一种废弃泥浆处理系统及方法与流程

1.本发明涉及钻进工程领域，尤其涉及一种废弃泥浆处理系统及方法。


背景技术：

2.钻井液是钻进过程中所必需的工作液体，按照主要材料的不同，钻井液的类型包括：泥浆、聚合物溶液、清水、盐溶液、油与乳化液、气体以及泡沫。其中，泥浆因其性能可调范围宽，适应面广泛，是用量最大的钻井液类型，约占钻井液用量的70％以上。
3.泥浆是由粘土、水(或者油)以及少量处理剂混合形成。在钻进施工过程中，为防止孔壁坍塌、埋钻头的现象发生，确保钻孔桩的成孔质量和成孔速度，需要保持孔内水位和泥浆密度和粘度。然而，在施工时，灌注的泥浆会混入钻孔内的泥沙、碎石、钻渣等混合物，导致泥浆密度和粘度逐渐变大。这就要求在钻孔作业中，经常需要对钻孔泥浆进行检测和试验，随时进行调整和补充新泥浆。同时，从钻孔中导流出来的泥浆大多会被废弃，这会造成资源的浪费。


技术实现要素：

4.本发明针对上述技术问题，提出一种废弃泥浆处理系统及方法。
5.本发明所提出的技术方案如下：
6.本发明提出了一种废弃泥浆处理系统，包括用于供废弃泥浆容纳和沉淀的沉淀池、调节池、混凝池、第一抽吸泵以及旋流器；
7.第一抽吸泵分别通过管路与沉淀池和旋流器连接，用于抽吸在沉淀池沉淀后的废弃泥浆并将其输出给旋流器；
8.旋流器还分别通过管路与调节池和混凝池连接，用于对第一抽吸泵所输出的废弃泥浆进行分选以形成第一泥浆液和第二泥浆液，并将第一泥浆液输出至调节池，将第二泥浆液输出至混凝池；其中，第一泥浆液的密度小于第二泥浆液的密度；
9.调节池用作将第一泥浆液调节成钻进用泥浆的容器；废弃泥浆处理系统还包括储浆罐以及分别通过管路与调节池和储浆罐连接，用于将所述钻进用泥浆抽吸至储浆罐的第二抽吸泵。
10.本发明上述的废弃泥浆处理系统中，旋流器包括圆筒分选结构和圆锥分选结构；
11.圆筒分选结构包括圆筒件，安装在圆筒件底部并轴向伸入到圆筒件内部的第一排出管，安装在圆筒件顶部并轴向伸入到圆筒件内部的第一导入管，从圆筒件底部侧面沿切线方向连通圆筒件的第二导入管以及从圆筒件顶部侧面沿切线方向连通圆筒件的连通管；
12.圆锥分选结构包括圆锥件；圆锥件顶部封闭，圆锥件底部具有排出口；圆锥分选结构还包括从圆锥件顶部侧面沿切线方向连通圆锥件的第二排出管；连通管还从圆锥件侧面沿切线方向连通圆锥件；
13.第一抽吸泵的出口通过管路与第一导入管连通；储浆罐的出口通过管路与第二导入管连通。
14.本发明上述的废弃泥浆处理系统中，储浆罐中钻进用泥浆的高度高于旋流器的高度。
15.本发明上述的废弃泥浆处理系统中，相对于圆筒件，第二导入管的连通圆筒件的部分低于第一排出管伸入到圆筒件内部的部分；
16.相对于圆锥件，第二排出管高于连通管。
17.本发明上述的废弃泥浆处理系统中，废弃泥浆处理系统还包括三通阀，三通阀包括阀体和阀芯；阀体具有输入口、第一输出口和第二输出口；阀芯可活动地设置在阀体内部，用于将输入口单只与第一输出口或者第二输出口导通；输入口与第一排出管连通，第一输出口通过管路与调节池连通，第二输出口通过管路与钻进孔连通。
18.本发明上述的废弃泥浆处理系统中，第二排出管连通混凝池；旋流器用于通过第二排出管将第二泥浆液输出至混凝池。
19.本发明上述的废弃泥浆处理系统中，混凝池用作向第二泥浆液中添加聚丙烯酰胺，形成沉淀物的容器；废弃泥浆处理系统还包括压滤机以及分别与混凝池和压滤机连通，用于将混凝池中带有沉淀物的第二泥浆液抽吸至压滤机的第三抽吸泵；
