水力旋流分离废弃油基钻井液的研究现状.pdf

第5 期 一 6 l3． 水力旋流分离废弃油基钻井液的研究现状 陈海滨 ，徐俊忠 ，刘宇程 1 ． 中石化华北分公司油气田维护保障中心，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]论述了石油钻井液中油基钻井液的特点，分析了废弃油基钻井液的组分及危害。对当前处理废弃油基钻井液的主 要方法和国内外在水力旋流分离废弃油基钻井液方面研究现状进行 了介绍。 [ 关键词]废弃油基钻井液 ；旋 流分 离；技 术现 状 在石油工业 的开发 中，钻井液被大量地应用 到油气勘探 、开发过程 中。钻井液可分 为水基钻 井液和 油基钻井液 两大类 。油基钻井液 的连 续相 是 油，水滴为 分散相 ，并添加适量 的乳化剂 、润 湿剂 、亲油胶体和加重剂等形成 的稳定 的乳状液 体 系。纯 油基钻井液 的组成 是柴 油加沥青 或是有 机膨润土和有关 的化学处理剂 。 由于油基钻井液 本身不含有水分 ，里面所含 的少量水分来 自钻井 位置所在的地下地层 。 目前，国内外对废弃油基钻井液主要采用先 固液分离 ，然后对液相再用 “ 老三套 ”工 艺处理 的办法。所谓 “ 老三套”工艺就是一级处理 即 浮 油 去除 工艺 大部 分浮 油 和分 散 油可 被 除 去 ；二级处理 即分散相和乳化油去除工艺 采用混凝剂处理油水相 ，使较小 的油滴凝结成较 大 的油滴然后油滴上浮实现油水两相分离 ；三级 处理 即深处理 t经过二级处理之后 的废水依 然达不到 国家排放标准时就要用吸附材料把油吸 附或者用高效吸油树脂吸油[ 1 】 。 旋流器 是一种分离 固液混合物 或非均相液液 混合物的分离设备 。它根据两相或者多相混合物 之 间密度 的差异，利用 离心力实现它们 之间两相 或者 多相分 离。旋流分 离是一种 高效率 的分离技 术 ，可应用 于含油污水 处理、原油脱气 、脱水、 除沙和污水的静化处理等多方面。目前，国内外 对于旋流分 离废弃油基钻井液 的研 究报道还 比较 少 ，但是旋流 分离处理废 弃油基钻井液 并实现废 弃钻井液 的循环利用无疑是最具发展潜 力的先进 技术。 1 油基钻井液的特点 众所 周知，油基钻 井液钻井 的性能优于水基 钻井液 。油基钻井液常用于高温井 例如温 度高 于1 4 9 ℃的井；也可用于水敏矿物井 例如盐、 无水石膏 、水合性黏土 以及页岩等 ；还适用于 含活性气体的井 如含C O 、H S 的井 。油基 钻 井液可 以减小钻杆与地层之 间的摩擦 ，起 润滑 作用 ，适用于定 向井和水平井 。油基钻井液 比水 基钻井液价格高，对环境的潜在危害更大。不过 使 用油基钻井液可 以减少钻井 过程 的成本 ； 由于 油基钻井液价格 更贵，相 比于水基钻井液它 更易 被改进和重复利用。油基钻井液的基油主要是柴 油，柴油具有一定的毒性，对环境的危害要大于 水基钻井液[ I 3 ] 。 2废弃油基钻井液的组成及其危害 废 弃油 基 钻井 液含 有 污 油 柴 油 、重金 属 钡 、铬 、砷 、铅等 、各种化学处理有机物 表面活 性剂 、乳化剂、沥 青、胺化膨润 土、 碳酸钙、重晶石、钻屑等污染物【引 。柴油是油基钻 井泥浆 的主要组分之一 ，也是其主要污染物 ；柴 油对海洋和淡水 生物具有 明显 的毒性作用 ；用于 油基钻井液的其他油类也具有不同程度 的毒性 】 。 废弃钻井液 中细 小粘土悬浮颗粒 、重金属离子 、 酚类 、油 、硫化物和可溶性有机处理剂组成 的复 杂体系具有高度不稳定性 、多变性 、复杂性和分 散性[ 6 】 ，这些都属于危险废弃物 ，处理难度较大 。 废弃 油基 钻井液对 环境的影响主要表现为 以 下方面 1 废液中的油类、盐类、某些化学添 加剂和某些重金属进入水体后会对地表水 以及地 下水造 成污染 。 2 导致土壤板 结 ，对绝 大多 ⋯⋯●●●●●●●●⋯⋯- ● ● ●● ● ⋯⋯●●●-●●●●●⋯●●●●●●●●●⋯●●●●●●●●●●●⋯⋯⋯●●⋯⋯●●●●●●●●●●⋯● ● ●- ● ● ●⋯●●⋯●●● 作者简介 陈海滨 1 9 8 0 一，男，河南内黄人，2 0 0 6 年毕业 于中国石油大学 华东，助理工程师。现在中石化华北分公司 油气田维护保障中心从事生产管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 一 节能减排 石 油 和 化工 设备 2 0 1 2 年 第1 5 卷 数植物 生长 不利 ，有些被污染 的土地甚至寸草不 生 ，使土壤无法进行耕种 ，造成土地资源大量浪 费。 3 滞留于土壤中的各种重金属，会影响多 种动植物 以及人类的生长、繁殖和健康㈣ 。 3国内外解决废弃油钻井液的主要方法 国 内外 解 决废 弃 油钻 井液 的主 要方 法有 1 循 环回收利用 法 。此法 是使废弃 的钻井液 经过一系列设备处理之后循环 重复利用 。