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)列入國家危險廢物名目內(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)和殘渣態(tài)存在。Cr是主要污染物，Pb、Zn含量也高。Cr、Zn與有機物結(jié)合能力較強，因而泥漿中的大量有機物對重金屬的存在狀態(tài)、遷移和積累等均起著重要作用。Cu主要以與有機物結(jié)合的形式存在，殘渣中含量較高，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。
回填處理先將儲存坑里沉降分離的鉆井泥漿上部的水澄清(必要時加絮凝劑)， 達到規(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)合成有機硫重金屬螯合物，然后經(jīng)固-液分離進入泥餅。
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入步驟2)；
2)混合漿液進入帶有攪拌裝置的泥漿儲存攪拌罐中，對混合漿液分批加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)對步驟3)處理后的混合漿液進行復(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)充分后進入脫干機進行固液分離；
5)采用機械脫干法使步驟4)處理后的混合漿液實現(xiàn)固液分離，得到脫干后的固體分離物。
出機泥餅達到農(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)。濾水經(jīng)沉淀箱進入回用水箱，循環(huán)使用不外排。
泥餅修路墊場或還田。
上述步驟I)是對鉆井廢棄物進行預(yù)處理，也是本發(fā)明方法應(yīng)用的前提。鉆井廢棄物直接進入或通過前延設(shè)備(如螺旋輸送機等)進入砂石分離裝置，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到排放標(biāo)準(zhǔn)(執(zhí)行檢測方法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)) 的一級指標(biāo))。同時，可使剩余漿體稠度降低成為較好的流動體，通過泥漿泵輸出，進入到步驟2)進行處理。
步驟2)首先對泥漿進行pH調(diào)整和強制氧化。從砂石分離裝置排出的泥漿進入泥漿存儲攪拌罐中進行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)對后續(xù)脫干處理得到的泥餅的檢測結(jié)果來調(diào)整，目標(biāo)是使脫干處理后的泥餅?zāi)苓_到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，通常要求檢測所得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硫化物，市售有液態(tài)和固態(tài)兩種，選擇對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鉆井廢棄物進行實驗確定，通常添加量為l(T200mmp。
重金屬捕捉劑的工作原理是，有機硫化物溶于水后產(chǎn)生有機硫離子，有機硫離子對水中的多種重金屬離子有極強的捕捉能力，結(jié)合成重金屬有機硫螯合物。重金屬有機硫螯合物是百萬級重金屬有機硫化物分子的螯合團，加入少量有機或無機絮凝劑以形成絮狀沉淀，從而達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。 對于呈絡(luò)合態(tài)重金屬元素有破絡(luò)捕集能力，而對吸附態(tài)的重金屬元素甚至包裹泥微粒形成螯合團粒沉淀。
為保證藥劑的反應(yīng)時間，泥漿存儲攪拌罐容量應(yīng)大于后續(xù)步驟脫干設(shè)備處理量的 5^10倍，并且要在泥漿進入泥漿存儲攪拌罐時分批加入pH調(diào)節(jié)劑、氧化劑和重金屬捕捉劑。
步驟4)對泥漿進行脫穩(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類和其它化學(xué)物質(zhì)也很難去除。步驟4)對泥漿進行復(fù)合絮凝，實現(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)。
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)。
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，需要通過試驗確定。
泥漿投藥攪拌1(Γ15分鐘后在泥漿繼續(xù)攪拌的同時，用泥漿泵向脫干設(shè)備輸送泥漿。
步驟5)在絮凝后采用機械脫干的方法把水從固體物中析出。所述機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或離心脫干機等，脫干后的固體分離物(泥餅)已達到無害化，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，進入回用水箱循環(huán)使用。
步驟5)生產(chǎn)的泥餅達到排放標(biāo)準(zhǔn)(執(zhí)行檢測方法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))的一級指標(biāo))。同時達到《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)部門檢測合格后，取得排放許可證。泥餅可以修路墊場或按標(biāo)準(zhǔn)比例還田。
同時，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)明對鉆井外排廢棄物處理的流程圖。
具體實施方式
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)。三級結(jié)構(gòu)井，設(shè)計井深 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入步驟2)； 2)對混合漿液加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)，生成有機重金屬螯合物； 4)對處理后的混合漿液進行復(fù)合絮凝； 5)對復(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)合成有機硫重金屬螯合物，然后進行復(fù)合絮凝，實現(xiàn)破穩(wěn)，使固、液分離。經(jīng)機械脫干后，固體分離物以泥餅的形式修路墊場或還田。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C02F11/00GK102992558SQ201210488700
公開日2013年3月27日 申請日期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 申請人:司軍