20.压滤机用于对带有沉淀物的第二泥浆液进行压滤，得到粉土以及压滤后的处理水。
21.本发明还提出了一种基于如上所述废弃泥浆处理系统的废弃泥浆处理方法，包括以下步骤：
22.步骤1、控制三通阀，使输入口单只与第一输出口导通；
23.启动第一抽吸泵将在沉淀池中沉淀后的废弃泥浆通过第一导入管输出给旋流器；同时采用储浆罐通过第二导入管将钻进用泥浆输出至旋流器；
24.步骤2、沉淀后的废弃泥浆在从储浆罐出口输出的钻进用泥浆的作用下在旋流器中得以分选，形成第一泥浆液、第二泥浆液和砂土；其中，第一泥浆液从第一排出管排出，并经三通阀导向输出至调节池；第二泥浆液通过第二排出管排出；
25.步骤3、在调节池中对第一泥浆液进行调节改良，形成钻进用泥浆；再将该钻进用泥浆通过第二抽吸泵泵入储浆罐中储存。
26.本发明上述的废弃泥浆处理方法中，在步骤3中，在调节池对第一泥浆液进行调节改良包括以下步骤：
27.测定第一泥浆液的实际比重；并确定钻进用泥浆的拟配比重；
28.在调节池中向第一泥浆液中依次添加膨润土、纯碱以及cmc；
29.其中，每1m3第一泥浆液中膨润土的添加质量＝(钻进用泥浆的拟配比重-第一泥浆液的实际比重)
×
1t；
30.每1m3第一泥浆液中纯碱的添加质量＝每1m3第一泥浆液中膨润土的添加质量
×
0.4％；
31.每1m3第一泥浆液中cmc的添加质量＝每1m3第一泥浆液中膨润土的添加质量
×
0.05％。
32.本发明上述的废弃泥浆处理方法中，在步骤3后，废弃泥浆处理方法还包括：
33.步骤4、控制三通阀，使输入口单只与第二输出口导通；
34.关闭第一抽吸泵；同时采用储浆罐通过第二导入管将钻进用泥浆输出至旋流器以
排除其中沉淀，再经三通阀导入钻进孔。
35.在本发明的废弃泥浆处理系统及方法中，沉淀池用于供废弃泥浆沉淀，形成渣土和沉淀后的废弃泥浆。渣土可排出至渣土池。沉淀池中沉淀后的废弃泥浆在旋流器中得到分选，在调节池中进行性能调节，可以将废弃泥浆调节成钻进用泥浆，实现资源的循环利用。本发明的废弃泥浆处理系统及方法设计新颖，实用性强。
附图说明
36.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
37.图1示出了本发明优选实施例的废弃泥浆处理系统的原理示意图；
38.图2示出了图1所示的废弃泥浆处理系统的结构示意图；
39.图3示出了图1所示的废弃泥浆处理系统的旋流器的结构示意图；
40.图4示出了图1所示的废弃泥浆处理系统的三通阀的结构示意图。
具体实施方式
41.为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
42.如图1-图4所示，图1示出了本发明优选实施例的废弃泥浆处理系统的原理示意图；图2示出了图1所示的废弃泥浆处理系统的结构示意图；图3示出了图1所示的废弃泥浆处理系统的旋流器的结构示意图；图4示出了图1所示的废弃泥浆处理系统的三通阀的结构示意图。
43.本发明提出了一种废弃泥浆处理系统，包括用于供废弃泥浆容纳和沉淀的沉淀池100、调节池200、混凝池300、第一抽吸泵110以及旋流器400；
44.第一抽吸泵110分别通过管路与沉淀池100和旋流器400连接，用于抽吸在沉淀池100沉淀后的废弃泥浆并将其输出给旋流器400；
