油田废弃钻井液无害化处理.pdf

第 2 6卷 第 4期 2 0 0 9年 7月 钻 井 液与 完 井 液 DRI L LI NG FLUI D COMPLETI ON FLUI D Vo 1 ．2 6 NO． 4 J u l y 2 0 0 9 文 章 编 号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 O O 9 0 4 0 0 8 3 0 3 油 田废弃钻 井液无 害化处理 徐辉 王兵 钱 杉衫 杨丹丹 西南 石油大学 国家重点实验 室 ， 成都 摘要 通过 对废 弃钻井液 的来源 、 水质特征和治理现状等 问题 的分析 ， 合成 了一种新 型的化 学脱稳剂 P J J ， 并 对化学脱 稳、 F e ／ C微 电解、 H O ／ F e 。 催化氧 化处理 方法进行 了讨论 ， 通 过实验 确定 了各 工艺 的最佳 条件 。实验 证 明， P J J对废弃钻井液 的处理效果 非常好， 处理后 的废 弃钻 井液达 到 国家二级排放标准 。 关键词 废 弃钻井液； 微 电解 ； 催化氧化 中图 分 类 号 TE9 1 ． 0 5 文 献 标 识 码 A 油 田废弃钻井液作为勘探开发中最主要的污染 源 ， 来源 于钻井 作业 过 程 ， 是 一种 含黏 土 、 加重 材料 、 各种 化学 处理 剂 、 污水 、 污油 及钻 屑 的多相 稳态 胶体 悬 浮物 ， 其 危 害环 境 的 主要 成 分 是 烃 类 、 盐 类 、 各 种 聚合物 、 木质 素磺酸盐、 某些 金属离子 汞、 铜 、 砷 、 铬 、 锌 及铅 及 重 晶石 中 的杂 质 。研 究 表 明 ， 它 将 对 土壤 、 地表 和地 下水 产生 污染 ， 直 接或 间接对 动 植物 及人类 健康 产生 危 害口 ] 。 1 一般废弃钻井 液处理工 艺 废 弃钻 井液 随钻 井井 深 、 地 质条 件 而差异 很 大 ， 具 有复 杂性 、 多变 性 的水质 特征 。其 污染 特 点为 _ 2 ] ①色度 大 ， 呈 黑褐 色 ； ② 悬 浮 物 浓 度 高 ， 其 原 因是 钻 井液中所用处理剂较多， 使膨润土颗粒稳定 ， 不易聚 沉 ， 从而 使得 废 弃 钻 井 液 浓 度 增 加 ； ③ 电位 值 大 ， 粒径小 平均为 1 ． 3 2 m， 接近胶体范围 ， 有机污染 物 的相 对 指 标 C 0D 严 重 超 标 ， 主 要 是 废 弃 钻 井液 中富集 了大量 可溶 性有 机化 合物 的结 果 。 一 般 废弃 钻井 液处 理工 艺 中存 在 的 问题主 要为 处理后废水 的 c 0D值 、 色度 达标率低 。其主要原 因为 [ 3 ] ① 废 弃 钻井 液 的组成 太 复杂 、 浓 度 太 高 ； ② 受化学 混凝 法去 除 污 染 能力 的 限制 ； ③ 处 理 工 艺 不 完善。实验 以 C O D的去除率为主要标准。 2 化 学脱 稳 的实验 研 究 首先用不 同的处理剂进行化学脱稳 ， 采用离心 分 离 的方法 实现 固液 分 离 ， 通 过 观 察 分离 出水 的色 度 、 透明度、 对废弃液 p H值 的影 响等因数 ， 初步筛 选 出适用 的化学 脱稳 剂 ， 然 后对 化 学脱 稳 剂 的不 同 加量 、 废弃 钻 井液 不 同反应 的 p H 值 、 不 同离心 时 间 进行 研究 ， 以出水 的 C O D 值 作 为 评 价 标 准 ， 得 到 该 实验 的最 佳工 艺条 件 。 2 ． 1 化学脱稳剂的初步筛选 实验 选 用 了 4种 脱 稳 剂 进行 实 验 研 究 ， 结 果见 表 1 。 由表 1 可 知 ， P J J的处 理 效 果 较 好 ， 处 理 出水 的色度 明显降低 ， 因此选定 P J J作为化学脱稳剂 。 表 1 不 同化学脱稳剂在模 拟工况条件下的脱稳结果 2 ． 2 P J J加量对脱稳效果的影响 化学脱稳 剂 P J J加量对脱 稳效果 的影 响见 表 2 。