專利名稱：一種用于油田鉆井廢水處理的集成化工藝和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是處理油氣田鉆井廢水并使之達(dá)標(biāo)排放的方法與裝置。
油氣田鉆井過(guò)程中，要產(chǎn)生一部分鉆井廢水，其具體來(lái)源如下。①?gòu)U棄泥漿鉆井過(guò)程中，需要大量使用泥漿，它具有清除井底巖屑、平衡地層壓力、冷卻潤(rùn)滑鉆頭等多項(xiàng)重要功能。由于污染變質(zhì)、稀釋、老化等原因，泥漿在使用一定時(shí)間后成為廢棄泥漿被排放到廢水池中；②泥漿散落鉆井過(guò)程中，泥漿要經(jīng)過(guò)一個(gè)往復(fù)的循環(huán)系統(tǒng)才能發(fā)揮其功能，泥漿散落主要是通過(guò)地面循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生，如井口、泥漿槽、泥漿凈化設(shè)備等處容易散落泥漿。這部分散落的泥漿也進(jìn)入鉆井廢水池而成為鉆井廢水的一部分；③巖屑鉆井過(guò)程中要產(chǎn)生大量的巖屑，且?guī)r屑也會(huì)吸附泥漿，巖屑會(huì)在沖洗及雨水沖刷過(guò)程中與被吸附的泥漿一起進(jìn)入鉆井廢水池；④鉆井設(shè)備的沖洗在起鉆過(guò)程中，對(duì)鉆具及振動(dòng)篩的沖洗，泥漿罐的淘洗(鉆井一段時(shí)間后，泥漿罐內(nèi)會(huì)沉積較多的巖屑)，都將產(chǎn)生一定量的廢水；⑤鉆井過(guò)程中的酸化和固井作業(yè)產(chǎn)生一定量的廢水；⑥鉆井事故，特別是井噴也會(huì)產(chǎn)生一部分廢水；⑦儲(chǔ)油罐、機(jī)械設(shè)備的油料散落；⑧雨水。
由于鉆井泥漿中添加了大量泥漿處理劑，鉆井廢水水質(zhì)非常復(fù)雜。其主要表征為①CODCr濃度高，通常在數(shù)千至數(shù)萬(wàn)mg/l的范圍內(nèi)，而且大部分是生物難降解的有機(jī)物；②色度較高；③固體懸浮物含量較多。
通常在鉆井現(xiàn)場(chǎng)開挖一個(gè)鉆井廢水池來(lái)儲(chǔ)存這部分廢水，這樣容易引起土壤、地表和地下水污染。因此，鉆井作業(yè)完成之后，必須對(duì)它們進(jìn)行無(wú)害化處理。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)在鉆井廢水處理技術(shù)開發(fā)方面投入了很大的力量，也形成了一些有效的技術(shù)，現(xiàn)將近年來(lái)國(guó)內(nèi)外開發(fā)和使用的一些處理技術(shù)概述如下。
①注入安全地層法。此法是將鉆井廢水通過(guò)深井注入地層。必須選擇合適的，壓裂梯度較低、周圍不滲透的安全地層。由于這種方法有可能給地下水或油層帶來(lái)污染，該方法在美國(guó)受到限制。加拿大在使用本法時(shí)，對(duì)地層條件有嚴(yán)格要求，要求處理層位深度必須大于600米。該法適合于油基和水基鉆井液處理。
由于本方法要求在將廢水回注于地層前，必須對(duì)所選地層進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)，在分析確定地層的孔隙度和滲透率以及所選地層的容量后，才能進(jìn)行回注，并且只有采用高壓柱塞泵才能將廢水打入地層，因而造成處理成本相對(duì)較高，一般約為15元/噸。
②回填法。回填儲(chǔ)存廢棄泥漿是一種花錢較少而又普遍采用的方法。在回填作業(yè)之前，首先應(yīng)將儲(chǔ)存坑內(nèi)廢物沉降分離，待上層的水澄清，必要時(shí)加入一些混凝劑。達(dá)到規(guī)定水質(zhì)后，就地排放。剩下污泥待其干燥到一定程度后即可在儲(chǔ)存坑內(nèi)就地填埋，一般頂部要保持1～1.5米厚度的表土層，注意使儲(chǔ)存坑周圍恢復(fù)到該區(qū)原來(lái)的輪廓并使表層土壤平整。本法主要用于水基鉆井液產(chǎn)生的廢水處理，且適合用于干旱少雨地區(qū)的鉆井廢水處理。
