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废弃钻井液不落地达标处理技术在塔里木油田的应用-黎强

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废弃 钻井 落地 达标 处理 技术 塔里木 油田 应用
资源描述:
环 境 工 程2014 年 第 32 卷增 刊废弃钻井液不落地达标处理技术在塔里木油田的应用黎 强1邹 强2杨 琳2张 斌2苏 浩3( 1. 塔里木油田公司塔北勘探开发项目经理部 , 新疆 库 尔勒 841000;2. 川庆钻探工程公司钻采工程技术研究院 , 四川 广汉 618300; 3. 川庆钻探工程公司川西钻探公司 , 成都 610057)摘 要 : 废弃泥浆中含有化学添加剂 、黏土 、钻屑 、无机盐及含油物质等 , 较高 , 一般存放在井场污池内 , 若管理不善容易造成环境污染 。为减少钻井废弃液对环境的污染 , 针对塔里木油田自身的地理特征和钻井液类型 , 选取一套经济有效的废弃钻井液无害化处理工艺开展先导试验 , 解决了废弃钻井液处理施工难度大 、工期长 、成本高的问题 , 达到无害化处理的环保效果 。关 键 词 : 废弃 钻 井液 ; 分级处理 ; 不落地处理 ; 环境保护F RY N 1. 41000, . 18300, . 10057, in pH in in If it is In to of a of at il 物是钻进施工过程中产生的主要废弃物 , 含黏土 、加重材料 , 化学处理剂 、污水 、污油及钻屑等 , 其中各类聚合物 、重金属离子 、盐类和沥青等改性物质对环境危害较大 。在钻探过程中 , 每口井约有 800 只能堆放在钻井现场的泥浆池中 ,对环 境 带来了污染隐患 。近年来 , 塔里木油田油气资源得到快速发展 , 随着钻井数量的不断增多 , 累计产生的钻井废物对环境造成的污染隐患也不断加大 。据资料统计 , 2009 年塔里木油田钻井废物产生量约 13 万方 , 其中岩屑约 5 万方 , 2010 年钻井废物产生量达到 20 余万方 ,给塔里木油田的环境治理工作造成了巨大压力 , 亟需一种符合塔里木特点的处理废弃钻井液工艺 。1 塔里木油田废弃钻井液处理现状1. 1 废弃钻井液的处理方法及存在的问题目前塔里木油田处置废弃钻井液主要采用就地填埋 、固化处理及异地集中处理等方法 。根据塔里木油田井位分布情况及地层地表条件 , 其油气田绝大多数处于水资源缺乏地区 , 地表水 、地下水矿化度非常高 ,地层水中氯离子含量高达 4 万 ~ 15 万 , 泥浆体系复杂 , 且油气资源面积广大 , 油气层深 , 储藏面积大 ,不够集中 。从单井处置方法来看 , 其处理成本高 , 占地面积大 , 泥浆池 、防渗池修建及维护成本高 , 废弃物存放时间长 , 废水产生量大 , 且外排废水中氯离子对生态环境影响较大 ; 而异地集中处理也存在运输费用高 、处理成本及环境污染风险大 、固化物难于无害化处理等问题 。以往虽采取了很多种的处理方法 , 但仍然无法达到消除污染隐患的目标 。1. 2 新技术的先导试验在解决废弃钻井液对环境产生危害上 , 塔里木油田已经开展了一系列的工作 , 投入了大量资金 , 积极采取处28环 境 工 程2014 年 第 32 卷增 刊理措 施 , 探 索钻井液环保处理途径 。2009 年和 2010 年分别在 和哈 702 井进行了 “废弃钻井液不落地达标处理技术 ”的先导试验 。试验结果表明 , 整套装置能够对废弃钻井液进行随钻 、及时 、连续 、稳定的处理 , 处理后得到的固废与水均可达到国家排放标准并可再利用 。该技术打破了传统废弃钻井液的处理思路 , 实现了经济效益与环境效益的有效结合 , 并且对多种废弃泥浆有广泛的适用性 , 体现出显著的优越性 , 是实现塔里木油田钻井废弃泥浆污染隐患治理的新方向 。2 废弃钻井液不落地达标处理技术2. 1 处理技术原理“钻井废弃泥浆不落地达标处理技术 ”的基本原理是将废弃泥浆经过稀释 —絮凝 —分离成 3 部分 : 即岩屑 、泥饼和水 , 对泥浆中的固体物通过水洗 、絮凝分离和化学反应处理 , 使岩屑和泥饼达到排放标准 , 泥浆中的有害成分和氯离子被析入水中后 , 再用真空吸附或挤压方式脱水制成泥饼 , 同时将水循环利用 。