蓋 濤

（黃河鉆井鉆前公司，山東 東營 257047）

0 前言

由于鉆井施工作業(yè)過程中會在較短的時間內(nèi)釋放出大量的鉆井廢液，此過程中廢棄鉆井液釋放流量比較大、固體顆粒物粒徑較小。渦流式旋流器依據(jù)離心分離原理，用于分離液體中可沉淀固體物,可達到98%的分離效果。過濾不需濾網(wǎng)、濾盤，無需反沖洗水，節(jié)約了排污水，沒有流量損失，設(shè)備的維護成本非常低。本文在對廢棄泥漿粒徑、組分進行細致分析的基礎(chǔ)上，研究了將渦流式旋流器應(yīng)用于大流量鉆井廢液的固液分離的工藝技術(shù)，以滿足現(xiàn)場一體化處理裝備正常使用。

1 旋流器在油田的使用

近年來的油田生產(chǎn)實際表明，油田開發(fā)逐步強調(diào)降本增效，這在一定意義上促使生產(chǎn)中相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù) (如水處理技術(shù)等)要適應(yīng)需要，開發(fā)出成本低、效率高、使用壽命長的新技術(shù)、新工藝及新產(chǎn)品。旋流器具有功能多、結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、運行費用低、使用方便靈活、工藝比較簡單等諸多優(yōu)點[1]。以旋流器為核心的旋流分離技術(shù)及其配套工藝技術(shù)研究的應(yīng)用前景將十分廣闊，對油田開發(fā)污水處理工藝體系的高效化與小型化都具有十分重要的意義[2]。

（1）在聯(lián)合站的應(yīng)用，可代替一級脫水與一級沉降。中轉(zhuǎn)站來液經(jīng)旋流器預(yù)分離處理后，油直接送至電脫水器，水直接送至污水處理站。簡化了工藝，節(jié)約了占地面積，降低了設(shè)備投資成本。

（2）在中轉(zhuǎn)站采用預(yù)分離旋流器解決中轉(zhuǎn)站就地放水與回摻用水等問題。減少外輸液量，節(jié)約水資源，同時減少了運行費用。

（3）在邊緣地區(qū)的小區(qū)塊上直接處理油井采出液，將預(yù)分離旋流器及污水處理旋流器用于就地處理與回注系統(tǒng)中，減少管網(wǎng)的鋪設(shè)，大大節(jié)約了投資，降低了開采成本。

（4）在井下分離方面，采用預(yù)分離旋流器與雙流泵配合，直接在井下對產(chǎn)出液進行處理，可使采出原油的含水率由90%以上降至50%-80%，降低了原油開采成本，簡化了地面水處理工藝及設(shè)備。隨著產(chǎn)出液含水率的不斷提高，此項應(yīng)用必將迅速得到推廣，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

（5）將污水處理用旋流器制成移動式或固定式油一水分離設(shè)備，用于井下工具或其他工具的清洗等，減少油田廢水的排放，對節(jié)約能源及環(huán)境保護都具有積極的意義。

2 鉆井廢液處理工況分析

2.1 固體顆粒

通過分析鉆井廢液的固體顆粒參數(shù)是5—75μm占80%；75μm—5mm占不到20%。同時有一個特殊性在于，需要流動性的固液分離系統(tǒng)，這就決定了不同地區(qū)地理條件下的顆粒特性發(fā)生變化，如顆粒粒度的分布。這個變化主要影響儲污室內(nèi)顆粒聚集的快慢，即影響排污口打開的頻率和持續(xù)時間。

2.2 處理能力需求

鉆井一開等施工作業(yè)過程中會在較短的時間內(nèi)釋放出大量的廢棄鉆井液，測算出的指標是60m3/h。這個參數(shù)將決定渦流式旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。還有一個參數(shù)是分離率達到90%，都將要在參數(shù)匹配中給予滿足。

2.3 注水指標

中低滲透層注水指標10mg/L，中高滲透層注水指標為30mg/L。

3 廢液處理系統(tǒng)整體設(shè)計

目前在實際使用中有以下整體設(shè)計的工藝方案及性能[3]:

3.1 “兩級旋流串聯(lián)”工藝

此工藝的主要流程是采用兩級旋流器串聯(lián)起來實現(xiàn)含油污水的處理，其中第一級為臥式旋流器，第二級為立式旋流器，并且將其中的第一級旋流器作為粗略的分離，第二級旋流器作為精細的分離。采用“兩級旋流串聯(lián)”工藝，可以將1000mg/L左右的含油污水處理到30mg/L左右，達到了中、高滲透層的注水指標，從而具有良好的現(xiàn)場應(yīng)用價值。

3.2 “單級旋流+過濾”工藝

此工藝流程是分別采用立式或臥式單級旋流器與過濾器相連接，廢液經(jīng)一級旋流后，進入過濾器裝置，進行過濾處理。采用“單級旋流+過濾”工藝，可以將1000mg/L左右的含油污水處理到10mg/L以下，達到了中、低滲透層的注水指標，同樣有更加良好的現(xiàn)場應(yīng)用價值。同時，該工藝簡單，運行成本得以降低，且操作管理方便、快捷、靈活，可在不同地點建成不同規(guī)模的污水處理裝置，甚至可實現(xiàn)橇裝化或車裝化，實現(xiàn)污水的就地處理。

3.3 “兩級旋流串聯(lián)+過濾”工藝

此工藝是將廢液中的含油污水經(jīng)過臥式和立式兩級串聯(lián)的旋流器處理后，進入過濾器裝置，過濾后的液流由底流口排出。過濾設(shè)備僅能將30mg/L左右的含油污水處理到3mg/L以下，這同“單級旋流+過濾”工藝相比，處理指標相差不是十分明顯，但卻增加了一級旋流設(shè)備的投資，顯然是不夠經(jīng)濟的。

綜上所述，選取“旋流器+過濾”的方案是最合適的。

但是，針對60m3/h的處理量需求，采用后過濾的措施顯然達不到這個處理量的需求。根據(jù)顆粒特點，設(shè)計出以下方案，如圖1所示。

第一級過濾是分離掉鉆井過程中產(chǎn)生的泥塊等大顆粒，第二級過濾是分離掉一些小的大顆粒級微粒，因為300μm以上的顆粒都可以通過通過篩選方法去除，所以第三級過濾篩的孔徑選取300μm。

渦流式旋流器的主要顆粒處理范圍是10—300μm，基本包含了油田給的參數(shù)范圍，對于5—10μm的顆粒會有一部分得到分離。因為5—10μm顆粒含量比較少且能夠?qū)崿F(xiàn)部分分離，所以整體上來講本套系統(tǒng)可以實現(xiàn)90%的分離率。

這個系統(tǒng)的設(shè)計同時考慮了油田現(xiàn)有處理設(shè)備，可以使用現(xiàn)在正在使用了廢水處理系統(tǒng)的一級過濾設(shè)備，從而減少了一次性投入。

采用渦流式旋流器的優(yōu)點在于：

（1）特殊的接觸室、螺旋槽的入口形式，使得流場軸線與溢出口及分離筒軸線比較接近，分離效果比較好。

（2）分離筒為圓柱狀，分離主要發(fā)生在液流入口，分離筒下部有足夠的長度，有利于顆粒的沉降。

（3）排污口可以不定時打開，其余時間是關(guān)閉，顆粒沉降聚集在儲污室，從而能夠滿足不同顆粒含量工況的需求，只需要解決排污口打開頻率的問題就可以了，比如在儲污室安裝一個超聲波傳感器，檢測到污泥儲存將要滿的時候打開排污口。

4 渦流式旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配

旋流器主要參數(shù)見表1。

表1 渦流式旋流器主要參數(shù)

5 小結(jié)

本文分析了旋流器在油田的使用情況、鉆井廢液處理系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展狀況，然后在分析油田鉆井廢液處理工況后，設(shè)計了一套廢液處理系統(tǒng)實現(xiàn)鉆井生產(chǎn)作業(yè)過程中大流量廢棄鉆井液排放階段的固液分離問題，可滿足現(xiàn)場一體化鉆井液廢液無害化處理中的大流量廢棄鉆井液處理的實際需要，具有較大的社會效益和環(huán)境效益。

［1］賀杰,蔣明虎.水力旋流器[M].石油工業(yè)出版社,1996.

［2］蔣明虎,等.產(chǎn)出液預(yù)分離水力旋流器的機理及試驗研究[J].石油學(xué)報,1998,4.

［3］姜寶山.油田含油污水處理新工藝及配套技術(shù)研究[J].大慶石油學(xué)院,2003,5.