45.旋流器400还分别通过管路与调节池200和混凝池300连接，用于对第一抽吸泵110所输出的废弃泥浆进行分选以形成第一泥浆液和第二泥浆液，并将第一泥浆液输出至调节池200，将第二泥浆液输出至混凝池300；其中，第一泥浆液的密度小于第二泥浆液的密度；
46.调节池200用作将第一泥浆液调节成钻进用泥浆的容器；废弃泥浆处理系统还包括储浆罐500以及分别通过管路与调节池200和储浆罐500连接，用于将所述钻进用泥浆抽吸至储浆罐500的第二抽吸泵210。
47.上述技术方案为基础方案，在本实施例中，沉淀池100用于供废弃泥浆沉淀，形成渣土和沉淀后的废弃泥浆。渣土可排出至渣土池120。沉淀池100中沉淀后的废弃泥浆在旋流器400中得到分选，在调节池200中进行性能调节，可以将废弃泥浆调节成钻进用泥浆，实现资源的循环利用。
48.进一步地，如图2和图3所示，旋流器400包括圆筒分选结构410和圆锥分选结构420；
49.圆筒分选结构410包括圆筒件411，安装在圆筒件411底部并轴向伸入到圆筒件411内部的第一排出管412，安装在圆筒件411顶部并轴向伸入到圆筒件411内部的第一导入管413，从圆筒件411底部侧面沿切线方向连通圆筒件411的第二导入管414以及从圆筒件411
顶部侧面沿切线方向连通圆筒件411的连通管415；
50.圆锥分选结构420包括圆锥件421；圆锥件421顶部封闭，圆锥件421底部具有排出口；圆锥分选结构420还包括从圆锥件421顶部侧面沿切线方向连通圆锥件421的第二排出管422；连通管415还从圆锥件421侧面沿切线方向连通圆锥件421；
51.第一抽吸泵110的出口通过管路与第一导入管413连通；储浆罐500的出口通过管路与第二导入管414连通。
52.在这里，第一抽吸泵110将在沉淀池100沉淀后的废弃泥浆通过第一导入管413输出给圆筒件411；储浆罐500的出口通过管路与第二导入管414连通，将钻进用泥浆输出至圆筒件411；在这里，在沉淀池100沉淀后的废弃泥浆的比重为1.5-2.5，从储浆罐500出口输出的钻进用泥浆比重为1.1-1.2；在储浆罐500中钻进用泥浆的重力势能的作用下，钻进用泥浆导入圆筒分选结构410导致圆筒件411内部产生离心力；沉淀后的废弃泥浆进入圆筒件411后会在圆筒件411内离心力和密度场的作用下实现分选，一部分低密度的泥浆(比重为1.03-1.16)形成第一泥浆液，并从第一排出管412排出，另一部分较高密度的泥浆会通过连通管415导入圆锥件421进行再次分选，并选出第二泥浆液和砂土。第二泥浆液通过第二排出管422排出；砂土通过圆锥件421的排出口排出。优选地，在本实施例中，废弃泥浆处理系统还包括通过管路与圆锥件421的排出口连通、用于容纳砂土的砂土池430。
53.可以理解，储浆罐500中钻进用泥浆的高度高于旋流器400的高度。
54.进一步地，相对于圆筒件411，第二导入管414的连通圆筒件411的部分低于第一排出管412伸入到圆筒件411内部的部分；
55.相对于圆锥件421，第二排出管422高于连通管415。通过第二导入管414和第一排出管412高低位置的设计，减少了圆筒件411底部泥沙的沉积。
56.进一步地，废弃泥浆处理系统用于处理从钻进孔700排出的废弃泥浆；废弃泥浆从钻进孔700流出后，通过流道流入沉淀池100；在这里，流道可以是管道或者沟渠。
