一种钻井废液处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钻井废液处理技术领域，具体涉及一种钻井废液处理方法。
【背景技术】
[0002] 在石油、天然气开发过程中，钻井作业会产生大量的钻井废液；钻井废液主要由钻 井液、钻肩以及各种作业产生的废液等组成，是油气工业的主要污染物之一。钻井废液组成 复杂，如石油钻井废液主要含有钻肩、膨润土、有机高分子处理剂、无机盐、加重材料、污水、 油类及可溶性微量元素等污染物质。钻井废液一般呈碱性，pH值在8. 5~12之间，有的可 达13以上；含固相颗粒粒度细小、级配差；外观一般呈粘稠流体或半流体状，色度大，含水 率不高不易脱水（含水率约在30%~90% );具有固含量较高，粘度大，含油量高（部分钻 井废液含油量达10%以上）等特点；此外由于钻井废液中含有各种有机、无机类化学处理 剂，其中的重金属、COD值、油及表面活性剂等有害物质浓度较高，个别有害物污染指标超出 国家允许排放浓度的数百倍。
[0003] 由于钻井废液稳定性好、直接脱水困难而且还含有保水性能极好的特殊性质，其 自然干结过程缓慢，在废液池中放置几年不干涸，不能覆土还田；且其干结物遇水浸湿后易 再度形成钻井废液样物，会对堆放点及附近地带的土壤物性产生长期的不良影响，因此钻 井废液或其干结物就地堆放，不仅形成长期占地的局面，还存在非常严重的污染隐患。
[0004] 随着石油工业的快速发展，钻井液的种类不断增加，使用添加剂的种类和数量也 在日益增多，使钻井废液的组成更加复杂，其中有些成分对人身和环境均具有毒害作用；同 时，钻井液的用量也在不断加大，随之钻井废液的量也在不断增多。据统计，钻一口 3000m 至4000m的普通油气井，完井后产生的钻井废液接近300m3;我国每年因油田钻井产生的钻 井废液约一百多万立方米，存在较大的环境污染隐患，如果不进行安全的无害化处理或处 理不当，势必会对生态环境造成严重影响。因此，钻井废液已经成为石油天然气工业的主要 污染源之一，如何对其进行安全的无害化处理是长期以来的一大技术难题。
[0005] 目前，钻井废液的主要处理方法有化学法和物理化学法，处理的主要对象是废液 中的油和钻井液添加剂。首先是破乳，破乳方法主要有化学破乳、膜破乳、电场破乳、加热破 乳、离心破乳等；现在应用较多的是化学法破乳，即向含油乳化的钻井废液中投加破乳剂， 通过化学作用，辅以其他分离方式，使乳化液脱稳、破乳，实现油水分离的目的。其次是絮 凝实现固液分离，在钻井废液处理研究中发现，无机高分子絮凝剂絮凝成分低，单用量大； 有机絮凝剂用量少，絮凝速度快，但成本高，因此通常将无机和有机絮凝剂复配使用，可以 充分发挥两类絮凝剂的优点，在强化絮凝性能的同时，降低了处理成本，具有良好的应用前 景。
[0006] 现有技术虽然广泛采用了化学絮凝法对钻井废液进行处理，但是简单的破乳和 絮凝过程对废液中污染物的去除有限，处理效果仍很难满足环保要求。如现有技术中， CN102019110B公开了一种钻井废液化学强化固液分离方法，在缓冲调节池内将钻井废液同 清水混合进行稀释调节后，进入脱稳反应池由加药系统投加脱稳剂（硫酸或硝酸、聚硅氯 化铝和聚合硫酸铁）进行脱稳；经脱稳反应的钻井废液进入吸附反应池，由加药系统加入 絮凝剂（阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺或两性聚丙烯酰胺）；经絮凝反应的钻井废 液进入离心机完成固液分离，出水固含<0.5%。虽然该方法经脱稳、絮凝与固液分离，使出 水固含量降低〇. 5%以下，但是其化学破乳与絮凝过程对由钻井液添加剂带来的有机污染 物及金属离子的去除效果不佳，出水COD仍较高，难以满足达标排放的要求。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种钻井废液处理方法，解决现有处理技术对钻井废液中的 有机污染物及金属离子的去除效果不佳，出水COD仍较高，难以满足达标排放的要求的问 题。
[0008] 为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
[0009] -种钻井废液处理方法，包括下列步骤：
[0010] 1)化学絮凝：向钻井废液或钻井废液预处理出水中加入化学絮凝剂，搅拌得混合 物；
[0011] 2)微纳米气浮：将微纳米溶气水与步骤1)所得混合物混合后静置分离，得气浮出 水；
[0012] 3)电絮凝处理：将步骤2)所得气浮出水进行电絮凝处理，即得电絮凝出水。
[0013] 所述钻井废液预处理出水是钻井废液经过沉降处理的出水，或是由包括以下步骤 的方法获得的出水：
[0014] i)破乳：在钻井废液中加入破乳剂，搅拌得失稳体系；