③固化法。此法系向水基鉆井液或鉆井液沉積物中加入固化劑，使之轉(zhuǎn)化成象土壤一樣的固體，填埋在原處或用作建筑材料。這種方法能較大程度地消除廢鉆井液中的金屬離子和有機(jī)物對(duì)土壤的侵蝕，從而減少?gòu)U鉆井液對(duì)環(huán)境的影響和危害，同時(shí)又可保證廢鉆井液的儲(chǔ)存坑在鉆井過(guò)程一結(jié)束即能還耕，不必長(zhǎng)時(shí)間等待廢鉆井液組分的凝固。這是目前在俄羅斯應(yīng)用較多一個(gè)方法。
“九五”期間，在我國(guó)，江漢石油學(xué)院與江蘇油田針對(duì)本油田鉆井廢水的性質(zhì)，采用機(jī)械脫水首先使鉆井廢水與廢棄泥漿進(jìn)行固液分離，對(duì)分離后的廢水采用酸化、混凝工藝進(jìn)行處理，并根據(jù)處理過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄泥漿及污泥的性質(zhì)開發(fā)了一種固化劑配方，使之直接在井場(chǎng)固化；處理后的廢水排放到地面水體。該處理技術(shù)能有效對(duì)鉆井廢棄液進(jìn)行固液分離，所開發(fā)的固化劑配方能有效地處理廢棄泥漿，經(jīng)固化后的廢棄泥漿在硬度、耐酸堿、高低溫溶出等方面都能滿足要求，對(duì)有些體系的鉆井廢水處理后水質(zhì)能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但是對(duì)三磺體系(磺化瀝青、磺化栲膠、磺化酚醛樹脂)的鉆井廢水，處理后COD值約為200～300mg/l，不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。
④回收利用法。廢鉆井液采取回收利用的方法可以降低環(huán)境污染程度，并獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。目前已開發(fā)出以下幾種回用方法利用脫水裝置脫水并回收鉆井液、噴霧干燥法回收鉆井廢液中的有用成份和再循環(huán)使用。但沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用。
⑤物理化學(xué)組合技術(shù)處理鉆井廢水目前國(guó)內(nèi)主要開發(fā)了以混凝工藝為主的處理技術(shù)，其工藝流程如下 該工藝能使油基和水基泥漿體系的鉆井廢水經(jīng)處理后出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家綜合污水排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(CODcr值為150mg/l)，其處理成本在2～3元/噸范圍內(nèi)。但是，該設(shè)備存在混凝效果不理想、出水SS較高、不適合處理高濁高COD鉆井廢水、設(shè)備易腐蝕等缺點(diǎn)。
現(xiàn)有處理技術(shù)普遍存在的問(wèn)題●不能滿足國(guó)內(nèi)常用三磺泥漿等體系鉆井廢水處理達(dá)標(biāo)排放的要求；●固定投資和運(yùn)行成本相對(duì)較高；因此本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有處理技術(shù)存在的問(wèn)題，旨在開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)而又實(shí)用的鉆井廢水的處理工藝與裝置，以解決我國(guó)石油行業(yè)鉆井廢水的處理難題。

發(fā)明內(nèi)容
為了使石油行業(yè)各種鉆井泥漿體系產(chǎn)生的廢水經(jīng)過(guò)處理后達(dá)到國(guó)家污水外排標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明選取了處理難度較大的某油田三磺泥漿體系產(chǎn)生的鉆井廢水作為研究對(duì)象進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，廢水中80％以上的COD為大分子有機(jī)物，這部分高分子有機(jī)物以及不溶性物質(zhì)可以通過(guò)混凝的方式得到高效去除，經(jīng)過(guò)混凝及相應(yīng)的固液分離處理后殘留于被處理液中的溶解性有機(jī)物在化學(xué)氧化作用下得到分解，發(fā)生部分礦化，剩余有機(jī)物的可生化性也會(huì)由于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化而得到顯著改善，因此，通過(guò)化學(xué)氧化技術(shù)處理后的鉆井廢水經(jīng)過(guò)生物處理，其中的溶解性有機(jī)物可以得到進(jìn)一步的去除，從而保證了被處理水的達(dá)標(biāo)排放，這就是本發(fā)明的權(quán)利要求書第一項(xiàng)的內(nèi)容。
