CN108999580B - 一种页岩气水基钻屑淋洗脱盐装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于页岩气钻井固体废物脱盐技术领域，公开了一种页岩气水基钻屑淋洗脱盐装置及方法；设置有梯形底座；梯形底座与水平面夹角为10°，梯形底座上焊接有敞口的长方体容器，长方体容器高的一端上侧设置有淋洗水龙头，长方体容器中心位置安装有可移动且能升降的螺旋搅拌棒，长方体容器内均匀布设5个盐分传感器；长方体容器底面坡底钻有4个等间距的圆孔，圆孔表面依次铺设钢制隔离栅、尼龙网、碎石，防止气动球阀堵塞。圆孔垂直下方焊接有一小段不锈钢弯管，每个弯管上分别安装气动球阀；软管尾端用尼龙网包裹，起到过滤的作用，软管尾端下方设置有渗滤液收集器。本发明能快速有效实现水基钻屑脱盐，满足水基钻屑资源化利用要求。

Description

一种页岩气水基钻屑淋洗脱盐装置及方法

技术领域

本发明属于页岩气钻井固体废物脱盐技术领域，尤其涉及一种页岩气水基钻屑淋洗脱盐装置及方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：页岩气水基钻屑是钻井过程中产生的一种混合地层岩屑与水基钻井液的一种固体废物，单井产生量约为800～1000m³，水基钻屑表面吸附少量的水基钻井液添加剂，其成分相对复杂，含有一定量的重金属、盐分、石油烃等污染物，通常采用固化填埋对水基钻屑进行无害化处置。由于固化填埋存在占地面积大、水基钻屑固化不均匀、池体渗漏等现象，水基钻屑固化填埋处置已不满足当前生态文明建设和环境保护要求，因而各大油气田正在大力推广水基钻屑资源化综合利用，例如水基钻屑建材利用(制备免烧砖、烧结砖、道路垫层、混凝土)，水泥窑处置作为水泥原料掺和料，水基钻屑土壤化用于生态绿化建设等，以此真正实现水基钻屑安全环保有效资源化处置。目前，水基钻屑资源化利用的一个共性关键限制因素是盐分高的问题，因此如何实现水基钻屑快速有效脱盐成为页岩气开发钻后治理的焦点和难点。

水基钻屑全盐量为9.08～22.17g/kg，主要盐基离子为SO₄ ^2-、Cl^-、K⁺、Na⁺等，水基钻屑盐分主要来源于以下几个方面：一是打井地层多为碳酸盐，水基钻屑本身含有一定量的盐分；二是水基钻屑表面吸附或携裹一部分水基钻井液添加剂(Na₂CO₃、NaOH、KCl、CaCO₃、羧甲基纤维素钠盐等)；三是水基钻屑与废弃泥浆以及砂砾、泥粒混合压滤处理，增加了水基钻屑的盐分含量；四是水基钻屑搅拌破乳所添加的SO₄ ^2-、Ca²⁺、Na⁺、聚铝。水基钻屑盐分高，若不对其进行脱盐处置，在水基钻屑建材利用和土壤化利用时，资源化产品受长期降雨影响，盐分析出会导致周边土壤板结，影响周围土壤环境质量及植物生产力；在水泥窑处置作为水泥原料掺和料时，Cl^-会腐蚀窑炉进而影响生产，极大的限制了水基钻屑的消纳量。因此，开展水基钻屑脱盐是其资源化利用的关键一步。

页岩气是新型行业，页岩气水基钻屑与常规油气田废弃钻井泥浆有较大差异，其盐分含量因其不同的地层、废弃钻井泥浆或水基钻屑预处理工艺等不同。以往的研究多集中于钻井固废中的重金属、有机物等污染物对环境的影响，而盐分对环境的危害关注较少。因此，目前关于钻井废弃泥浆脱盐的工艺技术和装置极少，已有的脱盐技术和装置均是针对常规油气田钻井废弃泥浆的，采用水洗脱盐，抽滤和压榨脱水，并利用反渗透和多效升膜蒸发相结合的工艺脱去废水盐分；因其工艺流程繁琐、处理周期长、成本高等，国内暂无大规模工程应用的案例。就目前来讲，国内尚未有专门针对页岩气水基钻屑淋洗脱盐的装置。因此，亟需研发出一套适宜于页岩气水基钻屑脱盐的技术及其装置。

