渦流式旋流器在鉆井廢液處理中的應(yīng)用

蓋 濤

（黃河鉆井鉆前公司，山東 東營 257047）

0 前言

由于鉆井施工作業(yè)過程中會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)釋放出大量的鉆井廢液，此過程中廢棄鉆井液釋放流量比較大、固體顆粒物粒徑較小。渦流式旋流器依據(jù)離心分離原理，用于分離液體中可沉淀固體物,可達(dá)到98%的分離效果。過濾不需濾網(wǎng)、濾盤，無需反沖洗水，節(jié)約了排污水，沒有流量損失，設(shè)備的維護(hù)成本非常低。本文在對(duì)廢棄泥漿粒徑、組分進(jìn)行細(xì)致分析的基礎(chǔ)上，研究了將渦流式旋流器應(yīng)用于大流量鉆井廢液的固液分離的工藝技術(shù)，以滿足現(xiàn)場一體化處理裝備正常使用。

1 旋流器在油田的使用

近年來的油田生產(chǎn)實(shí)際表明，油田開發(fā)逐步強(qiáng)調(diào)降本增效，這在一定意義上促使生產(chǎn)中相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù) (如水處理技術(shù)等)要適應(yīng)需要，開發(fā)出成本低、效率高、使用壽命長的新技術(shù)、新工藝及新產(chǎn)品。旋流器具有功能多、結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、運(yùn)行費(fèi)用低、使用方便靈活、工藝比較簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]。以旋流器為核心的旋流分離技術(shù)及其配套工藝技術(shù)研究的應(yīng)用前景將十分廣闊，對(duì)油田開發(fā)污水處理工藝體系的高效化與小型化都具有十分重要的意義[2]。

（1）在聯(lián)合站的應(yīng)用，可代替一級(jí)脫水與一級(jí)沉降。中轉(zhuǎn)站來液經(jīng)旋流器預(yù)分離處理后，油直接送至電脫水器，水直接送至污水處理站。簡化了工藝，節(jié)約了占地面積，降低了設(shè)備投資成本。

（2）在中轉(zhuǎn)站采用預(yù)分離旋流器解決中轉(zhuǎn)站就地放水與回?fù)接盟葐栴}。減少外輸液量，節(jié)約水資源，同時(shí)減少了運(yùn)行費(fèi)用。

（3）在邊緣地區(qū)的小區(qū)塊上直接處理油井采出液，將預(yù)分離旋流器及污水處理旋流器用于就地處理與回注系統(tǒng)中，減少管網(wǎng)的鋪設(shè)，大大節(jié)約了投資，降低了開采成本。

（4）在井下分離方面，采用預(yù)分離旋流器與雙流泵配合，直接在井下對(duì)產(chǎn)出液進(jìn)行處理，可使采出原油的含水率由90%以上降至50%-80%，降低了原油開采成本，簡化了地面水處理工藝及設(shè)備。隨著產(chǎn)出液含水率的不斷提高，此項(xiàng)應(yīng)用必將迅速得到推廣，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（5）將污水處理用旋流器制成移動(dòng)式或固定式油一水分離設(shè)備，用于井下工具或其他工具的清洗等，減少油田廢水的排放，對(duì)節(jié)約能源及環(huán)境保護(hù)都具有積極的意義。

2 鉆井廢液處理工況分析

2.1 固體顆粒

通過分析鉆井廢液的固體顆粒參數(shù)是5—75μm占80%；75μm—5mm占不到20%。同時(shí)有一個(gè)特殊性在于，需要流動(dòng)性的固液分離系統(tǒng)，這就決定了不同地區(qū)地理?xiàng)l件下的顆粒特性發(fā)生變化，如顆粒粒度的分布。這個(gè)變化主要影響儲(chǔ)污室內(nèi)顆粒聚集的快慢，即影響排污口打開的頻率和持續(xù)時(shí)間。

2.2 處理能力需求

鉆井一開等施工作業(yè)過程中會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)釋放出大量的廢棄鉆井液，測算出的指標(biāo)是60m3/h。這個(gè)參數(shù)將決定渦流式旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。還有一個(gè)參數(shù)是分離率達(dá)到90%，都將要在參數(shù)匹配中給予滿足。

2.3 注水指標(biāo)

中低滲透層注水指標(biāo)10mg/L，中高滲透層注水指標(biāo)為30mg/L。

3 廢液處理系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

目前在實(shí)際使用中有以下整體設(shè)計(jì)的工藝方案及性能[3]:

