油田鉆井作業(yè)廢水特性及處理措施探討

姬濤 潘永寶 吳魁 王英 夏禹周

摘要：主要分析了油田鉆井作業(yè)廢水特性，介紹了國內各油田對鉆井作業(yè)廢水處理現狀。以工程實例介紹了快離子電化處理技術在鉆井作業(yè)廢水處理中的應用，并分析了工程實施的可行性。

關鍵詞：油田；鉆井廢水；壓裂液；快離子電化處理技術

中圖分類號：X2

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08018102

[FL（2K2]

1引言

石油是我國規(guī)范使用的主要能源之一，石油工業(yè)的發(fā)展是關系到國計民生、國民經濟發(fā)展和國家安全的戰(zhàn)略資源。增加國內石油的總體產量，對我國國民經濟的平穩(wěn)、可持續(xù)發(fā)展將起到積極的意義。《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》提出：加大石油、天然氣資源勘探開發(fā)力度，穩(wěn)定國內石油產量；推進形成塔里木河準格爾盆地、松遼盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、四川盆地個油氣規(guī)模生產區(qū)；加快油氣干線管網和配套設施的規(guī)劃建設。近幾年，隨著石油開采規(guī)模的不斷擴大，帶來的環(huán)境問題日益凸顯。其中，鉆井作業(yè)廢水由于其成分復雜、處理難度大，是困擾油田開采企業(yè)發(fā)展的主要環(huán)境問題之一。

2油田鉆井作業(yè)廢水產生及特性

油田鉆井作業(yè)時產生的廢水主要包括鉆井廢水、壓裂液以及試油廢水＼[1＼]。鉆井廢水是油田開發(fā)初期在油（水）井鉆進過程中起降鉆具帶出的部分地層水、沖洗鉆井設備、檢修等排放的廢水，廢水中主要污染物有SS、COD、石油類、p值等，其特性是p 值高、鹽度大、COD濃度高、Cl-含量高、色澤深，呈膠體狀，具有高色度、高懸浮物、高穩(wěn)定性、高含鹽特征，生化降解難度大。鉆井廢水的產生量隨著井深和鉆井周期變化。鉆井廢水中含高倍稀釋的鉆井液與油類污染物，主要有以下特征：偏堿性，p值在80～90之間；懸浮物含量高，在鉆井液中含有大量的粘土和鉆井液加重劑，同時鉆井液在循環(huán)過程中還攜帶了一些鉆井巖屑，這些固體顆粒很容易進入鉆井廢水；有機、無機污染物含量高，在鉆井液中含有各種有機、無機的鉆井液添加劑，有CMC、PAM、SMC、磺化酚醛樹脂，以及降失水劑等。壓裂液一般是由稠化劑、交聯劑、緩沖劑、粘土穩(wěn)定劑、殺菌劑和助排劑組成。壓裂污水外觀一般為白色或灰白色粘稠液，其特點是色度低、p值低、COD 濃度較高、含油較少、Cl-含量較高、胍膠成分高、粘度大，是一種粘稠狀膠體物。試油廢水的特點是石油類、COD濃度較高，且含有一定量的壓裂液和支撐液。

3國內油田鉆井作業(yè)廢水處理現狀

作業(yè)污水具有濁度高、粘度大和COD高、環(huán)保達標處理難度大的特點。目前，油田作業(yè)污水的處理方法主要包含有物理法、化學法、生物法等，包括活性炭吸附、氣浮、混凝沉淀等工藝＼[2，3＼]。其中物理法指不改變污水化學成分，通過吸附、膜過濾、氣浮等方式達到污染物與水分離的效果；化學法是指使用化學藥劑使污水中的污染成分分解、溶解或凝集，從而達到處理污水的目的。生物法是指通過微生物降解消化，將有機物用于自身能量代謝及轉化為二氧化碳、甲烷等氣體，凈化水質。

