油田鉆井廢液處理工藝的探討

王維忠 梁德權(quán) 祁廣彬 中原特種車輛有限公司

陜北油田地處鄂爾多斯盆地，是典型的低滲、低壓、低豐度的“三低”油氣藏，多井低產(chǎn)、滾動(dòng)開發(fā)、點(diǎn)多面廣、地形復(fù)雜是其典型的特點(diǎn)。隨著該地區(qū)油氣開發(fā)的蓬勃發(fā)展，石油鉆井作業(yè)過程中產(chǎn)生大量的鉆井廢液和被鉆井液污染的鉆屑被廢置，并對(duì)這個(gè)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的危害。

目前國(guó)內(nèi)油田對(duì)鉆井廢液的處理一般采用終端集中處理的模式，就是鉆井完井工作后，對(duì)鉆井產(chǎn)生的廢物和廢水進(jìn)行收集和集中處理。但是，這個(gè)方式存在較大的弊端，尤其是泥漿坑池對(duì)油井周邊生態(tài)及地下水資源的污染。由于陜北地區(qū)油井井位普遍分散、偏僻，受當(dāng)?shù)靥厥獾乩憝h(huán)境影響，現(xiàn)場(chǎng)鉆井廢液一般采用日光自然曝曬蒸發(fā)，蒸發(fā)后形成的廢泥漿進(jìn)行常規(guī)固化處理再填埋。近幾年，我國(guó)對(duì)環(huán)境污染的監(jiān)管力度逐年增加，《“十二五”科技發(fā)展規(guī)劃》、《國(guó)家中長(zhǎng)期科技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》均提出優(yōu)先發(fā)展環(huán)境保護(hù)技術(shù)及相關(guān)的裝備。此文從處理工藝及其成套設(shè)備方面，介紹了一種適合陜北水資源缺乏地區(qū)，泥漿不落地?zé)o害化處理、隨鉆鉆井廢液在線處理及處理后水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放的工藝設(shè)備。該工藝設(shè)備能夠?qū)⒊Ｒ?guī)鉆井廢液進(jìn)行固液分離，固相物固化處理后可集中深埋或作為道路的填層，液相物進(jìn)行無(wú)害化處理后可重復(fù)利用或達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行外排。

1 油田鉆井廢液處理設(shè)備工藝

油田鉆井廢液處理設(shè)備的基本工藝為：鉆井廢液收集→破膠固液分離→液相加藥混合→沉降處理→氣浮處理→濾料過濾處理→膜過濾處理→生產(chǎn)用水再利用或達(dá)標(biāo)外排。

鉆井廢液由井場(chǎng)廢液收集模塊（廢泥漿罐代替泥漿坑池）進(jìn)行集中儲(chǔ)存，污水泵將鉆井廢液輸送到破膠混凝模塊，自動(dòng)控制加藥模塊根據(jù)鉆井廢液特性添加破膠劑。鉆井廢液與破膠劑充分混合反應(yīng)后進(jìn)行沉淀分層，形成上部為液相的渾清液和下部為固相的污泥，分層后形成的污泥等雜質(zhì)通過板框壓濾設(shè)備進(jìn)行固液分離，其固相物添加固化劑進(jìn)行固化處理后可集中深埋或作為道路的填層，液相物與分層后形成的渾清液進(jìn)入水處理設(shè)備進(jìn)行無(wú)害化處理。

渾清液進(jìn)入管道混合器，自動(dòng)控制加藥模塊根據(jù)水質(zhì)取樣添加pH調(diào)節(jié)劑，并按比例加入適量的凝縮PAC和PAM等藥劑。各種藥劑在管道混合器中與渾清液充分混合后進(jìn)沉降處理模塊進(jìn)行自然沉降，經(jīng)沉降分離后的渾清液依次進(jìn)入氣浮處理模塊、濾料過濾模塊和膜過濾模塊，處理后的水質(zhì)達(dá)到生產(chǎn)用水標(biāo)準(zhǔn)可再次利用或達(dá)到外排標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行外排。

2 設(shè)備基本組成及主要功能

2.1 廢液收集模塊

廢液收集模塊主要收集鉆井過程中產(chǎn)生的廢水、廢泥漿及隨鉆產(chǎn)生的泥沙及巖屑等廢水和廢物，其主體結(jié)構(gòu)為瓦楞鋼板結(jié)構(gòu)，并設(shè)有進(jìn)出水口及排污口，同時(shí)罐體上部設(shè)有攪拌機(jī)，對(duì)罐內(nèi)鉆井廢液進(jìn)行初步的藥劑添加處理，單個(gè)模塊的收集最大容量為50m3。

2.2 破膠混凝模塊

該模塊主要部分由藥劑接入部分和破膠混凝沉淀分離部分組成。藥劑接入部分可將藥劑通過與加藥模塊相連的快插式加藥管道加入混凝罐進(jìn)行混合反應(yīng)?；旌虾蟮你@井廢液沉淀分層，分層后的鉆井液分為上下兩種狀態(tài)：上部為比重較小的渾清液，下部為比重較大的絮凝狀污泥。上層渾清液通過出水管路進(jìn)入水處理設(shè)備，下層污泥通過污泥管路進(jìn)入板框壓濾模塊固液分離。

破膠混凝模塊設(shè)有泥漿液位指示控制、攪拌破膠監(jiān)控、泥漿加壓輸送、電氣自動(dòng)控制等設(shè)備，可隨時(shí)監(jiān)測(cè)處理狀況。

2.3 管道混合反應(yīng)+斜管沉降處理模塊

管道混合器與斜管沉降處理模塊采用一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊。管道混合器采用多級(jí)串聯(lián)的方式組合，可以在很寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)與需要添加的各種藥劑進(jìn)行流體混合反應(yīng)，能滿足進(jìn)入斜管沉降處理模塊的液體進(jìn)行充分的絮凝反應(yīng)。

