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一種高溫高壓對鉆井廢液的處理裝置及方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610037196.0

申請日:

2016.01.21

公開號:

CN105540697A

公開日:

2016.05.04

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):C02F 1/00申請日:20160121|||公開
IPC分類號: C02F1/00; C02F101/30(2006.01)N; C02F103/10(2006.01)N 主分類號: C02F1/00
申請人: 西南石油大學
發明人: 杜國勇; 張洪銘; 汪倩; 朱盟翔; 李趙; 張姝琳; 楊露; 朱成旺; 蔣昕; 任燕玲
地址: 610500 四川省成都市新都區新都大道8號
優先權:
專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610037196.0

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.10.19|||2016.06.01|||2016.05.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種高溫高壓對鉆井廢液的處理裝置及方法,設置兩個或多個并聯的反應釜,在并聯反應釜內均設置進樣、控溫、控壓、泄壓系統,通過自動控制系統控制多個反應釜同時進行高溫高壓反應與常壓氣液分離過程。本發明成功改進了目前國內現有鉆井廢液的處理技術,在原處理單元的基礎上,增設高溫高壓處理裝置,有效降低鉆井廢液的高濃度的有機污染物,改變有機物污染物分子結構,提高鉆井廢液BOD/COD比值,增加鉆井廢液的可生化性,節約成本。與國內現有技術相比具有結構緊湊、節約空間、自動化程度高、操作簡便、便于運輸流動、處理效率高、具備大規模應用的優點,因此,本發明具有很高的實際應用價值。

權利要求書

1.一種高溫高壓對鉆井廢液的處理裝置,其特征在于:它包括依次
連接的樣品罐(1)與進樣控制閥(302),儲氣罐(2)與進氣控制閥(301),
增壓泵(4),單向閥(303),反應釜(7),高溫高壓電磁閥(304),常壓
氣液分離器(11);
所述樣品罐(1)、儲氣罐(2)與反應釜(7)之間通過管線連接,且反應
釜(7)外側設置加熱器(8);
所述反應釜(7)至少并聯兩個,交替使用,通過控制單元調節閥門
開關,使處理過程連續進行;
所述常壓氣液分離器(11)上部設置排氣孔與氣體收集裝置(10),
下部連接出樣管線,設置樣品采集閥(305);
所述處理裝置還設有檢測所述反應釜(7)壓力的壓力表與壓力傳感
器(5),檢測所述反應釜(7)溫度的溫度傳感器(9)以及根據壓力表與
壓力傳感器(5)與溫度傳感器(9)的信號驅動進樣控制閥(302)、進氣
控制閥(301)、增壓泵(4)、加熱器(8)與高溫高壓電磁閥(304)的控
制單元(6)。
2.根據權利要求1所述的處理裝置,其特征在于,所述儲氣罐(2)所
儲氣體為CO2、N2、O2或空氣。
3.根據權利要求1所述的一種高溫高壓對鉆井廢液的處理裝置,其
特征在于,所述控制單元(6)為可編程邏輯控制器。
4.一種高溫高壓對鉆井廢液的處理方法,其特征在于,包括:設置
相互并聯的N個反應釜,其中N為大于等于2的整數,首先將鉆井廢液
通過增壓泵打入第一個反應釜中,充入氣體加壓,然后達到預設壓力與溫
度時停留一定時間,接著打開第一個反應釜的高溫高壓電磁閥泄壓,同時
鉆井廢液隨泄壓形成的空化氣流高速進入常壓氣液分離器,部分氣體從排
氣孔進入氣體收集裝置循環利用,最后處理后的鉆井廢液通過樣品采集閥
排出收集;
針對每一個反應釜均交替的進行進樣、加壓、升溫、反應、泄壓空化
射流的過程,且所有反應釜按順序依次啟動,使啟動第N個反應釜進行鉆
井廢液高溫高壓處理時,第一個反應釜恰好完成常壓氣液分離過程。
5.根據權利要求6所述的處理方法,其特征在于,所述反應釜(7)
工作壓力為≥0.2MPa,溫度為≥100℃,操作時間5~40min。
6.根據權利要求6所述的處理方法,其特征在于,所述反應釜(7)
泄壓速率為≥10m/s。
7.根據權利要求6所述的處理方法,其特征在于,所述處理裝置在
運行一定時間12~48h后,需進行清洗,預防設備腐蝕。