目前國內油氣田最常用的鉆井作業(yè)污水處理工藝詳見表1。

表1國內油氣田鉆井作業(yè)污水處理工藝現狀

序號國內油氣田處理工藝

1大慶化學破膠-電絮凝-懸浮污泥過濾化學氧化-氣浮-沉降-過濾

2長慶加藥-除砂-沉降-配液預氧化-催化氧化-過濾

3大港混凝沉降-活性炭吸附化學氧化-真空吸濾-過濾

4江蘇化學破穩(wěn)-沉降-氣浮

河南中和-化學破穩(wěn)-強化固液分離

6新疆酸堿絮凝沉降

7四川酸化-中和-混凝沉降

8大牛地氣田化學氧化-絮凝沉降-強化固液分離

9冀東破乳-混凝-氣浮-過濾-吸附

4鉆井作業(yè)廢水處理新工藝

近幾年，隨著研究的不斷深入，各種鉆井作業(yè)廢水處理新工藝不斷出現，包括高級氧化、光催化氧化以及電化學處理＼[4＼]等等。其中，快離子電化處理技術是采用不同的快離子導體材料產生電凝聚和電氧化還原作用，使污水中的無機成垢離子和有機物有效地凝析出來，利用在陽極的強氧化性基團物質，對殘留于水中的有機物氧化降解成水和二氧化碳，同時在陰極將成垢陰離子、多價及重金屬離子等還原析出，實現污水深度處理。由于快離子導體電極在直流電場的作用下能使電解質中的離子遷移運動速度比常規(guī)的普通金屬電極快幾百個至幾千個數量級，可使電化學反應速度超常規(guī)地加快，比常規(guī)電化學方法節(jié)能，處理效果顯著。

快離子電化處理技術工藝流程簡述如下：首先鉆井廢水、壓裂液、石油廢水等由罐車從各井場拉來進入儲液池，由泵提升進入氣浮機進行除油，出水加藥反應脫穩(wěn)，脫穩(wěn)后進入快離子電化深度處理器進行電化學凝聚反應，快離子處理后去除大部分大分子膠體有機物，出水再次加藥進行析膠絮凝后處理，處理后的污水經過有機絮渣分離裝置進行固液分離，上清液進入精細過濾裝置，過濾后出水通過車輛運輸回注于延長組油層或配制壓裂液、鉆井液。污水處理工藝流程圖見圖1。

2012年～6月，某能源技術有限公司與某大學環(huán)境工程學院聯合研究，采用快離子電化處理技術對鎮(zhèn)涇

油田壓裂返排液處理進行了工業(yè)化試驗。試驗采用核心技術為快離子電化處理技術，設計處理能力300m3/d。試驗裝置主要由氣浮除油裝置、 脫膠降穩(wěn)前處理裝endprint

摘要：主要分析了油田鉆井作業(yè)廢水特性，介紹了國內各油田對鉆井作業(yè)廢水處理現狀。以工程實例介紹了快離子電化處理技術在鉆井作業(yè)廢水處理中的應用，并分析了工程實施的可行性。

關鍵詞：油田；鉆井廢水；壓裂液；快離子電化處理技術

中圖分類號：X2

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08018102

[FL（2K2]

1引言

石油是我國規(guī)范使用的主要能源之一，石油工業(yè)的發(fā)展是關系到國計民生、國民經濟發(fā)展和國家安全的戰(zhàn)略資源。增加國內石油的總體產量，對我國國民經濟的平穩(wěn)、可持續(xù)發(fā)展將起到積極的意義。《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》提出：加大石油、天然氣資源勘探開發(fā)力度，穩(wěn)定國內石油產量；推進形成塔里木河準格爾盆地、松遼盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、四川盆地個油氣規(guī)模生產區(qū)；加快油氣干線管網和配套設施的規(guī)劃建設。近幾年，隨著石油開采規(guī)模的不斷擴大，帶來的環(huán)境問題日益凸顯。其中，鉆井作業(yè)廢水由于其成分復雜、處理難度大，是困擾油田開采企業(yè)發(fā)展的主要環(huán)境問題之一。