由表 2可 以看 出 ， P J J的 加 量 较 小 时 ， 化 学脱 稳 不完全 ， 出水 的 C 0 D 值较 大； 当其加量 较适宜 时， C O D 的去除率最高 ； 继续增大 P J J的加量 ， C O D值 的变化 趋 于平 缓 。考 虑 到 成 本 ， 选 定 P J J的 加量 为 9 0 0 0 mg ／ L。 第一作者简介 徐辉 ， 1 9 7 9年生 ， 在读 博士研究生 ， 主要从 事油气 田开发方 面的工作 。地 址 成都 市西 南石油大 学国家重 点实验 室； 邮政编码 6 1 0 5 0 0 ； E - ma i l x u h u i 1 9 7 9 0 9 1 0 s i n a ． c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 4 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 0 9年 7月 表 2 P J J 加 量对 脱稳效果的影响 2 ． 3 p H值对 P I l J处理效果的影响 当 p H 值 分 别 为 4 、 6 、 8 、 1 O 、 1 2时 ， 沉 降分 离 后 的出水体积分别为 7 0 、 7 1 、 7 1 、 7 0 、 7 3 mL， 出水 C O D 值 分别 为 1 6 4 1 、 1 4 8 9 、 1 3 5 2 、 1 4 1 0和 1 4 2 0 mg ／ L。 由此可 知 ， 当 p H 值 在 8附近时 ， P J J 处 理效 果最好 。 2 ． 4离心时间对脱稳效果的影响 离 心 时间对 脱稳效 果 的影 响见 表 3 。 由表 3可 以看 出 ， 离 心时 间过短 ， 废 弃钻井 液还 未得 到充 分 的 分 离 ， 分离后 的出水 效 果 不 好 ； 离 心 时 间过 长 ， 离 心 机 能耗 大 ， 增 大 了 处 理 的 成 本 ； 离 心 时 间 为 3 ～ 5 mi n时 ， 出水 的 C 0 D 值 趋 于稳定 。 表 3 离 心 时 间对 脱 稳 效 果 的影 响 基 于 正交 实 验 确定 优 化 的 工艺 条 件 为 化学 脱 稳 剂 P J J的加 量 为 9 0 0 0 mg ／ L， 废 弃 钻井 液 的 p H 值 为 8 ， 离 心 时 间为 3 mi n 。根据 优 化 的工 艺 条 件 ， 进 行放 大样 实 验 ， 初 始 C O D 值 为 1 3 4 9 1 mg ／ L， 得 到出水 的色度为 5 O ， 出水的 C 0 D值为 1 3 0 0 mg ／ L。 3 化 学脱 稳 后 出水 的微 电解 实验 研 究 将化学脱稳后 的出水进行 F e ／ C微 电解处理 ， 考察 F e ／ C 比 、 p H 值 、 铁 屑 的 粒 度 对 微 电解 出水 C 0D值 的影 响 ， 以得 到该 实验 的最佳 工艺 条件 。 3 ． 1 微 电解处 理 当 F e与 C的比值分别 为 0 ． 5 、 1 、 1 ． 5 、 2和 2 ． 5 时 ， 反 应 后 出水 的 C 0 D 值 为 4 5 0 、 4 1 3 、 4 0 5 、 3 8 8和 3 9 5 mg ／ L。由此 可 以看 出 ， F e与 C 的 比值 为 2 1 时 ， C 0 D 的去除率 最高 。 3 ． 2 p H 值 当 p H值分别为 1 、 2 、 3 、 4 、 5时， 反应后 出水 的 C 0D值 为 3 8 5 、 3 9 2 、 4 1 2 、 4 3 5 、 4 5 0 mg ／ L。由此 可 以 看 出 ， 酸性 越 强 ， 反 应 的速 度越 快 ， 溶 液能 够 产 生 出 更 多 的新 生 态 F e 。 和 H ， 新 生态 H 具 有极 强 的 氧 化性 ， 能够 氧 化 更 多 的有 机 物 ， 从 而 降 低 溶 液 的 C O D值 ， 而更 多 的新 生 态 F e 在 混 凝 时会 产 生更 多 的氢 氧化铁 、 氢 氧化 亚铁胶 体 ， 能够 吸附更 多 的有 机物而降低溶液 C O D 值 ； 虽然 p H 值越低越 利于 C O D 的去除 ， 但 在实际应用时 p H值不 能太低 ， 会 对 设备 有很 大 的腐 蚀 ， 因 此 选 择 反 应 液 的初 始 p H 值 为 2 ～ 3 。 