斜管沉降處理模塊主要采用斜管分離技術(shù)，該技術(shù)屬于物理法處理方式，利用水中不同物質(zhì)的密度差進(jìn)行重力分離。采用斜管技術(shù)可以大大提高絮凝物沉降速度和分離效率，加藥反應(yīng)后的污水經(jīng)過斜管沉降以后，大顆粒形成淤泥由污泥泵提升至板框壓濾模塊形成泥餅，方便集中處理，而帶有小顆粒的渾清液由流程泵進(jìn)入氣浮處理模塊。

2.4 氣浮處理+濾料過濾模塊

氣浮處理模塊和濾料過濾模塊采用集成一體結(jié)構(gòu)。氣浮處理模塊就是通過向液體中通入大量空氣產(chǎn)生氣泡，使得水中的乳化油、細(xì)小懸浮物和固體顆粒附著在氣泡上，隨氣泡上升浮至水面被刮除，從而達(dá)到固液分離的目的。為增加分離效果，同時(shí)防止上級(jí)流程形成的懸浮物被破壞分散，該模塊選用了MAF-A型旋切式浮選機(jī)，其采用旋切式葉輪結(jié)構(gòu)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生真空作用，吸入空氣及回流水，并完成有效的汽水混合相的切割，可產(chǎn)生0.5μm微細(xì)氣泡，從而優(yōu)化浮選效果。

濾料過濾模塊采用核桃殼和改性纖維球相結(jié)合的方式，通過加壓使得濾料過濾后的水樣清澈透明，水質(zhì)更為穩(wěn)定。該模塊設(shè)有反沖洗流程，可以使濾料再生利用，延長(zhǎng)使用壽命。

表1 處理后水質(zhì)指標(biāo)

2.5 加藥模塊+膜過濾模塊

加藥模塊設(shè)備由破拆、液位指示與控制、溶解、加量控制、輸送以及電氣自動(dòng)控制設(shè)備組成，該模塊均采用變頻加藥泵組成，可根據(jù)水質(zhì)狀況隨時(shí)控制加藥量的多少，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)配藥和加藥的要求。

膜過濾模塊為水質(zhì)的深度精細(xì)處理，其采用具有選擇效果的高精度面膜材料，按照機(jī)械篩分原理，通過濾芯與物料系統(tǒng)的精確匹配達(dá)到實(shí)現(xiàn)料液中不同組分的分離和濃縮，并采用錯(cuò)流過濾方式從而達(dá)到解決膜組的堵塞問題。

2.6 設(shè)備的運(yùn)輸及裝卸

針對(duì)陜北地區(qū)油井所處地區(qū)偏遠(yuǎn)，坡度陡峭，個(gè)別地區(qū)甚至遇到轉(zhuǎn)彎半徑過大的車輛時(shí)要提前使用推土機(jī)開路的狀況，該設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)選用集裝式橇裝結(jié)構(gòu)。選定運(yùn)載車輛為該地區(qū)較為常見的6×4槽子車進(jìn)行運(yùn)輸?？紤]到道路運(yùn)輸時(shí)郊區(qū)居住地往往有居民私自拉扯的電纜等障礙物的通過性問題，各功能模塊為集裝式框架結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)度不超過9000mm，寬度和高度均不超過2100mm，框架起吊方式為上下吊裝，運(yùn)輸過程中框架結(jié)構(gòu)與運(yùn)輸車輛通過固定繩索聯(lián)接，以防止設(shè)備在運(yùn)輸過程中可能出現(xiàn)的滑移現(xiàn)象。在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，裝卸及井場(chǎng)布局工作可通過一輛15t以內(nèi)的吊車及6輛運(yùn)輸車輛完成。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及結(jié)論

設(shè)備開發(fā)完成后，按照破膠、沉降、氣浮、過濾和固化等處理流程，先后在陜北靖邊及青?；ㄍ翜系V區(qū)配合20余口井的鉆探作業(yè)和完井作業(yè)?，F(xiàn)場(chǎng)使用效果較良好，其中鉆井液中雜質(zhì)泥漿等大比重固相物成型穩(wěn)定，脫水率85%以上，且方便集中運(yùn)輸。對(duì)處理后的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)pH值、堿度、硬度、總鐵、總鹽、濁度、色度和COD等指標(biāo)均滿足再次利用和外排的要求，減少污染的同時(shí)節(jié)約了大量用水成本。(見表1)

綜上所述，可以得到以下結(jié)論：

⑴研制的油田鉆井廢液處理工藝及設(shè)備在使用過程中，鉆井液分離效果理想，經(jīng)破膠沉淀后，大比重固相形成的淤泥進(jìn)入板框壓濾模塊后可形成易運(yùn)輸?shù)某尚凸腆w，方便集中處理。帶有小顆粒的渾清液液相進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，處理效果較好，且效率較高。

⑵設(shè)備采用模塊化結(jié)構(gòu)，各模塊外形結(jié)構(gòu)尺寸均保持統(tǒng)一，設(shè)計(jì)均以鄂爾多斯地區(qū)運(yùn)輸實(shí)際情況出發(fā)。同時(shí)通過優(yōu)化起吊方式方便吊裝作業(yè)，能夠滿足山區(qū)環(huán)境使用。

⑶鉆井廢液經(jīng)過該設(shè)備處理后，井場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)污染物排放，達(dá)到了環(huán)境保護(hù)的目的。同時(shí)，回注水的重復(fù)利用減少了用水資金投入，大大節(jié)約了鉆井成本。