2油田鉆井作業(yè)廢水產生及特性

油田鉆井作業(yè)時產生的廢水主要包括鉆井廢水、壓裂液以及試油廢水＼[1＼]。鉆井廢水是油田開發(fā)初期在油（水）井鉆進過程中起降鉆具帶出的部分地層水、沖洗鉆井設備、檢修等排放的廢水，廢水中主要污染物有SS、COD、石油類、p值等，其特性是p 值高、鹽度大、COD濃度高、Cl-含量高、色澤深，呈膠體狀，具有高色度、高懸浮物、高穩(wěn)定性、高含鹽特征，生化降解難度大。鉆井廢水的產生量隨著井深和鉆井周期變化。鉆井廢水中含高倍稀釋的鉆井液與油類污染物，主要有以下特征：偏堿性，p值在80～90之間；懸浮物含量高，在鉆井液中含有大量的粘土和鉆井液加重劑，同時鉆井液在循環(huán)過程中還攜帶了一些鉆井巖屑，這些固體顆粒很容易進入鉆井廢水；有機、無機污染物含量高，在鉆井液中含有各種有機、無機的鉆井液添加劑，有CMC、PAM、SMC、磺化酚醛樹脂，以及降失水劑等。壓裂液一般是由稠化劑、交聯劑、緩沖劑、粘土穩(wěn)定劑、殺菌劑和助排劑組成。壓裂污水外觀一般為白色或灰白色粘稠液，其特點是色度低、p值低、COD 濃度較高、含油較少、Cl-含量較高、胍膠成分高、粘度大，是一種粘稠狀膠體物。試油廢水的特點是石油類、COD濃度較高，且含有一定量的壓裂液和支撐液。

3國內油田鉆井作業(yè)廢水處理現狀

作業(yè)污水具有濁度高、粘度大和COD高、環(huán)保達標處理難度大的特點。目前，油田作業(yè)污水的處理方法主要包含有物理法、化學法、生物法等，包括活性炭吸附、氣浮、混凝沉淀等工藝＼[2，3＼]。其中物理法指不改變污水化學成分，通過吸附、膜過濾、氣浮等方式達到污染物與水分離的效果；化學法是指使用化學藥劑使污水中的污染成分分解、溶解或凝集，從而達到處理污水的目的。生物法是指通過微生物降解消化，將有機物用于自身能量代謝及轉化為二氧化碳、甲烷等氣體，凈化水質。

目前國內油氣田最常用的鉆井作業(yè)污水處理工藝詳見表1。

表1國內油氣田鉆井作業(yè)污水處理工藝現狀

序號國內油氣田處理工藝

1大慶化學破膠-電絮凝-懸浮污泥過濾化學氧化-氣浮-沉降-過濾

2長慶加藥-除砂-沉降-配液預氧化-催化氧化-過濾

3大港混凝沉降-活性炭吸附化學氧化-真空吸濾-過濾

4江蘇化學破穩(wěn)-沉降-氣浮

河南中和-化學破穩(wěn)-強化固液分離

6新疆酸堿絮凝沉降

7四川酸化-中和-混凝沉降

8大牛地氣田化學氧化-絮凝沉降-強化固液分離

9冀東破乳-混凝-氣浮-過濾-吸附

4鉆井作業(yè)廢水處理新工藝

近幾年，隨著研究的不斷深入，各種鉆井作業(yè)廢水處理新工藝不斷出現，包括高級氧化、光催化氧化以及電化學處理＼[4＼]等等。其中，快離子電化處理技術是采用不同的快離子導體材料產生電凝聚和電氧化還原作用，使污水中的無機成垢離子和有機物有效地凝析出來，利用在陽極的強氧化性基團物質，對殘留于水中的有機物氧化降解成水和二氧化碳，同時在陰極將成垢陰離子、多價及重金屬離子等還原析出，實現污水深度處理。由于快離子導體電極在直流電場的作用下能使電解質中的離子遷移運動速度比常規(guī)的普通金屬電極快幾百個至幾千個數量級，可使電化學反應速度超常規(guī)地加快，比常規(guī)電化學方法節(jié)能，處理效果顯著。