說明書

一種高溫高壓對鉆井廢液的處理裝置及方法

技術領域

本發明專利涉及油氣田鉆井廢液回收處理領域,具體涉及一種高溫高
壓對鉆井廢液的處理裝置及方法。

背景技術

在油氣田鉆井作業過程中所產生的廢液以鉆井廢水和廢棄鉆井液居
多,遇到特殊的作業還可能產生少量的有毒廢棄流體,比如有機烴、酸液、
高鹽流體等。伴隨油氣田開采規模的不斷擴大,油田每年因鉆井作業產生
的廢水至少有500km3。而為了滿足鉆井施工作業的需要,鉆井液體系中
往往需要加入降濾失劑、增粘劑、降粘劑、頁巖抑制劑、潤滑劑、消泡劑、
解卡劑、堵漏劑、殺菌劑、加重材料等化學添加劑,因此有機物含量高且
種類繁多。經初步分析,鉆井廢液中含有苯系物、石油類、高濃度有機物、
無機鹽、重金屬及其他有機物添加劑,如果未經處理而排放到地面或掩埋,
會對土壤和地下水造成污染。有機物含量高對微生物有很強的毒性和抑制
作用,直接排入生化系統會對其造成很大傷害。重金屬含量高是又一重要
特征,它一般不易因水的作用而遷移,也不可能被微生物降解,并有可能
轉化為毒性更大的甲基類化合物,如有機鉛、有機鎘、有機錫、甲基汞等,
因此可能成為一種終結污染。另外,表面活性劑、消泡劑、頁巖抑制劑等
低分子聚合物造成了鉆井液廢水總氮含量高的特點,這也是影響鉆井廢水
化學需氧量(CODCr)排放不達標的主要原因之一。因此,廢棄的鉆井液和
鉆井廢水應該禁止不加處理而隨意排放。

目前,大多鉆井廢液的水處理多采用物化法(噴霧干燥法、低壓蒸餾
法、熱化學破乳-離心法等)、化學法(混凝沉淀法與氧化法)。其中混凝
沉淀法雖投資低,處理容量大,但不能機動性應對不同類型的鉆井廢液。
而氧化法中臭氧氧化技術、Fenton氧化技術、高深度氧化法、催化氧化法
等雖對大多數廢水處理效果良好,且對高濃度的有機廢水處理比較徹底,
但氧化劑與氧化條件的構建常常造成能耗大,處理成本提高,增加處理流
程,不利于大規模開發運用,所以有必要根據油氣田實際特點建立一種對
鉆井廢液有著高效處理能力的高溫高壓的處理裝置。

申請號為CN201510479026.3的發明專利公開了一種水下低溫等離子
體廢水處理方法及裝置,由預處理裝置(即過濾池和調節池)、高壓脈沖
電源、內置導電電極的低溫等離子箱體等組成,一對導電電極的兩個放電
端的間距位于固定導流板中心孔的正上方或正下方。利用高壓脈沖電源通
過導電電極直接對預處理后的污水進行放電,放電產生高溫高壓的沖擊
波、臭氧、紫外線、高能電子、原子及活性自由基等使大量難降解有機物
得到充分降解。同時可根據廢水處理規模及處理程度,選擇多個反應器串
聯或并聯。本發明專利的有益效果是:能有效去除廢水中有毒難降解有機
物,并對廢水進行殺菌消毒和除味除藻,具有結構簡單、氧化充分、等離
子體穩定、成本較低等特點,但對于鉆井廢液處理效果未知,同時設備的
高級氧化技術在鉆井作業過程中會受到一定局限性,無法大規模運用。

