本发明属于石油工业油气田钻井技术领域，涉及一种水基废弃钻井液电化学吸附处理装置及其工艺。
背景技术：
在油气勘探开发钻井作业过程中会伴随产生大量的水基钻井废弃物(废弃钻井液、钻屑)，现有水基钻井废弃物处理方式以固化后掩埋为主，在井场就地固化填埋和自然蒸发的方式处置，少量重复利用，资源化率低(1.5％左右)，环境风险高。现有的处置方式简单，若处置不当，易造成土壤和地下水的污染隐患，存在被政府环保部门认定为采用“渗坑和灌注”方式处置污染物的法律风险。随着新环保法的实施，传统的固化填埋的处理方式将逐步被严格禁止。勘探开发中产生的水基钻井废弃物若不能及时有效处理处置，将面临法律制裁和巨额罚款。研发水基钻井废液再生回用技术及装置，提高水基钻井废弃物循环利用和资源化利用率，是应对国家日益严格环保新要求、钻井废弃物处理技术升级和提升油田企业钻井环保风险防控能力的迫切需要。
技术实现要素：
为了提高水基钻井废弃物循环利用率和资源化率，推进油气田勘探开发发展方式的转变，为油气田绿色发展提供强有力的环保技术和装备支撑，本发明的目的在于提供一种新型的废弃钻井液再生电吸附技术，该技术尚未见到报道将电吸附技术用于废弃钻井液的处理，本发明首次将电吸附技术应用于废弃钻井液的再生处理(吸附处理废弃钻井液中的有害固相)技术研究，为废弃钻井液的循环利用提供了一条新的途径，可应用于钻井废弃物减量化、废弃钻井液再生回用等领域。
本发明的目的通过以下技术方案得以实现：
一方面，本发明提供一种水基废弃钻井液电化学吸附处理装置，该水基废弃钻井液电化学吸附处理装置包括泥浆罐、泥浆泵、流量计、电解槽、电极和自动控制系统；
所述泥浆罐与所述泥浆泵循环相连通；所述泥浆泵与所述流量计相连通；所述泥浆罐与所述流量计相连通；所述流量计与所述电解槽相连通；所述电极包括阳极和阴极，所述电极置于所述电解槽中；所述自动控制系统与所述电极相电连接，所述自动控制系统与所述流量计相电连接。
上述水基废弃钻井液电化学吸附处理装置中，所述自动控制系统为能够进行自动化操作的计算机，采用人机界面触摸屏，控制点的数据包括进水泥浆流量、电流、电压、刮泥时间间隔都在人机界面上显示；电流的大小、泥时间间隔、设备开启和关闭，都在人机界面上调节。
上述的水基废弃钻井液电化学吸附处理装置中，优选地，该水基废弃钻井液电化学吸附处理装置还包括泥浆槽，所述泥浆槽与所述电解槽相连通。
上述的水基废弃钻井液电化学吸附处理装置中，优选地，该水基废弃钻井液电化学吸附处理装置还包括污泥槽，所述污泥槽与所述电解槽相连通。
上述的水基废弃钻井液电化学吸附处理装置中，优选地，该水基废弃钻井液电化学吸附处理装置还包括刮片，所述刮片设置在所述电解槽中并与所述自动控制系统相电连接，所述刮片用于刮掉沉积在所述电极阳极上的固体颗粒。
上述的水基废弃钻井液电化学吸附处理装置中，优选地，所述电极为碳基复合材料，购买于武汉威蒙环保科技有限公司。该电极配套包括阴阳两级，钻井泥浆溶液中含有大量阴离子表面活性剂，其中，阳极用于电化学吸附、电氧化聚合原理，吸附过程中同时夹带大量细小颗粒在阳极沉积(这些颗粒粒径≤2μm，高转速离心机无法分离去除)，从而降低泥浆粘度，达到合适的比重，以满足下一步工序的生产需求。复合电极采用特殊材料复合而成，其阳极具有较强的吸附/聚合能力，使泥浆体系的组分不会发生大的变化。
上述的水基废弃钻井液电化学吸附处理装置中，优选地，所述泥浆泵与所述流量计相连通的管路上还设置有至少一个阀门。
上述的水基废弃钻井液电化学吸附处理装置中，优选地，所述泥浆泵与所述泥浆罐循环相连通的管路上还设置有至少一个阀门。
