一种高温高压对钻井废液的处理装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明专利涉及油气田钻井废液回收处理领域，具体涉及一种高温高压对钻井废 液的处理装置及方法。
【背景技术】
[0002] 在油气田钻井作业过程中所产生的废液以钻井废水和废弃钻井液居多，遇到特殊 的作业还可能产生少量的有毒废弃流体，比如有机烃、酸液、高盐流体等。伴随油气田开采 规模的不断扩大，油田每年因钻井作业产生的废水至少有500km 3。而为了满足钻井施工作 业的需要，钻井液体系中往往需要加入降滤失剂、增粘剂、降粘剂、页岩抑制剂、润滑剂、消 泡剂、解卡剂、堵漏剂、杀菌剂、加重材料等化学添加剂，因此有机物含量高且种类繁多。经 初步分析，钻井废液中含有苯系物、石油类、高浓度有机物、无机盐、重金属及其他有机物添 加剂，如果未经处理而排放到地面或掩埋，会对土壤和地下水造成污染。有机物含量高对微 生物有很强的毒性和抑制作用，直接排入生化系统会对其造成很大伤害。重金属含量高是 又一重要特征，它一般不易因水的作用而迀移，也不可能被微生物降解，并有可能转化为毒 性更大的甲基类化合物，如有机铅、有机镉、有机锡、甲基汞等，因此可能成为一种终结污 染。另外，表面活性剂、消泡剂、页岩抑制剂等低分子聚合物造成了钻井液废水总氮含量高 的特点，这也是影响钻井废水化学需氧量(COD cr)排放不达标的主要原因之一。因此，废弃的 钻井液和钻井废水应该禁止不加处理而随意排放。
[0003] 目前，大多钻井废液的水处理多采用物化法(喷雾干燥法、低压蒸馏法、热化学破 乳-离心法等）、化学法(混凝沉淀法与氧化法）。其中混凝沉淀法虽投资低，处理容量大，但 不能机动性应对不同类型的钻井废液。而氧化法中臭氧氧化技术、Fenton氧化技术、高深度 氧化法、催化氧化法等虽对大多数废水处理效果良好，且对高浓度的有机废水处理比较彻 底，但氧化剂与氧化条件的构建常常造成能耗大，处理成本提高，增加处理流程，不利于大 规模开发运用，所以有必要根据油气田实际特点建立一种对钻井废液有着高效处理能力的 高温高压的处理装置。
[0004] 申请号为CN201510479026.3的发明专利公开了一种水下低温等离子体废水处理 方法及装置，由预处理装置（即过滤池和调节池）、高压脉冲电源、内置导电电极的低温等离 子箱体等组成，一对导电电极的两个放电端的间距位于固定导流板中心孔的正上方或正下 方。利用高压脉冲电源通过导电电极直接对预处理后的污水进行放电，放电产生高温高压 的冲击波、臭氧、紫外线、高能电子、原子及活性自由基等使大量难降解有机物得到充分降 解。同时可根据废水处理规模及处理程度，选择多个反应器串联或并联。本发明专利的有益 效果是:能有效去除废水中有毒难降解有机物，并对废水进行杀菌消毒和除味除藻，具有结 构简单、氧化充分、等离子体稳定、成本较低等特点，但对于钻井废液处理效果未知，同时设 备的高级氧化技术在钻井作业过程中会受到一定局限性，无法大规模运用。
[0005] 申请号为CN201410226349.7的中国发明专利公开了一种废弃乳化切削液资源化 处理方法，其特征在于:在高温高压下，利用双氧水引发水和压缩空气中的氧气生成强氧化 剂，使用该强氧化剂使废弃乳化切削液中的非离子表面活性剂失去表面活性，进而得到油/ 水分层的产物;所述的高温高压为:温度2 l〇〇°C;压力2 0.3MPa。本发明专利的有益效果 是:将废弃乳化切削液资源化利用，减少对环境的污染，合理重新利用了石油资源，同时可 产生良好的效益，但未提出对钻井废液无害化处理的技术路线。
[0006] 申请号为CN201310642972.6的中国发明专利公开了一种超临界水氧化法处理高 浓度难降解有机废水的装置，该装置包括夹套式反应釜（1)、液压装置(2)、反应釜压力联锁 控制装置(3)、吸附剂装填装置(4)、压缩机(5)、增压栗(6)、升温加热系统(7)、冷却器(8)、 回压控制阀（9)、气液分离器（10);本发明借助在有机废水中投加一定量的吸附剂(活性硅 粉体），通过搅拌器使二者均匀混合在一起，进入反应器内，活性硅粉末粒度很小，不会对管 路造成堵塞，且能够在反应器内对反应所生成的无机盐进行吸附，然后随产物一起流出反 应器进入沉淀池，通过添加絮凝剂或者自然沉淀，在沉淀池内实现吸附剂与处理后液体的 分离。本超临界装置通过夹套式和液压系统的配合，减少了超临界状态下设备的腐蚀，降低 了设备成本；同时通过添加吸附剂，避免了无机盐析出对设备的堵塞问题，易于实现工业 化。该装置虽可提高处理高浓度难降解有机废水处理效率，但是装置流程中添加吸附剂，不 适用于钻井废液的复杂体系处理。