申請號為CN201410226349.7的中國發明專利公開了一種廢棄乳化切
削液資源化處理方法,其特征在于:在高溫高壓下,利用雙氧水引發水和
壓縮空氣中的氧氣生成強氧化劑,使用該強氧化劑使廢棄乳化切削液中的
非離子表面活性劑失去表面活性,進而得到油/水分層的產物;所述的高溫
高壓為:溫度≥100℃;壓力≥0.3MPa。本發明專利的有益效果是:將廢
棄乳化切削液資源化利用,減少對環境的污染,合理重新利用了石油資源,
同時可產生良好的效益,但未提出對鉆井廢液無害化處理的技術路線。

申請號為CN201310642972.6的中國發明專利公開了一種超臨界水氧
化法處理高濃度難降解有機廢水的裝置,該裝置包括夾套式反應釜(1)、液
壓裝置(2)、反應釜壓力聯鎖控制裝置(3)、吸附劑裝填裝置(4)、壓縮機(5)、
增壓泵(6)、升溫加熱系統(7)、冷卻器(8)、回壓控制閥(9)、氣液分離器(10);
本發明借助在有機廢水中投加一定量的吸附劑(活性硅粉體),通過攪拌器
使二者均勻混合在一起,進入反應器內,活性硅粉末粒度很小,不會對管
路造成堵塞,且能夠在反應器內對反應所生成的無機鹽進行吸附,然后隨
產物一起流出反應器進入沉淀池,通過添加絮凝劑或者自然沉淀,在沉淀
池內實現吸附劑與處理后液體的分離。本超臨界裝置通過夾套式和液壓系
統的配合,減少了超臨界狀態下設備的腐蝕,降低了設備成本;同時通過
添加吸附劑,避免了無機鹽析出對設備的堵塞問題,易于實現工業化。該
裝置雖可提高處理高濃度難降解有機廢水處理效率,但是裝置流程中添加
吸附劑,不適用于鉆井廢液的復雜體系處理。

申請號為CN201310595431.2的中國發明專利公開了一種超臨界水氧
化技術處理難降解廢水的方法是將預熱后的廢水流入鹽分離器進行超臨
界脫鹽,氧化劑經換熱器進行預熱后進入加熱器加熱到所需的溫度,加熱
后的氧化劑與脫鹽后的廢水分別從反應器兩端流入超臨界水氧化反應器,
系統壓力由背壓閥控制,發生超臨界水氧化反應,廢水中的污染物降解為
CO2、N2和H2O等無毒害物質;反應后清潔的高溫高壓流體進入換熱器與
廢水和氧化劑分別進行熱交換,之后降溫、分離,過量的氧化劑返回超臨
界水氧化反應器,液體進入常壓氣液分離器,CO2、N2等氣體由常壓氣液
分離器頂部排出,處理后的清潔水由常壓氣液分離器底部排出。本發明具
有廢水處理效率高,無二次污染,適于處理不同濃度的難降解廢水的優點。
但對鉆井廢液的復雜體系的處理,還需要進一步改進。

申請號為CN201310595431.2的中國發明專利公開了一種強化水射流
空化降解含苯酚廢水的設備,儲水池、高壓泵、射流空化噴嘴通過管道依
順序連接,射流空化噴嘴安裝在反應容器的進水端,反應容器的出水端通
過回流管與儲水池相連,反應容器內設有一空化射流靶盤,空化射流靶盤
距射流空化噴嘴的距離為射流空化噴嘴的噴射孔直徑的20~40倍,空化
射流靶盤與一調節桿連接固定,調節桿的外伸端連接操縱裝置。它使從射
流空化噴嘴噴出的空化泡與空化射流靶盤撞擊,加速空化泡潰滅,將空化
泡的潰滅集中在射流空化噴嘴與空化射流靶盤之間區域,使空化泡潰滅產
生的極端高熱聚集在該區域,形成一個相對集中高溫高壓的潰滅區,加速
含苯酚廢水中苯酚有機物的分解,由此提高含苯酚廢水的處理效果,但本
發明專利未對混合難降解化合物降解率進行試驗分析,無法對鉆井廢液的
具體處理效果進行評價。

