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一种水基废弃 钻井液无害化处理工艺

阅读：314发布：2020-05-20

专利汇可以提供一种水基废弃钻井液无害化处理工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种水基废弃钻井液无害化处理工艺，包括稀释中和、破胶反应、离心分离、氧化处理、固化处理5个步骤，处理后的废弃钻井液废水和固化物的浸出液的pH值、色度、COD、等主要指标均可达到GB8978-1996《污水综合排放标准》二级标准；处理后的废液可以二次利用，如井场配浆用水、井场洒水、回流市政排污管道等。，下面是一种水基废弃钻井液无害化处理工艺专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种水基废弃钻井液无害化处理工艺，其特征在于，包括下列处理步骤：
（1）稀释中和：将待处理的废弃钻井液泵入到破胶反应罐中，向破胶反应罐中加入水和pH调节剂，进行稀释中和；
（2）破胶反应：向步骤（1）所得的液料中加入破胶剂并搅拌均匀，然后静置反应；在终止反应后加入石灰乳调节出水pH 值至中性，然后静置沉降；
所述破胶剂为MgCl2和AlCl3的混合物，添加量为步骤（1）中所得液料重量的1%-2%，加入后的搅拌时间为10-30min，搅拌机转速为50-100r/min，搅拌均匀后静置反应的时间为12-
24h；静置沉降的时间24-48h；
（3）离心分离：将步骤（2）所得的液料泵入离心机进行离心分离，分离所得的废渣进入固化处理步骤，分离所得的废液进入氧化处理步骤；
（4）氧化处理：步骤（3）离心机分离出的废液进入氧化反应沉降罐，向废液中加入稀硫酸调整pH 值为5，然后加入浓度为30%的H2O2溶液，再加入浓度为10%的催化剂FeSO4·7H2O 溶液，在搅拌机转速为50-100r/min的条件下搅拌10-30min，搅拌均匀后静置氧化，静置反应的时间12-24h，在终止反应后加入石灰乳调节出水pH 值为7；静置沉降所得的泥浆进入固化处理步骤，沉降出水达标排放或回用；
（5）固化处理：将步骤（3）所得的废渣和步骤（4）和泥浆置于废浆池中，加入固化剂进行固化处理后达标填埋。
2.根据权利要求1所述的水基废弃钻井液无害化处理工艺，其特征在于，步骤（1）中所述pH调节剂是石灰乳Ca(OH)2，将废液的pH值调节至6-10。
3.根据权利要求1所述的水基废弃钻井液无害化处理工艺，其特征在于，步骤（2）所述破胶剂中MgCl2和AlCl3的比例1:0.5-1。
4.根据权利要求1所述的水基废弃钻井液无害化处理工艺，其特征在于，步骤（3）中所述离心机的进液流量为10 m3/h，转速控制在1800-2200r/min。
5.根据权利要求1所述的水基废弃钻井液无害化处理工艺，其特征在于，步骤（3）中当经过离心机处理后，排出的水呈深色或浑浊状态时，在离心机的进口管路中加入破胶剂，加入量为步骤（2）中所得液料重量的1%-2%；所述破胶剂为MgCl2和AlCl3的混合物。
6.根据权利要求1所述的水基废弃钻井液无害化处理工艺，其特征在于，步骤（4）中所述H2O2加入的量为：每升废液中加入30g；所述FeSO4·7H2O 溶液加入的量为：每升废液中加入600mg，所述FeSO4·7H2O 溶液的pH值为5。
7.根据权利要求1所述的水基废弃钻井液无害化处理工艺，其特征在于，步骤（5）中所述固化剂为粉煤灰、氧化镁和六水合氯化镁，加入量为：每100 g钻井废弃固相加入氧化镁
36g、六水合氯化镁16g、粉煤灰35g。
8.根据权利要求1所述的水基废弃钻井液无害化处理工艺，其特征在于，步骤（5）中所述固化剂的加入顺序为：先依次加入粉煤灰、氧化镁，混合搅拌，搅拌时间为10-30min，搅拌机转速为50-100r/min，搅拌均匀后，再加入六水合氯化镁水溶液搅拌，搅拌时间为10-
30min，搅拌机转速为50-100r/min，搅拌均匀后，将混合料压实成型，晾干或烘干，得到最终的固化废弃物。