综上所述，现有技术存在的问题是：关于页岩气水基钻屑脱盐的装置极少且无针对性，因其脱盐工艺流程繁琐、处理周期长、成本高等因素，国内暂无大规模工程应用的案例。

解决上述技术问题的难度和意义：如何根据水基钻屑全盐量与盐分类型，因地制宜，以最少的水量、最短的时间、最大限度实现水基钻屑淋洗脱盐，同时水基钻屑脱盐工艺及装置易于现场实施和推广应用。水基钻屑快速有效淋洗脱盐，可减少生态环境风险，强力保障水基钻屑资源化利用进度，加快页岩气开发进程。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种页岩气水基钻屑淋洗脱盐装置及方法。

本发明是这样实现的，一种页岩气水基钻屑淋洗脱盐装置，所述页岩气水基钻屑淋洗脱盐装置设置有梯形底座；

梯形底座上焊接有长方体容器，长方体容器高的一端上侧设置有淋洗水龙头，长方体容器中心位置安装有螺旋搅拌棒，长方体容器内布设盐分传感器；

长方体容器底面的坡底钻有圆孔，圆孔表面依次铺设钢制隔离栅、尼龙网、碎石；

圆孔垂直下方焊接有不锈钢弯管，每个弯管上分别安装气动球阀，采用接头将气动球阀与软管连接，软管尾端用尼龙网包裹，软管尾端下侧放置有渗滤液收集器，渗滤液收集器中安装盐分传感器。

进一步，圆孔表面铺设钢制隔离栅。

进一步，不锈钢弯管上安装气动球阀。

进一步，螺旋搅拌棒、气动球阀、盐分传感器均为PLC自动化控制系统，智能化实时动态监测水基钻屑淋洗脱盐状况。

进一步，梯形底座斜面与水平面夹角为10°。

进一步，长方体容器内布设5个盐分传感器。

进一步，长方体容器底面的坡底钻有4个等间距的圆孔。

进一步，渗滤液收集器中安装1个盐分传感器。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述页岩气水基钻屑淋洗脱盐装置的页岩气水基钻屑淋洗脱盐方法，所述页岩气水基钻屑淋洗脱盐方法包括：

(1)使用时，将页岩气水基钻屑进行机械破碎，成为小于2cm的颗粒，并将破碎后的水基钻屑平铺置于长方体容器中，水基钻屑堆体表面与长方体容器顶端保持30cm的空间；

(2)在PLC自动化控制系统中，水基钻屑在浸泡饱和状态下，每隔4h螺旋搅拌棒自动匀速移动对水基钻屑进行搅拌或震动10min，加强水基钻屑析盐效果；盐分传感器每隔1h自动监测箱体中水基钻屑全盐量和渗滤液收集器中废水的全盐量；气动球阀每隔24h自动打开一次进行排盐10min，然后自动关闭；当水基钻屑全盐量小于2g/kg，水基钻屑淋洗脱盐结束；

(3)打开淋洗水龙头，第一次向箱体中加水至水基钻屑堆体表面留有5cm的水面，水基钻屑浸泡24h；

(4)第一次浸泡时间结束后，气动球阀自动排水，产生的渗滤液经过隔离栅、不锈钢弯管、软管出口流向渗滤液收集器中；水基钻屑盐分小于2g/kg，则此批水基钻屑淋洗脱盐结束，再进行下一批水基钻屑淋洗脱盐；

