一種高溫高壓對鉆井廢液的處理裝置及方法
【技術領域】
[0001] 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】
[0002] 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500km 3。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迀移，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(COD cr)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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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2 l〇〇°C;壓力2 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。
[0006] 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)、增壓栗(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。
[0007] 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c〇 2、N#PH2〇等無毒害物質;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 壓氣液分尚器，C〇2、N2等氣體由常壓氣液分尚器頂部排出，處理后的清潔水由常壓氣液分尚 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。
[0008] 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、高壓栗、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。
[0009] 發明專利內容
[0010] 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。
[0011] -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，增壓栗，單向閥，反應釜，高溫高壓電磁閥，常壓氣液分離器；
[0012] 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；
[0013] 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；
[0014] 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 樣品米集閥；
[0015] 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、增壓栗、加熱器與高溫高壓電磁閥的控制單元。
[0016] 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 壓栗、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。
[0017] 所述儲氣罐所儲氣體為CO2、N2、O2或空氣。
[0018] 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：
[0019]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 栗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；
[0020] 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。
[0021] 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I :m時，N=m+1，其中m優選為2或3，即柯尤選為3或4
[0022] 所述反應釜工作壓力為2 0.2MPa，溫度為2 100°C，操作時間5~40min。
[0023] 所述反應釜泄壓速率為2 lOm/s。
[0024]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。 [0025]本發明專利的有益效果：
[0026]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B0D/C0D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