發明專利內容

本發明專利提供了一種高溫高壓對鉆井廢液的處理裝置及方法,反應
釜高溫高壓反應與常壓氣液分離過程同步進行,結構緊湊,節約空間、自
動化程度高,操作簡便,有效降低鉆井廢液的高濃度的有機污染物,改變
有機物污染物分子結構,提高鉆井廢液可生化性。

一種高溫高壓對鉆井廢液的處理裝置,包括依次連接的樣品罐與進樣
控制閥,儲氣罐與進氣控制閥,增壓泵,單向閥,反應釜,高溫高壓電磁
閥,常壓氣液分離器;

所述樣品罐、儲氣罐與反應釜之間通過管線連接,且反應釜外側設置
加熱器;

所述反應釜至少并聯兩個,交替使用,通過控制單元調節閥門開關,
使處理過程連續進行;

所述常壓氣液分離器上部設置排氣孔與氣體收集裝置,下部連接出樣
管線,設置樣品采集閥;

所述處理裝置還設有檢測所述反應釜壓力的壓力表與壓力傳感器,檢
測所述反應釜溫度的溫度傳感器以及根據壓力表與壓力傳感器與溫度傳
感器的信號驅動進樣控制閥、進氣控制閥、增壓泵、加熱器與高溫高壓電
磁閥的控制單元。

所述控制單元優選為可編程邏輯控制器PLC,設定進樣時間、進氣時
間、升溫時間、反應時間與泄壓時間,PLC采集各系統的設定信號并分析,
控制進樣控制閥、進氣控制閥、增壓泵、加熱器與高溫高壓電磁閥的打開
或關閉,使多個反應釜進行鉆井廢液高溫高壓處理和反應釜常壓氣液分離
過程能夠同時進行,依次啟動各個反應釜,使廢水的處理連續進行。

所述儲氣罐所儲氣體為CO2、N2、O2或空氣。

本發明還提供了一種高溫高壓對鉆井廢液的處理方法,包括:

設置相互并聯的N個反應釜,其中N為大于等于2的整數,首先將
鉆井廢液通過增壓泵打入第一個反應釜中,充入氣體加壓,然后達到預設
壓力與溫度時停留一定時間,接著打開第一個反應釜的高溫高壓電磁閥泄
壓,同時鉆井廢液隨泄壓形成的空化氣流高速進入常壓氣液分離器,部分
氣體從排氣孔進入氣體收集裝置循環利用,最后處理后的鉆井廢液通過樣
品采集閥排出收集;

針對每一個反應釜均交替的進行進樣、加壓、升溫、反應、泄壓空化
射流的過程,且所有反應釜按順序依次啟動,使啟動第N個反應釜進行鉆
井廢液高溫高壓處理時,第一個反應釜恰好完成常壓氣液分離過程。

反應釜的個數N根據進樣時間、進氣時間與升溫時間總和與反應時間
與泄壓時間總和的比例確定,優選地,當進樣時間、進氣時間與升溫時間
總和與反應時間與泄壓時間總和的比例為m∶1或1∶m時,N=m+1,其
中m優選為2或3,即N優選為3或4

所述反應釜工作壓力為≥0.2MPa,溫度為≥100℃,操作時間5~40
min。

所述反應釜泄壓速率為≥10m/s。

優選地,所述處理裝置在運行一定時間12~48h后,需進行清洗,預
防設備腐蝕。

本發明專利的有益效果:

本發明專利公開了一種高溫高壓對鉆井廢液的處理裝置及方法,成功
改進了目前國內現有鉆井廢液的處理技術,在原處理單元基礎上,增設高
溫高壓處理裝置,有效降低鉆井廢液的高濃度的有機污染物,改變有機物
污染物分子結構,降低鉆井廢液的COD,提高鉆井廢液BOD/COD比值,
增加鉆井廢液的可生化性,節約成本。與國內現有技術相比具有結構緊湊、
節約空間、自動化程度高、操作簡便、便于運輸流動、處理效率高、具備
大規模應用的優點,因此,本發明具有很高的實際應用價值。

附圖說明

圖1是本發明專利的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示,一種高溫高壓對鉆井廢液的處理裝置,它包括依次連接
的樣品罐1與進樣控制閥302,儲氣罐2與進氣控制閥301,增壓泵4,單
向閥303,反應釜7,高溫高壓電磁閥304,常壓氣液分離器11,以下以
設計兩個反應釜7對本發明的裝置進行說明。

樣品罐1、儲氣罐2與反應釜7之間通過管線連接,且反應釜7外側
設置加熱器8,本實施方式中,反應釜設計容積為1L。并聯兩個反應釜7,
交替使用,通過控制單元6調節閥門開關,使處理過程連續進行。

常壓氣液分離器11上部設置排氣孔與氣體收集裝置10,下部連接出
樣管線,設置樣品采集閥305;

處理裝置還設有檢測所述反應釜壓力的壓力表與壓力傳感器5,檢測
所述反應釜溫度的溫度傳感器9以及根據壓力表與壓力傳感器與溫度傳感
器的信號驅動進樣控制閥302、進氣控制閥301、增壓泵4、加熱器8與高
溫高壓電磁閥304的控制單元6。

控制單元6優選為可編程邏輯控制器PLC,設定進樣時間、進氣時間、
升溫時間、反應時間與泄壓時間,PLC采集各系統的設定信號斌分析,控
制選樣控制閥302、進氣控制閥301、增壓泵4、加熱器8與高溫高壓電磁
閥304的打開或關閉,使多個反應釜進行鉆井廢液高溫高壓處理和反應釜
常壓氣液分離過程能夠同時進行,依次啟動各個反應釜7,使廢水的處理
連續進行。

反應釜的個數N根據進樣時間、進氣時間與升溫時間總和與反應時間
與泄壓時間總和的比例確定,優選地,當進樣時間、進氣時間與升溫時間
總和與反應時間與泄壓時間總和的比例為m∶1或1∶m時,N=m+1,其
中m優選為2或3,即N優選為3或4,本實施例1與實施例2中,分別
設置反應釜個數為三個與四個。

儲氣罐2所儲氣體為CO2、N2、O2或空氣,本實施例1與實施例2
中儲氣罐所儲氣體為N2。

反應釜7處理鉆井廢液時控制工作壓力為≥0.2MPa,溫度為≥
100℃,操作時間5~40min。

反應釜7泄壓速率為≥10m/s。

以兩個反應釜為例,本發明處理控制過程如下:

設置相互并聯的2個反應釜,首先將鉆井廢液通過增壓泵4打入第一
個反應釜7中,充入氣體加壓,然后達到預設壓力與溫度時停留一定時間,
接著打開第一個反應釜7的高溫高壓電磁閥304泄壓,同時鉆井廢液隨泄
壓形成的空化氣流高速進入常壓氣液分離器11,部分氣體從排氣孔10進
入氣體收集裝置循環利用,最后處理后的鉆井廢液通過樣品采集閥305排
出收集。

針對每一個反應釜均交替的進行進樣、加壓、升溫、反應、泄壓空化
射流的過程,且所有反應釜按順序依次啟動,使啟動第二個反應釜進行鉆
井廢液高溫高壓處理時,第一個反應釜恰好完成常壓氣液分離過程。

