杂多糖甙水基钻井液可生物降解性的实验研究.pdf

第 2 6卷 第 3期 2 0 0 9年 5月 钻 井 液与 完 井 液 DRI LLI NG FLUI D ＆ COMPL ETI ON F LUI D Vo1 ．2 6 NO ． 3 M a y 2 0 09 文 章 编 号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 0 9 0 3 0 0 6 7 0 3 杂 多糖甙水基钻 井液可生物 降解性 的实验研究 秦 芳玲 张洁 西安石油大学化学化工学 院， 西安 摘要 通过测定杂多糖 甙 S J 水基 钻井液 失水 后 滤液和 滤饼 浸 出液 的 化学 需氧 量 C OD c 和 生化 需氧 量 B O D ， 以 B OD ／ C O D 比值为指标评价 了 S - I 水基钻井液对环境 的影响和 可生物 降解性 。结 果表 明， 在淡水／ 盐 水和 一定 温度条件 下， S J水基钻 井液滤液的 C O Dc 和 B O D 值均较高 ， 但 B OD s ／ C OD c 比值 均大于 0 ． 3 ， 表 明滤液 中的有机 污染 物可生物降解 性较 强； 向 S J淡水 钻 井液 中添加适 量 的 Na C 1 或 提高 温度 可使钻 井液 滤饼浸 出液 的 C O D 和 B O D 值 降低 至国家二级排放标准 以下， 且可生物降解性 由较难转化为较易 ， 表 明杂 多糖 甙水基钻 井液废 弃物对环境 的影响较小 ， 可直 接外排 。 关键词 杂 多糖甙 ； 水基钻 井液； 化学需氧量 ； 生化 需氧量 ； 可生物 降解性 中图 分 类 号 TE9 2 2 文 献 标 识 码 A 钻井 液对 环境 的影 响 主要 来 自废 弃钻 井 液 、 井 壁 和地 面渗滤残 留固体口 ] 。 目前 使用 的聚合 物水 基 钻井 液使用 完毕 外 排 时 ， 其 中含 有 的油 类 、 重 金 属 、 化学添加剂等液体或可溶性组分均 易造成水 域污 染 ] ， 而钻井 液 中的黏 土 、 钻 屑等 固体组 分废 弃物 的 外 排堆 放也 会对地 下水 体和 土壤 环境产 生极 大 的影 响 。通 过测 定天然 杂多 糖甙 S J 水基 钻井 液滤 失 后 的滤 液和滤 饼浸 出液 的化学 需 氧量 C O D 与生 物需 氧量 B OD 来间接衡量钻井液对环境可能造成污染 的程度， 用 B 0 D ／ C OD 比值为指标来分析和评价 天然杂多糖甙 S J 水基钻井液的生物可降解性 ， 为 其能否采用生物处理提供参考依据_ 3 j 。 1 实验 方 法和 依 据 1 ． 1 C O D和 B OD的测定 分别用重铬酸钾法 ] 和稀释接种法来测定钻井 液 滤液 和滤饼 浸 出 液 的 C O D 和 B 0 D_ 3 ] ， 测 定 结 果 分别记作 C O D＆ 和 B O D ， 并参照中国 污水综合排 放标准 GB 8 9 7 8 1 9 9 6 二级标准最高允许排放 值 C O D 值为 1 5 0 mg ／ L， B O D 值为 3 0 mg ／ L 来 评 价钻 井液 滤液 和滤饼 浸 出液 中有 机 污染物 的含 量 和危害性。采用 B O D ／ C OD 比值来考 察钻井 液 中有机物的可生物降解性 ， 采用的标准l 7 见表 1 。 1 ． 2 试样制备 实验 所 用 的杂 多 糖 甙样 品 属天 然 聚 合糖 ， 分 别 记 作 S J 一 1 、 S J 一 2和 S J 一 3 ， 所 用 基 浆 为 淡 水 和含 4 Na C 1 的盐水 基浆 。分 别测 定不 同 S J衍生 物钻 井 液 在 4 MP a的压差 作用 下 ， 在常温 和 1 0 0℃下经 过 静 滤失 后 的滤液 及滤 饼 浸 出液 的 C o D 和 B OD 值 ， 将 S J 钻井 液在 瞬 时 失 水 时 所 测 定 的 滤 液 或滤 饼 浸 出 液 的 C OD 和 B OD 分别 记 作 C OD 和 B O D ； 将 在 稳定 滤失 时所 测定 的滤 液或 滤 饼 浸 出液 的 C O D 和 B O D 记作 C O D 和 B O D 。