说明书全文

一种水基废弃 钻井液无害化处理工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及钻井技术领域，具体涉及一种水基废弃钻井液无害化处理工艺。

背景技术

[0002] 在钻井作业完成之后，大部分钻井液通常都要被废弃掉，成为钻井作业中数量最多、环境影响最大的污染源。其中油田钻井产生的废弃钻井液为主要污染源，水井等其他钻井次之。油田的废弃钻井液，固相、液相组合而成的有害物质成分复杂，废液量大，使得其处理技术存在工艺相对复杂，处理剂成本昂贵，处理设备庞大等问题。水井水基废弃钻井液，其主要成分是无机盐、碱、性能添加剂等，仍具有不同程度的毒性，对环境可造成直接和潜在的损害。其相比油田油基废弃钻井液，具有低毒、量少等特性。

[0003] 但是目前，水井产生的废弃钻井液几乎不作处理，全部就地掩埋，或者通过运输，排放到沟渠等无用空地，最终形成固废或者危险废弃堆积物，受到地表雨水的浸润淋漓影响，汇集成渗滤液，渗透到地下含水层及其它存储空间中，其中的有毒有害成分对环境、土壤、河流及地下水造成了很大的污染。在水井领域，缺少废弃钻井液无害化处理配方研究应用实例。

[0004] 随着国家对环境保护的日益重视和人们环保意识的不断提高，油田企业所面临的环保压力越来越大。油基废弃钻井液处理技术研究与应用在国内油田钻井中已得到广泛研究和大规模应用，目前，国内油田对油基废弃钻井液处理设备体积大、高成本高能耗、处理能力偏大、处理流程复杂、后期维护成本高等缺点。而水井水基废弃钻井液产量小，废弃钻井液成分简单，油田传统处理方法和设备并不适合处理水井水基废弃钻井液，因此研究一种水基废弃钻井液的无害化处理技术是及有必要的。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种处理效果好、避免污染环境的水基废弃钻井液无害化处理工艺。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：设计一种水基废弃钻井液无害化处理工艺，包括下列处理步骤：
（1）稀释中和：将待处理的废弃钻井液泵入到破胶反应罐中，向破胶反应罐中加入水和pH调节剂，进行稀释中和；
（2）破胶反应：向步骤（1）所得的液料中加入破胶剂MgCl2和AlCl3并搅拌均匀，然后静置反应；在终止反应后加入石灰乳调节出水pH 值至中性，然后静置沉降；
所述破胶剂为MgCl2和AlCl3的混合物，添加量为步骤（1）中所得液料重量的1%-2%，加入后的搅拌时间为10-30min，搅拌机转速为50-100r/min，搅拌均匀后静置反应的时间为
12-24h；静置沉降的时间24-48h；
（3）离心分离：将步骤（2）所得的液料泵入离心机进行离心分离，分离所得的废渣进入固化处理步骤，分离所得的废液进入氧化处理步骤；
（4）氧化处理：步骤（3）离心机分离出的废液进入氧化反应沉降罐，向废液中加入稀硫酸调整pH 值为5，然后加入浓度为30%的H2O2溶液，再加入浓度为10%的催化剂FeSO4·7H2O 溶液，在搅拌机转速为50-100r/min的条件下搅拌10-30min，搅拌均匀后静置氧化，静置反应的时间12-24h，在终止反应后加入石灰乳调节出水pH 值为7；静置沉降所得的泥浆进入固化处理步骤，沉降出水达标排放或回用；
（5）固化处理：将步骤（3）所得的废渣和步骤（4）和泥浆置于废浆池中，加入固化剂进行固化处理后达标填埋。

[0007] 优选的，步骤（1）中所述pH调节剂是石灰乳Ca(OH)2，将废液的pH值调节至6-10。

[0008] 优选的，步骤（2）所述破胶剂中MgCl2和AlCl3的比例1:0.5-1。

[0009] 优选的，步骤（3）中所述离心机的进液流量为10 m3/h，转速控制在1800-2200r/min。

[0010] 优选的，步骤（3）中当经过离心机处理后，排出的水呈深色或浑浊状态时，在离心机的进口管路中加入破胶剂，加入量为步骤（2）中所得液料重量的1%-2%；所述破胶剂为MgCl2和AlCl3的混合物。

