jī)物有效地凝析出來，利用在陽極的強(qiáng)氧化性基團(tuán)物質(zhì)，對殘留于水中的有機(jī)物氧化降解成水和二氧化碳，同時在陰極將成垢陰離子、多價(jià)及重金屬離子等還原析出，實(shí)現(xiàn)污水深度處理。由于快離子導(dǎo)體電極在直流電場的作用下能使電解質(zhì)中的離子遷移運(yùn)動速度比常規(guī)的普通金屬電極快幾百個至幾千個數(shù)量級，可使電化學(xué)反應(yīng)速度超常規(guī)地加快，比常規(guī)電化學(xué)方法節(jié)能，處理效果顯著。

快離子電化處理技術(shù)工藝流程簡述如下：首先鉆井廢水、壓裂液、石油廢水等由罐車從各井場拉來進(jìn)入儲液池，由泵提升進(jìn)入氣浮機(jī)進(jìn)行除油，出水加藥反應(yīng)脫穩(wěn)，脫穩(wěn)后進(jìn)入快離子電化深度處理器進(jìn)行電化學(xué)凝聚反應(yīng)，快離子處理后去除大部分大分子膠體有機(jī)物，出水再次加藥進(jìn)行析膠絮凝后處理，處理后的污水經(jīng)過有機(jī)絮渣分離裝置進(jìn)行固液分離，上清液進(jìn)入精細(xì)過濾裝置，過濾后出水通過車輛運(yùn)輸回注于延長組油層或配制壓裂液、鉆井液。污水處理工藝流程圖見圖1。

2012年～6月，某能源技術(shù)有限公司與某大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院聯(lián)合研究，采用快離子電化處理技術(shù)對鎮(zhèn)涇

油田壓裂返排液處理進(jìn)行了工業(yè)化試驗(yàn)。試驗(yàn)采用核心技術(shù)為快離子電化處理技術(shù)，設(shè)計(jì)處理能力300m3/d。試驗(yàn)裝置主要由氣浮除油裝置、 脫膠降穩(wěn)前處理裝endprint