因滤液中含有糖类有 机物， 样品制备后需冷藏保存 ， 且要求在样品制备后 4 8 h内完 成测 定工 作 。 表 1 钻井液生物 降解性评价标准 注 Y BODs ／ CODc 。 2 实验 结果 与讨论 2 ． 1 常温 s J 淡水钻井液 常 温下 S J 淡水 钻 井 液 对 环 境 的影 响 和 可 生 物 降解 性见 表 2 。 由表 2可 知 ， 常温 下 ， 在 淡水 钻 井 液 中 添 加 S J 后 ， S J 淡 水 钻 井 液 滤 液 的 C O Dc r 值 比 基 基金项 目 国家 自然基金“ 环保型聚糖一 木质素钻井液体 系的应用基础研 究” 5 0 8 7 4 0 9 2 。 第一作者简介 秦芳玲 ， 硕士 ， 讲师， 1 9 7 2年 生， 主要从 事石 油与环境微 生物技 术方 面的教学和 科研工 作。地址 陕西 省 西安市电子二路 1 8号西安石油大学化学化工学院； 邮政编码 7 1 0 0 6 5 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 8 钻 井 液与 完 井 液 2 0 0 9年 5月 浆滤液的 ∞ 值提高 了 5 0 ． 9 ～8 5 ． 1倍 ， B O Ds 值提 高 了 1 1 6 ． 2 ～1 9 6 ． 6倍 ， 均 超过 了中 国污水 综 合排 放 二级标准 ， 不 能直 接外 排 ， 可见 影 响钻井 液 C O D 和 B 0 D 的主 要 因 素 是 S J添 加 量 ； 由 B O D s ／ C O D c 和 B O D s ／ C OD c 值可见 ， 常温下 S J 淡水钻井液滤液可 生物降解性好， 可采用生物降解法进行污染治理； 不 同 S J 衍 生物钻 井液瞬时失水 和稳定滤 失时形成 的滤 液的 C OD c 、 B O D 及 B O D 5 ／ C O D c 值相接近 ； 常温下 S J 淡水钻井液滤饼浸 出液 的 C OD c 值虽 有所 提高 ， 但 相 比于滤液 的 C OD值均 低得 多 ， 其 中 S J 一 2 钻井 液滤 饼浸 出液 C OD c 和 B O D 5值则 均低 于 中国污 水综 合 排放二级标准 ， 可直接 外排 ； 不 同 S J 衍生 物钻井 液在 稳定滤失 和瞬 时失 水 时 的滤 饼浸 出液 B O Ds ／ C O D c 值为 7 ～1 1 ， 这表明其生物可降解性均较低， 进入 环境 中不易被微生 物直接分解利用 。 表 2 常温 S J 淡水钻 井液对环境的影响和可生物降解性 CODc COD c BOD5 BOD5 y y s J种 类 rag ／ L mg ／ L mg ／ L mg ／ L 基 浆 3 7 ． 5 0 9 ． 7 6 2 6 ． 0 2 基 浆 * 1 4 ． 8 4 3 ． 4 0 2 2 ． 9 0 相比于相应滤液 的 C O D值 均很低 ， 且 S J 一 1和 S J 一 2 盐水 钻井液 滤饼 浸 出液 的 C O D 值 低于 中 国污水 综 合排 放 二级 标准 ， 可直 接外 排 ； 常 温盐 水 不 同 S J衍 生物钻 井 液 滤 饼 浸 出 液 B0 D ／ C O D 值 均 大 于 2 5 ， 高 于 其 相 应 的 淡 水 钻 井 液 滤 饼 浸 出 液 的 B O D ／ C O D 比值 见 表 2 ， 表 明 S J 盐 水 钻井 液 滤 饼浸 出液 中有机 污染 物 有 较 强 的生 物 降解 性 能 ， 直 接外 排此类 钻井 固体废 弃物对 环境 的危 害性 较小 。 表 3 常温 s J盐水钻 井液对环境 的影响和可生物降解性 CODc CODc BOD5 BODs Y y s J种 类 mg ／ L mg ／ L rag ／ L rag ／ L 基浆 1 6 8 5 ． 5 4 7 4 ． 7 7 4 ． 4 4 基 浆 6 4 ． 1 l 3 ． 0 0 4 ． 6 6 S J 1 5 5 6 2 ． 7 O 4 1 7 1 ． 5 2 3 4 8 1 ． 8 4 3 4 0 7 ． 0 7 6 1 ． 2 5 8 1 ． 6 7 S J 1 1 0 2 ． 8 2 3 8 ． 