溶剂萃取法处理废弃油基钻井液技术研究.pdf

一 6 O一 石油 和化 工设备 2 O 1 4 年第 1 7 卷 溶剂萃取法处理废弃油基钻井液技术研究 刘星光 ，田丰 1 ． 中国石化华北分公司油气生产支持中心，山西 晋中0 3 0 6 0 0 2 ． 西南石油大学化学化工学院 ，四川 成都 6 1 0 5 0 0 [ 摘 要]废弃油基钻井液是油气田钻井过程中产生的危险废弃物。本文概述了溶剂萃取法处理废弃油基钻井液的萃取机 理、影响因素和萃取剂筛选原则，探讨了溶剂萃取法中存在的问题，提出了相应建议。 [ 关键词]油基钻井液；萃取；影响因素；筛选原则 随着我 国油气生产量 的不 断提升 ，石油钻井 作业难度及工程量随之大幅度增加 。全球各大石 油公司已在研发适合市场需求的钻井液体系，其 中油基钻井液因其热稳 定性 强、抗盐性强 、防塌 效果好等优 点备受关注【 】 】 ，同时油基钻井液在保护 油层方面也有突出表现口 】 。但油基钻井液在多次使 用后无法再循环使用被废 弃对周 围环境造成极大 破坏 】 。因此，各油田急需研究一种经济有效的方 法 ，处理废弃油基钻井液。 1 废弃油基钻井液的特点 废 弃油基钻井液组成成分相 当复杂 ，其主要 成分如下 f 1 石油类油基钻井液通常 以柴油等有机溶 剂作为分散相配制而成，同时因其进入地层后与 油层接触，从而携带 出少量油类物质 ； 2 悬浮物 S S 油基钻井液添加 了黏土 、 膨润土等 固体颗粒 ，其进入水体后会引起水体浑 浊 。 3 重金属离子 为满足钻井需要 ，通常钻井 液 中添加含有重金属离子 的物质 ，如镉 、铅、钡 等重金属离子。 4 p H值油基钻井液一般呈碱性 ，排入环境 中对动植物均有较大影响。 5 C OD油基钻井液 中添加剂 、有机物及其 分解产物是其主要来源 ] 。 2国内外应用处理现状 针对 不 同 的油基 钻 井 液体 系 应提 出不 同的 处理方案 。国内外学者经过多年 的研究探索，一 些处理手段 已取得 了阶段性成果 。但因钻 井液体 系 的复杂性 ，不 同的处理方法仍存在 一定的局限 性。以下为几种研究较多的处理方法[ 7 ．。 】 表1 不同处理方法对比 处理方法 优点 缺点 热蒸馏法 对不同组成的钻井液有普遍适用性 少量处理不经济，能耗高 坑内密封 适于处理污染较大的钻井废液 无法回收油基钻井液中柴油，造成资源浪费 破乳一 固化法 处理设备简单 破乳剂适应性差，成本较高 M T C 固井技术 可配制优 良的固井液，实现资源化 施工难度大，设施和操作要求高 溶剂萃取法 萃取温度低，简单易行，油类回收率高 萃取剂易挥发 由表 1 不难 看 出，溶剂萃 取法具有 萃取温度 低 、操作简单 、选择性高且资源 回收利 用率高等 优 点。基于这些优 点，本文从萃取机理、影 响因 素和筛选原则三方面对溶剂萃取法进行进 一步研 究 。 3 溶剂萃取法机理 溶剂萃取 法是利用 “ 相 似相溶 ”的原 理，即 利用极性分子间的电性作用，使得极性分子溶质 ⋯-●●●●●●●⋯⋯●●●●●●-⋯●●⋯⋯●⋯●●●●● ● ●●●●⋯● ●● ● ●● ● ●●●⋯●● ● ●⋯●-⋯●●●●●●●● ● ●⋯⋯●●●●⋯⋯● ●● ● ●● ● -● ● _● 作者简介刘星光 1 9 7 4 一，男，山西晋中人，1 9 9 9 年毕业于 成都理工大学勘查与机电工程专业，工程师。现任中国石化华北分 公司油气生产支持 中心哥I 主任 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第9 期 刘星光等 溶剂萃取法处理废弃油基钻井液技术研究 ． 6 J 易溶于极性分子溶剂 ，难溶于非极性分子 溶剂； 而非极性分子溶质则 易溶于非极性分子溶剂 ，难 溶于极性分子溶剂 ，从而达 到极性分子 与非极性 分子分离的 目的。萃取法 的优 点是处理废 弃钻井 液 中的油类物质及其他有机 组分较彻底 ，能够将 大部分石油类物质提取 回收 。因此 ，针对 油含量 较高 、需深度 除油 的废弃油基钻井液可 以考虑使 用该方法 。 溶剂萃取过程基本参数如下 。 】 1 分配比D 分配 比是 萃取体 系达 到相平衡后被萃取物在 两相中的实际分配 比例 ，用D表示 。D值越大，萃 取剂的萃取能力越强。计算公式为 D Y ／ X 1 x为固相中的原油重量w ／ 干基重量M。 g ； Y为萃取相 中的原油重量W。 ／ 萃取剂重量Mo g ／ g ； 干基指废弃油基钻井液 中所 含纯粹 泥沙的干 重 。 2 萃取率c 萃取率 ％ 是用来表示萃取的完全程度 ，即被 萃 取物 质在萃取剂相 中的量与在原料相 中总量 的 百分 比，其计算公式为 C Wo ／ W。 w 1 0 0 ％ 2 分配比与萃取率之间的关系可用 下式表示 C D ／ D Mo ／ M。 1 0 0 ％ 3 分配 比D越大 ，萃取率C就越 高。