石油钻井废弃物不落地随钻处理探讨

第六章技术方案、设备方案和原材料方案6.1国内领先的钻井废弃物随钻处理工艺技术状况目前胜利油田、中原油田、辽河油田开始采用随钻废弃物处理装置，实现对钻井完井作业过程中和完井后所产生的废弃物进行实时处理的技术。根据钻井现场特点进行设计和撬装组合，由收集系统工艺采用螺杆密封方式进行物流传输，实现零落地、即时处理。这种装置也可以运用在完井作业中。钻井平台回收后作清洁用水固液分离系统固形物成型废弃物收集系统污水处理系统（化学药剂）井场污水四级固控分离后的污水淤泥达标排放固体废弃物图3随钻废弃物处理工艺流程图6.1.1钻井废弃物随钻处理工艺技术路线：废弃物收集→废弃物固液分离→污水处理→固形物固化处理①初步分离使用四级固控设备对钻井完井废弃物进行分离，以便于提高钻井完井废弃物的处理效率②通过板框式压滤机、滤带式压滤机、离心机等分离装置对已经过初步分离的固体钻井废弃物进行进一步固液分离③搅拌固化使用高效搅拌固化机对钻井完井废弃物进行固化处理，同时使废弃物与处理药剂充分混合④固形物成型转运通过成型装置再次挤压成型，使钻井废弃物固化成型，便于转移运输进行下步处理。钻井完井废弃物在进行固化处理时，可以通过密闭螺杆传输器进行转移或滤带式传输装置，以避免再次污染。在进行固化处理时，还需要加入相应的固化剂，以降低含水量达到最佳的固化处理效果。6.1.2国内废弃物处理技术的应用情况1、辽河油田废弃物处理装置应用情况辽河油田废弃物泥浆处理现状：过去基本是采取完井后集中在污水池中进行固化处理，以化学处理为主。由于油田钻井现场在环境敏感区，多数在海、河、农田周边，如果按照简单的固化处理将会引起环境二次污染的后果图4辽河油田废弃物处理现场——辽河油田钻井废弃物处理一体化装置的研制与试验目前辽河油田积极开展了废弃钻井液无害化处理的试验研究工作。应用孔板压滤机、卧式螺旋离心机进行了废弃物处理一体化装置的研制与试验，初步取得了较好效果。但由于目前还处于室内试验阶段，还有待现场应用及推广。技术思路：①固液分离（用加药罐和搅拌混装置）②利用孔板挤压装置减少废弃液中的含水量③固化成形存在的问题：目前国内研制的孔板压滤机在脱水效果上有一定优势，但自动化程度不高，需人力辅助清理固形物，有待进一步提高。图5辽河油田废弃物处理固化效果图2、胜利油田废弃物处理装置应用情况胜利油田老168井固液分离项目，主要是用化学絮凝法，配合运用德国琥珀螺旋挤压设备进行随钻废弃物处理试验。——技术施工要求：①废泥浆的固体量每天达200方以上；②固形物的含水量50-60%以下，排出的固体为松散状，以便成型压砖用；③钻后处理水达标排放；④剩余固体固化在现场。——处理程序是：1）采用化学方法固液分离2）再用螺杆泵浆（污泥、钻屑等固形物）到振动筛，筛选出大部分的岩屑3）剩余的污泥再次加药化学处理4）将处理后的污泥送入德国琥珀螺旋挤压设备进行强化固液分离5）固形物成型或搬运。——处理效果：进入螺旋挤压设备处理的固形物，能降低含水量，固形物能堆积成山，取得了减少固液混合物中含水量的效果——认识：1）机械法进行固液分离必须配合有效的化学药剂才能提高固液分离效果。2）该螺旋挤压设备处理量不能完全满足工程要求，建议生产国产化设备加大功率，尽可能符合现场施工的要求，降低成本。图6胜利油田废弃物处理现场3、普光油气田废弃物处理装置应用情况普光油气田应用一体化随钻废弃物处理系统，初步实现了钻井废弃物不落地随钻处理目标。2007年以来，该技术分别在中石化川东北工区（四川达州）应用3套，施工井7口，处理泥浆20000m³，泥浆脱水压饼烧砖，污水达标排放；2008年中石化西南分公司利用该技术建设集中式钻井废弃泥浆处理站1座，日处理500m³；2008年中石化中原油田普光分公司引进一体化钻井污水处理及固废处理成套装置4套，处理量10m³/h。