7 1 3 3 ． 4 4 3 0 ． 4 4 3 2 ． 5 2 2 9 ． 6 1 S J 一 2 4 7 7 2 ． 1 5 3 2 1 7 ． 8 2 2 8 5 5 ． 3 9 2 7 8 0 ． 6 2 5 9 ． 8 3 8 6 ． 4 l S J 一 2 1 4 0 ． 1 6 7 6 ． 4 5 7 8 ． 8 8 7 5 ． 8 8 5 6 ． 2 7 9 9 ． 2 5 S J 一 3 5 9 0 6 ． 8 8 3 7 9 0 ． 0 8 3 1 2 0 ． 9 9 3 0 4 6 ． 2 2 5 2 ． 8 4 8 0 ． 3 7 S J 3* 1 8 0 ． 0 5 1 1 5 ． 9 4 7 5 ． 8 3 7 2 ． 8 3 4 2 ． 1 1 6 2 ． 8 2 s J 1 1 9 4 4 ． 3 1 1 9 0 3 ． 6 3 11 4 3 ． o 9 11 3 3 ． 3 3 5 8 ． 7 9 5 9 ． 5 4 注 为 钻 井 液 的 滤 饼 浸 出 液 。 S J 一 1 * 2 o 7 ． o 1 1 7 3 ． 3 7 2 2 ． 1 6 1 8 ． 7 6 1 0 ． 7 0 1 0 ． 8 2 2 ． 3 1 0 0℃下 s J淡水钻井液 bJ z 3 zz ． 1， 3 2Z 0． 3 0 1 9 25 ．4 4 1 61 5 ．6 8 5 9． 64 59 ．4 9 S J 一 2 1 4 6 ． 5 1 1 3 0 ． 3 8 1 3 ． 7 2 1 0 ． 3 3 9 ． 3 7 7 ． 9 2 S J 一 3 3 1 8 8 ． 9 5 3 1 8 0 ． 8 5 1 7 4 0 ． 8 5 1 7 3 1 ． 0 9 5 4 ． 5 9 5 4 ． 4 2 S J 一 3 2 5 1 ． 3 5 2 2 5 ． 1 4 2 3 ． 9 0 2 0 ． 5 0 9 ． 5 1 9 ． 1 1 注 y、 y 分别表示 B O D 。 ／ C O D 和 B O D ／ C OD 的 比 值 ； S J 在钻井液中的加量为 4 ～5 g ／ 1 0 0 mL； *为钻 井液 的 滤饼浸出液。 2 ． 2 常温 S J 盐水钻井液 常温 S J盐水 钻井 液 对 环 境 的影 响 和 可生 物 降 解性 见表 3 。 由表 3看 出 ， 在 常 温盐 水 钻 井 液 中添 加 S J 后 ， 钻 井液 滤 液 的 C O D 值 提 高 了 1 ． 8 ～ 2 ． 5 倍 ， BO D 值 提高 了 3 7 ． 2 ～4 5 ． 6倍 ， B O D ／ C O Dc 高于 5 0 ％， B OD ／ C O D 高达 8 0 ， 表 明不 同 S J 衍生物钻井液滤液均易生物降解 ； 与表 2相比， 盐水 基浆的 C OD 和 BO D 值远高于淡水基浆 ， 这可能 是 由于引 入 了 N a ， 破 坏 了黏 土一 水 界 面双 电层 ， 使 基浆 内的黏土失 去 稳定 性 ， 黏 土 表 面 的吸 附 能力 下 降_ 8 ] ， 导致黏土表面原有的有机物解 析出来 ； 常温 S J 盐水钻井液滤饼浸出液的 C O D 虽有所提高 ， 但 1 0 0℃下 S J 淡 水 钻 井 液对 环 境 的影 响 和 可 生 物降解性见表 4 。由表 4看出， 在 1 0 0℃下 ， 在淡水 钻井液中添加 S J 后 ， 钻井液滤液的 C 0 D 值提高 了 1 0 6 ． 8 ～2 1 3 ． 6倍 ， B0 D5 值 提高 了 2 9 ． 6 ～1 7 8 ． 8 倍 ； 与表 2中的数 据相 比， 较 高温度 下 的 S J 一 1 和 S J 一 2钻 井液 滤液 的 C 0 D 值 高 出常温条 件 下相 应值 的 2 ． 4 倍 和 1 ． 