在研究中發(fā)現(xiàn)，鐵系、鋁系絮凝劑均可有效去除高分子有機(jī)污染物，兩者混合起來(lái)使用，可以進(jìn)一步降低被處理水中有機(jī)物的含量；各種氧化技術(shù)如Fenton氧化、O3氧化等均可以有效地降低廢水的COD含量，并提高廢水的可生化性；生物處理使用生物膜技術(shù)或膜生物反應(yīng)器技術(shù)對(duì)于間歇式產(chǎn)生的鉆井廢水處理具有處理效果穩(wěn)定、管理方便、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的特點(diǎn)。這些研究成果形成了本發(fā)明的權(quán)利要求書第二項(xiàng)的內(nèi)容。
根據(jù)上述研究成果開發(fā)了一套用于處理鉆井廢水的包含混凝及相應(yīng)的固液分離設(shè)備單元、化學(xué)氧化設(shè)備單元與生物處理設(shè)備單元的集成化裝置，以解決目前我國(guó)油氣田鉆井廢水外排達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，這就是本發(fā)明的權(quán)利要求書第三項(xiàng)的內(nèi)容。
根據(jù)油氣田鉆井廢水污染源具有點(diǎn)多、面廣及周圍環(huán)境條件復(fù)雜的特點(diǎn)，發(fā)明人開發(fā)了一種可以用卡車或拖車遷移的固定于一個(gè)或數(shù)個(gè)基板上的撬裝式設(shè)備，以便該設(shè)備能夠根據(jù)需要在不同地點(diǎn)循環(huán)使用。這就是本發(fā)明的權(quán)利要求書第四項(xiàng)的內(nèi)容。
本發(fā)明的主要技術(shù)方案如下鉆井廢水首先經(jīng)過(guò)混凝預(yù)處理，混凝劑可以用鐵系、鋁系無(wú)機(jī)絮凝劑如聚鐵、聚鋁或鐵鋁系復(fù)合絮凝劑或這些絮凝劑的組合。在pH值4～7、藥劑投加量50～300mg/l(以鐵或鋁含量計(jì))的條件下，被處理液中大部分高分子有機(jī)物和不溶性物質(zhì)將得到去除。為了改善混凝絮體的形態(tài)，提高后續(xù)的固液分離效率，可以適當(dāng)使用有機(jī)高分子絮凝劑如聚丙烯酰胺等作為助凝劑。固液分離可以采用各種傳統(tǒng)或非傳統(tǒng)方式，如重力沉淀、氣浮、過(guò)濾、離心、膜分離等。重力沉淀池中的沉淀時(shí)間一般為1-2小時(shí)?；炷A(yù)處理后的被處理液進(jìn)入化學(xué)氧化過(guò)程，許多化學(xué)氧化技術(shù)均可使用，化學(xué)氧化技術(shù)主要是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用條件、設(shè)備制作成本以及具體情況確定。Fenton氧化的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備費(fèi)低，缺點(diǎn)是反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，反應(yīng)器大，產(chǎn)生污泥。用Fenton氧化技術(shù)，根據(jù)廢水水質(zhì)處理?xiàng)l件可以適當(dāng)調(diào)整，但通常過(guò)氧化氫和二價(jià)鐵的投加量分別為50-500mg/l和20-200mg/l，pH為3-5，反應(yīng)時(shí)間為0.5-4小時(shí)。對(duì)于Fenton氧化技術(shù)，需要另外設(shè)置一個(gè)沉淀分離池，沉淀分離池的結(jié)構(gòu)和參數(shù)可以與第一個(gè)沉淀分離池相同。O3氧化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快，反應(yīng)器緊湊，不產(chǎn)生污泥，不用調(diào)節(jié)pH，不用加藥，缺點(diǎn)是設(shè)備(臭氧發(fā)生器)費(fèi)高。