海洋廢棄鉆井液處理技術(shù)研究

徐良偉，馬 超，陳書明，雷 宇

(長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北荊州 434023）

海洋廢棄鉆井液處理技術(shù)研究

徐良偉，馬 超，陳書明，雷 宇

(長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北荊州 434023）

針對(duì)濱海－6井廢棄鉆井液的特點(diǎn)，提出了破膠—固液分離—固化的思想。通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化破膠劑、絮凝劑、固化劑配方。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:100 mL廢棄鉆井液破膠劑加量為2 g，絮凝劑為2 gAS+2.5%HPAM溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%），固液分層現(xiàn)象明顯、出水水質(zhì)透明。固化劑的加量為1.5%CJ－1、27.7%水泥、7.7%CJ－2、6.2%CJ－3。固化強(qiáng)度和浸出液試驗(yàn)表明:固化體在養(yǎng)護(hù)15天后平均強(qiáng)度3.0 MPa，浸出液指標(biāo)達(dá)到GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

海洋鉆井液;破膠;固液分離;固化

渤海海域是易受污染的內(nèi)陸海，目前海上鉆井產(chǎn)生的廢棄水基鉆井液和鉆屑大都未處理，而是采用注入非滲透性地層或者注入地層和井眼環(huán)形空間的方法［1］。而廢棄鉆井液中含有重金屬、堿、油、有機(jī)物等多種有毒有害污染物，處理難度較大［2］，最終會(huì)對(duì)海洋環(huán)境造成很大的污染［3］。近年來(lái)，隨著環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的建設(shè)，國(guó)家對(duì)渤海海域環(huán)境的保護(hù)越來(lái)越重視。廢棄鉆井液的固化法處理被認(rèn)為是一種比較可靠的好方法，特別適用于膨潤(rùn)土型、部分水聚丙烯酰胺、木質(zhì)素磺酸鉻、油基鉆井液等在鉆井結(jié)束后廢棄液的處理［1］。本文對(duì)中國(guó)石油海洋公司濱海－6H井的廢棄鉆井液特性分析后提出破膠、固液分離、固化的處理方法，其固化后浸出液和強(qiáng)度測(cè)試表明處理效果均達(dá)到理想要求。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 廢棄鉆井液特性分析

實(shí)驗(yàn)樣品用濱海－6井廢棄鉆井液，該廢棄鉆井液成分復(fù)雜，外觀褐色至黑色，且呈稠狀膠體特性，具有刺激性氣味，其常規(guī)特性分析見表1。

由表1所示，該廢棄鉆井液固相含量、COD(化學(xué)需氧量）、含油量都較高，且塑性黏度較高，說(shuō)明膠體體系較為穩(wěn)定，具有較好的保水性能，自然風(fēng)干較為困難，因此需先通過(guò)破膠絮凝作用，分離出膠體中結(jié)合水，再進(jìn)行廢棄鉆井液的固化處理。

1.2 廢棄鉆井液破膠處理方法

將一定量破膠劑與廢鉆井液高速攪拌混合，放置20 min后用中壓失水儀測(cè)定處理后的廢鉆井液濾液量，觀察濾餅質(zhì)量，記錄7.5 min時(shí)濾液的體積［4］，篩選最優(yōu)的破膠劑及其加量。

表1 濱海6井廢棄鉆井液特性分析Tab.1 Analysis of characteristics of waste drilling fluid in Binhai 6 well

1.3 廢棄鉆井液固液分離實(shí)驗(yàn)方法

加一定量的絮凝劑于80 mL上述破膠處理后的廢棄鉆井液中，先快速攪拌，后慢速攪拌2～3 min。觀察固液分層現(xiàn)象、出水水質(zhì)、出水體積比，篩選最優(yōu)的絮凝劑及其加量。

1.4 固化實(shí)驗(yàn)方法

取上述破膠、絮凝處理后的廢棄鉆井液沉淀于燒杯中，依次加入支撐劑(砂子）、固化劑(CJ－1、水泥、CJ－2、CJ－3），充分?jǐn)嚢韬蟮谷牍袒Ｐ椭?，在室溫條件下，分別養(yǎng)護(hù)10天，其固化效果是通過(guò)測(cè)定固化體抗壓強(qiáng)度和浸出液中有害物質(zhì)的含量進(jìn)行評(píng)定的。