[0015] ii)固液分离：将步骤1)所得失稳体系进行固液分离后，将所得液体稀释0~5 倍，得预处理出水。
[0016] 上述处理方法中，钻井废液在进行化学絮凝之前是否进行沉降或预处理可根据处 理对象的水质状况及排放、回用要求选择确定。如钻井废液成分简单或主要为含聚合物污 水，固含量〈3%，COD^USOOrng/L，可只经过简单的沉降，无需预处理的破乳失稳、固液分离， 即可直接进行后续处理。
[0017] 预处理过程中，破乳采用化学法破乳，一般投加无机破乳剂。步骤1)中，所述破乳 剂（也称为化学失稳剂）为氯化钙或硫酸亚铁；破乳剂的投加量为6~8g/L。优选的，所述 破乳剂为氯化钙。氯化钙破乳机理主要为：氯化钙投入乳化液废水中离解成为正、负离子， 发生强烈的水化作用，使乳化液中的自由水分子减少，对油珠产生脱水作用，从而破坏乳化 液油珠的水化层；Ca2+压缩双电层，降低G电位，较小乳化油胶粒之间的相互排斥力，在范 德华力作用下有可能碰撞并大成为分散油；Ca2+可与表面活性剂生成不溶于水的金属皂沉 淀，金属皂的形成使乳化液由0/W型转化为W/0型，在转型中脱稳，从而达到破乳目的。
[0018] 破乳过程中，步骤i)中所述搅拌是以500r/min的转速搅拌5~IOmin。在该搅拌 过程中，可以先高速搅拌Imin后，再慢速搅拌，有助于破乳剂分散与体系失稳。
[0019] 预处理过程中，可采用本领域常规方法进行固液分离；优选的，采用离心分离或叠 螺机（叠螺式污泥脱水剂）进行固液分离；其中，所述离心分离的转速为5000~1000 Or/ min，离心时间为5~lOmin。
[0020] 步骤ii)中，稀释所用的水为步骤2)所得气浮出水、步骤3)所得电絮凝出水或自 来水。上述处理方法中，根据水质的不同选择是否进行稀释；如过滤后COD&i>2000mg/L则 需要稀释，可先用自来水进行稀释，待步骤2)中气浮处理或步骤3)中电絮凝处理产出水 时，采用气浮出水或电絮凝出水进行稀释。该种处理方式不额外消耗资源，节约处理成本。
[0021] 上述处理方法中，步骤1)中，所述化学絮凝剂为聚合氯化铝，投加量为1~9g/L。
[0022] 加入化学絮凝剂后还加入了助凝剂；所述助凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为0. 5~ 3mg/L。化学絮凝剂与助凝剂同时使用，两者相互协调，能产生更好的絮凝效果。
[0023] 步骤1)中，所述搅拌是以50~200r/min的转速搅拌2~4min。优选的，先投加 化学絮凝剂，以200r/min的转速搅拌2min后，再投加助凝剂，以50r/min的转速搅拌2min。
[0024] 步骤2)中，微纳米溶气水与步骤1)所得混合物的体积比为1:10~20 ;静置的时 间为5~20min。气浮法根据产生微气泡的方法可分为曝气气浮法和溶气气浮法，溶气气浮 法的机理是溶解在水中的气体，在水面气压降低时就可以从水中逸出形成微小气泡。本发 明采用的是加压溶气法，空气加压溶入水中达到饱和形成溶气水，溶气水减压进入气浮装 置即释出微气泡。加压溶气法的设备有加压栗、溶气罐和空气压缩机等。微纳米溶气水是 指减压时释出微纳米气泡的溶气水；微纳米气泡一般指直径为0. 1~50ym的气泡。微纳 米气泡具有气泡尺寸小、比表面积大、吸附效率高、在水中上升速度慢等特点，在水中通入 微纳米气泡，可有效分离水中固体杂质、快速提高水体氧浓度、杀灭水中有害病菌、降低固 液界面摩擦系数，从而在气浮净水过程中比宏观气泡具有更高的效率和更好的处理效果。
[0025] 所述微纳米溶气水在制备时的溶气压力为0. 1~0. 3MPa。优选的，所述微纳米溶 气水由微纳米气浮装置产生，具体制备方法如下：a)打开增压栗，使溶气罐压力为0. 1~ 0. 3MPa;b)开启抽水栗，为溶气罐注水，达到一定液位后抽水栗自动停止进水；c)开启循环 水栗，循环l〇min，即得微纳米溶气水。
[0026] 电絮凝极板为铝、铁中的任意一种或两种的组合。电絮凝的原理是以铝、铁等金属 为阳极、在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生Al3+、Fe2+等离子，再经一系列水解、聚合及亚 铁的氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，使废水中的胶态 杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离；同时，带电的污染物颗粒在电场中泳动，其部分电荷被电 极中和而促使其脱稳聚沉。
[0027] 步骤3)中，所述电絮凝处理时，处理单位体积液体时所需极板面积为60~ 100cm2/L，极板间距为I. 0