这种方 法不仅大大减小了对环境的污 染而且还 间接 降低 了一部分生产成本 ，是今后重 点研 究的方 向，也 是最经济最环保最具发展潜 力的发展路径之一 。 2 破 乳法 。 目前，这种 方法主要有化 学破乳 法、加热破乳法、 电场破乳法 、离心破乳法等应 用于废弃钻井液的处理。 3 机械脱水法。此法 是使用絮凝剂沉降和机械强制分离的共同作用实 现废弃钻井液 中的固液两相分离 。 4 固化法。 此法采用适当的固化剂以减少废浆池中钻井废弃 物的含水量并使其污染物 固化 。 5 回注法 。将 废弃钻井液经过适 当处理后注 入地下。此外 ，还 有坑 内密封法 、焚烧 回收法、填埋冷冻法 、盐穴 法等方法 。但是 ，这些方法 比前面几种 方法应用 条件更为苛刻，适用范围更加有限 I9 】 。 4水力旋流分离废弃油基钻井液 4 ． 1 旋流分离技术简介 旋流分 离技 术可分为旋风 分离和 旋液 分离两 种 ，而 以水为主体介质 的旋液分离器被称为水力 旋流器 。水力旋流器又分为动态水力旋流和 静态 水力旋流两大类 ，其 中静态水力旋流器因其无运 动部件 、构造简单 与 占地面积小等优点在工程 中 被广泛应用[ 】 。 1 8 9 1 年Br e t n e y 在美 国 申请 了第一个水 力旋 流器 的专利 ；1 9 1 4 年水力旋流器 正式用于工业生 产 ；1 9 4 3 年T e p e l Wo o d s 把水力旋流器用于 乙醚一 水系统 的分离；l 9 5 3 年V a n R o s s u m将水力旋流器 用于脱 除油中的水 。从此 ，关于水力旋流器 的文 献 出现 了大量 的报道 。到2 0 世纪6 O 年代 以后 ，水 力旋流器被大量地应用于 实验研 究和工业领域 ； 其 中石油工业 中主要用 于油一水 分离、油一水一 固和 油一水一气 的分离等 。水力旋流分离技术是 利用 密度差异进行 多相分离的非均相机械分离过 程 ，适用于水力旋 流分离的物料 必须有一定 的密 度差异，密度差异越大越容易分离[ 1 ” 。 4 ． 2 水力旋流分离废弃油基钻井液的现状 由于 废 弃油 基钻 井 液 的成 分极 其 复杂 ，它 含有油一 水一 泥三相 。国内对 于三相分离主要还 是采用 固一液和液一 液两相旋流分离器 串联起来 的组合方式对其一一分离 ，对 于废弃油基钻 井液 也不例外 。由于废弃油基钻井液 中废油所 占比例 较高 ，所 以先对其实现 固一 液旋流分离，悬 浮固 相从底部流 出，油水混合相从项部溢 出；然 后在 第二个旋流分离器 中对油一 水相进行旋流分 离， 油从顶部溢 出进入 回收装置 ，水从底部流出。新 疆石 油管理局井下作业公司和 中国石油大学 华 东共 同开发 的油一 水一 砂旋流三相分离装 置则 是先对 油进行分离 ，然后在第二个旋流装置中对 水和砂进行分离[ 1 。这种多级 串联旋流分离的优 点是将 油一水一 固三相 同时分离 ，缺点是液滴破 碎和乳化严重 ，水在旋流器中流动不稳 定，固一 液流动方式与液一液流动方式不完全匹配 ，而且 增加 了运行费用 。 废 弃油 基钻 井液 中存在 悬 浮 固相 、 油和 水 相，用 单一 的固一液或液一 液只能分离 出其 中的 两相 ，虽然 能够达到人们所预期 的 目标 ，但是设 备操 作投 资 费用很 大 ，与 除油 、 除水和 除砂 式 旋流器相 比，新型 的三相旋流分离器能一步实现 油一 水一 固三相 同时分离 ，而且具有体积小 、效 率高、投 资和操作 费用较低等特 点，适于油 田采 油钻井污水和工业废水的处理。 I 9 8 7 年 ，B e n d a s i k i E 3 】 提 出了用于船舱污水处 理 的油一 水一 固三 相旋 流 分离器 ；其对 粒径 为 4 0 u rn左右的油滴的去除率可达8 0 ％，对 固体的去 除率可达5 0 ％。1 9 9 4 年，S e u r e a u 等[ 】 在B e n d a s i k i 研 究 的基 础 上提 出的油一 水一 固三 相旋 流 分离 器，现场 的使用表 明其对粒径为4 0 u m左右的油滴 去除率可达9 0 ％，对固体的去除率可达7 0 ％。1 9 9 2 年 ，波兰Ma r i t i me 大学 町 在增加集砂功能结构基 础上发展起来的油一 水一 固三相 旋流分 离器 ，其 对油滴 的去除率可达9 7 ． 2 ％，对固体 的去除率可达 9 7． 7 ％ 。 E l f Au i t a i n e 已经 申请 了三相旋流分离技术 专 利[ 1 们 ， 目前在美 国，三相旋流分离技术 已处于工 业化应用阶段 ，而 国内对此方面的研究还较少 ， 对于把三相旋流分离技术应用于废弃油基钻井液 处理这方面 的研究报道 国内几乎没有 ，近期 国内 已有较 多的人士开始对三相旋流分离技术感兴趣 并着手 从事这方面 的研究 。不论是处理废弃油基 钻井液还是其它工业污水 ，研究人 员对水力分离 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m