——普光油气田随钻废弃物处理系统构成：1）随钻废弃物收集系统①随钻废弃物收集系统是采用螺杆收集传送装置收集固控设备运转时的落出物，实现不落地回收处理；并且及时使用污水泵收集井场排水系统排出的污物（含油含泥污水等），随钻进行处理。该系统的主要配备有双向螺杆传输机、单向螺杆传输机、污水泵。②配备主要设备：双向螺杆传输机、单向螺杆传输机、螺旋挤压传送装置、废泥浆缓冲储备罐2）随钻固液分离系统①固液分离系统采用化学方法与物理方法相结合，化学方法是针对不同的钻井液体系加入相应的破胶剂、絮凝剂、混凝剂、等化学药剂，促使固液分离。物理方法是通过螺杆挤压装置的挤压、滤带传输器或螺旋挤压装置压滤等物理作用，将水和含泥污水中的絮凝物分离，使得固体废弃物含较少水份，起到强化固液分离的效果。②设备主要有四级固控设备，泥浆专用板框式压滤机3）随钻废弃物固化系统①该系统的主要设备包括螺杆传输机、特制高效搅拌固化机、板框式压滤机或螺旋挤压装置。②分离后的固体废弃物与固化剂、促凝剂、破胶剂、吸附剂、调整剂钻屑等充分混合搅拌，经`过固化机固化成型。经该系统处理后的固化体硬化时间短，强度适当，稳定性好，浸出液无色透明，可以达到GB8978-1996污水综合排放一级标准。固化体可以通过成型设备形成一定形状，便于运输和再利用。③特制高效搅拌固化机、螺旋挤压传送装置、固化混拌中转池。6.2本项目技术方案比选6.2.1技术方案一：油气田钻井废弃物是钻井污水、钻井泥浆和岩屑的混合物，是一种相当稳定的胶态悬浮体系，含有粘土、加重材料、各种化学处理剂、污水、污油及钻屑等，危害环境的主要化学成分有烃类、盐类、各类聚合物、重金属离子、重晶石中的杂物和沥青等改性物，这些污染物具有高色度、高石油类、高COD、高悬浮物、高矿化度等特性，是石油勘探开发过程中产生的主要污染物。油气田每钻完一口井，都要在原地留下一个废弃泥浆池。一个油田有成天上万口井，就有成天上万个废弃泥浆池，每个泥浆池中的钻井废弃物少则几百万方，多则几天方。这些废弃物若在井场堆放或掩埋，一旦被水浸泡、河流冲刷，就会对周围的土壤、水源、农田和空气造成十分严重的污染。对钻井废弃物进行不落地随钻处理和综合利用是根治钻井废弃物污染的必由之路。在此之前，大部分油气田都采用了固化填埋的方法对钻井废弃物进行处理。实际上，固化法就是向钻井废弃物中加入大量的固化剂（占废弃物总量的1/3左右），使其中的水分被吸附后就地掩埋。所加入的固化剂主要有：粉煤灰、石灰、水玻璃等。这就大大地增加了废弃物的总量和综合利用的成本。更严重的是，掩埋后废弃物的浸出液仍然会对地下水产生严重的污染。1工艺流程本方案的目的是提供固液分离、分类处理、综合利用的用于油气田钻井废弃物不落地随钻处理工艺，他克服了其他技术存在的落地后单一性处理的缺点，本方案是为钻井最终消灭泥浆池污染和减少占地为目的，他可以对从井口返出的钻井废弃物在落地之前进行随钻处理，也可以将废弃泥浆池中废弃泥浆稀释后再进行分类处理，实现无害化综合利用。整体工艺能做到从钻井废弃物中分离出的岩屑被清洗干净后可作为混凝土骨料加以利用；清洗岩屑产生的泥浆水经加药、脱稳、絮凝、固液分离后形成泥饼，可与粘土或页岩粉按比例掺和用来烧砖；分离出的滤液水经过脱稳、絮凝、气浮、氧化和吸附过滤等预处理工艺，去除主要污染物，可用于油田回注、回灌安全地层或达标排放；污水经过超滤、反渗透脱盐等方法的深度处理后，可以达到农田灌溉水质标准。钻井废弃物不落地随钻处理的工艺过程是：1、钻井废弃物岩屑分离清洗、泥浆脱稳、固液分离和泥饼利用。由钻井振动筛排出的含有岩屑的废弃物通过一套螺旋式输送装置送入由三个单元组成的岩屑分离清洗装置的第一单元——振动筛洗沙器上。首先用钻井污水喷淋在振动前行且粘附着泥浆的岩屑上，使岩屑所粘附的大部分泥浆脱落。离开振动筛洗沙器的岩屑落入第二单元的一个螺旋砂水分离清洗器中，岩屑在这里随螺旋推进装置上升中又受到含有破稳剂、混凝剂等药品的预处理水的喷淋，使其所粘附的剩余有害物质得到清除，洗后污水进入其下方的污水箱中；由第二单元的砂水分离清洗器排出的岩屑落入第三单元的砂水分离清洗器中，岩屑在这里随螺旋推进装置上升中又得到少量清水的喷淋，使其所粘附的盐类和有害物质进一步得到清除。