萃取剂的相 对用量 多，萃取率也就越 高，这 是 由操作条件 决 定的。 3 相 比A 相 比通常是指在一个液． 液萃取体系 中两相的 体积 比。对于废弃油基钻井液的萃取而言，A为萃 取剂和废 弃油基钻 井液干基 的质量 比，计算公式 为 A Mo ／ M。 g／g 4 4 分离系数 t3 溶剂萃取不但要把某 一组分从原料 中提取 出 来 ，更要将 提取出的各组分分离 。为 了定量表示 萃取 过程 中两种物质分离 的难 易程度 ，提 出了分 离系 数这一概念 ，且 p 在一定条件下进行萃取分离 时，被分离的两种组分 的分配系数 的比值 ，常用 B表示。令A [ I B 分别表示两种物质 ，则 B Dd DB 5 B值 的大小表示A、B物质分离效果的好坏 。 值越大 ，分离效 果越好 ，即萃取剂对某种 物质 的选择性越高。 4溶剂萃取法的影响因素 溶剂萃取处理效果受诸多因素 的影响 ，如溶 剂种类、萃取温度 、萃取时间等 。以下为几种对 萃取效果影响较大的因素[ 1 1 - 1 2 】 。 1 萃取剂种类 萃 取剂 多为有 机 试剂 ，品种 繁 多 。一般 而 言 ，萃取 剂 分子 中至 少有 一个 萃取 功 能基 ，如 氧、氮 、磷、硫 等原子 ，萃取剂通过萃取功能基 与原料 中待萃取物 结合，从而将所 需物质提取 出 来 。另外 ，萃取剂一般多 由较长 的烃链或苯环组 成，这样可 以使萃取相 易溶于萃取剂 中。不 同的 萃取功能基及不同的结构都影 响萃取剂 的萃取能 力。 2 萃取温度 萃取过程 中提 高萃取温度可 以降低原料 的黏 度 ，减小油和泥沙间 的粘附力，从而提高传质速 率 。同时适当地供给能量可 以打破支链小分子相 与胶体网络结构的氢键，提高萃取率。但温度过 高 ，萃取效果不但 无 明显提 高，还会造成萃取剂 挥发 ，影响萃取剂循环使用，且增大热损耗 ，因 此选择合适的萃取温度至关重要 。 f 3 萃取时间 萃 取是一个传质过程 ，接触时 间直接关系到 最终的萃取效果 。萃取时间过 短无法保证萃取达 到平衡 ，但时间过长则会降低 处理量 ，不利于工 业化生产 ，因此选择合适的萃取时间同样重要 。 4 溶剂／ 油泥 比 不 同萃取剂对不 同待萃取物 的萃取能力有所 不 同，通常在萃取剂加入量一定的条件 下，原料 加入量越大 ，萃取率越高 ；但 当原料加到一定程 度后 ，萃取相 中的待萃取物浓度 不再增加 ，此时 萃取剂达到了饱和状态。因此应根据萃取剂饱和 浓度确定合理的溶剂／ 油泥 比。 5 强化萃取方式 萃 取 过程 的传质 强 化可 以利 用 外力 作用 ， 增大萃取剂与原料的传质 比表面积 ，如搅拌 、振 荡等。另外，还可通过外力改变液滴内部或液滴 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 6 2 一 ■ 腐蚀防护 石 油和化工 设备 2 0 1 4 年第 1 7 卷 周 围的湍动情况 ，从而增大传质系数，如 引入 电 场、离心力、超声波等。 5 萃取剂筛选原则 工业上选择萃取剂应满足以下要求[ 1 3 - 1 4 ] 1 选择性好，分离系数大； 2 萃取容量大，萃取剂要有较多 的功能基及 合 适 的分子量 ； 3 萃取剂反萃取过程 中萃取剂损耗小 ，易于 反萃取及溶质 回收； 4 化学稳定性强，有耐酸、碱 、氧化剂或还 原剂的能力，且不易分解 ； 5 操作安全、简单、易行； 6 经济 型 强 ，萃取 剂 需来源丰 富 ，价 格便 宜 。 6 结语 利用溶剂萃取法对废弃油基钻井液进行资源 化、无害化处理符合建设资源节约型、环境友好 型社会 的总体要求 。虽然溶剂萃 取法具有石油类 回收率高、回收油 品质好 、无二次污染等优点 ， 但现有萃取工艺还需许多完善之处 1 萃取剂的选择 目前 ，各油田对萃取剂 的研究还不够深入 ， 应对处理对 象进行科学系统的分析 ，针对其组分 来确定萃取剂，而不是盲 目尝试 。 2 萃取剂流失 溶剂萃取法采 用的有机 溶剂在萃取与反萃取 过程 中会产生一定损耗 ，尤其是在 反萃取常压蒸 馏或减压蒸馏操作 中，萃取剂流失严重 ，造成成 本上升 。因此 ，应改进工艺流程 ，提高设备的密 闭性。 3 安全与健康 萃取剂多为有机溶剂，对人体健康有一定影 响 。研发经济 、环保 的萃取剂已成为溶剂萃取法 亟待解 决的课题 ，同时 ，通过远程控制也是一种 有效的途径。 溶 剂萃 取法 若 要实现 工 业化 应 当优 选 出经 济、高效、安全 的萃取剂，并研发 出一套适合工 业化生产的工艺流程 。 ◆参考文献 [ 1 ] 王中华． 国内外油基钻井液研究与应用进展[ J ] ． 断块油气 田，2 0 1 1 ，1 8 4 5 3 3 - 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