不同预处理方法对钻井废液中胶粒的影响.pdf

第 3 7卷 第 5期 石油与天然气化工 CHEM I CAL ENG l NEERI NG OF O I L ＆ GAS 不 同预处理方 法对钻 井废 液 中胶粒 的影 响 王 兵 李 伟 奉 明 1 ． 西南石油大学化学化工学院2 ． 中国石油西南油气田公司 H S E监督 中心 摘要钻 井废液 是产 生 于油 气开发 钻 井作 业过 程 中的一 种 特 殊 工 业废 液 ， 多为碱 性条 件 下 的 负离子 稳 定体 系。废 液 中含有 种 类繁 多的 有机 类钻 井液 添加 剂 和 石 油 类物 质 ， 污染 物 浓度 高且 性质 多变 ， 故钻 井废 液 的 高效快速 处理和循 环 利 用是 油 气 田环 境 保 护 中急 需解 决 的 关键 技 术 。通 过分析钻井废液 中胶粒的存在状 态、 垂电位的变化 ， 探讨 了采用酸液、 高价金属盐等不同破胶预处 理 方式 的作 用效 果和机 理 ， 为钻 井废 液进 一 步深度 达标 处理提 供 了技 术 支持 。 关键 词 钻 井废液预 处理 胶 粒 ∈电位 钻井 废液产 生 在 钻 井 和完 井 过程 中 ， 主要 来 自 于 被 更换 的不适 于 钻井 工程 和地 质要 求 的钻井 液 ； 在钻井 过 程 中 ， 因部 分 性 能 不 合 格 而 被排 放 的钻 井 液 ； 完 井时 被清水 替 换 出的钻 井液 ； 钻井 液循 环 系统 的跑漏 ； 部 分 钻 屑 等 ’ 。通 常井 场 都 备 有 废 钻 井 液池 ， 完井 后都 留有 一定数 量 的废 钻井 液 。 钻 井 废 液对 环 境 的影 响与 其 性质 有 关 ， 不 同类 型的钻井 液 一般 由水 、 粘土 和加 重材 料组 成 ， 同 时为 了适应各 种情 况 的 钻井 技 术 要 求 ， 钻 井 液 中还 添 加 了一定数 量 和种类 的无 机 处 理 剂 、 有 机 处 理 剂 以及 表面活性剂 。一般钻井液的 p H值较高 ， 通常为 8 ． 5～1 1左右 ， 同时废 液 中含 多种 有 害 物 质 ， 其 中影 响 和危害 环境 的主 要成 分是 油类 、 有 机物 、 盐类 及某 些可溶性微量元素 ’ 。 。大量 的钻井废液遗 留在钻 井作业 现 场 ， 如 不采 用合适 的工艺 加 以处理 和处 置 ， 必然会 成 为潜在 的 污 染 源 ， 污 染 物 的外 泄 和 渗 漏 将 造 成周 边环 境和 地下水 的严重 污染 。 以油气 田现 场钻井 废 液为研 究对 象 ， 研究 酸液 、 高价 金属 盐 对 钻 井 废 液 的 破 胶 作 用 效 果 和 作 用 机 理 ， 为钻井废液的深度达标处理提供技术支持。 1 实验 部分 1 ． 1 废液的水质特点分析 现场钻井井深为 5 3 0 0 m， 钻井液为聚磺体系。 钻井 废 液 的水质 分 析 见 表 1 ， 废 液 中胶 粒 粒 径 分 布 见 图 1 。实验 表 明 钻 井废 液 中污染 物浓 度 极 高 ， 为 碱性 条件 下 的负离 子体 系 。废 液 中胶 粒 的平均 粒径 为 2 ． 0 8 m； 累计 分 布 曲 线 9 0 ％ 处 平 均 粒 径 为 1 2 ． 0 3 I．z m。废 液 中胶粒 带 较 多 负 电荷 ， 双 电层厚 度 大 ， 胶粒 粒径 小 ， 能长期 稳定 存在 。 1 0 O 8 0 鑫 6 0 纂 4 0 2 0 ‘ 1 ／ ／ ， ， L、 ． l 0 1 1 0 1 O 0 颗粒粒径 ， I J 图1 实验用钻井废液粒径分布 曲线 1 】 8 鑫 2 e - 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 不同预处理方法对钻井废液中胶粒的影响 2 0 0 8 1 ． 2 酸液 破胶预 处理 酸化 介质 采用 1 1的 H C 1 溶 液 ， 通 过 调 节废 液 p H值 ， 破 坏钻井 废液 的胶 体 稳 定体 系 。不 同 p H值 条 件下废 液 ∈电位 的变 化 和 C O D的 去 除效 率 见 图 2 ， p H为 2 ． 0时胶 粒粒径 分 布见 图 3 。 