整个工艺流程分为 3 个单元 :第 1 单元 : 全方位收集钻井废浆 、废水 。首先将收集的泥浆通过砂水分离洗涤搅拌装置进行搅拌洗涤和螺旋分离 , 使泥浆中的岩石块 、岩屑等分离萃洗出来 , 减轻和减少该类物质对后续处理的影响 , 使泥浆液保持很好的流动性 。经过分离处理后的泥浆液由泵提升送入污泥储存搅拌罐 , 同时投加处理剂 , 经过搅拌混合反应后由泵提升送入第 2 处理单元 。处理流程见图 1。图 1 第 1 单元工 艺流程第 2 单元 : 泥 和 水的分离 。采用药剂处理和多次搅拌洗涤分离泥质和液体 , 将泥中含有的污染物质分离到液体中去 。( 若在废液中含有石油类污染物 , 需先经除油装置处理后 , 将油脂回收 。) 分离达标的固相可堆放或填坑铺路 。分离出的液体进入水箱收集 , 然后送入第 3 处理单元 。处理流程见图 2。第 3 单元 : 废水处理 。经过离心分离得到的液体含有较高的悬浮物 , 采用气浮沉淀 、过滤系统可将其去除 , 然后通过反渗透系统进行浓缩处理 。处理后的达标废水进入回用水箱 , 用泵提升回用于自身处理系统循环使用或是回用于循环泥浆 。浓缩后的液体采用蒸发结晶处理技术变废为宝 , 得到可用于工业生产的原图 2 第 2 单元工 艺流程材料 ———结 晶盐 。处 理流程见图 3。图 3 第 3 单元 工 艺流程2. 2 处理技术实施方案通 过 对 塔里木油气田生产情况的详细调查 , 分析油田在钻井废物处置中存在的问题 , 利用 “废弃钻井液不落地达标处理技术 ”的物理 、化学反应机理 , 结合不同片区地质结构 、水环境特点及油井分布情况 , 选择具有代表性的环境敏感区的井位开展先导试验 。试验中对不同时段泥浆成分进行分析和记录 , 对经过处理装置处理后产生的泥饼 、岩屑 、废水 ( 包括处理前的水质 ) 进行检测 , 同时对井区周围土壤和地表水 、地下水进行监测 , 以评价该技术的应用效果 。所选井位为 和哈 702 井 , 试验井为三开井身结构 , 采用的钻井液体系分别为膨润土 - 聚合物体系 、 聚磺体系 、磺化防塌体系 。一开和二开钻速快 , 废弃泥浆外排量大 , 三开钻速慢 , 泥浆排放量较小 。试验中根据地层结构分布及钻井液变化情况 , 制定合理的钻井液 、处理后泥饼 、废水的取样监测频次计划 , 全面了解不同钻井时段钻井泥浆成分及泥饼情况 , 分析废水处理效果 。根据塔指油田地层结构分布情况 、采用的泥浆体系 ( 包括不同泥浆配方及泥浆中可能出现的重金属类污染物及其他有毒有害物质 ) 分析结果 , 对照 0853—2007《危险废物鉴别标准 - 浸出毒性鉴别 》标准和 978—1996《污水综合排放标准 》、5618—1995《土壤环 境质量标准 》中的指标要求 , 进行综合分析评价 。3 废弃钻井液不落地达标处理技术现场试验2009 年 9 月 2 日 , 12 井开钻 , 整套废弃钻井液处理装置同时开始运转 , 对固控设备排出的废弃泥浆进行不间断随钻处理 。到 2009 年 11 月 2 日二开结束 , 整套装置共运行 57 d, 累计处理钻废泥浆 3450中 , 膨润 土聚合物体系泥浆 250 合物 体系泥浆 2225 磺 体 系→ 聚磺欠饱和盐水体38环 境 工 程2014 年 第 32 卷增 刊系 975 排泥浆处理后产生 620 水 , 产生砂石 ( 即直径大于 5 钻屑 ) 170 产生 无 害化泥饼 1150 过 对泥饼和排放水的监测和取样检 测 , 全过程处理物均达标 。2010 年 5 月 5 日哈 702 井再次进行先导试验 , 本井为三级井身结构井 , 一开为 419.1 井眼 , 二开为241.3 裸眼井段 。在该井施工中 , 出现一开泥浆外排量巨大 ( 每小时外排量达 45 跑浆 量达 50%以上 ) 、二开中井壁掉块严重等问题 , 泥浆损耗大于正常钻井排浆 1 倍以上 , 处理外排泥浆 5600 余方 。现场试验结果表明该技术能够满足一开 、二开钻井处理量大的要求 , 聚合物体系 、聚磺体系及 聚磺欠饱和盐水体系的钻井液体系均显示出良好的处理效果 , 随钻处理出的泥饼 、碎渣已达无害化 , 处理出的水可供整套装置自身以及钻井施工循环使用 。减少了固废的体积 , 缩减了泥浆池 , 消除了环境污染风险 。