3 倍 ， 表 明温 度升 高 使 这 2种 钻 井 液滤 液 中 的有 机发 生污染 物 浓度 升 高 ， 这 可 能是 由于高 温 使 S J钻井 液 中原 来 不 能被 K C r O 氧 化 的有 机 物 降 解 ， 成 为 可通过 C 0 D 值检 测 的易降解有 机物 ； 高 温下 S J 一 3钻 井 液 滤液 的 C 0D c 和 B 0 D 值 则 较 常 温条 件下 相应 的值 均 出现 较 大 幅度 的降低 ， 其 可 能 的原 因一 是在 高温 下 S J钻井 液 的部分 有 机成 分 发 生了分解 ， 二是试样在测试前 已发生了部分有机物 降解 ， 造成测试结果不准确 ， 还需在今后实验中进一 步予 以研究； 不同 S J 衍生物淡水钻井液滤液均具有 生 物降解 性 ， 其 中 S J l 钻井 液 滤液 的 B OD ／ C O D 和 B 0 D ／ C O D 值均 高于 8 0 ， 表 明 S J 一 1钻井 液 具 有较好 的耐 温性 能 ； 在 瞬 时失 水 和稳 定 滤 失条 件 下 ， S J 一 1 和 S J 一 2 钻井液滤液的可生物降解性变化不 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 6卷 第 3 期 秦 芳玲等 杂 多糖甙 水基 钻 井液 可生物 降解性 的 实验研 究 6 9 大 ， 而 S J 一 3钻井 液滤液的可生物 降解 性则变化较 大 ； 1 0 0。C下 ， S J 淡 水 钻 井 液 滤 饼 浸 出液 的 B O D ／ C O D 均 比常温 下 的对 应 值 见 表 2 大 3 O ； 表 明 温度升高使不同 S J衍生物钻井液滤饼浸 出液的可 生物 降解性 能增 强 ， 这 是 由于 高温 促 使 滤 饼 中难 降 解物 质分解 ， 表 现高温 下不 同 S J衍生 物淡水 钻井 液 相应的 C O D 和 B O D 值均显著低于常温条件下的 相应值 ， 且均达到国家污水排放二级标准。 表 4 1 0 0℃下 s J淡水钻井液对环境的影响和可生物降解性 处 理 C ODc C ODc BOD5 B ODs Y Y 剂 mg ／ L mg ／ L mg ／ L mg ／ L 基 浆 2 2 ． 1 7 2 0 ． 4 3 9 2 ． 1 2 基 浆 1 4 ． 5 2 2 ． 4 7 1 7 ． 0 2 S J 一 1 4 7 5 7 ． 2 9 4 5 1 5 ． 3 9 3 9 6 8 ． 1 1 3 6 5 3 ． 8 3 8 3 ． 4 1 8 0 ． 9 2 S J 一 1 4 1 ． 1 3 3 1 ． 4 5 1 3 ． 9 0 1 1 ． 4 3 3 3 ． 7 9 3 6 ． 3 4 S J 一 2 4 1 9 2 ． 4 5 4 0 1 1 ． 0 3 1 2 7 4 ． 4 9 9 6 0 ． 2 1 3 0 ． 4 0 2 3 ． 9 4 s J 一 2 4 1 ． 1 3 3 0 ． 1 1 1 3 ． 2 6 1 0 ． 7 9 3 2 ． 2 5 3 5 ． 8 5 S J 一 3 2 3 9 1 ． 0 1 2 2 4 0 ． 2 9 9 1 9 ． i 6 6 0 4 ． 8 9 6 6 ． 0 8 2 7 ． O 0 S J 一 3 4 0 ． 9 9 3 2 ． 9 3 1 3 ． 8 8 1 1 ． 4 1 3 3 ． 8 6 3 4 ． 6 4 注 *为钻井液的滤饼浸 出液 。 3 认 识 与 结论 1 ． S J 水 基钻 井液 瞬 时失水 时 滤 液 的 C 0 D 值 高 于稳定 滤失 时滤液 的 C 0 D 值 ， 而 2者 的 B 0 D 值 相 当 ， 表 明稳定 滤失 时 钻井 液 滤 液 的 可 生物 降 解 性 较 其瞬时失水时的可生物降解性高 。 2 ．向 S J淡水 水 基 钻 井 液 添加 适 量 的 Na C 1 和 上 接 第 6 6页 氢氧 化铁 不但 比氢 氧 化 亚 铁 更 易 沉 淀 ， 而 且 三 价铁 离子 与氨基 酸类 有机 酸 的络 合 物对 高 p H 值 非 常敏 感 ， 在 p H 值 大 于 9的情 况 下 会 生 成 氢 氧 化 铁 沉淀 ， 不能 满足钻 井液 的要求 ； 二 价铁 离 子 比三 价 铁 离子更 容易 被有 机 物 所 吸 收 ， 二 价 铁 离 子 与有 机 酸 的络合物是环境友好 的[ 1 ] ， 含有铁 离子滤液 的钻井 液 和钻 屑的排 放 都 不会 引发 环 境 问题 ， 所 以最 终 选 二 价铁离 子络 合物 作 除硫 剂 。 