[0007] 申请号为CN201310595431.2的中国发明专利公开了一种超临界水氧化技术处理 难降解废水的方法是将预热后的废水流入盐分离器进行超临界脱盐，氧化剂经换热器进行 预热后进入加热器加热到所需的温度，加热后的氧化剂与脱盐后的废水分别从反应器两端 流入超临界水氧化反应器，系统压力由背压阀控制，发生超临界水氧化反应，废水中的污染 物降解为c〇 2、N#PH2〇等无毒害物质;反应后清洁的高温高压流体进入换热器与废水和氧化 剂分别进行热交换，之后降温、分离，过量的氧化剂返回超临界水氧化反应器，液体进入常 压气液分尚器，C〇2、N2等气体由常压气液分尚器顶部排出，处理后的清洁水由常压气液分尚 器底部排出。本发明具有废水处理效率高，无二次污染，适于处理不同浓度的难降解废水的 优点。但对钻井废液的复杂体系的处理，还需要进一步改进。
[0008] 申请号为CN201310595431.2的中国发明专利公开了一种强化水射流空化降解含 苯酚废水的设备，储水池、高压栗、射流空化喷嘴通过管道依顺序连接，射流空化喷嘴安装 在反应容器的进水端，反应容器的出水端通过回流管与储水池相连，反应容器内设有一空 化射流靶盘，空化射流靶盘距射流空化喷嘴的距离为射流空化喷嘴的喷射孔直径的20~40 倍，空化射流靶盘与一调节杆连接固定，调节杆的外伸端连接操纵装置。它使从射流空化喷 嘴喷出的空化泡与空化射流靶盘撞击，加速空化泡溃灭，将空化泡的溃灭集中在射流空化 喷嘴与空化射流靶盘之间区域，使空化泡溃灭产生的极端高热聚集在该区域，形成一个相 对集中高温高压的溃灭区，加速含苯酚废水中苯酚有机物的分解，由此提高含苯酚废水的 处理效果，但本发明专利未对混合难降解化合物降解率进行试验分析，无法对钻井废液的 具体处理效果进行评价。
[0009] 发明专利内容
[0010] 本发明专利提供了一种高温高压对钻井废液的处理装置及方法，反应釜高温高压 反应与常压气液分离过程同步进行，结构紧凑，节约空间、自动化程度高，操作简便，有效降 低钻井废液的高浓度的有机污染物，改变有机物污染物分子结构，提高钻井废液可生化性。
[0011] -种高温高压对钻井废液的处理装置，包括依次连接的样品罐与进样控制阀，储 气罐与进气控制阀，增压栗，单向阀，反应釜，高温高压电磁阀，常压气液分离器；
[0012] 所述样品罐、储气罐与反应釜之间通过管线连接，且反应釜外侧设置加热器；
[0013] 所述反应釜至少并联两个，交替使用，通过控制单元调节阀门开关，使处理过程连 续进行；
[0014] 所述常压气液分离器上部设置排气孔与气体收集装置，下部连接出样管线，设置 样品米集阀；
[0015] 所述处理装置还设有检测所述反应釜压力的压力表与压力传感器，检测所述反应 釜温度的温度传感器以及根据压力表与压力传感器与温度传感器的信号驱动进样控制阀、 进气控制阀、增压栗、加热器与高温高压电磁阀的控制单元。
[0016] 所述控制单元优选为可编程逻辑控制器PLC，设定进样时间、进气时间、升温时间、 反应时间与泄压时间，PLC采集各系统的设定信号并分析，控制进样控制阀、进气控制阀、增 压栗、加热器与高温高压电磁阀的打开或关闭，使多个反应釜进行钻井废液高温高压处理 和反应釜常压气液分离过程能够同时进行，依次启动各个反应釜，使废水的处理连续进行。
[0017] 所述储气罐所储气体为CO2、N2、O2或空气。
[0018] 本发明还提供了一种高温高压对钻井废液的处理方法，包括：
[0019]设置相互并联的N个反应釜，其中N为大于等于2的整数，首先将钻井废液通过增压 栗打入第一个反应釜中，充入气体加压，然后达到预设压力与温度时停留一定时间，接着打 开第一个反应釜的高温高压电磁阀泄压，同时钻井废液随泄压形成的空化气流高速进入常 压气液分离器，部分气体从排气孔进入气体收集装置循环利用，最后处理后的钻井废液通 过样品采集阀排出收集；
[0020] 针对每一个反应釜均交替的进行进样、加压、升温、反应、泄压空化射流的过程，且 所有反应釜按顺序依次启动，使启动第N个反应釜进行钻井废液高温高压处理时，第一个反 应釜恰好完成常压气液分离过程。
[0021] 反应釜的个数N根据进样时间、进气时间与升温时间总和与反应时间与泄压时间 总和的比例确定，优选地，当进样时间、进气时间与升温时间总和与反应时间与泄压时间总 和的比例为m: 1或I :m时，N=m+1，其中m优选为2或3，即柯尤选为3或4
[0022] 所述反应釜工作压力为2 0.2MPa，温度为2 100°C，操作时间5~40min。
[0023] 所述反应釜泄压速率为2 lOm/s。
[0024]优选地，所述处理装置在运行一定时间12~48h后，需进行清洗，预防设备腐蚀。 [0025]本发明专利的有益效果：
[0026]本发明专利公开了一种高温高压对钻井废液的处理装置及方法，成功改进了目前 国内现有钻井废液的处理技术，在原处理单元基础上，增设高温高压处理装置，有效降低钻 井废液的高浓度的有机污染物，改变有机物污染物分子结构，降低钻井废液的COD，提高钻 井废液B0D/C0D比值，增加钻井废液的可生化性，节约成本。与国内现有技术相比具有结构 紧凑、节约空间、自动化程度高、操作简便、便于运输流动、处理效率高、具备大规模应用的 优点，因此，本发明具有很高的实际应用价值。
【附图说