另一方面，本发明还提供一种水基废弃钻井液电化学吸附处理工艺，其采用上述水基废弃钻井液电化学吸附处理装置进行，包括以下步骤：
利用泥浆泵将经过离心处理后的钻井液由泥浆罐泵入电解槽中，并通过自动控制系统调节流量计控制钻井液的流量；
然后通过自动控制系统控制电极进行电化学吸附，并利用刮片将沉积在电极阳极上的固体颗粒刮掉，排出电解槽；
收集电吸附处理后的钻井液和刮出的劣质固相。
上述的水基废弃钻井液电化学吸附处理工艺中，优选地，通过自动控制系统调节流量计控制钻井液的流量的流速为20-25l/h。
上述的水基废弃钻井液电化学吸附处理工艺中，优选地，通过自动控制系统控制电极进行电化学吸附的电吸附电流为2-12a，电吸附电压为10-30v。采用本发明提供的电流和电压，电极对钻井液吸附力最强。
上述的水基废弃钻井液电化学吸附处理工艺中，优选地，进行电化学吸附时，通过自动控制系统控制刮片每隔5-10min将沉积在电极阳极上的固体颗粒刮掉。刮片间隔5-10分钟为最佳间隔时间，随着吸附时间的延长，极板上固相颗粒的粘附厚度增加，但厚度的增幅变缓。
本发明的水基废弃钻井液电化学吸附处理装置及其工艺主要针对粒径≤2μm的有害固相及超细微颗粒，在不添加化学处理剂和最低限度降低不破坏钻井液中有效成分的情况下，实现废弃钻井液中劣质固相的去除，提高再生钻井液的性能，具有显著优势。有利于提高水基钻井废弃物循环利用率和资源化率，推进油气田勘探开发发展方式的转变，为油气田绿色发展提供强有力的环保技术和装备支撑。
本发明的水基废弃钻井液电化学吸附处理装置及其工艺具有以下优点：
(1)实现废物资源化，提高泥浆回用性能，达到泥浆回用性能指标，减少废弃泥浆的处置量。
(2)不加入化学处理剂，对钻井液中原有的降滤失剂、润滑剂、抑制剂等有效成分破坏小，能够有效去除钻井废液中超细微颗粒等劣质固相，从而降低钻井废液的密度、含砂量、固含量等主要性能指标，提高钻井废液流变性，达到水基钻井液回用的性能指标要求。
(3)节约了钻井费用，处理后的泥浆，可以直接回用井队钻井，节约了钻井泥浆成本。
(4)节约了土地和处理费用，废泥浆得到再生处理后，钻井废弃物钻井井场不需要或者减少挖填埋池，节约了土地，节省了废泥浆无害化处理、填埋池开挖和防渗等费用。
附图说明
图1为本发明实施例1中水基废弃钻井液电化学吸附处理装置示意图；
附图符号说明：
1泥浆罐，2泥浆泵，3流量计，4电解槽，5电极，6自动控制系统，7污泥槽，8泥浆槽，9阀门，10阀门。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
本发明下述实施例中所采用的钻井液采集于某油气田某井的经固控振动筛分离后的水基钻井液(三开，聚磺)，对该水基钻井液进行了离心处理，取样50l水基钻井液，采用离心机进行离心处理，离心转速为2000rpm，离心时间为5min。离心后泥浆性能见表1。
表1
从表1可以看出，聚磺水基钻井液经过离心机处理后，性能指标有所提高，但部分性能指标仍然不能达到该井段钻井液使用的要求。因此，对离心后聚磺钻井液利用下述实施例中提供的水基废弃钻井液电化学吸附处理装置及其工艺进行电化学吸附处理。
实施例1
本实施例提供一种水基废弃钻井液电化学吸附处理装置，如图1所述，该水基废弃钻井液电化学吸附处理装置包括泥浆罐1、泥浆泵2、流量计3、电解槽4、电极5、自动控制系统6、污泥槽7、泥浆槽8、阀门9和阀门10；