1 O 0 8 0 慈6 0 亲4 0 窭2 0 } 一L ● 一 1 | ／ ／、 ．．1 | 7 ’ r ＼ f i j T 、 ～ 0 1 1 0 l 0 0 颗 粒 粒 径 ， p m 图3 酸液预处理后钻井废液粒径分布曲线 实验 表 明 ， 酸液 预 处 理 钻井 废 液 ， 通过 调 节 p H 值破坏了体系的稳定性。最佳 p H值范围在 1 ． 5左 右 ， C O D去除率 可 达 5 2 ． 3 ％ ； 酸 液 预 处 理后 废 液 中 胶 粒 的平 均粒 径为 l 8 ． 4 4 m， 仅 1 0 ％ 的胶 粒 粒径 小 于 6 ． 5 m； 但废 液 的 ∈电位 无 明显 变 化 。故 酸 液 对 钻井废 液 的预处 理 ， 并 非 通 过 双 电层 压 缩 实 现稳 定 胶体 体系 的脱稳 ， 而 是通 过 酸 化 改 变 了钻 井 废 液 中粘土 的结 构 ， 使 泥浆 处理剂 失效 所致 。 1 ． 3 铝 盐混 凝剂破 胶预 处理 选 用 P A C作 混凝 破胶 预处 理 剂 ， 不 同投加 量 条 件下 钻井废 液 ∈电位 的 变 化 和 C O D 的去 除效 率 见 图 4 。P A C投 加 量 5 0 0 0 mg ／ L时 ， 处 理 后 废 液 胶 粒 粒径 分布 见 图 5 。 实 验 表 明 ， 铝 盐 水解 形 成 的 多羟 基 铝对 胶 粒 有 明显的双电层压缩作用 ， 同时铝盐水解产物的网捕 、 吸附 等作用 对废 液 中胶 体颗 粒 去 除 、 C O D去 除作 用 比酸 液处 理效 果 明显 。当 P A C投 加 量在 5 0 0 0 m g ／ L时 ， C O D 的 去 除 率 为 8 1 ． 2 9 ％ ， ∈电位 为 一4 ． 5 8 m v 。 由于 铝盐 的混凝 沉 降作 用 ， 图 5中胶粒 的平 均 直径 仅为 9 ． 4 7 m， 但 由于 铝 盐 的水 解 产 物 絮 体 松 散 ， 故 累 计分 布 曲线 9 0 ％处 平均 粒径 为 4 2 ． 2 7 m。 ●■一 ／ _L ， ， ／ ， 上 、 ／ ／ 、 ’、 颗 粒粒 径 ， U 图5 P A G 预处理后钻井废液粒径分布 曲线 1 ． 4铁盐 混凝 剂破 胶预处 理 选用 F e C 1 ， 作 混 凝 破 胶 预 处 理 剂 ， 不 同投 加 量 条件 下钻 井废 液 善电位 的变 化 和 C O D 的去 除效 率 见 图 6 ， F e C 1 投 加量 为 3 0 0 0 m g ／ L时 ， 处理 后 废 液 胶粒 粒径 分 布见 图 7 。 讣 冬 晰 许 梏 辞 实验表明 ， 铁盐处理剂的水解产物比铝盐密实 ， 对 废液 中脱 稳后 胶粒 的作 用 能 力 好 ， 处 理 后 废 液 中 胶 粒 的平 均直 径 仅为 2 ． 3 6 m， 累计 分 布 曲线 9 0 ％ 9 6 许 忸梏 许 1 8 6 4 2 O 9 6 许 忸培 许 1 8 6 4 2 O [[[一一．J _LL 0 ∞ 蛐 ∞ 图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 7卷 第 5期 石油与天然气化工 CHEM l CAL ENG l NEERI NG OF O I L ＆ GAS 处 平 均 粒 径 为 2 4 ． 5 3 p , m。但 铁 盐 处 理 剂 对 废 液 C O D的去 除效率 不如 铝盐 ， 当 F e C 1 投 加 量为 3 0 0 0 m g ／ L时 ， C O D的去除率为 7 2 ． 8 0 ％。 1 ． 5 H Z J l 处理 剂 破胶预 处 理 钻井 废 液 的 预处 理 ， 其 目标 是破 坏 钻 井 废 液稳 定 的胶 体体 系 ， 同 时最 大 限 度 地 实 现溶 解 性 有 机 质 的去 除和分 离 ， 为后 续 的深 度 达 标 处理 提供 技 术 支 持 。由 以上 的 实 验 分 析 可 知 ， 酸 液 破 胶 预 处 理 对 C O D的去 除效 果 较 差 ， 且 废 液 需 调 节 至强 酸性 ； 高 价 铝盐 对 C O D去 除率 高 ， 但 絮 体 松 散 不 利 于 沉 降 ； 高价铁 盐 絮体密 实 ， 但对 C O D去 除率相 对较 低。 