废弃钻井液的破胶成核处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种废弃钻井液的破胶成核处理工艺，包括第一步：调整废弃钻井液的浓度；第二步：加入氧化剂与粒径为50μm～500μm活性化细砂；第三步：加入聚合硫酸铝，将pH值调整至5.5～6.5；第四步：加入有机重金属螯合剂。本发明通过添加细砂与聚合硫酸铝，使废弃钻井液中的胶体体系分化成为以细砂为核心的固相物质，以及包含有油类的液相成分，进而通过机械方法实现固液分离；解决了废弃钻井液环保处理固液分离的瓶颈，特别是深井、超深井用泥浆的固液分离难题，具有显著的经济与社会效益。
【专利说明】废弃钻井液的破胶成核处理工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及环保【技术领域】，尤其是一种废弃钻井液的破胶成核处理工艺。
【背景技术】
[0002] 在油气田钻井过程中，广泛使用钻井液以起到携带和悬浮岩屑、护壁、冷却及润滑 钻具等作用。在钻井过程中，人们会根据所钻探的地层构造和深度不同，在钻井液原浆配制 时加入膨润土和分散剂，或加入大量的有机高分子物质，如矿物油、植物油、原油、羧甲基纤 维素、聚丙烯酰胺、磺化浙青、磺化酚醛树脂等作为增粘剂、降滤失剂和润滑剂等，随时调整 钻井液的流变性。钻井液本身是一种极为复杂的分散体系，它以膨润土、水（或油）为基础， 并辅以各种化学助剂使其分散形成一种稳定的分散体系，其颗粒粒径一般在2微米到100 微米之间，具有胶体特性，有相当的稳定性。
[0003] 含有多种化学药剂的钻井液原浆经过在地下数千米的高温高压作用后，从地下携 带出大量的岩屑和砂石，从井口排出，成为浓浆状的油气田废弃钻井液。加之在钻井施工 时，钻井液循环使用，泥浆中的固体颗粒经过无数次的剪切与摩擦，在分散剂的作用下会形 成一个成分更复杂的亚微米颗粒占多数的稳定的胶体体系，在井壁上形成一个致密的泥饼 层，韧性较好，起到很好的护壁作用，并且还有很好的可压缩性。
[0004] 由于各种添加剂的带入，以及钻屑和地层矿物的引入，废弃钻井液中含有多种有 害物质，如一些对生物存在潜在的毒害作用的盐及重金属元素，是典型的危险废弃物。废 弃钻井液中污染物质负荷极高，并呈胶体状态，加上钻井液的护胶作用，成为特殊的稳定体 系，在水体中长时间不能沉淀，导致水体生态破坏且影响水体功能。钻井废弃液中C0D超标 几十到几百倍，排入水体可能造成水体发黑发臭；油类物质的含量为每升几十毫克到几万 毫克。用木质素磺酸盐处理的钻井液中亚微米颗粒（胶体颗粒粒径小于lum)约占全部固 体颗粒的总数的80% ;即便不是分散型的分散体系，亚微米颗粒也占全部固体颗粒的13% 以上。
[0005] 目前对废弃钻井液研究较多的处理方法主要有固化处理与混凝沉淀后的固液分 离处理。固化处理的原理是向废弃钻井液中加入具有固结性能的固化剂，如水泥或水玻璃， 使其转化成类似混凝土的固化体，固结其内的有害成分，如中国专利200610002900. 5《一种 废弃钻井液的固化方法》。这种固化处理费用较高，每口井都需建泥浆池，占地面积大，因加 入固化物，也会使其在原液排放量的基础上再增加30%体积，且固化处理过程中需要使用 破稳剂、助凝剂、固化剂，处理效果较复杂，所有添加物与污染物最终都会保留在固化体中， 并未真正处理，存在二次污染环境的隐患。