泥浆罐1与泥浆泵2循环相连通，并在其相连通的管路上设置有阀门10；泥浆泵2与流量计3相连通，并在其相连通的管路上设置有阀门9；泥浆罐1与流量计3相连通，其相连通的管路上依次设置有所述的阀门10和阀门9；流量计3与电解槽4相连通；电极5包括阳极和阴极，电极5置于电解槽4中；自动控制系统6与电极5相电连接，自动控制系统6与流量计3相电连接；泥浆槽8与电解槽4相连通；污泥槽7与电解槽4相连通。该水基废弃钻井液电化学吸附处理装置还包括刮片，所述刮片设置在电解槽4中并与自动控制系统6相电连接(图1中未进行显示)，所述刮片用于刮掉沉积在电极5上的固体颗粒。
泥浆罐1、泥浆槽8和电解槽4内壁采用有机玻璃材料，外壳为316l不锈钢材质，各部件相连通的管路及刮片均采用pp材料，阀门采用工程塑料。电极5为碳基复合材料，购买于武汉威蒙环保科技有限公司。
实施例2
本实施例提供一种水基废弃钻井液电化学吸附处理工艺，其采用实施例1提供的水基废弃钻井液电化学吸附处理装置进行，包括以下步骤：
利用泥浆泵2将经过离心处理后的钻井液(其参数参见表1)由泥浆罐1泵入电解槽中，并通过自动控制系统6调节流量计3控制钻井液的流速为20l/h，当钻井液流速大于20l/h时，开启阀门10，部分钻井液回流至泥浆罐1中。
然后通过自动控制系统控制电极进行电化学吸附，调节电压为10v，输出电流为2a，通过自动控制系统控制刮片每隔5min将沉积在电极上的固体颗粒刮掉，并排出电解槽；
收集电吸附处理后的钻井液和刮出的劣质固相。对再生处理后的泥浆进行性能评价。评价结果如表2所示。
表2
由表2可以看出，经过电化学吸附处理后的水基钻井液常规性能指标和流变参数均能够达到钻井液回用的要求。
实施例3
本实施例提供一种水基废弃钻井液电化学吸附处理工艺，其采用实施例1提供的水基废弃钻井液电化学吸附处理装置进行，包括以下步骤：
利用泥浆泵2将经过离心处理后的钻井液(其参数参见表1)由泥浆罐1泵入电解槽中，并通过自动控制系统6调节流量计3控制钻井液的流速为20l/h，当钻井液流速大于20l/h时，开启阀门10，部分钻井液回流至泥浆罐1中。
然后通过自动控制系统控制电极进行电化学吸附，调节电压为15v，输出电流为4a，通过自动控制系统控制刮片每隔5min将沉积在电极阳极上的固体颗粒刮掉，并排出电解槽；
收集电吸附处理后的钻井液和刮出的劣质固相。对再生处理后的泥浆进行性能评价。评价结果如表3所示。
表3
由表3可以看出，经过电化学吸附处理后的水基钻井液常规性能指标和流变参数均能够达到钻井液回用的要求。
实施例4
本实施例提供一种水基废弃钻井液电化学吸附处理工艺，其采用实施例1提供的水基废弃钻井液电化学吸附处理装置进行，包括以下步骤：
利用泥浆泵2将经过离心处理后的钻井液(其参数参见表1)由泥浆罐1泵入电解槽中，并通过自动控制系统6调节流量计3控制钻井液的流速为20l/h，当钻井液流速大于20l/h时，开启阀门10，部分钻井液回流至泥浆罐1中。
然后通过自动控制系统6控制电极进行电化学吸附，调节电压为30v，输出电流为2a，通过自动控制系统6控制刮片每隔10min将沉积在电极阳极上的固体颗粒刮掉，并排出电解槽；
收集电吸附处理后的钻井液和刮出的劣质固相。对再生处理后的泥浆进行性能评价。评价结果如表4所示。
表4
由表4可以看出，经过电化学吸附处理后的水基钻井液常规性能指标和流变参数均能够达到钻井液回用的要求。
由表2至4评价结果可以看出，电化学吸附处理不添加化学处理剂、不破坏钻井液中有效成分，能够有效去除钻井废液中超细微颗粒等劣质固相，从而降低钻井废液的密度、含砂量、固含量等主要性能指标，提高钻井废液流变性，达到水基钻井液回用的性能指标要求。通过对电化学吸附处理水基钻井废液性能评价的考察，可以形成一套水基废弃钻井液电化学吸附处理装置和一种水基钻井液深度处理的工艺方法。