4 总结该技术能够满足目前钻井施工过程中的废物处理要求 , 试验装置具备收集量大 ( 最高达 170 、适用泥浆体系广的特点 , 同 时能够满足钻井过程异常外排泥浆量激增以及 装置故障时的应急存储需要 , 改善了目前塔里木油田废物处理及再利用的应用前景 , 消除了钻废泥浆可能造成的环境污染和污染风险 。1) 该技术能够实现对钻废泥浆进行随钻 、及时 、连续 、稳定的处理 。处理后得到的泥饼与水均可达到国家排放标准可回收利用 。其中泥饼可用于井场基础建设 ,达标水可供回用形成循环利用 , 大大降低了生产用水量 。2) 整套装置包含自动传送系统 , 提高了钻井生产效率 。3) 可大幅度缩减泥浆池规模或将其彻底取消 , 打破了传统的钻井现场泥浆处理习惯 , 节省土地资源 , 就地利用或抛洒固废 ( 固废为再生土 ) , 降低了生产成本 , 提高了环境保护能力 。降低了钻前施工费用 , 节约了井队钻废泥浆回收与转运费用 。现场试验也表明该技术的实施方案和设备还需进一步的调整和完善 :1) 对于一开钻进泥浆体系简单的井位 , 在没有产生对污染环境的有害物质时 , 对外排物 ( 如细砂等 ) 可不做全部处理 , 以提高漏浆的利用率 , 降低因连续使用处理装置带来的能耗 ( 一开排浆一般为全井排浆量的25%左右 , 处理时处理设备必须全部同时启动能耗达到 140 kW/h) 。2) 应继续完善井场钻废泥浆的收集系统 , 将原来的四体收集装置改为一体低位收集装置 , 统一设备的标准化规格 , 确保外排泥浆以及井场产生的废水进行全方位的收集 。参考 文 献[ 1] 宋明 全 , 蔡 利山 , 刘四海 . 钻井废浆液固化剂 研制与应用[ J] . 石油钻探技术 , 2001, 29( 3) : 53 -55.[ 2] 赵 吉平 , 任 中启 , 刘爱军 , 等 . 废弃钻井物的二次利用和无害化处理 [ J] . 石油钻探技术 , 2003, 31( 1): 37 -39.[ 3] 杨 明杰 , 梁 万林 , 金庆荣 , 等 . 钻井废泥浆综合治理技术研究 [ J] .矿物岩石 , 2003, 23( 1) : 109 -112.[ 4] 肖 遥 , 王蓉 莎 , 李凡修 , 等 , 钻井污水絮凝处理实验研究 [ J] . 石油与天然气化工 , 2000, 29( 6): 323 -326.[ 5] 张 太亮 , 黄 志宇 , 莫军 , 等 , 油气井低密度钻井废液的无害化处技术研究 [ J] . 天然气工业 , 2006, 26( 11): 90 -92.作者通 信处 张斌 618300 四川省广汉市雒城镇雒城一号 B 区 6 栋 3单元 502 室63. 12 -15收稿( 上接第 60 页 )[ 23] of J] . 2005, 112( 9): 20.[ 24] 蔡 璇 , 刘燕 , 张 云 , 等 . 核事故产生的放射性废水处理方法研究进展 [ J] . 化学通报 , 2012, 75( 6): 483 -488.[ 25] 侯 立安 , 左 莉 . 纳滤膜分离技术处理放射性污染废水的试验研究[ J] . 给水排水 , 2004, 30( 10): 47 -49.[ 26] et of J] . 2004, 40: 183 -189.[ 27] 郭 宁 博 , 贾 铭椿 , 董兴泰 .“氧化还原 - 沉淀 - 超滤 ”法处理含铬放射性废水 [ J] . 武汉理工大学学报 . 交通科学与工程版 , 2013, 37( 1), 196 -200.[ 28] 李俊峰 , 孙 奇娜 , 王建龙 . 放射性废水膜处理工艺中试试验研究[ J] . 原子能科学技术 , 2010, 44: 148 -152.[ 29] 氧化石墨烯可快速清除水中放射性物质 [ J] . 中国食品学报 , 2013( 1): 60.[ 30] H, M A, M A. Rby of J] . 2003, 37: 1678 -1683.[ 31] K, , . of J] . 2010, 175: 117 -125.作 者通 信处 侯若梦 710025 陕西西安第二炮兵工程大学 603 教研室5091337905@ 09 -05 收稿48
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