快離子電化處理技術工藝流程簡述如下：首先鉆井廢水、壓裂液、石油廢水等由罐車從各井場拉來進入儲液池，由泵提升進入氣浮機進行除油，出水加藥反應脫穩(wěn)，脫穩(wěn)后進入快離子電化深度處理器進行電化學凝聚反應，快離子處理后去除大部分大分子膠體有機物，出水再次加藥進行析膠絮凝后處理，處理后的污水經過有機絮渣分離裝置進行固液分離，上清液進入精細過濾裝置，過濾后出水通過車輛運輸回注于延長組油層或配制壓裂液、鉆井液。污水處理工藝流程圖見圖1。

2012年～6月，某能源技術有限公司與某大學環(huán)境工程學院聯合研究，采用快離子電化處理技術對鎮(zhèn)涇

油田壓裂返排液處理進行了工業(yè)化試驗。試驗采用核心技術為快離子電化處理技術，設計處理能力300m3/d。試驗裝置主要由氣浮除油裝置、 脫膠降穩(wěn)前處理裝endprint

摘要：主要分析了油田鉆井作業(yè)廢水特性，介紹了國內各油田對鉆井作業(yè)廢水處理現狀。以工程實例介紹了快離子電化處理技術在鉆井作業(yè)廢水處理中的應用，并分析了工程實施的可行性。

關鍵詞：油田；鉆井廢水；壓裂液；快離子電化處理技術

中圖分類號：X2

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08018102

[FL（2K2]

1引言

石油是我國規(guī)范使用的主要能源之一，石油工業(yè)的發(fā)展是關系到國計民生、國民經濟發(fā)展和國家安全的戰(zhàn)略資源。增加國內石油的總體產量，對我國國民經濟的平穩(wěn)、可持續(xù)發(fā)展將起到積極的意義。《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》提出：加大石油、天然氣資源勘探開發(fā)力度，穩(wěn)定國內石油產量；推進形成塔里木河準格爾盆地、松遼盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、四川盆地個油氣規(guī)模生產區(qū)；加快油氣干線管網和配套設施的規(guī)劃建設。近幾年，隨著石油開采規(guī)模的不斷擴大，帶來的環(huán)境問題日益凸顯。其中，鉆井作業(yè)廢水由于其成分復雜、處理難度大，是困擾油田開采企業(yè)發(fā)展的主要環(huán)境問題之一。

2油田鉆井作業(yè)廢水產生及特性

油田鉆井作業(yè)時產生的廢水主要包括鉆井廢水、壓裂液以及試油廢水＼[1＼]。鉆井廢水是油田開發(fā)初期在油（水）井鉆進過程中起降鉆具帶出的部分地層水、沖洗鉆井設備、檢修等排放的廢水，廢水中主要污染物有SS、COD、石油類、p值等，其特性是p 值高、鹽度大、COD濃度高、Cl-含量高、色澤深，呈膠體狀，具有高色度、高懸浮物、高穩(wěn)定性、高含鹽特征，生化降解難度大。鉆井廢水的產生量隨著井深和鉆井周期變化。鉆井廢水中含高倍稀釋的鉆井液與油類污染物，主要有以下特征：偏堿性，p值在80～90之間；懸浮物含量高，在鉆井液中含有大量的粘土和鉆井液加重劑，同時鉆井液在循環(huán)過程中還攜帶了一些鉆井巖屑，這些固體顆粒很容易進入鉆井廢水；有機、無機污染物含量高，在鉆井液中含有各種有機、無機的鉆井液添加劑，有CMC、PAM、SMC、磺化酚醛樹脂，以及降失水劑等。壓裂液一般是由稠化劑、交聯劑、緩沖劑、粘土穩(wěn)定劑、殺菌劑和助排劑組成。壓裂污水外觀一般為白色或灰白色粘稠液，其特點是色度低、p值低、COD 濃度較高、含油較少、Cl-含量較高、胍膠成分高、粘度大，是一種粘稠狀膠體物。試油廢水的特點是石油類、COD濃度較高，且含有一定量的壓裂液和支撐液。