3.1 “兩級(jí)旋流串聯(lián)”工藝

此工藝的主要流程是采用兩級(jí)旋流器串聯(lián)起來實(shí)現(xiàn)含油污水的處理，其中第一級(jí)為臥式旋流器，第二級(jí)為立式旋流器，并且將其中的第一級(jí)旋流器作為粗略的分離，第二級(jí)旋流器作為精細(xì)的分離。采用“兩級(jí)旋流串聯(lián)”工藝，可以將1000mg/L左右的含油污水處理到30mg/L左右，達(dá)到了中、高滲透層的注水指標(biāo)，從而具有良好的現(xiàn)場應(yīng)用價(jià)值。

3.2 “單級(jí)旋流+過濾”工藝

此工藝流程是分別采用立式或臥式單級(jí)旋流器與過濾器相連接，廢液經(jīng)一級(jí)旋流后，進(jìn)入過濾器裝置，進(jìn)行過濾處理。采用“單級(jí)旋流+過濾”工藝，可以將1000mg/L左右的含油污水處理到10mg/L以下，達(dá)到了中、低滲透層的注水指標(biāo)，同樣有更加良好的現(xiàn)場應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，該工藝簡單，運(yùn)行成本得以降低，且操作管理方便、快捷、靈活，可在不同地點(diǎn)建成不同規(guī)模的污水處理裝置，甚至可實(shí)現(xiàn)橇裝化或車裝化，實(shí)現(xiàn)污水的就地處理。

3.3 “兩級(jí)旋流串聯(lián)+過濾”工藝

此工藝是將廢液中的含油污水經(jīng)過臥式和立式兩級(jí)串聯(lián)的旋流器處理后，進(jìn)入過濾器裝置，過濾后的液流由底流口排出。過濾設(shè)備僅能將30mg/L左右的含油污水處理到3mg/L以下，這同“單級(jí)旋流+過濾”工藝相比，處理指標(biāo)相差不是十分明顯，但卻增加了一級(jí)旋流設(shè)備的投資，顯然是不夠經(jīng)濟(jì)的。

綜上所述，選取“旋流器+過濾”的方案是最合適的。

但是，針對(duì)60m3/h的處理量需求，采用后過濾的措施顯然達(dá)不到這個(gè)處理量的需求。根據(jù)顆粒特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出以下方案，如圖1所示。

第一級(jí)過濾是分離掉鉆井過程中產(chǎn)生的泥塊等大顆粒，第二級(jí)過濾是分離掉一些小的大顆粒級(jí)微粒，因?yàn)?00μm以上的顆粒都可以通過通過篩選方法去除，所以第三級(jí)過濾篩的孔徑選取300μm。

渦流式旋流器的主要顆粒處理范圍是10—300μm，基本包含了油田給的參數(shù)范圍，對(duì)于5—10μm的顆粒會(huì)有一部分得到分離。因?yàn)?—10μm顆粒含量比較少且能夠?qū)崿F(xiàn)部分分離，所以整體上來講本套系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)90%的分離率。

這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)同時(shí)考慮了油田現(xiàn)有處理設(shè)備，可以使用現(xiàn)在正在使用了廢水處理系統(tǒng)的一級(jí)過濾設(shè)備，從而減少了一次性投入。

采用渦流式旋流器的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）特殊的接觸室、螺旋槽的入口形式，使得流場軸線與溢出口及分離筒軸線比較接近，分離效果比較好。

（2）分離筒為圓柱狀，分離主要發(fā)生在液流入口，分離筒下部有足夠的長度，有利于顆粒的沉降。

（3）排污口可以不定時(shí)打開，其余時(shí)間是關(guān)閉，顆粒沉降聚集在儲(chǔ)污室，從而能夠滿足不同顆粒含量工況的需求，只需要解決排污口打開頻率的問題就可以了，比如在儲(chǔ)污室安裝一個(gè)超聲波傳感器，檢測到污泥儲(chǔ)存將要滿的時(shí)候打開排污口。

4 渦流式旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配

旋流器主要參數(shù)見表1。

表1 渦流式旋流器主要參數(shù)

5 小結(jié)

本文分析了旋流器在油田的使用情況、鉆井廢液處理系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，然后在分析油田鉆井廢液處理工況后，設(shè)計(jì)了一套廢液處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鉆井生產(chǎn)作業(yè)過程中大流量廢棄鉆井液排放階段的固液分離問題，可滿足現(xiàn)場一體化鉆井液廢液無害化處理中的大流量廢棄鉆井液處理的實(shí)際需要，具有較大的社會(huì)效益和環(huán)境效益。

［1］賀杰,蔣明虎.水力旋流器[M].石油工業(yè)出版社,1996.

［2］蔣明虎,等.產(chǎn)出液預(yù)分離水力旋流器的機(jī)理及試驗(yàn)研究[J].石油學(xué)報(bào),1998,4.

［3］姜寶山.油田含油污水處理新工藝及配套技術(shù)研究[J].大慶石油學(xué)院,2003,5.