3 ． 3 铁屑的粒度 当铁 屑的粒 径分 别 为 1 ． 2 0 、 0 ． 6 6 、 0 ． 4 0 、 0 ． 2 2 4 、 0 ． 1 5 4 mm 时 ， 反 应 后 出 水 的 C 0 D 值 为 4 8 7 、 4 5 0 、 4 1 2 、 4 0 0 、 3 8 5 mg ／ L。 由 此 可 以 得 知 ， 铁 屑 粒 度 越 小 ， 微 电解 反应 使对 C O D 的去 除率 越 高 ， 因为铁 屑 的体 积越 小 ， 铁 屑 的表 面积就越 大 ， 这样 微 电解 反应 就越 快 ， 产 生 的 F e 。 。 越 多 ， 进 而在 混 凝 过 程 中形 成 更多 的氢 氧 化 铁 ， 增 加 了对 有 机 物 的 吸 附 ， 降 低 了 C oD值 。 综上所述 ， 最佳反应条件为 F e ／ C一2 ； 1 ， p H值 为 2 ～3 ， 铁 屑 粒 径 为 0 ． 1 5 4 mm。根 据 最 佳 反 应 条 件做大样实验 ， 处理前 C O D值为 1 3 0 0 mg ／ L， 反应 时间为 1 h ， 得 到 出水 的色度 为 1 O ， 出 水 的 C 0 D 值 为 3 6 8 mg ／ L， 4 微 电解后 出水 的深度氧化 采用 F e n t o n试剂 ， 考察 p H值 、 F e S O 加量和 H O 。 加 量对 实验 结果 的影 响 。 4 ． 1 溶液 的 p H值 当溶液的 p H值分别为 1 、 2 、 3 、 4 、 5时， 反应后 出水 的 C OD 值 为 2 6 5 、 1 5 0 、 1 2 8 、 1 6 5 、 2 0 5 mg ／ L， 由 此可 以看 出， p H 值过低 和过高 ， 处理效果都不好 ； p H值为 2 ～3时处理效果最佳 。分析可 知， Hz O 。 在强 酸性 条件 下状 态非 常稳 定 ， 基 本上 不 和 F e 反 应生成 OH， 而 OH正是 F e n t o n试剂 中起氧化作 用的物质， 因此反应后溶液 C O D 的去 除率很低 ， 而 在 p H值很高 时 H O 会 自身发生分解 ， 所 以反应 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6 卷 第 4期 徐辉 等 油 田废 弃钻 井液无 害化 处理 8 5 液 的最佳 p H 值 为 2 ～3 。 4 ． 2 F e S O4加 量 F e S O 的加量 分 别 为 0 ． 2 、 0 ． 4 、 0 ． 6 、 0 ． 8 、 1 mL 时 ， 出水的 C O D值为 1 6 5 、 1 0 8 、 1 3 5 、 1 5 8 、 1 7 4 mg ／ L。 由此 可 以 看 出 ， F e 的 F e S O 量 少 ， 反 应 生 成 的 OH一 的量也过少 ， 反应也越慢 ， 使其氧化能力降低 ； 若 F e 。 的量过多 ， H O 。的分解加快 ， 从而使 H O 。 的利用率降低。 4 ． 3 H2 O2加量 当 H O 的 加 量 分 别 为 0 ． 4 、 0 ． 6 、 0 ． 8 、 1 、 1 ． 2 mL时 ， 反应 后 出水 的 C O D 值为 1 6 8 、 1 3 5 、 1 1 2 、 1 4 0 、 1 5 8 mg ／ L。由此可 以看 出 ， 固定 F e S O 用量 的情 况 下 ， 随着 H O 加 量 的增 加 ， 反 应 后 溶 液 的 C 0 D 先 减小， 在达到一定程度后又开始增大 ； 综 合 F e 的 加 量对 C O D 去 除率影 响 的实 验 结 果 ， H。 O 的 浓 度 与 F e S O 的浓 度 的 比值 为 3 1 时 ， 实 验效 果最 好 。 