57.废弃泥浆处理系统还包括三通阀600，三通阀600包括阀体610和阀芯620；阀体610具有输入口611、第一输出口612和第二输出口613；阀芯620可活动地设置在阀体610内部，用于将输入口611单只与第一输出口612或者第二输出口613导通；输入口611与第一排出管412连通，第一输出口612通过管路与调节池200连通，第二输出口613通过管路与钻进孔700连通。
58.可以理解，通过阀芯620，当输入口611单只与第一输出口612导通时，输入口611和第二输出口613之间的通路会被切断；当输入口611单只与第二输出口613导通时，输入口611和第一输出口612之间的通路会被切断。
59.在当废弃泥浆处理系统处理废弃泥浆时，输入口611单只与第一输出口612导通，废弃泥浆经由旋流器400分选得到的第一泥浆液，通过第一排出管412和三通阀600会被导入调节池200，并在调节池200中通过物理、化学处理调节成钻进用泥浆。
60.在当储浆罐500需要向钻进孔700输出钻进用泥浆时，输入口611单只与第二输出口613导通，第一抽吸泵110停止工作，储浆罐500通过第一排出管412向圆筒分选结构410输出钻进用泥浆，再由圆筒分选结构410通过第一排出管412排出，然后钻进用泥浆经三通阀600输出至钻进孔700。在这个过程中，由于钻进用泥浆比重仅为1.1-1.2，其储存在储浆罐500中会有沉淀形成；通过旋流器400，钻进用泥浆会实现其内部沉淀的分选，该沉淀通过圆
16m3。添加膨润土、纯碱以及cmc的添加量公式为经验公式；通过该经验公式配置出的钻进用泥浆，其实际比重和拟配比重之间一般相差在
±
0.05以内。通过依次添加膨润土、纯碱以及cmc，充分搅拌改善第一泥浆液性能后，形成钻进用泥浆，泵入储浆罐500以备再次使用。
78.具体地，在一实施例中，测得第一泥浆液的实际比重为1.1，确定钻进用泥浆的拟配比重为1.05，调节池200中第一泥浆液的体积为5m3；在调节池200中向第一泥浆液中依次添加膨润土、纯碱以及cmc；其中，
79.向调节池200中添加膨润土的添加质量＝(1.1-1.05)
×5×
1t＝250kg；
80.向调节池200中添加纯碱的添加质量＝250kg
×
0.4％＝1kg；
81.向调节池200中添加cmc的添加质量＝250kg
×
0.05％＝0.125kg。
82.经过搅拌，测量调节改良后的第一泥浆液的比重为1.06，符合预期。
83.步骤3还包括以下步骤：
84.通过管路引导由第二排出管422排出的第二泥浆液进入混凝池300；
85.通过纯碱将第二泥浆液的ph值调整至7-8.5；向第二泥浆液中添加聚丙烯酰胺，形成沉淀物；将带有沉淀物的第二泥浆液经压滤机800压滤后得到粉土以及压滤后的处理水；
86.对压滤后的处理水进行浊度检测，若浊度小于100ntu，则将该压滤后的处理水直接排放或者在施工现场重复使用；若浊度大于100ntu，则将该压滤后的处理水排入混凝池300。
87.在本实施例中，进入混凝池的第二泥浆液主要为粒径小于50微米的粘土颗粒；粉土被弃置于粉土池900。
88.进一步地，向第二泥浆液中添加的聚丙烯酰胺采用质量浓度为100mg/l的聚丙烯酰胺溶液，100mg/l聚丙烯酰胺溶液的添加质量通过以下步骤确定：