[0006] 现有的固液分离处理多借鉴污水厂活性污泥脱水工艺，即向废弃钻井液中先均匀 加入聚合氯化铝等凝聚剂后，再均匀加入阳离子聚丙烯酰胺等絮凝剂。凝聚剂起到压缩双 电层和电中和作用，絮凝剂起到卷扫和网捕作用，使得很小的胶体颗粒成为较大的混凝颗 粒，整个体系的pH值几乎无变化；然后利用抽滤、压滤或者离心进行固液分离。但是，活性 污泥与废弃钻井液存在显著的不同。活性污泥是利用微生物处理污水工艺中，各种细菌、真 菌、原生动物和少量的后生动物自身的生长和繁殖所生成的微生物，有机物含量大约占总 重量的70% ;活性污泥本身有自絮凝性，因而在添加凝聚剂与絮凝剂后，能迅速絮凝。但是 废弃钻井液为胶体形态，含有大量的无机亚微粒子和部分高粘性有机助剂，如果使用常规 凝聚剂，凝聚剂在起压缩亚微粒子胶体双电层作用时，会遇到环绕在亚微粒子周围的高粘 性高分子有机物界面膜的阻碍，同时常规絮凝剂的吸附架桥和网捕作用也会减弱，因而反 应后会形成具有很大可压缩性的细小混凝颗粒，这种胶体状的废弃钻井液并不能形成类似 于活性污泥所能形成的较大尺寸的混凝体颗粒。经过上述工艺处理后的废弃钻井液在固液 分离时，基于钻井液自身所需要达到的降滤失和护井壁功能，首先接触滤网的混凝颗粒会 瞬时在滤网表面形成一层很薄的可压缩性滤饼，此滤饼层非常致密，几乎无滤液流动通道， 加之高粘度高分子有机物质粘结堵塞滤网的网孔，使得固液分离无法实现。大量的工程实 践也表明，采用常规的添加凝聚剂和絮凝剂的混凝工艺进行处理的废弃钻井液，后道工艺 无法采用机械方法实现固相与液相的分离。
【发明内容】
[0007] 本 申请人:针对上述现有工艺不能实现废弃钻井液固液分离的缺点，提供一种工艺 合理的废弃钻井液的破胶成核处理工艺，从而从实现对胶体状态的废弃钻井液的破胶，采 用机械方法实现固液分离。同时减少了二次污染的可能，且处理费用低、处理效率高。
[0008] 本发明所采用的技术方案如下：
[0009] -种废弃钻井液的破胶成核处理工艺，包括以下步骤：
[0010] 第一步：调整废弃钻井液的浓度，稀释至含固量为1〇?20%的重量比；
[0011] 第二步：加入氧化剂与活性化细砂，所述活性化细砂粒径为50ym?500ym，加入 量为10 %?15 %的体积比；
[0012] 第三步：加入聚合硫酸铝，将pH值调整至5. 5?6. 5,所述聚合硫酸铝加入量为 3%?8%的体积比；
[0013] 第四步：加入有机重金属螯合剂，所述有机重金属螯合剂加入量为3%?6%的体 积比。
[0014] 作为上述技术方案的进一步改进：所述活性化细砂是将河砂或石英砂经过尺寸筛 选为50i!m?500i!m后，再利用碱溶液与清水进行洗漆而得。
[0015] 所述第二步中氧化剂为H202、次氯酸钠、臭氧或高锰酸钾。
[0016] 所述H202加入量为0. 5?lkg/m3,所述次氯酸钠加入量为1. 5?1. 8kg/m3,所述臭 氧加入量为〇. 2?0. 3kg/m3。
[0017] 所述第一步、第二步在收集单元中进行，所述第三步、第四步在调质单元中进行。
[0018] 所述收集单元与调质单元中均设置有搅拌叶片，各步骤中均需搅拌均匀。
[0019] 所述有机重金属螯合剂水溶液为浓度0. 1%的二硫代氨基甲酸盐。
[0020] 本发明的有益效果如下：
[0021] 本发明通过在废弃钻井液中加入聚合硫酸铝，水解反应后产生了大量的H+离子， 将pH值调整至5. 5?6. 5,H+离子与钻井液中经过多次循环使用和高温高压条件下高分子 有机物被氧化产生的活性羧基结合，钻井液胶体物质和高分子有机物自乳化作用丧失，发 生破胶脱稳；而活性化细砂有巨大的比表面自由焓，加入后使得整个体系成为一个热力学 不稳定状态。为使整个体系恢复成为相对的热力学稳定体系，活性化细砂表面会吸附破胶 后释放出的游离态的高分子有机物、固体颗粒、粘土、钻屑等，以活性化细砂作为絮聚的核 迅速增大，这样原来的胶体体系就会分化成为以细砂为核心的固相物质，以及包含有高粘 性的有机高分子物质（油类等）的液相成分，进而通过机械方法实现固液分离。
