油田钻井废液处理工艺的探讨

王维忠 梁德权 祁广彬 中原特种车辆有限公司

陕北油田地处鄂尔多斯盆地，是典型的低渗、低压、低丰度的“三低”油气藏，多井低产、滚动开发、点多面广、地形复杂是其典型的特点。随着该地区油气开发的蓬勃发展，石油钻井作业过程中产生大量的钻井废液和被钻井液污染的钻屑被废置，并对这个地区的生态环境带来严重的危害。

目前国内油田对钻井废液的处理一般采用终端集中处理的模式，就是钻井完井工作后，对钻井产生的废物和废水进行收集和集中处理。但是，这个方式存在较大的弊端，尤其是泥浆坑池对油井周边生态及地下水资源的污染。由于陕北地区油井井位普遍分散、偏僻，受当地特殊地理环境影响，现场钻井废液一般采用日光自然曝晒蒸发，蒸发后形成的废泥浆进行常规固化处理再填埋。近几年，我国对环境污染的监管力度逐年增加，《“十二五”科技发展规划》、《国家中长期科技术发展规划纲要》均提出优先发展环境保护技术及相关的装备。此文从处理工艺及其成套设备方面，介绍了一种适合陕北水资源缺乏地区，泥浆不落地无害化处理、随钻钻井废液在线处理及处理后水质达标排放的工艺设备。该工艺设备能够将常规钻井废液进行固液分离，固相物固化处理后可集中深埋或作为道路的填层，液相物进行无害化处理后可重复利用或达到排放标准后进行外排。

1 油田钻井废液处理设备工艺

油田钻井废液处理设备的基本工艺为：钻井废液收集→破胶固液分离→液相加药混合→沉降处理→气浮处理→滤料过滤处理→膜过滤处理→生产用水再利用或达标外排。

钻井废液由井场废液收集模块（废泥浆罐代替泥浆坑池）进行集中储存，污水泵将钻井废液输送到破胶混凝模块，自动控制加药模块根据钻井废液特性添加破胶剂。钻井废液与破胶剂充分混合反应后进行沉淀分层，形成上部为液相的浑清液和下部为固相的污泥，分层后形成的污泥等杂质通过板框压滤设备进行固液分离，其固相物添加固化剂进行固化处理后可集中深埋或作为道路的填层，液相物与分层后形成的浑清液进入水处理设备进行无害化处理。

浑清液进入管道混合器，自动控制加药模块根据水质取样添加pH调节剂，并按比例加入适量的凝缩PAC和PAM等药剂。各种药剂在管道混合器中与浑清液充分混合后进沉降处理模块进行自然沉降，经沉降分离后的浑清液依次进入气浮处理模块、滤料过滤模块和膜过滤模块，处理后的水质达到生产用水标准可再次利用或达到外排标准进行外排。

2 设备基本组成及主要功能

2.1 废液收集模块

废液收集模块主要收集钻井过程中产生的废水、废泥浆及随钻产生的泥沙及岩屑等废水和废物，其主体结构为瓦楞钢板结构，并设有进出水口及排污口，同时罐体上部设有搅拌机，对罐内钻井废液进行初步的药剂添加处理，单个模块的收集最大容量为50m3。

2.2 破胶混凝模块

该模块主要部分由药剂接入部分和破胶混凝沉淀分离部分组成。药剂接入部分可将药剂通过与加药模块相连的快插式加药管道加入混凝罐进行混合反应。混合后的钻井废液沉淀分层，分层后的钻井液分为上下两种状态：上部为比重较小的浑清液，下部为比重较大的絮凝状污泥。上层浑清液通过出水管路进入水处理设备，下层污泥通过污泥管路进入板框压滤模块固液分离。

破胶混凝模块设有泥浆液位指示控制、搅拌破胶监控、泥浆加压输送、电气自动控制等设备，可随时监测处理状况。

2.3 管道混合反应+斜管沉降处理模块

管道混合器与斜管沉降处理模块采用一体化设计，结构紧凑。管道混合器采用多级串联的方式组合，可以在很宽的雷诺数范围内与需要添加的各种药剂进行流体混合反应，能满足进入斜管沉降处理模块的液体进行充分的絮凝反应。

