[发明专利]钻井废弃物中重金属的捕捉和掩蔽方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及油气田钻井过程中外排危废物的处理，特别涉及一种钻井废弃物重金属的捕捉和掩蔽工艺技术。

背景技术

钻井废弃物是石油天然气工业的主要污染源之一，其废物处理是目前困扰油田的一大难题。2008年《国家危险废物名录》中已将“废弃钻井液处理产生的污泥”（废物代码071-002-08）列入国家危险废物名目内，其中，重金属是废弃钻井泥浆中主要污染物成分之一。

根据国内各油田钻井泥浆成分资料统计分析，重金属广泛分布于废弃钻井泥浆中，除银外，一些常见的具有危害性的金属几乎全部检测到踪迹，如Zn、Pb、Cu、Ni、Hg、As、Cr等。废弃钻井泥浆中金属离子含量较高，分析其原因除钻井地点生产用水中相关矿物质背景含量较高的因素所致外，主要原因还与各种添加剂的使用有关。这些金属元素可能是伴随钻井泥浆添加剂、基础添加材料进入体系，也可能是随钻屑由地层中携带出来。

据有关文献显示，废弃钻井泥浆中的重金属元素通常以6种状态存在，废水中重金属主要以可溶态和离子交换态存在，废弃钻井泥浆中重金属多以吸附态、络合态、碳酸盐态和残渣态存在。Cr是主要污染物，Pb、Zn含量也高。Cr、Zn与有机物结合能力较强，因而泥浆中的大量有机物对重金属的存在状态、迁移和积累等均起着重要作用。Cu主要以与有机物结合的形式存在，残渣中含量较高，可能与硫化物、氢氧化物的存在形式有关。Cd是生物所需的微量元素，它几乎完全以可交换和与碳酸盐结合的形式存在。

我国陆地油气井钻井泥浆绝大多数采用水基泥浆。钻井废弃泥浆的处理方式通常是回填处理和固化处理两种。

回填处理：先将储存坑里沉降分离的钻井泥浆上部的水澄清（必要时加絮凝剂），达到规定指标后，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，顶部保持0.5-1.5m的土层，以恢复地貌。该方法处理成本较低，适用于淡水基钻井泥浆。

固化处理：该技术是近些年发展起来的一种废弃钻井泥浆处理技术。其原理是向废弃钻井泥浆中加入具有固结性能的固化剂，使其转化成类似混凝土的固化体，固结其内的有害成分。但固化处理费用较高，每口井都需建泥浆池，占地面积大（一般采用固化处理后，因加入固化物可使其在原泥浆排放量的基础上再增加30%体积），且固化处理过程中需要使用破稳剂、助凝剂、固化剂，处理效果较复杂。固化法中，重金属元素可溶态并未改变。随着时间的推移，重金属离子可以随固化体渗出液逸出，污染土壤和地下水，环境污染风险依然较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻井废弃物重金属的捕捉和掩蔽方法和系统，通过技术手段将钻井废弃物中重金属元素通过添加化学药剂使之结合成有机硫重金属螯合物，然后经固-液分离进入泥饼。

重金属硫化物具有良好的化学稳定性，除硫化锰、硫化镍、硫化锌等溶于稀盐酸外，其余有害重金属硫化物只能溶于浓盐酸、浓硫酸甚至王水，消除了有害重金属在土壤中离子化的可能性，切断重金属被植物吸收富集转移和污染地下水的可能性。

本发明的技术方案如下：

一种油气田钻井废弃物重金属的捕捉和掩蔽方法，如图1所示，包括下列步骤：

1）利用砂石分离装置接收钻井废弃物，加水搅拌过筛，将其中大颗粒的岩屑和砂石分离并洗涤后排出，而洗涤产生的浆体和去除砂石后的泥浆混合后进入步骤2）；

2）混合浆液进入带有搅拌装置的泥浆储存搅拌罐中，对混合浆液分批加pH调节剂调节pH值至6~8并加氧化剂降低其COD值；

3）加入重金属捕捉剂溶液，重金属捕捉剂与混合浆液中的重金属反应，结合成有机重金属螯合物沉淀析出，将处理后的混合浆液输送到泥浆反应罐；

4）对步骤3）处理后的混合浆液进行复合絮凝；在带有搅拌装置的泥浆反应罐中，分别加入聚凝剂和絮凝剂，低速搅拌，在脱稳充分后进入脱干机进行固液分离；

5）采用机械脱干法使步骤4）处理后的混合浆液实现固液分离，得到脱干后的固体分离物。

出机泥饼达到农用污泥标准。滤水经沉淀箱进入回用水箱，循环使用不外排。

泥饼修路垫场或还田。

上述步骤1）是对钻井废弃物进行预处理，也是本发明方法应用的前提。钻井废弃物直接进入或通过前延设备（如螺旋输送机等）进入砂石分离装置，以钻井废弃物与水的比例为1:1~1:5加水搅拌过筛，将泥浆中含有的大量岩屑和砂石等颗粒物分离出来，减轻、减少该类物质对后续处理的影响，形成新的稀释泥浆。