(5)若第一次淋洗脱盐后的水基钻屑盐分仍高于2g/kg，则需重复继续淋洗脱盐，直至水基钻屑全盐量小于2g/kg，则水基钻屑淋洗脱盐结束；

(6)当渗滤液收集器中的渗滤液达到三分之二水位线时，对渗滤液及时处理，通过管道或衬砌明渠导流至污水处理厂集中处理或转运至钻井平台用于压裂返排液回用。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明结构智能化、自动化、易于构建、操作方便、成本较低、处理量大，淋洗脱盐用水可为自然降水、沟渠农灌水、自来水等，能够快速有效实现水基钻屑脱盐，满足水基钻屑资源化利用要求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的页岩气水基钻屑淋洗脱盐装置结构示意图；

图中：1、淋洗水龙头；2、长方体容器；3、渗滤液收集器；4、软管；5、不锈钢弯管；6、气动球阀；7、不锈钢隔离栅；8、尼龙网；9、碎石；10、梯形底座；11、盐分传感器；12螺旋搅拌棒。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

本发明结构智能化、自动化、易于构建、操作方便、成本较低、处理量大，淋洗脱盐用水可为自然降水、沟渠农灌水、自来水等，能够快速有效实现水基钻屑脱盐，满足水基钻屑资源化利用要求。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的页岩气水基钻屑淋洗脱盐装置包括：淋洗水龙头1、长方体容器2、渗滤液收集器3、软管4、不锈钢弯管5、气动球阀6、不锈钢隔离栅7、尼龙网8、碎石9、梯形底座10、盐分传感器11、螺旋搅拌棒12。

梯形底座10斜面与水平面夹角为10°，梯形底座10上侧焊接有长方体容器2，长方体容器2上端开口，长方体容器2高的一端上侧设置有淋洗水龙头1，长方体容器1中心位置安装有可移动且能升降的螺旋搅拌棒12，长方体容器1内均匀布设五个盐分传感器11。

长方体容器2底面的坡底钻有四个等间距的圆孔，圆孔垂直下方焊接有一小段不锈钢弯管5，不锈钢弯管5上安装有气动球阀6，气动球阀6采用接头连接软管4，软管4尾端端口下侧放置有渗滤液收集器3，渗滤液收集器3中安装一个盐分传感器11。

作为优选实施例，圆孔表面焊接密集的钢质隔离栅7，钢质隔离栅7表面卡接有尼龙网8，尼龙网8表面铺设有碎石9。

作为优选实施例，渗滤液收集器3采用不锈钢板焊接而成或砖砌构筑且墙壁内外抹灰的水池，渗滤液收集器的渗透系数小于1.0×10^-7cm/s，防止高盐废水向周围环境渗透。

作为优选实施例，梯形底座10和长方体容器2为不锈钢板焊接而成。

本发明的使用方法：

1、使用时，将页岩气水基钻屑进行机械破碎，使其成为小于2cm的颗粒，并将破碎后的水基钻屑平铺置于长方体容器2中，水基钻屑堆体表面与长方体容器2顶端保持30cm的空间；

2、在PLC自动化控制系统中：水基钻屑在浸泡饱和状态下，每隔4h螺旋搅拌棒12自动匀速移动对水基钻屑进行搅拌或震动10min，加强水基钻屑析盐效果；盐分传感器11每隔1h自动监测箱体中水基钻屑全盐量和渗滤液收集器3中废水的全盐量；气动球阀6每隔24h自动打开一次进行排盐10min，然后自动关闭；当水基钻屑全盐量小于2g/kg，水基钻屑淋洗脱盐结束。

3、打开淋洗水龙头1，第一次向箱体中加水至水基钻屑堆体表面留有5cm的水面，水基钻屑浸泡24h；

4、第一次浸泡时间结束后，气动球阀自动排水，产生的渗滤液经过隔离栅、不锈钢弯管、软管出口流向渗滤液收集器3中。若水基钻屑盐分小于2g/kg(非盐渍化土壤标准限值)，则此批水基钻屑淋洗脱盐结束，再进行下一批水基钻屑淋洗脱盐；