使用O3氧化技術(shù)的大致條件如下臭氧投加量20-200mg/l，pH為3-11(不必控制)，反應(yīng)時(shí)間為2-20分鐘。經(jīng)過(guò)氧化處理后的廢水進(jìn)入后續(xù)的生物處理工藝。從生物處理的效果來(lái)說(shuō)，普通活性污泥法、SBR(序批式反應(yīng)器)、包括流化床和固定床在內(nèi)的生物膜反應(yīng)器、將膜分離裝置與活性污泥組合的膜生物反應(yīng)器等技術(shù)都可以保證廢水的最終達(dá)標(biāo)排放。但是，現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有專業(yè)管理人員，處理裝置要求自動(dòng)化程度高，而且廢水的排放和處理存在不連續(xù)性，考慮這些特點(diǎn)，生物處理設(shè)備單元應(yīng)選擇管理方便、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化簡(jiǎn)單的生物膜反應(yīng)器或膜生物反應(yīng)器。生物膜反應(yīng)器設(shè)備費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)低，效果穩(wěn)定，可開可停，應(yīng)用自如，但出水中含有一定的懸浮顆粒物，而且如果管理不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)設(shè)備堵塞等現(xiàn)象。反應(yīng)器的填料可以是陶粒、石塊、軟纖維等，處理時(shí)間為1-10小時(shí)，pH中性，曝氣量應(yīng)充足以保證排水液溶解氧為3mg/l以上。膜生物反應(yīng)器處理出水水質(zhì)好，效果穩(wěn)定，可開可停，應(yīng)用自如，但設(shè)備費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)用較高?？蛇x用分體式膜生物反應(yīng)器或一體式膜生物反應(yīng)器，處理時(shí)間為0.5-2小時(shí)，pH中性，曝氣量應(yīng)充足以保證排水液溶解氧為3mg/l以上。采用本發(fā)明的方法和裝置，可以在較低的處理成本下，使各種鉆井泥漿體系產(chǎn)生的鉆井廢水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家排放要求，可以解決我國(guó)油氣田鉆井廢水處理問(wèn)題。


附圖1顯示本發(fā)明的實(shí)施方案實(shí)例之一，但本發(fā)明不局限于附圖1。鉆井廢水主要經(jīng)過(guò)三個(gè)處理單元進(jìn)行處理①混凝預(yù)處理反應(yīng)池及沉淀池，根據(jù)不同水質(zhì)在合適的pH值條件下，投加一定量絮凝劑以除去大部分高分子有機(jī)物和不溶性物質(zhì)，其混凝劑種類可以是聚鐵、聚鋁、聚丙烯酰胺及其組合；反應(yīng)后廢水在沉淀池中進(jìn)行固液分離，出水進(jìn)入氧化反應(yīng)器，污泥定期排放至污泥處理系統(tǒng)。②臭氧化學(xué)氧化處理裝置，主要用來(lái)強(qiáng)化被處理液中殘余可溶解性有機(jī)物的可生化性，該高級(jí)氧化處理部分可以是Fenton氧化、O3氧化等裝置。③生物處理裝置，通過(guò)接種一定量經(jīng)過(guò)馴化后的菌種，在水力停留時(shí)間為1～10h的條件下，有效地去除被處理液中殘余的有機(jī)物。其微生物的附著方式可以各種生物填料的生物接觸氧化塔等。
具體實(shí)施例方式
