钻井废水废气同步消减新技术及现场示范

摘要:钻井废水、钻井柴油机废气污染物和排气噪声是石油天然气钻探作业环境保护的主要治理对象。根据热力学原理和气液动量、热量、质量传递相变机理,研发了钻井废水废气同步消减新技术。其技术原理为:钻井废水与柴油机废气两相流直接接触传热传质,废气余热消减废水,废水吸收废气烟尘同时使废气降温降噪减阻,替代柴油机排气消声器。为此,设计了与钻井190型涡轮增压柴油机配套的ST系列废水废气现场同步处理示范装置,并在四川龙岗和新疆克拉玛依等多种地质结构的油气钻井现场实施。结果表明,单台810kW柴油机1200r/min工况下平均消减废水能力为0.538m3/h,废气烟尘基本消除,降噪效果比消声器提高4.2%～23.7%(倍频带)而背压降低70%以上,柴油机功率损失比减少1%。实践证明,该技术改变了钻井废水末端治理的现状,以源头治理方式实现钻井现场废水不加药、不外排、不转运,为提高钻探作业环保水平提供了可靠的技术保障,对建立石油天然气钻探清洁生产体系具有重要意义,并可以大幅度减少钻井现场废水池征地和基建投资,产生显著的经济、环境和社会效益。 

关键词:钻井废水,柴油机废气,源头治理,环境保护,节能减排

0引言

世界各国对石油天然气钻采环保采取越来越严格的措施,欧洲北海油气田、科威特大布尔甘油田和美国马塞勒斯页岩气田等不同国家与类型油气钻采废水管理均倾向于零排放和循环利用,规避环境风险[1-3]。我国钻井废水处理技术近10年来有很大进展,但仍以末端治理、达标排放为主[4-6]。为适应我国日益严格的环保法规和公众的环保要求,石油行业“十一五”规划提出了增产不增污,建立环境友好石油天然气钻采清洁生产体系的任务[7]。四川大学承担国家“863”计划课题对钻井废水源头治理技术进行系统研究,与广汉欣欣实业有限公司共同开发了钻井废水废气同步消减新技术及成套橇装设备[8]。本文基于在四川龙岗和新疆克拉玛依等多种地质结构的油气钻井现场示范应用中积累的原始资料,介绍该技术的原理、设计要点、现场实施效果及其产生的环境与经济效益。

1技术原理与设计要点

1.1废水废气同步消减原理与流程根据气液两相流直接接触传热传质等焓过程原理[9],设柴油机排气温度(t)、湿含量(H)、比热(Cp),与废水传热传质达到饱和温度(ts)、饱和湿含量(Hs),废水汽化热(γ),则单位质量废气饱和增湿量理论值为:Δw=Hs-H=Cγp

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