處理裝置在運行一定時間12~48h后,需進行清洗,預防設備腐蝕。

本發明中,為了提高反應效率,反應釜的設置數量根據進樣時間、進
氣時間與升溫時間總和與反應時間與泄壓時間總和的比例進行調整,可同
時設置多個并聯的反應釜,使多個反應釜依次進行工作,以下實施例1和
實施例2為根據時間總和比例分別設置三個和四和反應釜的工作過程和處
理效果。

實施例1

反應釜設計容積為1L,儲氣罐所儲氣體為N2,反應釜7處理鉆井廢
液時控制工作壓力為0.5MPa,溫度為150℃,操作時間30min,反應釜
泄壓速率為≥20m/s,進樣時間、進氣時間與升溫時間總和與反應時間與
泄壓時間總和的比例接近1∶2,分別約為15.5min和31min,根據時間和
之比,需并聯三個反應釜,當第一個反應釜開始工作15.5min后,開啟第
二個反應釜進行進樣、進氣、升溫同時第一個反應釜進行高溫反應與泄壓
過程,在第二個反應釜工作15.5min之后,開啟第三個反應釜進行進樣、
進氣、升溫同時第二個反應釜進行高溫高壓反應與泄壓過程,當第三個反
應釜開始工作15.5min后,關閉第一個反應釜高溫高壓電磁閥進行進樣、
進氣、升溫同時第三個反應釜進行高溫高壓反應與泄壓過程,當第一個反
應釜開始工作15.5min后,關閉第二個反應釜高溫高壓電磁閥進行進樣、
進氣、升溫同時第一個反應釜進行高溫高壓反應與泄壓過程,反應釜工作
依次進行。定期根據水樣出水COD與理化性質確定系統的進樣時間、進
氣時間與升溫時間總和與反應時間與泄壓時間總和的比例,保證出水水
質。試驗結果如表1所示:

表1鉆井廢液高溫高壓處理效果


此系統運行24h后,需進行清洗,預防設備腐蝕。設備運行一個月后,
處理后出水BOD/COD比值較為穩定,提高鉆井廢液的后期生化處理性能。

實施例2

反應釜設計容積為1L,儲氣罐所儲氣體為N2,加量為100mg/L反應
釜7處理鉆井廢液時控制工作壓力為7.5MPa,溫度為200℃,操作時間
30min,反應釜泄壓速率為≥25m/s,進樣時間、進氣時間與升溫時間總
和與反應時間與泄壓時間總和的比例接近1∶3,分別約為11min和33min,
根據時間和之比,需并聯四個反應釜,當第一個反應釜開始工作11min后,
開啟第二個反應釜進行進樣、進氣、升溫同時第一個反應釜進行高溫反應
與泄壓過程,在第二個反應釜工作11min之后,開啟第三個反應釜進行進
樣、進氣、升溫同時第二個反應釜進行高溫高壓反應與泄壓過程,當第三
個反應釜開始工作11min后,開啟第四個反應釜進行進樣、進氣、升溫同
時第三個反應釜進行高溫高壓反應與泄壓過程,第四個反應釜工作11min
后,關閉第一個反應釜高溫高壓電磁閥進行進樣、進氣、升溫同時第四個
反應釜進行高溫高壓反應與泄壓過程,當第一個反應釜開始工作11min后,
關閉第二個反應釜高溫高壓電磁閥進行進樣、進氣、升溫同時第一個反應
釜進行高溫高壓反應與泄壓過程,反應釜工作依次進行。定期根據水樣出
水COD與理化性質確定系統的進樣時間、進氣時間與升溫時間總和與反
應時間與泄壓時間總和的比例,保證出水水質。試驗結果如表2所示:

表2鉆井廢液高溫高壓處理效果


此系統運行12h后,需進行清洗,預防設備腐蝕。設備運行一個月后,
處理后出水BOD/COD比值較為穩定,提高鉆井廢液的后期生化處理性能。

關 鍵 詞:
一種 高溫 高壓 鉆井 廢液 處理 裝置 方法
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