[0022] 本发明的处理方式较固化处理费用低，适用于各种钻井液体系，处理设备可以实 现撬装一体化，随钻井施工移动作业，易于推广应用，实现随钻处理、全程控制，处理后的水 达标后综合利用，滤饼安全处置，有效减小了固废体积，降低了环境二次污染风险。本发明 从污染的源头对废弃钻井液进行综合治理，完全能够实现固体废物环保处理的"减量化、资 源化和无害化"，解决了废弃钻井液环保处理固液分离的瓶颈，特别是深井、超深井用泥浆 的固液分离难题，具有显著的经济与社会效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本发明的工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图，说明本发明的【具体实施方式】。
[0025] 如图1所示，本发明所述的废弃钻井液的破胶成核处理工艺包括以下步骤：
[0026] 第一步：对废弃钻井液预处理以调整浓度。收集单元先收集固态、半固态的废弃 钻井液，加入清水或者处理后的回用水，使固态、半固态的废弃钻井液流态化为固体物含量 10?20% (重量比）的合适浓度。
[0027] 第二步：加入氧化剂与活性化细砂。向收集单元中的废弃钻井液中加入氧化剂 H202，加入量为每立方米废弃钻井液中添加0. 5?lkgH202，当然也可以使用其他氧化剂如 次氯酸钠，臭氧、高锰酸钾等；然后加入粒径为50ym?500ym活性化细砂，活性化细砂加 入量为：10%?15%(体积比），活性化细砂是经过尺寸筛选并利用碱溶液（氢氧化钠）与 清水洗涤的河砂或石英砂。
[0028] 第三步：加入聚合硫酸铝，将pH值调整至5. 5?6. 5。在调质单元将20%浓度的 聚合硫fe错水溶液加入废弃钻井液中并揽祥均勾，加入量为3%?8% (体积比），聚合硫酸 铝溶于水后生成水和离子[A1(H20)6]3+，其水解反应式如下：
【权利要求】
1. 一种废弃钻井液的破胶成核处理工艺，其特征在于包括以下步骤： 第一步：调整废弃钻井液的浓度，稀释至含固量为10?20%的重量比； 第二步：加入氧化剂与活性化细砂，所述活性化细砂粒径为50 y m?500 y m，加入量为 10 %?15 %的体积比； 第三步：加入聚合硫酸铝，将pH值调整至5. 5?6. 5,所述聚合硫酸铝加入量为3%? 8%的体积比； 第四步：加入有机重金属螯合剂，所述有机重金属螯合剂加入量为3%?6%的体积 比。
2. 按照权利要求1所述的废弃钻井液的破胶成核处理工艺，其特征在于：所述活性化 细砂是将河砂或石英砂经过尺寸筛选为50 y m?500 y m后，再利用碱溶液与清水进行洗涤 而得。
3. 按照权利要求1所述的废弃钻井液的破胶成核处理工艺，其特征在于：所述第二步 中氧化剂为H202、次氯酸钠、臭氧或高锰酸钾。
4. 按照权利要求3所述的废弃钻井液的破胶成核处理工艺，其特征在于：所述H202加 入量为0. 5?lkg/m3,所述次氯酸钠加入量为1. 5?1. 8kg/m3,所述臭氧加入量为0. 2? 0? 3kg/m3。
5. 按照权利要求1所述的废弃钻井液的破胶成核处理工艺，其特征在于：所述第一步、 第二步在收集单元中进行，所述第三步、第四步在调质单元中进行。
6. 按照权利要求5所述的废弃钻井液的破胶成核处理工艺，其特征在于：所述收集单 元与调质单元中均设置有搅拌叶片，各步骤中均需搅拌均匀。
7. 按照权利要求1所述的废弃钻井液的破胶成核处理工艺，其特征在于：所述有机重 金属螯合剂水溶液为浓度〇. 1 %的二硫代氨基甲酸盐。
【文档编号】C02F9/04GK104386861SQ201410748558
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】付炜 申请人:付炜