2 結(jié)果與討論

2.1 廢棄鉆井液的破膠效果

鉆井液中細(xì)黏土顆粒多，而粗黏土顆粒少，形成的泥餅薄而致密，鉆井液濾失量則?。?］。廢棄鉆井液在未加破膠劑前形成的濾餅厚且松散，其7.5 min時(shí)濾液量?jī)H為20 mL，從該廢棄鉆井液的塑性黏度和濾液量分析，該廢棄鉆井液體系膠體性質(zhì)明顯，粗顆粒較多。

在選擇的四種常用破膠劑中，過(guò)硫酸鉀的7.5 min時(shí)濾失量最大，且破膠后泥餅較為致密，說(shuō)明體系形成大量細(xì)黏土顆粒，其破膠效果最好(圖1），在實(shí)驗(yàn)中也不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的氣泡，能夠配合下步絮凝作用更好的實(shí)現(xiàn)固液分離作用。因此確定適合濱海－6井廢棄鉆井液的破膠劑加量為2.5%的過(guò)硫酸鉀。

2.2 廢棄鉆井液絮凝效果

由表2的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析:對(duì)三種價(jià)廉的絮凝劑來(lái)說(shuō)，有機(jī)絮凝劑1%聚丙烯酰胺溶液和無(wú)機(jī)絮凝劑加硫酸鋁(AS）的固液分層現(xiàn)象明顯。加聚丙烯酰胺溶液后，固液分層明顯，上層為大量絮狀濁液，隨著聚丙烯酰胺溶液的不斷增加，其上層濁液量逐漸增加，當(dāng)加量到4% ～6%時(shí)，其濁狀液的量的增長(zhǎng)減小。加AS后實(shí)現(xiàn)固液分層后，隨著加量的增加，分層較為明顯，水質(zhì)透明，但大部分在磨口量筒中間出現(xiàn)液體，實(shí)際中不容易實(shí)現(xiàn)固液分離。因此，實(shí)驗(yàn)中利用0.1%聚丙烯酰胺溶液與AS進(jìn)行復(fù)配，以期在廢棄鉆井液分層后實(shí)現(xiàn)固液分離。

圖1 廢棄鉆井液破膠劑效果評(píng)價(jià)Fig.1 Evaluation of effect of breakers on the waste drilling fluids

2.3 廢棄鉆井液固化劑配方確定

對(duì)于不同的固化劑，其在固化過(guò)程中所起的作用也是不同的，對(duì)于同一種固化配方，固化劑加入的順序不同，固化的效果也不同［6］，所以通過(guò)正交試驗(yàn)來(lái)確定固化劑的加入順序和加量。極差的大小反映因素變化時(shí)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的變化幅度，因素的極差越大，該因素對(duì)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的影響越大［7］。按照表3和表4的正交設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定的固化劑加入順序?yàn)?A(水泥）、B(CJ－1）、C(CJ－2）、D(CJ－3），固化劑最佳的配方為A3B2C3D3，即每100 mL廢棄鉆井液固液分離后沉淀物，加入60 g砂子，依次加入2 gCJ－1，18 g水泥，5 gCJ－2，4gCJ－1。按原廢棄鉆井液質(zhì)量計(jì)算，即1.5%CJ－1+27.7%水泥 +7.7%CJ－2+6.2%CJ－3。

2.4 廢棄鉆井液固化體強(qiáng)度和浸毒試驗(yàn)

根據(jù)正交試驗(yàn)的結(jié)果，按照1.4的固化實(shí)驗(yàn)方法制出優(yōu)化配方的固化體模型，測(cè)試固化體的強(qiáng)度，浸毒實(shí)驗(yàn)是參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB5086.1—1997）固體廢物浸出毒性浸出翻轉(zhuǎn)法進(jìn)行［8］，將固化體浸泡于一定質(zhì)量的水中，水與固化體的質(zhì)量比為10∶1，間斷性的加以攪拌，分析不同時(shí)間浸出液有害物質(zhì)污染物濃度指標(biāo)，從而判斷鉆井廢泥漿的固化處理效果。