在第三单元喷淋中清水用量很少，循环使用能做到节约用水。在振动筛清洗器和每个螺旋砂水分离清洗器的下方都有污水箱，用于盛装清洗岩屑所产生的污水，便于用泵来循环清洗。2、经清洗后岩屑浸出液的污染物指标达到国家标准的要求，可作为建筑材料或用来硬化井场地面。将岩屑清洗后所产生的泥浆水从污水箱中泵入泥浆脱稳和固液分离装置中。在这里，经过加药、搅拌后脱稳的泥浆水又被泵入压滤机中，进行固液分离，分离出的固相被压成泥饼；压滤机脱出的滤液污水进入污水处理装置中处理。泥浆池里现有的钻井废弃物也可泵入泥浆脱稳和固液分离装置中，开始进行处理，以解决在当前的排放方式下固液分离的难题。2工艺流程说明本方案是可以对从井口返出的钻井废弃物在落地之前进行随钻处理，也可以将废弃泥浆池中的废弃泥浆稀释后再进行分类处理利用，实现钻井环保装置撬装化。从钻井废弃物中分离出的岩屑被清洗干净后可作为混凝土骨料加以利用；清洗岩屑产生的泥浆水经加药、脱稳、絮凝、固液分离后形成泥饼，可与粘土或页岩按比例掺和用来烧砖；分离出的滤液水经过脱稳、絮凝、气浮、氧化和吸附过滤等预处理工艺，去除主要污染物，可用于油田回注、回灌安全地层或达标排放；污水经污水处理系统处理后，可以达标排放。氧化剂加药加药排至污水处理污水污水来自钻井振动筛的岩屑泥浆水岩屑清洗利用泥浆分离和固液分离污水脱稳气浮氧化后强制过滤泥浆池（罐）的废弃泥浆浮渣进泥浆罐再处理泥饼与粘土掺和制砖洗净的岩屑做建筑骨料3主要设备选型序号设备名称规格型号数量单位技术参数备注1螺旋式输送装置2台2振动筛洗沙器1台3螺旋砂水分离清洗器1台4加药系统装置1套5固液分离系统装置1台滤袋式压滤机/卧式螺旋离心机/板框压滤机6喷淋系统装置1套7污水联箱1套压滤机一压滤机二图螺旋砂水分离器6.2.2技术方案二1工艺流程钻井过程中来自钻井液振动筛、除砂除泥(或一体机)、离心机等钻井液净化设备产生的岩屑进人岩屑槽中，由岩屑槽排入螺旋输送机，进入到螺旋输送机中的岩屑依靠轴流电动机带动的螺杆推进作用进入甩干机中，甩干机利用离心原理实现固液分离，甩干后的岩屑通过第2段螺旋输送机的推进到达岩屑集中收集口；从甩干机分离出来的钻井液进入钻井液收集罐。详细流程见图污水处理系统岩屑回收堆放钻井液净化装置岩屑槽螺旋输送机螺旋输送机2岩屑甩干机图工艺流程图2关键设备工作原理说明1)螺旋输送机：——结构及特点：无轴螺旋输送机主要由驱动电机、减速机、螺旋体、U形输送槽、耐磨衬套、轴承箱体和支架等部件组成，其特点如下:(1)采用无轴螺旋工艺，与物料接触面积小，摩擦力小，无堵塞；(2)螺旋叶片采用高厚度16Mn铸钢焊接，经久耐用；(3)螺旋输送机的支撑采用整休压制u形槽结构，强度高，带有可拆卸上盖板，便于观察物料输送情况；(4)螺旋输送机的U形槽和无轴螺旋之间采用可以快速拆卸的耐磨衬套，使用寿命长，维修操作方便；(5)匀采用摆线针轮减速机，噪声小、传动平稳、使用寿命长。——主要技术参数：型号：WLS300-8/7主体直径：300mm输送量：20m3/h输送距离：8/7m电机功率：7.5kw。2)岩屑甩干机——设备组成(岩屑甩干机)该设备主要由进料漏斗、锥形盖.锥形体、导片、筛布架、筛布、转动体、马达、转动胶带和支架等组成.——工作原理和结构特点：通过螺旋输送机输送过来的含油湿岩屑经过进料口进入甩干机的进料漏斗到达锥形盖，通过锥形体和导片的加速，含油温岩屑到达旋转体的部，依靠重力和离心力的作用，岩屑沿锥形休的旋转体向下运动，随若锥形体截面的不断增大，最终岩屑在旋转体的底部获得最大的离心力，这时密度较轻的钻井液沿旋转休的切向通过排液管到达钻井液收集罐，分离出来的岩屑依靠重力从甩干机的底部排出，再通过下级螺旋输送机的推进作用到达集中收集口。岩屑甩干机处理量达到40t/h。3主要设备选型序号设备名称规格型号数量单位技术参数备注1螺旋输送机WLS300-8/72