油田鉆井廢液處理工藝的探討

王維忠 梁德權 祁廣彬 中原特種車輛有限公司

陜北油田地處鄂爾多斯盆地，是典型的低滲、低壓、低豐度的“三低”油氣藏，多井低產、滾動開發、點多面廣、地形復雜是其典型的特點。隨著該地區油氣開發的蓬勃發展，石油鉆井作業過程中產生大量的鉆井廢液和被鉆井液污染的鉆屑被廢置，并對這個地區的生態環境帶來嚴重的危害。

目前國內油田對鉆井廢液的處理一般采用終端集中處理的模式，就是鉆井完井工作后，對鉆井產生的廢物和廢水進行收集和集中處理。但是，這個方式存在較大的弊端，尤其是泥漿坑池對油井周邊生態及地下水資源的污染。由于陜北地區油井井位普遍分散、偏僻，受當地特殊地理環境影響，現場鉆井廢液一般采用日光自然曝曬蒸發，蒸發后形成的廢泥漿進行常規固化處理再填埋。近幾年，我國對環境污染的監管力度逐年增加，《“十二五”科技發展規劃》、《國家中長期科技術發展規劃綱要》均提出優先發展環境保護技術及相關的裝備。此文從處理工藝及其成套設備方面，介紹了一種適合陜北水資源缺乏地區，泥漿不落地無害化處理、隨鉆鉆井廢液在線處理及處理后水質達標排放的工藝設備。該工藝設備能夠將常規鉆井廢液進行固液分離，固相物固化處理后可集中深埋或作為道路的填層，液相物進行無害化處理后可重復利用或達到排放標準后進行外排。

1 油田鉆井廢液處理設備工藝

油田鉆井廢液處理設備的基本工藝為：鉆井廢液收集→破膠固液分離→液相加藥混合→沉降處理→氣浮處理→濾料過濾處理→膜過濾處理→生產用水再利用或達標外排。

鉆井廢液由井場廢液收集模塊（廢泥漿罐代替泥漿坑池）進行集中儲存，污水泵將鉆井廢液輸送到破膠混凝模塊，自動控制加藥模塊根據鉆井廢液特性添加破膠劑。鉆井廢液與破膠劑充分混合反應后進行沉淀分層，形成上部為液相的渾清液和下部為固相的污泥，分層后形成的污泥等雜質通過板框壓濾設備進行固液分離，其固相物添加固化劑進行固化處理后可集中深埋或作為道路的填層，液相物與分層后形成的渾清液進入水處理設備進行無害化處理。

渾清液進入管道混合器，自動控制加藥模塊根據水質取樣添加pH調節劑，并按比例加入適量的凝縮PAC和PAM等藥劑。各種藥劑在管道混合器中與渾清液充分混合后進沉降處理模塊進行自然沉降，經沉降分離后的渾清液依次進入氣浮處理模塊、濾料過濾模塊和膜過濾模塊，處理后的水質達到生產用水標準可再次利用或達到外排標準進行外排。

2 設備基本組成及主要功能

2.1 廢液收集模塊

廢液收集模塊主要收集鉆井過程中產生的廢水、廢泥漿及隨鉆產生的泥沙及巖屑等廢水和廢物，其主體結構為瓦楞鋼板結構，并設有進出水口及排污口，同時罐體上部設有攪拌機，對罐內鉆井廢液進行初步的藥劑添加處理，單個模塊的收集最大容量為50m3。

2.2 破膠混凝模塊

該模塊主要部分由藥劑接入部分和破膠混凝沉淀分離部分組成。藥劑接入部分可將藥劑通過與加藥模塊相連的快插式加藥管道加入混凝罐進行混合反應。混合后的鉆井廢液沉淀分層，分層后的鉆井液分為上下兩種狀態：上部為比重較小的渾清液，下部為比重較大的絮凝狀污泥。上層渾清液通過出水管路進入水處理設備，下層污泥通過污泥管路進入板框壓濾模塊固液分離。

破膠混凝模塊設有泥漿液位指示控制、攪拌破膠監控、泥漿加壓輸送、電氣自動控制等設備，可隨時監測處理狀況。

2.3 管道混合反應+斜管沉降處理模塊

管道混合器與斜管沉降處理模塊采用一體化設計，結構緊湊。管道混合器采用多級串聯的方式組合，可以在很寬的雷諾數范圍內與需要添加的各種藥劑進行流體混合反應，能滿足進入斜管沉降處理模塊的液體進行充分的絮凝反應。