由上述 得 到 的最 佳 实 验 条件 做 大 样 实验 ， 得 到 出水的色度为 5 ， 出水的 C O D值为 1 3 2 mg ／ L， 经过 化学 脱稳 、 微 电解 和 F e n t o n试 剂 的深 度 氧 化 后 ， 出 水 的 C O D 值 达 到 了国家 二级废 水 排放 标准 。 5 认 识 与 结 论 1 ．通 过对 废弃 钻井 液 的来 源 、 水 质 特征 和治 理 现状等问题的分析， 合成 了一种新 型的化学脱稳剂 P J J ， 实践 证 明 ， 该 脱 稳 剂 对 废 弃 钻 井 液 的处 理 效 果 非常 好 。 2 ．针对 油 田 比较 难 以处 理 的废 弃 钻 井 液 ， 提 出 了化 学脱 稳 、 微 电 解 、 深 度 氧 化 废 弃 钻 井 液 处 理 方 法。处理后废弃钻井液主要监测指标 C O D值 达到 国家 污水 综合 排放 G B 8 9 7 8 9 6 二 级标 准 。 参 考 文 献 [ 1 ] 龙安 厚 ， 孙玉学． 废钻井液无 害化处 理发展概 况E J ] ． 西 部探矿工程 ， 2 0 0 3 ， 2 0 3 1 6 5 1 6 6 [ 2 ] 李 爱英． 废钻井 液污 染分析及 处 理方法 的探 讨 [ J ] ． 油 气 田环境保护 ， 1 9 9 8 ， 8 2 [ 3 ] 肖楠 ， 黄福 田． 油 田钻 井废 泥浆无 害化处 理技 术 研究 E J ] ． 环境保护科学 ， 1 9 9 8 ， 2 4 5 2 5 2 9 收 稿 日期 2 0 0 8 1 2 - 2 8； HGF 0 9 0 3 N5； 编 辑 王 小 娜 上接 第 8 2页 表 3 应用 井的储层 岩心渗透率恢复值评价结果 井号 。 ⋯ K o K d 毒 ， 有机添加剂则都是易于生物降解的产 品， 由此看 出 ， 该 钻 井液 的环 境保 护性 能很 好 ， 完 钻后 不 会对 环 境产 生不 良影 响 。 u P 2 3 4 1 0 1 8 1 3 6 4 6 6 1 4 5 2 0 9 6 9 3 结束 语 3 55 7 22 1． 48 86 ．7 7 79 ．2 3 91 ．3 O B26 一 P1 2 6 98 82 6． 0 0 3 7l_ 2 3 2 96 ．9 9 8 0．0 0 2 7 65 8 42 ．0 0 3 87 ． O3 3 87 ． O3 1 O O． O0 G1 0 4 5 P69 2 8 63 1 09 0． 00 6 02 ．4 5 02 ． 00 8 3． 33 3 2 56 7 61 ．O O 79 O． 86 7 71 ． 56 9 7． 56 M 7 一 P1 2 7 8 0 2 58 ．9 1 1 1 3． 29 9 7． 55 8 6． 11 2 94 2 2 72 ． 05 131 ． 04 1 17 ． 49 8 9． 66 注 B 2 6 一 P 1井岩心取 自东营组 露头 ， 其它井 均为人造 岩 心 ； L 2 1 一 P 3和 B 2 6 一 P 2井没有进行该项 室内评 价 。 2 ． 4 ． 3环境 保护 性能 F L O P R O无 固相钻 井 液 选 用 的无 机 添 加 剂 无 1 ． F L O P RO无 固相 钻 井 液 在 冀 东 陆 上 油 田 的 应 用 实践 表 明 ， 该 体 系 性 能 稳 定 ， 密度 低 ， 固相 含 量 低 ， 滤 失量低 ， 油层保 护 效果好 ； 流变 性 独特 ， 携 岩 能 力 强 ， 适合 水平 段钻 进 。 2 ． F L O P R O 无 固相 钻 井 液 可 减 少 废 弃 钻 井 液 处理的费用 ， 消除危害生态环境的隐患 ， 属环境保护 型 钻井 液 。 参 考 文 献 [ 1 ] 黄汉仁 ， 杨 坤鹏 ， 罗平亚． 泥 浆工艺 原 理 [ M] ． 北 京 石 油 工 业 出 版 社 ， 1 9 8 1 ， 7 4 8 收稿 日期 2 0 0 8 1 1 - 3 0； HGF 0 9 4 A1； 编 辑 张 炳 芹 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m