HZ J 一1处理 剂集 合 了铝 盐 、 铁 盐 的优 势 ， 同时 复 配 了阳离 子有机 高 分 子 ， 能 很好 地 实 现 废 液 脱 稳 后 颗 粒的沉降， 同时借助高分子的架桥作用很好地实现 沉 降分 离 。H Z J一1处 理 剂 加量 在 5 0 0 0 mg ／ L时 ， 其效 果见 表 2 。 分析 表 2数 据 可 知 ， 钻 井 废 液 经 H Z J一1预 处 理后 ， 沉降分离液体呈棕红色透明， 溶液类似于真溶 液体系 ， 主要污染指标 C O D得到有效去除 ， 为进一 步深 度达标 处理 奠定 了基 础 。 2 结论及建议 1 钻井 废 液 酸 液破 胶 具 有 明显 效 果 ， 酸 液 的 主要 作 用机理 是 使 钻 井液 处 理 剂 失 效 ， 从 而 实 现 了 胶粒 的脱稳。但酸液运输 、 储存不便 ， 预处理时体系 的 p H值 很低 ， 对 处 理设 备 、 现 场工 艺实 施 均不利 。 2 常用的高价态铝盐 、 铁盐主要是通过其水 解产 物对 废液 中胶 粒 实施 双 电层压 缩 ， 多羟 基铝 、 铁 络合物的混凝沉降能较好地实现处理后废液 的固液 分离。铝盐、 铁盐处理剂各有优缺点， 主要体现在絮 体 的密 实程度 和对 C O D的去 除效 率上 。 3 对钻 井 废液 的预 处理 应研 制 和开发 高效 的 专用 处理 剂 ， 除 了能 很好 地 实 现废 液 稳 定 体 系 的破 坏外 ， 还应 具有 明显 的 C O D去 除效 果 ， 从 而 为 进 一 步 深 度达标 处 理提 供 良好 的条件 。 参 考 文 献 1 张 同国， 成海． 废钻井液脱稳 与 ∈电位关 系的研究 [ J ] ． 油气 田 环境保护 ， 1 9 9 9 0 3 2 2 2 4 2 李 巨峰 ， 操 卫平 ， 冯 玉军 等． 利 用 聚硅 酸铝 处 理气 田钻井 废 水 [ J ] ． 钻采 工艺 ， 2 0 0 7 ， 3 0 4 1 3 81 4 1 3胡超 ， 李巨龙． 混凝剂处理钻井废泥 浆液的研究 [ J ] ． 煤 田地质 与勘探 ， 2 0 0 1 ， 2 9 4 5 86 0 4黎钢， 朱墨， 钱 家麟 ． 用阳离子聚电解 质处理废 弃钻井 液的试 验研 究[ J ] ． 石油大学学报 ， 1 9 9 8 ， 2 2 1 3 1 3 4 5 王广金 ， 陈文梅 ， 褚 良银 等 ． 钻井 污水处理 工艺的实 验研究 [ J ] ． 工业水处理 ， 2 0 0 4， 1 0 1 7 2 0 6 余晓霞 ， 蒲 晓林． 破 乳剂 在 钻井 废 水 中的应 用 [ J ] ． 化 工 时 刊， 2 0 0 7， 0 3 5 861 收稿 日期 2 0 0 8 0 4 1 6 ； 编辑 冯 学军 上接 第 4 1 8页 参 考 文 献 1 刘友权 等．有机 硼交联胍胶压裂液体 系在低 渗浅层 储层加砂压 裂 施 工 中 的应 用 ． 石 油 与 天 然 气 化 工 ， 2 0 0 1 ， 3 0 2 8 5～8 6 2陈馥 ， 李钦． 压 裂液伤 害性研 究． 天 然气工 业 ， 2 0 0 6， 2 6 1 l 0 9一l l l 3马新仿 、 张士诚． 水 力压 裂技术 的发 展现 状． 河 南化 工 ， 2 0 0 2 ，1 6 2 4 4 4 7 4 崔 明月． 水 基压 裂液 添加 剂 的应用 与 评价． 油 田化 学 ， 1 9 9 7 ．1 4 4 3 7 7～ 3 8 3 5 朗学 军、 刘洪升 等 ． 水 力压裂过程 中 的分段 破胶技术． 石油 钻采 工 艺 ， 2 0 0 3， 2 5 4 6 4 6 6 6杨振 周、 崔 明月． 水基 压裂液 现场质量 控制技术 ． 钻井 液与完井 液 ， 1 9 9 8， 1 5 2 2 3～ 2 6 收稿 日期 2 0 0 80 50 9 收修改稿 2 0 0 8～0 52 0 编 辑 冯 学军 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m