4认 识 与 结 论 1 ．通过 正 交 实 验 确 定 出 以 有 机 酸 钙 和硫 酸 亚 铁为原料合成铁离子络合物的最佳合成条件 反应 温 度为 9 O℃ ， 反应 时间为 6 0 mi n ， 加 水量 为 1 3 mL， 有机酸钙和硫酸亚铁的物质 的量 比为 1 1 ． 2 。 提高 温度 均可使 S J 钻 井液 滤液 中有机 物含 量增 加 ， 且滤 饼浸 出液 的可 生物 降解性 增强 。 3 ．以 B O D ／ C O D。为 指 标 ， 通 过研 究 S J水 基 钻井液滤液和滤饼 中有机物的生物降解性 ， 可看 出 S J 水 基钻 井液 易生 物降解 ， 是 一类 环保 型钻井 液 。 参 考 文 献 E l i 李 晓岚 ，周 丽．中国钻 井 液环 保 监测 机 制 亟待 建立 E J 3 ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 5 ， 2 2 1 6 3 6 6 [ 2 ] 赵雄虎 ， 王风春．废弃钻 井液处 理研究进 展E J ] ． 钻井 液与完液 ， 2 0 0 4 ， 2 1 2 4 3 4 8 [ 3 ] 刘颖 ，张朝辉 ，张焕胜 ， 等． 污水可生化性 及其影 响因 素研究E J ] ． 中国海洋大学学报 ， 2 0 0 5 ， 3 5 6 1 0 2 9 1 0 3 2 [ 4 ] 马放 ， 任南琪 ，杨基 先．污染控制微生 物学实验 F M] ． 哈尔滨 哈尔滨工业大学 出版社 ， 2 0 0 2 1 0 6 1 8 5 [ 5 ] 戴 向乐 ， 易绍金 ，向兴金 ， 等． 钻 井液化学 剂可生物降 解性能评价方法[ J ] ． 油气 田环境保护 ， 1 9 9 6 ， 6 3 5 0 5 3 [ 6 ] 国家环境保护 总局． 水 和废水监测分析方法 编委会． 水 和废水监测 分析方 法[ M] ． 第 四版． 北京 中国环 境 科学 出版社 ， 2 0 0 2 2 0 0 2 3 4 [ 7 ] 王 蓉沙 ，周建 东 ，刘 光全．钻 井液 废 弃 物处 理 技 术 E M] ． 北 京 石油工业 出版社 ， 2 0 0 1 1 - 1 8 [ 8 3 黄汉仁 ， 杨坤鹏 ，罗平亚．泥浆工 艺原理[ M] ． 石油 工 业 出 版 社 ， 1 9 8 1 2 1 3 - 2 1 5 [ 9 ] 熊德琪 ， 汪梅华 ，白希尧．应用臭 氧氧化 技术 深度处 理油船含油压 载水 的实验研究[ J ] ． 环境污染 治理技术 与设 备 ， 2 0 0 5 ， 6 2 5 9 6 1 收稿 日期 2 0 0 8 1 0 - 1 6 ； HGF 一0 9 0 3 N4 ； 编辑 王小娜 2 ．实验确定 出最佳 除硫 条件为 p H 值 为 9 ～ 1 O ， 温度 为 7 5℃ ， 除硫 剂 与硫 化 钠 的 加 量 比为 1 ． 2 物质 的量 比 ， 除 硫效 率可 达到 9 8 ． 9 ％。 参 考 文 献 [ 1 ] 陈传 慊 ， 黄纹 琴． 钻 井泥 浆 除硫 剂 的研究 E J ] ． 石 油学 报 ， 1 9 8 2， 1 o 4 4 9 5 8 [ 2 ] 刘榆 ， 李 道芬 ， 孔传 明． 钻井液 用除 硫剂 的除硫效 率测 定方法研讨 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 7 ， 2 4 增 刊 4 - 5 [ 3 ] 鄢捷年． 钻井 液工 艺学 [ M] ． 北京 中国石油 大学 出版 社 ， 2 0 0 0 1 5 5 1 6 0 [ 4 ] Wi k o n D R ．Hy d r o g e n S u l p h i d e S c a v e n g e r s R e c e n t Ex p e r i e n c e i n a Ma j o r S e a F i e l d ． S PE 3 6 9 4 3 收稿 日期 2 0 0 8 1 0 0 8 ； HGF 0 9 0 3 N8 ； 编辑 王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m