表2 絮凝劑的效果評(píng)價(jià)Tab.2 The evaluation of effects of flocculant

表3 正交試驗(yàn)的因素和水平Tab.3 The factors and level of orthogonal experiments

表4 固化L9(34）正交表Tab.4 The orthogonal experiments with L9(34）

表5的檢測(cè)結(jié)果可知:固化體在養(yǎng)護(hù)15天后強(qiáng)度平均大約在3.0 MPa，抗壓強(qiáng)度得到較大的提升，且泛霜不明顯。固結(jié)物浸出液污染物指標(biāo)可達(dá)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB8978—1996）允許排放濃度［9］，能有效固結(jié)鉆井廢泥漿中的有害物質(zhì)。

3 結(jié)論

(1）濱海6－H井廢棄鉆井液成分復(fù)雜，體系膠體特性較為明顯，因此提出首先優(yōu)化破膠劑及其加量，分離固相與液相，液相用于重新配漿，固相用于固化處理實(shí)現(xiàn)無(wú)害化的方法。

(2）該體系100 mL廢棄鉆井液破膠劑加量為2 g過(guò)硫酸鉀，絮凝劑為2 g AS+2.5%HPAM溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%），其固液分層現(xiàn)象明顯，出水水質(zhì)透明，能回收利用該體系約3/8的水分，用于重新配漿。

(3）固液分離后對(duì)其固相進(jìn)行固化處理，固化劑的加量為 1.5%CJ－ 1、27.7% 水泥、7.7%CJ－ 2、6.2%CJ－3。固化強(qiáng)度和浸出液試驗(yàn)表明:固化體在養(yǎng)護(hù)15天后平均強(qiáng)度3.0 MPa，浸出液指標(biāo)達(dá)到GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

表5 固化體抗壓強(qiáng)度和浸毒實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果Tab.5 The intensity test and effect of toxin test on solid

［1］王眉山，鄭毅.中國(guó)廢棄鉆井液處理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)［J］.鉆井液與完井液，2009，26(6）:77－79.

［2］萬(wàn)仁溥，張琪.油井建井工程［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2001.

［3］王學(xué)川，胡艷鑫，鄭書杰，等.國(guó)內(nèi)外廢棄鉆井液處理技術(shù)研究現(xiàn)狀［J］.陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版），2010，28(6）:169－173.

［4］中國(guó)石油天然氣總公司.中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):SY/T5107—1995水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法［S］.1995.

［5］鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)［M］.東營(yíng):中國(guó)石油大學(xué)出版社，2001.

［6］薛玉志，馬云謙，李公讓.海上廢棄鉆井液處理研究［J］.石油鉆探技術(shù)，2008，36(5）:12－15.

［7］賀吉安.四川油氣田完井廢物固化處理技術(shù)研究［D］.四川成都:西南交通大學(xué)，2008:24－29.

［8］國(guó)家環(huán)境保護(hù)局標(biāo)準(zhǔn)司.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn):GB 5086.1—1997固體廢物浸出毒性浸出方法——翻轉(zhuǎn)法［S］.1997.

［9］國(guó)家環(huán)境保護(hù)局.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn):GB 8978—1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1996.

Research on disposal of coastal waste drilling fluid

XU Liangwei，MA Chao，CHEN Shuming，LEI Yu
(Petroleum Engineering of College，Yangtze University，Jingzhou Hubei 434023，China）

Based on the characteristics of Binhai 6 well，we firstly take measures of gel breaking，then separate solid and liquid，and at last solidify.The prescription of gel breaker，flocculants and curing agents is optimized by the experiments.The result shows that the dosing quantity of breaker is 2 g/100 mL，flocculants is 2 g AS and the solution of 2.5%HPAM.The separation of solid and liquid is clear，and the color of water is transparent.The quantity of curing agent is 1.5%CJ－1，27.7%cement，7.7%CJ－2 and 6.2%CJ－3.It is proved by intensity and dip that the average solidified intensity is about 3.0 MPa after 15 days maintenance，and leachate index meets the standardⅡ of Integrated Waste Water Discharge Standard(GB8978—1996）.

coastal drilling fluid;gel breaking;separation of solid and liquid;solidify

TE254+.2

A

10.3969/j.issn.1008－2336.2011.04.084

中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司項(xiàng)目“海洋廢棄鉆井液固化處理技術(shù)研究”(編號(hào):201002240154）研究成果。

2011－05－11;改回日期:2011－06－24

徐良偉，男，1986年生，長(zhǎng)江大學(xué)石油與天然氣工程專業(yè)在讀碩士，主要從事油田化學(xué)研究。E-mail:xliangwei@126.com。

1008－2336(2011）04－0084－03