專利名稱：鉆井廢棄物中重金屬的捕捉和掩蔽方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油氣田鉆井過程中外排危廢物的處理，特別涉及一種鉆井廢棄物重金屬的捕捉和掩蔽工藝技術(shù)。
背景技術(shù)：
鉆井廢棄物是石油天然氣工業(yè)的主要污染源之一，其廢物處理是目前困擾油田的一大難題。2008年《國家危險(xiǎn)廢物名錄》中已將“廢棄鉆井液處理產(chǎn)生的污泥”(廢物代碼 071-002-08)列入國家危險(xiǎn)廢物名目?jī)?nèi)，其中，重金屬是廢棄鉆井泥漿中主要污染物成分之O
根據(jù)國內(nèi)各油田鉆井泥漿成分資料統(tǒng)計(jì)分析，重金屬廣泛分布于廢棄鉆井泥漿中，除銀外，一些常見的具有危害性的金屬幾乎全部檢測(cè)到蹤跡，如Zn、Pb、Cu、N1、Hg、As、 Cr等。廢棄鉆井泥漿中金屬離子含量較高，分析其原因除鉆井地點(diǎn)生產(chǎn)用水中相關(guān)礦物質(zhì)背景含量較高的因素所致外，主要原因還與各種添加劑的使用有關(guān)。這些金屬元素可能是伴隨鉆井泥漿添加劑、基礎(chǔ)添加材料進(jìn)入體系，也可能是隨鉆屑由地層中攜帶出來。
據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)顯示，廢棄鉆井泥漿中的重金屬元素通常以6種狀態(tài)存在，廢水中重金屬主要以可溶態(tài)和離子交換態(tài)存在，廢棄鉆井泥漿中重金屬多以吸附態(tài)、絡(luò)合態(tài)、碳酸鹽態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)存在。Cr是主要污染物，Pb、Zn含量也高。Cr、Zn與有機(jī)物結(jié)合能力較強(qiáng)，因而泥漿中的大量有機(jī)物對(duì)重金屬的存在狀態(tài)、遷移和積累等均起著重要作用。Cu主要以與有機(jī)物結(jié)合的形式存在，殘?jiān)泻枯^高，可能與硫化物、氫氧化物的存在形式有關(guān)。Cd是生物所需的微量元素，它幾乎完全以可交換和與碳酸鹽結(jié)合的形式存在。
我國陸地油氣井鉆井泥漿絕大多數(shù)采用水基泥漿。鉆井廢棄泥漿的處理方式通常是回填處理和固化處理兩種。
回填處理先將儲(chǔ)存坑里沉降分離的鉆井泥漿上部的水澄清(必要時(shí)加絮凝劑)， 達(dá)到規(guī)定指標(biāo)后，就地排放；剩下的污泥，待其自然干化到一定程度，在其上部加土填埋，頂部保持O. 5-1. 5m的土層，以恢復(fù)地貌。該方法處理成本較低，適用于淡水基鉆井泥漿。
固化處理該技術(shù)是近些年發(fā)展起來的一種廢棄鉆井泥漿處理技術(shù)。其原理是向廢棄鉆井泥漿中加入具有固結(jié)性能的固化劑，使其轉(zhuǎn)化成類似混凝土的固化體，固結(jié)其內(nèi)的有害成分。但固化處理費(fèi)用較高，每口井都需建泥漿池，占地面積大(一般采用固化處理后，因加入固化物可使其在原泥漿排放量的基礎(chǔ)上再增加30%體積)，且固化處理過程中需要使用破穩(wěn)劑、助凝劑、固化劑，處理效果較復(fù)雜。固化法中，重金屬元素可溶態(tài)并未改變。 隨著時(shí)間的推移，重金屬離子可以隨固化體滲出液逸出，污染土壤和地下水，環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)依然較高。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鉆井廢棄物重金屬的捕捉和掩蔽方法和系統(tǒng)，通過技術(shù)手段將鉆井廢棄物中重金屬元素通過添加化學(xué)藥劑使之結(jié)合成有機(jī)硫重金屬螯合物，然后經(jīng)固-液分離進(jìn)入泥餅。
重金屬硫化物具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，除硫化錳、硫化鎳、硫化鋅等溶于稀鹽酸外，其余有害重金屬硫化物只能溶于濃鹽酸、濃硫酸甚至王水，消除了有害重金屬在土壤中離子化的可能性，切斷重金屬被植物吸收富集轉(zhuǎn)移和污染地下水的可能性。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種油氣田鉆井廢棄物重金屬的捕捉和掩蔽方法，如圖1所示，包括下列步驟
