一种极地钻井废液脱稳-絮凝-降解一体化处理体系

技术领域

本发明属于石油与天然气行业钻井技术领域，具体涉及到一种极地钻井废液脱稳-絮凝-降解一体化处理体系。

背景技术

随着油气勘探开发进程的不断推进，极地地区的石油和天然气资源将成为一个热门的开采目标。由于气候变化的影响，极地地区的冰川正在融化，这意味着那些以前被厚厚的冰层覆盖着的石油和天然气资源现在更加容易被开采。

在石油钻井作业过程中会产生大量的钻井废液，其中含有各种有机物、重金属等污染物质，如果直接排放到环境中，将对土壤、地下水和地表水造成污染，对环境和人类健康造成不可逆的影响。因此，钻井废液处理成为了必不可少的环境保护工作。特别是极地环境极其恶劣，生态环境具有脆弱不可修复性，因此作业时必须满足无害化处理，而且废物运输处理成本非常高昂，因此极地石油钻井废液处理一直面临着许多挑战和困难。

目前，石油钻井废液的处理技术主要包括物理、化学和生物等方法。物理方法主要是通过沉淀、蒸发等手段将废液中的有害物质分离出来，但这种方法处理效果不佳。化学方法主要是通过添加化学药剂，如絮凝剂、氧化剂等，将废液中的有害物质转化为无害物质，但这种方法会产生大量的化学废液，对环境造成二次污染。生物方法主要是利用微生物降解废液中的有害物质，具有处理效果好、环境友好等优点，但是在极地低温环境下，微生物生长缓慢、代谢活动受限，对微生物的适应性要求较高，在当前的技术条件下，物理、化学、生物处理均分别存在一定的劣势。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有还未形成适用于极地低温环境下的石油钻井废液处理技术，提出了本发明。

因此，本发明的目的是，克服现有极地环境下废液处理技术中的不足，提供一种适合极地低温环境下的石油钻井废液处理技术。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种极地低温环境下石油钻井废液脱稳-絮凝-降解一体化处理体系，通过在极地低温环境下向钻井废液中添加耐低温的化学药剂聚乙烯醇酸盐和表面活性剂十二烷基苯磺酸钠进行脱稳处理，再加入聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)进行复配形成混合絮凝剂，进行絮凝沉降，最后筛选培养出在-25℃的低温环境下能够有效降解废水的嗜冰菌群，对废液进行最后的降解处理达到极地生态环境排放标准。

作为本发明所述的极地钻井废液脱稳-絮凝-降解一体化处理体系的一种优选方案，其中：化学脱稳剂和表面活性剂的添加量包括，

化学脱稳剂为聚乙烯醇酸盐和表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，其耐低温性能能够在极地低温环境下有效发挥脱稳功能。所添加的化学药剂聚乙烯醇酸盐的用量为废液总量的0.3％-1％，表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的使用量为废水总体积的0.1-0.5％。

作为本发明所述的极地钻井废液脱稳-絮凝-降解一体化处理体系的一种优选方案，其中：混合絮凝剂的复配比例的确定包括，

PAC和PAM的复配比例为100：3，所使用PAC溶液配置浓度10％-20％投加量1-2ml/L，PAM溶液配制浓度1-2‰，投加量1-2ml/L。

作为本发明所述的极地钻井废液脱稳-絮凝-降解一体化处理体系的一种优选方案，其中：嗜冰菌的菌种筛选包括，

嗜冰菌群为能够在低温环境下生长的细菌，能够降解废液中的有害物质。所筛选出的能降解废液中有害物质的菌种AR-11,隶属节杆菌属。作为本发明所述的极地钻井废液脱稳-絮凝-降解一体化处理体系的一种优选方案，其中：筛选出的降解菌的培养条件和时间包括，