斜管沉降處理模塊主要采用斜管分離技術，該技術屬于物理法處理方式，利用水中不同物質的密度差進行重力分離。采用斜管技術可以大大提高絮凝物沉降速度和分離效率，加藥反應后的污水經過斜管沉降以后，大顆粒形成淤泥由污泥泵提升至板框壓濾模塊形成泥餅，方便集中處理，而帶有小顆粒的渾清液由流程泵進入氣浮處理模塊。

2.4 氣浮處理+濾料過濾模塊

氣浮處理模塊和濾料過濾模塊采用集成一體結構。氣浮處理模塊就是通過向液體中通入大量空氣產生氣泡，使得水中的乳化油、細小懸浮物和固體顆粒附著在氣泡上，隨氣泡上升浮至水面被刮除，從而達到固液分離的目的。為增加分離效果，同時防止上級流程形成的懸浮物被破壞分散，該模塊選用了MAF-A型旋切式浮選機，其采用旋切式葉輪結構高速旋轉產生真空作用，吸入空氣及回流水，并完成有效的汽水混合相的切割，可產生0.5μm微細氣泡，從而優化浮選效果。

濾料過濾模塊采用核桃殼和改性纖維球相結合的方式，通過加壓使得濾料過濾后的水樣清澈透明，水質更為穩定。該模塊設有反沖洗流程，可以使濾料再生利用，延長使用壽命。

表1 處理后水質指標

2.5 加藥模塊+膜過濾模塊

加藥模塊設備由破拆、液位指示與控制、溶解、加量控制、輸送以及電氣自動控制設備組成，該模塊均采用變頻加藥泵組成，可根據水質狀況隨時控制加藥量的多少，能實現連續配藥和加藥的要求。

膜過濾模塊為水質的深度精細處理，其采用具有選擇效果的高精度面膜材料，按照機械篩分原理，通過濾芯與物料系統的精確匹配達到實現料液中不同組分的分離和濃縮，并采用錯流過濾方式從而達到解決膜組的堵塞問題。

2.6 設備的運輸及裝卸

針對陜北地區油井所處地區偏遠，坡度陡峭，個別地區甚至遇到轉彎半徑過大的車輛時要提前使用推土機開路的狀況，該設備在設計時選用集裝式橇裝結構。選定運載車輛為該地區較為常見的6×4槽子車進行運輸。考慮到道路運輸時郊區居住地往往有居民私自拉扯的電纜等障礙物的通過性問題，各功能模塊為集裝式框架結構，其長度不超過9000mm，寬度和高度均不超過2100mm，框架起吊方式為上下吊裝，運輸過程中框架結構與運輸車輛通過固定繩索聯接，以防止設備在運輸過程中可能出現的滑移現象。在現場使用時，裝卸及井場布局工作可通過一輛15t以內的吊車及6輛運輸車輛完成。

3 現場應用及結論

設備開發完成后，按照破膠、沉降、氣浮、過濾和固化等處理流程，先后在陜北靖邊及青海花土溝礦區配合20余口井的鉆探作業和完井作業。現場使用效果較良好，其中鉆井液中雜質泥漿等大比重固相物成型穩定，脫水率85%以上，且方便集中運輸。對處理后的水質進行檢測，發現pH值、堿度、硬度、總鐵、總鹽、濁度、色度和COD等指標均滿足再次利用和外排的要求，減少污染的同時節約了大量用水成本。(見表1)

綜上所述，可以得到以下結論：

⑴研制的油田鉆井廢液處理工藝及設備在使用過程中，鉆井液分離效果理想，經破膠沉淀后，大比重固相形成的淤泥進入板框壓濾模塊后可形成易運輸的成型固體，方便集中處理。帶有小顆粒的渾清液液相進入污水處理系統，處理效果較好，且效率較高。

⑵設備采用模塊化結構，各模塊外形結構尺寸均保持統一，設計均以鄂爾多斯地區運輸實際情況出發。同時通過優化起吊方式方便吊裝作業，能夠滿足山區環境使用。

⑶鉆井廢液經過該設備處理后，井場現場無污染物排放，達到了環境保護的目的。同時，回注水的重復利用減少了用水資金投入，大大節約了鉆井成本。