在此對(duì)與本發(fā)明有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明不限于該實(shí)驗(yàn)結(jié)果。首先采用聚鋁對(duì)鉆井廢水進(jìn)行混凝預(yù)處理，在pH值為4.7的條件下不同聚鋁濃度的混凝處理效果見(jiàn)表1所示?；炷幚韺?duì)鉆井廢水中有機(jī)質(zhì)的去除有較好的效果，對(duì)TOC的去除率可達(dá)到90.9％，經(jīng)過(guò)混凝預(yù)處理后鉆井廢水的殘余TOC值約為168.5mg/l。混凝處理后的鉆井廢水采用臭氧氧化進(jìn)行氧化處理，結(jié)果見(jiàn)表2所示。從表2的結(jié)果可以看出，氧化30min后，對(duì)廢水中TOC的去除率約為54.9％，廢水BOD值從氧化前10mg/l增加到了60mg/l，BOD/TOC的值從0.06上升到了0.79。很明顯，臭氧氧化不僅能去除廢水中的有機(jī)物，而且能顯著提高廢水中有機(jī)物的可生化性。不同氧化時(shí)間處理后的鉆井廢水經(jīng)過(guò)好氧生物處理結(jié)果如表3所示，隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)后續(xù)生物處理對(duì)廢水中剩余有機(jī)質(zhì)的去除率逐漸增加，臭氧氧化10min后的廢水采用生物處理，可使廢水的TOC值降至51mg/l，可以達(dá)到外排標(biāo)準(zhǔn)。
綜上所述，本發(fā)明集成混凝處理、高級(jí)氧化和生物處理等工藝與裝置來(lái)解決石油行業(yè)鉆井廢水處理問(wèn)題，能夠使之達(dá)到國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。
表1聚鋁混凝預(yù)處理鉆井廢水的效果

表2臭氧氧化去除廢水中有機(jī)質(zhì)及強(qiáng)化其可生化性的效果

表3臭氧氧化后廢水的生物處理效果

權(quán)利要求
1.一種用于油田鉆井廢水處理的集成技術(shù)，其特征是按照混凝分離、化學(xué)氧化和生物處理的順序?qū)τ吞镢@井廢水進(jìn)行處理的一種組合工藝。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是混凝過(guò)程中使用鐵系、鋁系或兩者的混合絮凝劑；化學(xué)氧化使用Fenton氧化或O3氧化；生物處理使用生物膜技術(shù)或膜生物反應(yīng)器技術(shù)對(duì)油田鉆井廢水進(jìn)行處理的一種組合工藝。
3.一種用于油田鉆井廢水處理的集成裝置，其特征是該裝置包括①用來(lái)除去廢水中大部分高分子有機(jī)物的混凝及相應(yīng)的固液分離設(shè)備單元、②用來(lái)提高被處理液中殘余有機(jī)物可生化性的氧化處理設(shè)備單元、③用來(lái)去除被處理液中剩余有機(jī)物的生物處理設(shè)備單元以及將上述三個(gè)單元按序連接和控制的輔助設(shè)備和管路。
4.如權(quán)利要求3所述的用于油田鉆井廢水處理的集成裝置，該裝置的特點(diǎn)是可以用卡車或拖車遷移的固定于一個(gè)或數(shù)個(gè)基板上的撬裝式設(shè)備。
全文摘要
油氣田鉆井過(guò)程中要產(chǎn)生大量的鉆井廢水，鉆井施工的特殊性使得鉆井廢水具有點(diǎn)多、面廣、污染種類復(fù)雜、間歇性排放及不可控排放等特點(diǎn)，成為石油行業(yè)比較難以管理和處理的廢水之一。由于鉆井泥漿中添加了大量泥漿處理劑，鉆井廢水水質(zhì)非常復(fù)雜。本發(fā)明針對(duì)鉆井廢水的水質(zhì)特征、周圍環(huán)境及其污染源特點(diǎn)采用混凝預(yù)處理、高級(jí)氧化和生物處理集成技術(shù)對(duì)油田鉆井廢水進(jìn)行處理。首先借助混凝預(yù)處理以除去廢水中大部分有機(jī)質(zhì)，然后采用高級(jí)氧化技術(shù)在去除廢水中殘余有機(jī)質(zhì)的同時(shí)，改善廢水的可生化性，最后利用生物處理使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。該集成技術(shù)解決了油氣田鉆井廢水處理難題，具有較好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C02F9/14GK1569695SQ0314609
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2003年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月22日
發(fā)明者楊敏, 汪嚴(yán)明, 張昱, 張晶, 高迎新 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心