所使用的降解菌种培养时间为7-14天，降解菌种培养温度为-25～-30℃。

作为本发明所述的极地钻井废液脱稳-絮凝-降解一体化处理体系的一种优选方案，其中：所述菌种的废液降解效果包括，

将培养好的降解菌在极地低温环境下，投加到经过脱稳-絮凝处理后的废液中，经过一段时间测量废液中的有机物降解率达到85％-95％。

作为本发明所述的极地钻井废液脱稳-絮凝-降解一体化处理体系的一种优选方案，其中：废液处理效果评价包括，

废液经过脱稳、絮凝和降解处理后，通过对废液的COD、NH3-N、TP、TN和石油烃等有害物质的含量变化进行检测，可以看出这些有害物质的含量得到了明显的降低，COD浓度降至80mg/L以下，其COD、SS、色度、石油类等水质指标均达到极地生态环境排放标准。符合极地环境排放标准。

本发明有益效果：

(1)本方法以极地钻井的废弃钻液为研究对象，考虑到极地脆弱的生态环境和低温条件，因此在钻井废液处理过程中通过物理化学生物方法设计出一体化废液降解体系高效无害化处理钻井废液，尤其是筛选出耐低温药剂和耐低温有机物降解菌，基于生物降解和化学药剂形成的高效废液处理体系；

(2)本发明充分考虑极地的低温运行环境，对化学药剂进行筛选，选出耐低温的、处理效果好的化学药剂并确定最佳配比用量；

(3)本方法通过筛选培养出需要具有对钻井废液中主要污染物质的降解能力和适应极地低温环境的能力的菌株，形成生物降解方法，具有处理效果好，环境友好性的良好效益；

(4)本发明后续可通过采用在线监测和自动控制技术形成过传感器、计算机等现代化技术手段对处理过程进行实时监测和调控的信息化监控和处理方法，可以提高废液处理过程的精确度、效率和可靠性，是一种非常重要的技术手段。

(5)本发明具有良好的可重复性，操作简便，经济成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明的处理流程示意图；

图2为本发明的嗜冰菌群AR-11示意图；

图3为本发明的混合絮凝剂和单一絮凝剂沉降效果对比示意图；

图4为本发明处理前和处理后废液样品的COD、NH

图5为不同pH对废液COD含量的影响

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明中实施例中使用的废液为模拟极地钻井配方的钻井废液。

实施例1

本实施例提供混凝沉淀-高级氧化技术处理废液的具体设置方式：

混凝沉淀-高级氧化技术(PAC-AOP)是一种有效的钻井废液处理方法，可将废液中的有机物和重金属去除或转化为更稳定的形式。其中，芬顿氧化技术是一种常用的高级氧化技术，可将废液中的有机物氧化分解。

(1)初步处理：将钻井废液经过静置和过滤，去除沉淀物和悬浮颗粒。

(2)混凝：将废液中的悬浮物和部分溶解物通过添加混凝剂聚合氯化铝(PAC)1g/L进行混凝，使其形成较大的颗粒，方便后续的沉淀处理。在1gPAC和室温20℃条件下调节废液的pH，检测水质的COD含量，其结果如图5所示。

(3)分离：将沉淀物和清液分离，清液可以进行后续处理，沉淀物则进入下一步处理。

(4)高级氧化：将滤液处理后的废液通过加入芬顿试剂进行氧化分解。芬顿试剂由Fe

(5)中和处理：芬顿氧化反应后的废液中会存在较高的酸度，需要进行中和处理。使用中和剂氢氧化钠将pH调节至7.0。

中和后的废液能够达到排放标准。但效果随着药剂投加量、温度、pH反应时间影响显著，芬顿氧化法无法适宜于极地低温环境，且混凝剂在低温环境下溶解度和絮凝效果显著下降，处理完的水质指标达不到正常环境下的处理效果。

芬顿氧化处理是常用的钻井废液高效处理组合工艺，应用广泛，效果显著，但在极地低温环境下，混凝剂的溶解和混凝沉降性能大幅降低，单一絮凝剂分离效果差，此外混凝效果还受到废液pH含量和温度的影响。采用的芬顿试剂反应需要严苛的温度和pH，在极地的工作环境中，不能有效的满足极地钻井环境工况，较难适应低温环境，虽然在副产品产生环节较少，但是相较极地的环保要求还是存在不符合极地环保要求的情况。