斜管沉降处理模块主要采用斜管分离技术，该技术属于物理法处理方式，利用水中不同物质的密度差进行重力分离。采用斜管技术可以大大提高絮凝物沉降速度和分离效率，加药反应后的污水经过斜管沉降以后，大颗粒形成淤泥由污泥泵提升至板框压滤模块形成泥饼，方便集中处理，而带有小颗粒的浑清液由流程泵进入气浮处理模块。

2.4 气浮处理+滤料过滤模块

气浮处理模块和滤料过滤模块采用集成一体结构。气浮处理模块就是通过向液体中通入大量空气产生气泡，使得水中的乳化油、细小悬浮物和固体颗粒附着在气泡上，随气泡上升浮至水面被刮除，从而达到固液分离的目的。为增加分离效果，同时防止上级流程形成的悬浮物被破坏分散，该模块选用了MAF-A型旋切式浮选机，其采用旋切式叶轮结构高速旋转产生真空作用，吸入空气及回流水，并完成有效的汽水混合相的切割，可产生0.5µm微细气泡，从而优化浮选效果。

滤料过滤模块采用核桃壳和改性纤维球相结合的方式，通过加压使得滤料过滤后的水样清澈透明，水质更为稳定。该模块设有反冲洗流程，可以使滤料再生利用，延长使用寿命。

表1 处理后水质指标

2.5 加药模块+膜过滤模块

加药模块设备由破拆、液位指示与控制、溶解、加量控制、输送以及电气自动控制设备组成，该模块均采用变频加药泵组成，可根据水质状况随时控制加药量的多少，能实现连续配药和加药的要求。

膜过滤模块为水质的深度精细处理，其采用具有选择效果的高精度面膜材料，按照机械筛分原理，通过滤芯与物料系统的精确匹配达到实现料液中不同组分的分离和浓缩，并采用错流过滤方式从而达到解决膜组的堵塞问题。

2.6 设备的运输及装卸

针对陕北地区油井所处地区偏远，坡度陡峭，个别地区甚至遇到转弯半径过大的车辆时要提前使用推土机开路的状况，该设备在设计时选用集装式橇装结构。选定运载车辆为该地区较为常见的6×4槽子车进行运输。考虑到道路运输时郊区居住地往往有居民私自拉扯的电缆等障碍物的通过性问题，各功能模块为集装式框架结构，其长度不超过9000mm，宽度和高度均不超过2100mm，框架起吊方式为上下吊装，运输过程中框架结构与运输车辆通过固定绳索联接，以防止设备在运输过程中可能出现的滑移现象。在现场使用时，装卸及井场布局工作可通过一辆15t以内的吊车及6辆运输车辆完成。

3 现场应用及结论

设备开发完成后，按照破胶、沉降、气浮、过滤和固化等处理流程，先后在陕北靖边及青海花土沟矿区配合20余口井的钻探作业和完井作业。现场使用效果较良好，其中钻井液中杂质泥浆等大比重固相物成型稳定，脱水率85%以上，且方便集中运输。对处理后的水质进行检测，发现pH值、碱度、硬度、总铁、总盐、浊度、色度和COD等指标均满足再次利用和外排的要求，减少污染的同时节约了大量用水成本。(见表1)

综上所述，可以得到以下结论：

⑴研制的油田钻井废液处理工艺及设备在使用过程中，钻井液分离效果理想，经破胶沉淀后，大比重固相形成的淤泥进入板框压滤模块后可形成易运输的成型固体，方便集中处理。带有小颗粒的浑清液液相进入污水处理系统，处理效果较好，且效率较高。

⑵设备采用模块化结构，各模块外形结构尺寸均保持统一，设计均以鄂尔多斯地区运输实际情况出发。同时通过优化起吊方式方便吊装作业，能够满足山区环境使用。

⑶钻井废液经过该设备处理后，井场现场无污染物排放，达到了环境保护的目的。同时，回注水的重复利用减少了用水资金投入，大大节约了钻井成本。