[0011] 优选的，步骤（4）中所述H2O2加入的量为：每升废液中加入30g；所述FeSO4·7H2O 溶液加入的量为：每升废液中加入600mg，所述FeSO4·7H2O 溶液的pH值为5。

[0012] 优选的，步骤（5）中所述固化剂为粉煤灰、氧化镁和六水合氯化镁，加入量为：每100 g钻井废弃固相加入氧化镁36g、六水合氯化镁16g、粉煤灰35g。

[0013] 优选的，步骤（5）中所述固化剂的加入顺序为：先依次加入粉煤灰、氧化镁，混合搅拌，搅拌时间为10-30min，搅拌机转速为50-100r/min，搅拌均匀后，再加入六水合氯化镁水溶液搅拌，搅拌时间为10-30min，搅拌机转速为50-100r/min，搅拌均匀后，将混合料压实成型，晾干或烘干，得到最终的固化废弃物。

[0014] 上述水基废弃钻井液无害化处理工艺采用如下装置：该装置包括废弃钻井液池、破胶反应罐、氧化反应沉降罐、废浆池和加料机构；在所述废弃钻井液池和破胶反应罐之间设有总进料泵，用于将废弃钻井液输送到所述破胶反应罐内；在所述破胶反应罐和氧化反应沉降罐之间设有离心进料泵和离心机，所述离心进料泵用于将破胶反应罐内的液料输送到离心机内，所述离心机的出液口通过管道连通至所述氧化反应沉降罐，所述离心机的废渣出口连通至所述废浆池；所述氧化反应沉降罐的出液口连接有外排输水泵，用于将处理后的清水达标排放或回用；所述氧化反应沉降罐的泥浆出口连通至所述废浆池；所述加料机构包括多组配液储液罐，每个配液储液罐对应连接一个药剂进料泵，至少一组加药机构对应连通至所述破胶反应罐，至少一组加药机构对应连通至所述氧化反应沉降罐。

[0015] 进一步的，所述加料机构还包括清水罐，以及与所述清水罐对应连接的清水泵，所述清水泵通过管道分别连通至所述破胶反应罐、氧化反应沉降罐以及各个配液储液罐。

[0016] 本发明的有益效果在于：（1）通过加入MgCl2和AlCl3的混合物破胶剂，可以快速实现废弃钻井液破胶反应，实现最大化的固液分层，去除废弃钻井液中的大部分悬浮物和胶体污染物，色度指标由原来的
100下降至50，低于允许排放标准80；同时，COD也有大幅度降低，指标由原来的15100下降至
3500；其中，对于膨润土钻井液体系，通过加入MgCl2和AlCl3的混合物破胶剂，处理后的色度和COD可以直接达到GB8978-1996《污水综合排放标准》二级标准，无需再进行后续其他处理工艺。

[0017] （2）在pH 值为5的条件下，加入H2O2和FeSO4·7H2O的混合氧化剂，可以大量去除废弃钻井液中溶解的有机物，COD去除率可达92.79%，可以达到GB8978-1996《污水综合排放标准》二级标准，且该混合氧化剂性能稳定，配制简单，容易操作，具有较好的应用性。

[0018] （3）由氧化镁、六水合氯化镁、粉煤灰组成的混合固化剂，与单一的固化剂相比，具有优良的固化成型效果，其中，六水合氯化镁和氧化镁组成的氯氧镁固化材料是一种气硬性材料，具有很高的强度，因此经氯氧镁复合固化体系固化后的材料抗压强度较高；粉煤灰具有类水泥的性质，可参与胶结，对废弃钻井液中的固体物质实现最大化的包裹和固结。其处理后的固体废弃物可达到“可固结成型，表面较硬，有一定的强度，手指难将其压碎”的效果，同时浸出液的色度、COD、pH值均符合GB8978-1996《污水综合排放标准》二级标准。

[0019] （4）该处理工艺处理流程简单，可操作性强，处理效果好，可以广泛适用于水基废弃钻井液处理。

[0020] （5）采用本发明水基废弃钻井液无害化处理工艺处理后的废液可以二次利用，如井场配浆用水、井场洒水、回流市政排污管道等；固结后的固体废弃物可以就地填埋，对周围环境无不良影响，最终实现废弃钻井液的无害化处理。附图说明