实施例2

本实施例提供钻井废液脱稳-絮凝-降解一体化处理体系具体设置方式：

(1)将收集的废液样品取1L进行预处理，过滤除去一些大的悬浮颗粒物的同时静置沉淀并除去,测出初始废液里面的总氮、总磷、COD、色度和油类等水质指标，方便处理前后水质效果对比。

(2)将初步处理后的废液样品分别加入废液总量的0.3％的脱稳剂聚乙烯醇酸盐和废液总量0.1％的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，使废液中的油水分离，减少废液的泥化程度。

(3)向上一步的废液中加入2ml浓度为10％的PAC溶液和1ml浓度为3‰的PAM溶液，在搅拌机60r/min转速下搅拌30分钟，形成絮凝物和悬浮液。将絮凝物沉淀后，收集上清液进行下一步处理。对处理好的上清液进行观察和水质指标测量，目视观察发现处理后上清液由原先的黑褐色变为红棕色，pH变为6.0，COD值降到10296ppm，色度和水质有明显改善，化学需氧量依旧超标不适于极地水质排放标准。

在进行相应的处理后和处理之前的数据如图3所示，由图3可得，本实施例中进行的脱稳能够有效降低污水受污染程度。

实施例3

(1)通过从北极冻土区域表层土壤(0～10cm)和深层土壤(10-30cm)中使用无菌工具在该地点采集土壤样品(实际取样过程中，多地点多深度取样，取样地点尽可能的多)，在采集样品时，标记每个样品的坐标和深度。将采集的土壤样品转移到无菌容器中，如无菌试管或瓶子。确保容器是干净的，并且没有残留物。在样品处理过程中避免使用非无菌的工具和材料。在准备好的R2A培养基中进行适当的稀释。通常，通过稀释系列(10^-1到10^-6)来获得合适的细菌浓度。然后，将适当稀释的样品接种到培养基上，可以通过在培养基表面均匀涂布或使用均匀混匀的方法来进行接种。将接种过的培养基置于恒温冰箱或低温培养箱中，在-25℃的低温条件下培养。确保培养基和培养条件适合嗜冰菌的生长。在培养一定的时间后(14天)，观察培养基上是否有生长。嗜冰菌通常在低温下生长，因此需要更长的培养时间来检测生长情况。如果有菌落形成，可以使用无菌的细菌环或吸管，在培养基上选择单个菌落并进行分离。将单个菌落转移到新的培养基上，以获得纯培养的嗜冰菌菌株。从样品中挑选出单个菌落，可以使用无菌技术，在无菌条件下使用吸管或者针头将单个菌落转移到无菌培养基上。最后在-25℃低温环境下进行培养可以模拟嗜冰菌株在自然环境中的生长条件。然后，在含有钻井废液的培养基上进行培养，菌株进行培养14天。

(2)将筛选培育出的具有降解能力的菌株用以进行生物降解处理，将菌株进行低温环境下培养，具有生物降解处理能力的判断标准为：在-25℃低温环境下进行培养，通过测量废液中有机物的浓度来判断嗜冰菌株的降解能力。根据实验结果，确定最佳的菌种添加量和废液添加量。将上述分离纯化时具有相应效果的菌株按照预定加入的纯化后菌种数量进行相应数值的等分处理后混合加入废液进行处理。

(3)对处理后的废液进行COD、NH3-N、TP和TN等水质指标的测定，评价废液处理体系的处理效果，得到的数据如图4所示。

由图4可得，实施例3提供的水质净化方法能够大幅度的降低水体的污染程度，基于总硫、COD等指标全范围的降低净化水体的污染情况，即通过在极地环境当场取样进行污染水体的治理。

因此本发明提出的极地钻井废液脱稳-絮凝-降解一体化处理体系综合运用了物理、化学和生物等多种方法，通过脱稳、絮凝和降解多个环节的处理，能够高效地去除废液中的有害物质，达到极地环境排放标准，且处理过程中产生的化学废液量较少，对环境的二次污染较少。同时，本发明利用嗜冰菌群进行降解处理，能够在极地低温环境下进行高效降解，提高了处理效率，具有较高的实际应用价值。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。