89.测定单位体积的第二泥浆液吸附亚甲基蓝的最大质量为ag/l；再根据ag/l计算向单位体积的第二泥浆液中添加100mg/l聚丙烯酰胺溶液的添加质量，其中，
90.向单位体积的第二泥浆液中添加100mg/l聚丙烯酰胺溶液的添加质量＝0.119ag/l；a为正数。
91.在这里，粘土中蒙脱石在水溶液中能吸附亚甲基蓝，高岭土和伊利石吸附亚甲基蓝的量相对较小，经试验可知，蒙脱石、高岭土、伊利石的造浆量与其吸附亚甲基蓝的量成正比关系，因此可采用亚甲基蓝测定泥浆中粘土造浆颗粒的数量。根据有关资料及大量的试验数据，每100g蒙脱石可以吸收44g亚甲基蓝。于是，单位体积的第二泥浆液中蒙脱石的质量≈100/44
×
ag/l；根据经验，1重量份的蒙脱石需要0.05重量份的100mg/l聚丙烯酰胺溶液进行絮凝处理，同时考虑5％超量添加100mg/l聚丙烯酰胺溶液，于是有向单位体积的第二泥浆液中添加100mg/l聚丙烯酰胺溶液的添加质量≈100
×
0.05/44
×a×
(1 5％)g/l＝0.119ag/l。
92.进一步地，单位体积的第二泥浆液吸附亚甲基蓝的最大质量可以通过以下步骤确定：
93.取bml的第二泥浆液，逐步向该第二泥浆液中加入亚甲基蓝，充分摇匀，然后用玻璃棒沾取一滴第二泥浆液滴在滤纸上，观察滤纸上第二泥浆液扩散的晕圈颜色，直到滤纸上的晕圈颜色由无色刚好变成天蓝色为止；
94.通过称量和计算获得此时向该第二泥浆液中加入的亚甲基蓝的总质量cg，于是
有：
95.单位体积的第二泥浆液吸附亚甲基蓝的最大质量ag/l＝1000c
÷
bg/l；其中，b、c均为正数。
96.在一具体实施例中，取1ml第二泥浆液，测得该第二泥浆液的实际比重为1.6，向该1ml第二泥浆液逐步滴加1g/l亚甲基蓝溶液，充分摇匀，然后用玻璃棒沾取一滴第二泥浆液滴在滤纸上，观察滤纸上第二泥浆液扩散的晕圈颜色，直到滤纸上的晕圈颜色由无色刚好变成天蓝色为止；通过称量获得此时向该第二泥浆液中加入的1g/l亚甲基蓝溶液的总体积为250ml，于是，可知：
97.此时向该第二泥浆液中加入的亚甲基蓝的总质量＝250ml
×
1g/l＝0.25g；
98.单位体积的第二泥浆液吸附亚甲基蓝的最大质量＝1000
×
0.25
÷
1g/l＝250g/l。
99.另取1l上述第二泥浆液，向其中添加100mg/l聚丙烯酰胺溶液，添加量＝0.119
×
250g/l
×
1l＝29.75g；通过添加100mg/l聚丙烯酰胺溶液，肉眼可以发现1l第二泥浆液中有絮凝沉淀，水质得到澄清。
100.在这里，亚甲基蓝可以是粉体，也可以是溶于溶液中的溶质。
101.进一步地，在步骤3后，废弃泥浆处理方法还包括：
102.步骤4、控制三通阀600，使输入口611单只与第二输出口613导通；
103.关闭第一抽吸泵110；同时采用储浆罐500通过第二导入管414将钻进用泥浆输出至旋流器400以排除其中沉淀，再经三通阀600导入钻进孔700。
104.在这里，由于钻进用泥浆比重仅为1.1-1.2，其储存在储浆罐500中会有沉淀形成；通过旋流器400，钻进用泥浆会实现其内部沉淀的分选，该沉淀通过圆锥件421的排出口排出。在旋流器400中排除沉淀后的钻进用泥浆通过第一排出管412经三通阀600导入钻进孔700。
105.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。