3國內油田鉆井作業(yè)廢水處理現狀

作業(yè)污水具有濁度高、粘度大和COD高、環(huán)保達標處理難度大的特點。目前，油田作業(yè)污水的處理方法主要包含有物理法、化學法、生物法等，包括活性炭吸附、氣浮、混凝沉淀等工藝＼[2，3＼]。其中物理法指不改變污水化學成分，通過吸附、膜過濾、氣浮等方式達到污染物與水分離的效果；化學法是指使用化學藥劑使污水中的污染成分分解、溶解或凝集，從而達到處理污水的目的。生物法是指通過微生物降解消化，將有機物用于自身能量代謝及轉化為二氧化碳、甲烷等氣體，凈化水質。

目前國內油氣田最常用的鉆井作業(yè)污水處理工藝詳見表1。

表1國內油氣田鉆井作業(yè)污水處理工藝現狀

序號國內油氣田處理工藝

1大慶化學破膠-電絮凝-懸浮污泥過濾化學氧化-氣浮-沉降-過濾

2長慶加藥-除砂-沉降-配液預氧化-催化氧化-過濾

3大港混凝沉降-活性炭吸附化學氧化-真空吸濾-過濾

4江蘇化學破穩(wěn)-沉降-氣浮

河南中和-化學破穩(wěn)-強化固液分離

6新疆酸堿絮凝沉降

7四川酸化-中和-混凝沉降

8大牛地氣田化學氧化-絮凝沉降-強化固液分離

9冀東破乳-混凝-氣浮-過濾-吸附

4鉆井作業(yè)廢水處理新工藝

近幾年，隨著研究的不斷深入，各種鉆井作業(yè)廢水處理新工藝不斷出現，包括高級氧化、光催化氧化以及電化學處理＼[4＼]等等。其中，快離子電化處理技術是采用不同的快離子導體材料產生電凝聚和電氧化還原作用，使污水中的無機成垢離子和有機物有效地凝析出來，利用在陽極的強氧化性基團物質，對殘留于水中的有機物氧化降解成水和二氧化碳，同時在陰極將成垢陰離子、多價及重金屬離子等還原析出，實現污水深度處理。由于快離子導體電極在直流電場的作用下能使電解質中的離子遷移運動速度比常規(guī)的普通金屬電極快幾百個至幾千個數量級，可使電化學反應速度超常規(guī)地加快，比常規(guī)電化學方法節(jié)能，處理效果顯著。

快離子電化處理技術工藝流程簡述如下：首先鉆井廢水、壓裂液、石油廢水等由罐車從各井場拉來進入儲液池，由泵提升進入氣浮機進行除油，出水加藥反應脫穩(wěn)，脫穩(wěn)后進入快離子電化深度處理器進行電化學凝聚反應，快離子處理后去除大部分大分子膠體有機物，出水再次加藥進行析膠絮凝后處理，處理后的污水經過有機絮渣分離裝置進行固液分離，上清液進入精細過濾裝置，過濾后出水通過車輛運輸回注于延長組油層或配制壓裂液、鉆井液。污水處理工藝流程圖見圖1。

2012年～6月，某能源技術有限公司與某大學環(huán)境工程學院聯合研究，采用快離子電化處理技術對鎮(zhèn)涇

油田壓裂返排液處理進行了工業(yè)化試驗。試驗采用核心技術為快離子電化處理技術，設計處理能力300m3/d。試驗裝置主要由氣浮除油裝置、 脫膠降穩(wěn)前處理裝endprint