I)利用砂石分離裝置接收鉆井廢棄物，加水?dāng)嚢柽^篩，將其中大顆粒的巖屑和砂石分離并洗滌后排出，而洗滌產(chǎn)生的漿體和去除砂石后的泥漿混合后進(jìn)入步驟2)；
2)混合漿液進(jìn)入帶有攪拌裝置的泥漿儲(chǔ)存攪拌罐中，對(duì)混合漿液分批加pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)PH值至6 8并加氧化劑降低其COD值；
3)加入重金屬捕捉劑溶液，重金屬捕捉劑與混合漿液中的重金屬反應(yīng)，結(jié)合成有機(jī)重金屬螯合物沉淀析出，將處理后的混合漿液輸送到泥漿反應(yīng)罐；
4)對(duì)步驟3)處理后的混合漿液進(jìn)行復(fù)合絮凝；在帶有攪拌裝置的泥漿反應(yīng)罐中， 分別加入聚凝劑和絮凝劑，低速攪拌，在脫穩(wěn)充分后進(jìn)入脫干機(jī)進(jìn)行固液分離；
5)采用機(jī)械脫干法使步驟4)處理后的混合漿液實(shí)現(xiàn)固液分離，得到脫干后的固體分離物。
出機(jī)泥餅達(dá)到農(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)。濾水經(jīng)沉淀箱進(jìn)入回用水箱，循環(huán)使用不外排。
泥餅修路墊場(chǎng)或還田。
上述步驟I)是對(duì)鉆井廢棄物進(jìn)行預(yù)處理，也是本發(fā)明方法應(yīng)用的前提。鉆井廢棄物直接進(jìn)入或通過前延設(shè)備(如螺旋輸送機(jī)等)進(jìn)入砂石分離裝置，以鉆井廢棄物與水的比例為1: Γ1:5加水?dāng)嚢柽^篩，將泥漿中含有的大量巖屑和砂石等顆粒物分離出來，減輕、減少該類物質(zhì)對(duì)后續(xù)處理的影響，形成新的稀釋泥漿。
本發(fā)明采用的砂石分離裝置可以按照中國專利ZL200910082930. 5、 ZL200920107714. 7和ZL200920107713.· 2中所述的砂石分離裝置設(shè)計(jì)制造。
步驟I)可使鉆井外排廢棄泥衆(zhòng)中粒徑在5mm(甚至Imm)以上的巖屑和砂粒脫離衆(zhòng)體,并且分離洗滌后的巖屑和砂石可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)(執(zhí)行檢測(cè)方法GB 5086. 3-1997固體廢物浸出毒性，浸出方法一水平振蕩法；執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978-1996)) 的一級(jí)指標(biāo))。同時(shí)，可使剩余漿體稠度降低成為較好的流動(dòng)體，通過泥漿泵輸出，進(jìn)入到步驟2)進(jìn)行處理。
步驟2)首先對(duì)泥漿進(jìn)行pH調(diào)整和強(qiáng)制氧化。從砂石分離裝置排出的泥漿進(jìn)入泥漿存儲(chǔ)攪拌罐中進(jìn)行PH的調(diào)節(jié)和氧化處理。調(diào)整泥漿的pH值通常選用的是鹽酸或硫酸， 投放量以達(dá)到PH61為準(zhǔn)；氧化處理可采用雙氧水或次氯酸鈉(漂白粉)，用以降低泥漿的 COD和B0D。氧化劑的投放量要根據(jù)對(duì)后續(xù)脫干處理得到的泥餅的檢測(cè)結(jié)果來調(diào)整，目標(biāo)是使脫干處理后的泥餅?zāi)苓_(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，通常要求檢測(cè)所得COD值< 100mg/L。一般在加入PH調(diào)節(jié)劑和氧化劑后5分鐘加入重金屬捕捉劑藥液。
重金屬捕捉劑是易溶于水的有機(jī)硫化物，市售有液態(tài)和固態(tài)兩種，選擇對(duì)重金屬廣譜型的捕捉劑。重金屬捕捉劑藥液的配制濃度一般為f 10wt%，或按產(chǎn)品說明配制。重金屬捕捉劑藥液加藥比例要通過事先對(duì)鉆井廢棄物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)確定，通常添加量為l(T200mmp。