5、若第一次淋洗脱盐后的水基钻屑盐分仍高于2g/kg，则需重复第二步和三步继续淋洗脱盐，直至水基钻屑全盐量小于2g/kg，则水基钻屑淋洗脱盐结束。

6、当渗滤液收集器3中的渗滤液达到三分之二水位线时，应对渗滤液及时处理，可通过管道或衬砌明渠导流至污水处理厂集中处理或转运至钻井平台用于压裂返排液回用。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种页岩气水基钻屑淋洗脱盐方法，其特征在于，所述页岩气水基钻屑淋洗脱盐方法包括：

(1)使用时，将页岩气水基钻屑进行机械破碎，成为小于2cm的颗粒，并将破碎后的水基钻屑平铺置于长方体容器中，水基钻屑堆体表面与长方体容器顶端保持30cm的空间；

(2)在PLC自动化控制系统中，水基钻屑在浸泡饱和状态下，每隔4h螺旋搅拌棒自动匀速移动对水基钻屑进行搅拌或震动10min，加强水基钻屑析盐效果；盐分传感器每隔1h自动监测箱体中水基钻屑全盐量和渗滤液收集器中废水的全盐量；气动球阀每隔24h自动打开一次进行排盐10min，然后自动关闭；当水基钻屑全盐量小于2g/kg，水基钻屑淋洗脱盐结束；

(3)打开淋洗水龙头，第一次向箱体中加水至水基钻屑堆体表面留有5cm的水面，水基钻屑浸泡24h；

(4)第一次浸泡时间结束后，气动球阀自动排水，产生的渗滤液经过隔离栅、不锈钢弯管、软管出口流向渗滤液收集器中；水基钻屑盐分小于2g/kg，则此批水基钻屑淋洗脱盐结束，再进行下一批水基钻屑淋洗脱盐；

(5)若第一次淋洗脱盐后的水基钻屑盐分仍高于2g/kg，则需重复继续淋洗脱盐，直至水基钻屑全盐量小于2g/kg，则水基钻屑淋洗脱盐结束；

(6)渗滤液收集器中的渗滤液达到三分之二水位线时，对渗滤液及时处理，通过管道或衬砌明渠导流至污水处理厂集中处理或转运至钻井平台用于压裂返排液回用；

基于所述页岩气水基钻屑淋洗脱盐方法实施的页岩气水基钻屑淋洗脱盐装置设置有梯形底座；梯形底座上焊接有长方体容器，长方体容器高的一端上侧设置有淋洗水龙头，长方体容器中心位置安装有螺旋搅拌棒，长方体容器内布设盐分传感器；长方体容器底面的坡底钻有圆孔，圆孔表面依次铺设钢制隔离栅、尼龙网、碎石；圆孔垂直下方焊接有不锈钢弯管，每个弯管上分别安装气动球阀，采用接头将气动球阀与软管连接，软管尾端用尼龙网包裹，软管尾端下侧放置有渗滤液收集器，渗滤液收集器中安装盐分传感器；

圆孔表面铺设钢制隔离栅；

不锈钢弯管上安装气动球阀；

螺旋搅拌棒、气动球阀、盐分传感器均为PLC自动化控制系统，智能化实时动态监测水基钻屑淋洗脱盐状况。

2.如权利要求1所述的页岩气水基钻屑淋洗脱盐方法，其特征在于，梯形底座斜面与水平面夹角为10°。

3.如权利要求1所述的页岩气水基钻屑淋洗脱盐方法，其特征在于，长方体容器内布设5个盐分传感器。

4.如权利要求1所述的页岩气水基钻屑淋洗脱盐方法，其特征在于，长方体容器底面的坡底钻有4个等间距的圆孔。

5.如权利要求1所述的页岩气水基钻屑淋洗脱盐方法，其特征在于，渗滤液收集器中安装1个盐分传感器。