[0021] 图1是本发明水基废弃钻井液无害化处理工艺采用的装置示意图；图中标号：1废弃钻井液池，2破胶反应罐，3氧化反应沉降罐，4废浆池，5总进料泵，6离心进料泵，7离心机，8外排输水泵，9配液储液罐，10药剂进料泵，11清水罐，12清水泵。

具体实施方式

[0022] 下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。

[0023] 实施例1：一种水基废弃钻井液无害化处理工艺，其特征在于，包括下列处理步骤：（1）稀释中和：将待处理的废弃钻井液泵入到破胶反应罐中，向破胶反应罐中加入水和pH调节剂，进行稀释中和；所述pH调节剂是石灰乳Ca(OH)2，将废液的pH值调节至6-10。

[0024] （2）破胶反应：向步骤（1）所得的液料中加入破胶剂MgCl2和AlCl3并搅拌均匀，然后静置反应；在终止反应后加入石灰乳调节出水pH 值至中性，然后静置沉降；所述破胶剂为MgCl2和AlCl3的混合物，添加量为步骤（1）中所得液料重量的1%-2%，加入后的搅拌时间为10-30min，搅拌机转速为50-100r/min，搅拌均匀后静置反应的时间为
12-24h；静置沉降的时间24-48h；其中，破胶剂中MgCl2和AlCl3的比例1:0.5-1。

[0025] （3）离心分离：将步骤（2）所得的液料泵入离心机进行离心分离，分离所得的废渣进入固化处理步骤，分离所得的废液进入氧化处理步骤；所述离心机的进液流量为10 m3/h，转速控制在1800-2200r/min。

[0026] 经过离心机处理后，排出的水呈深色或浑浊状态时，在离心机的进口管路中加入破胶剂，加入量为步骤（2）中所得液料重量的1%-2%；所述破胶剂为MgCl2和AlCl3的混合物。

[0027] （4）氧化处理：步骤（3）离心机分离出的废液进入氧化反应沉降罐，向废液中加入稀硫酸调整pH 值为5，然后加入浓度为30%的H2O2溶液，再加入浓度为10%的催化剂FeSO4·7H2O 溶液，在搅拌机转速为50-100r/min的条件下搅拌10-30min，搅拌均匀后静置氧化，静置反应的时间12-24h，在终止反应后加入石灰乳调节出水pH 值为7；静置沉降所得的泥浆进入固化处理步骤，沉降出水达标排放或回用。其中，H2O2加入的量为：每升废液中加入30g；
FeSO4·7H2O 溶液加入的量为：每升废液中加入600mg，所述FeSO4·7H2O 溶液的pH值为5。

[0028] 在氧化脱稳实验过程中，影响效果的主要因素包括: Fe2+浓度、H2O2 浓度、pH值。为确定上述因素对废弃钻井液氧化的影响大小，筛选出最佳工艺条件，设计三因素三水平正交实验表进行实验，以 COD 值表氧化征脱稳效果。极差分析表明，影响钻井液稳定性的因素依次为: Fe2+浓度、H2O2 浓度、pH值。最优脱稳反应条件为，Fe2+为600mg/L，H2O2为30g/ L， pH 值为5。

[0029] 氧化脱稳因素水平试验结果见下表1。氧化脱稳正交试验结果见下表2。

[0030] （5）固化处理：将步骤（3）所得的废渣和步骤（4）和泥浆置于废浆池中，加入固化剂进行固化处理后达标填埋。

[0031] 所述固化剂为粉煤灰、氧化镁和六水合氯化镁，加入量为：每100 g钻井废弃固相加入氧化镁36g、六水合氯化镁16g、粉煤灰35g。所述固化剂的加入顺序为：先依次加入粉煤灰、氧化镁，混合搅拌，搅拌时间为10-30min，搅拌机转速为50-100r/min，搅拌均匀后，再加入六水合氯化镁水溶液搅拌，搅拌时间为10-30min，搅拌机转速为50-100r/min，搅拌均匀后，将混合料压实成型，晾干或烘干，得到最终的固化废弃物。