重金屬捕捉劑的工作原理是，有機(jī)硫化物溶于水后產(chǎn)生有機(jī)硫離子，有機(jī)硫離子對(duì)水中的多種重金屬離子有極強(qiáng)的捕捉能力，結(jié)合成重金屬有機(jī)硫螯合物。重金屬有機(jī)硫螯合物是百萬級(jí)重金屬有機(jī)硫化物分子的螯合團(tuán)，加入少量有機(jī)或無機(jī)絮凝劑以形成絮狀沉淀，從而達(dá)到捕集去除重金屬離子的目的。
步驟2)加入重金屬捕捉劑將泥漿呈離子態(tài)(離子交換態(tài))的重金屬元素迅速捕集。 對(duì)于呈絡(luò)合態(tài)重金屬元素有破絡(luò)捕集能力，而對(duì)吸附態(tài)的重金屬元素甚至包裹泥微粒形成螯合團(tuán)粒沉淀。
為保證藥劑的反應(yīng)時(shí)間，泥漿存儲(chǔ)攪拌罐容量應(yīng)大于后續(xù)步驟脫干設(shè)備處理量的 5^10倍，并且要在泥漿進(jìn)入泥漿存儲(chǔ)攪拌罐時(shí)分批加入pH調(diào)節(jié)劑、氧化劑和重金屬捕捉劑。
步驟4)對(duì)泥漿進(jìn)行脫穩(wěn)、初步脫水。
由于泥漿以膠體狀態(tài)存在，水溶液不易直接脫去，從而使泥漿中的有機(jī)類和其它化學(xué)物質(zhì)也很難去除。步驟4)對(duì)泥漿進(jìn)行復(fù)合絮凝，實(shí)現(xiàn)破穩(wěn)，使固、液分離。具體的做法是首先分別在不同的配藥罐中用水(回用水或清水)溶解聚凝劑和絮凝劑，將調(diào)整好濃度的泥漿注入泥漿反應(yīng)罐后，分別泵入聚凝劑和絮凝劑溶液，攪拌1(Γ15分鐘。
聚凝劑可以采用聚合氯化鋁或聚合氯化鐵，配制溶液濃度3 8wt%，優(yōu)選5wt%，投加比例15%左右(按聚凝劑溶液基于所處理的泥漿的重量比計(jì))。
絮凝劑可以采用聚丙烯酰胺(分子量800萬 1200萬)或聚二烯丙基二甲基氯化銨 (分子量800萬)，配制溶液濃度O. 2wt%左右，投加比例5%左右(按絮凝劑溶液基于所處理的泥漿的重量比計(jì))。
在不同地區(qū)，同一地區(qū)不同鉆井深度投藥比例是有差異的，需要通過試驗(yàn)確定。
泥漿投藥攪拌1(Γ15分鐘后在泥漿繼續(xù)攪拌的同時(shí)，用泥漿泵向脫干設(shè)備輸送泥漿。
步驟5)在絮凝后采用機(jī)械脫干的方法把水從固體物中析出。所述機(jī)械脫干的方法可以是利用真空吸附法或離心分離法把水溶液脫出去，脫干設(shè)備可選用真空吸附帶濾機(jī)或離心脫干機(jī)等，脫干后的固體分離物(泥餅)已達(dá)到無害化，可以堆放或填埋處理，而分離出來的水溶液經(jīng)沉淀罐收集沉淀后，進(jìn)入回用水箱循環(huán)使用。
步驟5)生產(chǎn)的泥餅達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)(執(zhí)行檢測(cè)方法GB 5086. 2-1997固體廢物浸出毒性，浸出方法一水平振蕩法；執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978-1996))的一級(jí)指標(biāo))。同時(shí)達(dá)到《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)一GB4284-84))
步驟5)生產(chǎn)的泥餅經(jīng)有關(guān)部門檢測(cè)合格后，取得排放許可證。泥餅可以修路墊場(chǎng)或按標(biāo)準(zhǔn)比例還田。
同時(shí)，本發(fā)明也提供了一種鉆井廢棄物重金屬的捕捉和掩蔽系統(tǒng)，包括砂石分離裝置、泥漿儲(chǔ)存攪拌罐、泥漿反應(yīng)罐、沉淀罐、脫干設(shè)備，以及回用水箱等。
本發(fā)明對(duì)油氣田鉆井廢棄物中的重金屬并不是提取出來，而是將其轉(zhuǎn)化成化學(xué)穩(wěn)定性高的重金屬有機(jī)硫化物，阻止了重金屬污染土壤和地下水，只是起到了掩蔽的作用。


圖1是本發(fā)明對(duì)鉆井外排廢棄物處理的流程圖。
具體實(shí)施方式
中石油塔里木油田新墾某井，位于新疆阿克蘇地區(qū)沙雅縣內(nèi)。三級(jí)結(jié)構(gòu)井，設(shè)計(jì)井深 6845m。
鉆井井身結(jié)構(gòu)及鉆井泥漿體系
權(quán)利要求
1.一種鉆井廢棄物中重金屬的捕捉和掩蔽方法，其步驟包括 1)將鉆井廢棄物中的巖屑和砂石分離并洗滌后排出，而洗滌產(chǎn)生的漿體和去除砂石后的泥漿混合后進(jìn)入步驟2)； 2)對(duì)混合漿液加pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH值至6 8，并加氧化劑降低其COD值； 3)加入重金屬捕捉劑溶液，使重金屬捕捉劑與混合漿液中的重金屬反應(yīng)，生成有機(jī)重金屬螯合物； 4)對(duì)處理后的混合漿液進(jìn)行復(fù)合絮凝； 5)對(duì)復(fù)合絮凝后的漿液固液分離，得固體分離物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟I)分離方式為加水?dāng)嚢柽^篩，鉆井廢棄物與水的比例為1:廣1:5。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述COD值<100mg/L。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述重金屬捕捉劑為廣譜型，濃度為I 10wt%,添加量為10 200mmp。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2)在加入pH調(diào)節(jié)劑和氧化劑5分鐘后加入重金屬捕捉劑藥液。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2)選用鹽酸或硫酸調(diào)節(jié)pH值，選用雙氧水或次氯酸鈉降低其COD值。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3)通過加聚凝劑和絮凝劑，并低速攪拌1(T15分鐘進(jìn)行復(fù)合絮凝。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，聚凝劑采用聚合氯化鋁或聚合氯化鐵；絮凝劑采用分子量800萬 1200萬的聚丙烯酰胺或分子量800萬的聚二烯丙基二甲基氯化銨。
9.一種鉆井廢棄物中重金屬的捕捉和掩蔽系統(tǒng)，其特征在于，包括 一砂石分離裝置； 一泥漿儲(chǔ)存攪拌罐，其入口與砂石分離裝置出口相通； 一泥漿反應(yīng)罐，其入口與泥漿儲(chǔ)存攪拌罐的出口通過管道連接； 一脫干設(shè)備，其入口與泥漿反應(yīng)罐的出口通過管道連接。
10.如權(quán)利要求9所述的鉆井廢棄物中重金屬的捕捉和掩蔽系統(tǒng)，其特征在于，還包括與脫干設(shè)備連接的沉淀罐，以及與沉淀罐連接的回用水箱，其中回用水箱與砂石分離裝置通過相通的管道連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鉆井廢棄物中重金屬的捕捉和掩蔽方法和系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括砂石分離裝置、泥漿儲(chǔ)存攪拌罐、泥漿反應(yīng)罐、脫干設(shè)備和沉淀罐等，通過技術(shù)手段將鉆井廢棄物中重金屬元素通過分批加入pH調(diào)節(jié)劑、氧化劑和重金屬捕捉劑，使之結(jié)合成有機(jī)硫重金屬螯合物，然后進(jìn)行復(fù)合絮凝，實(shí)現(xiàn)破穩(wěn)，使固、液分離。經(jīng)機(jī)械脫干后，固體分離物以泥餅的形式修路墊場(chǎng)或還田。本發(fā)明將鉆井廢棄物中重金屬元素轉(zhuǎn)化成化學(xué)穩(wěn)定性高的重金屬有機(jī)硫化物，阻止了重金屬污染土壤和地下水，起到了掩蔽的作用。
文檔編號(hào)C02F11/00GK102992558SQ201210488700
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者司軍, 呂允謙 申請(qǐng)人:司軍