[0032] 由氧化镁、六水合氯化镁、粉煤灰等组份组成的固化剂具有优良的固化成型效果，其中，六水合氯化镁对钻井废弃固相固化强度的影响最大，其次为氧化镁。由两者组成的氯氧镁固化材料是一种气硬性材料，其主要水化产物是5Mg(OH)2 MgCl2 8H2O（518相，也称5相）、3Mg(OH)2 MgCl2 8H2O（318相，也称3相）、碳氯氧镁相和Mg(OH)2，这些材料具有很高的强度，因此经氯氧镁复合固化体系固化后的材料抗压强度较高；粉煤灰具有一定的惰性，但是其潜在的水化物质决定了在一定条件下可以水化，参与胶结，具有类水泥的性质。粉煤灰主要是通过填充作用改善氯氧镁材料在养护过程中膨胀和翘曲，同时，利用粉煤灰的低温水化活性，提高浆体的和易性，缓解钻井泥浆中膨润土颗粒对水泥颗粒絮凝成团的破坏作用。

[0033] 本发明处理工艺采用的水基废弃钻井液无害化处理装置，参见图1，包括废弃钻井液池1、破胶反应罐2、氧化反应沉降罐3、废浆池4和加料机构；在废弃钻井液池1和破胶反应罐2之间设有总进料泵5，用于将废弃钻井液输送到破胶反应罐2内。

[0034] 在破胶反应罐2和氧化反应沉降罐3之间设有离心进料泵6和离心机7，离心进料泵6用于将破胶反应罐2内的液料输送到离心机7内，离心机7的出液口通过管道连通至氧化反应沉降罐3，离心机7的废渣出口连通至废浆池4；氧化反应沉降罐3的出液口连接有外排输水泵8，用于将处理后的清水达标排放或回用；氧化反应沉降罐3的泥浆出口连通至废浆池
4。

[0035] 加料机构包括多组配液储液罐9，每个配液储液罐9对应连接一个药剂进料泵10，至少一组加药机构对应连通至破胶反应罐2，至少一组加药机构对应连通至氧化反应沉降罐3；加料机构还包括清水罐11，以及与清水罐11对应连接的清水泵12，清水泵12通过管道分别连通至破胶反应罐2、氧化反应沉降罐3以及各个配液储液罐9。本实施例中，配液储液罐9为四组，连通至破胶反应罐2的加药机构为两组，连通至氧化反应沉降罐3的加药机构为两组。

[0036] 其中，破胶反应罐为带机械搅拌功能的破胶反应罐，用于稀释、中和反应、破胶反应，有效容积15m3左右。总进料泵用于从泥浆池抽取废弃钻井液进入破胶反应罐，排量50 m3/h左右。氧化反应沉降罐为带机械搅拌功能的氧化反应沉降罐，用于氧化、沉降，有效容积10 m33左右。离心机用于破胶反应后浆料的固液分离，保障出水悬浮物达标，处理能力为50 m3/h，转速为1800 2400r/min，可用两台离心机轮换工作。离心进料泵用于破胶反应罐出~
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料、离心机喂料，排量30 m h左右。外排输水泵用于泵出达标处理后的废水，排量30 m h左右。清水泵用于提供稀释用水和氧化剂、pH调节剂溶液配液用水，排量20 m3/h左右。药剂进料泵用于药剂溶液的加料泵，包括破胶剂、絮凝剂、氧化剂、pH调节药剂等，排量5 m3/h左右。药剂配液储液罐用于固体药剂的配液储液、液体药剂的储液。固体药剂的配液储液罐应带搅拌装置，有效容积500L左右。

[0037] 通过在河南区域内5眼水井取样，获得了具有代表性和普遍性的水基废弃钻井液。按照上述试验步骤和处理剂配方，进行了试验处理，处理后的废弃钻井液废水和固化物的浸出液的pH值、色度、COD、等主要指标均可达到GB8978-1996《污水综合排放标准》二级标准，即PH值：6-9；色度（稀释倍数）：80倍；化学需氧量（COD）：150 mg/L。处理后的废液可以二次利用，如井场配浆用水、井场洒水、回流市政排污管道等。试验水质分析结果见下表3。

[0038] 上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

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