废弃油基钻井液中油相回收室内研究.pdf

第 3 0卷 第 3期 2 0 1 3年5月 钻井液与完井液 DRI LLI NG FLUI D C0M PLETI ON FLUI D 、 ， o l _ 3 0 NO． 3 M a V 201 3 【 理论研究与应用技术 】 废弃油基钻井液中油相回收室内研究 付雄涛 ， 吴洪特 ， 汪军 ， 岳前升 ， 胡友林 1 ． 长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州 ； 2 ． 长江大学石油工程学院，湖北荆州 付雄涛等 ． 废弃油基钻井液中油相回收室内研究[ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 3 ，3 0 3 3 4 3 6 ． 摘要废弃油基钻井液是钻井作业完成后产生的废物，分析测得江汉油田废弃油基钻井液密度为 1 ． 3 g ／ c m ， p H值为 8 ～9 ，含油量为 5 3 ． 2 ％，含水量为2 0 ．4 ％，固相含量为 2 6 ． 4 ％，其油相主要是柴油，还含有少量矿物油。 通过单因素实验筛选出适合该体系的药剂有破胶剂浓硫酸 加至体系p H值为2 、混凝剂 P F S及阳离子聚丙烯酰 胺絮凝剂 、破乳剂 C HP 2 1 6 8 0 ，并确定 了合适 的加药顺序为 破胶剂一 破乳剂一 混凝剂、絮凝 剂。通 过正交实验确 定各因素对油相回收率影响程度由大到小为 破乳剂混凝剂絮凝剂 ； 最佳加药量为 破乳剂为 1 5 0 mg 门 L ，混 凝剂为 2 g ／ L，絮凝剂为 2 0 mg n _ , ，此条件下油相 回收率达 8 3 ． 7 ％。 关键词废弃油基钻井液 ； 油相回收 ； 破胶 ； 脱稳 ； 破乳 中图分类号 T E 9 2 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 5 6 2 0 2 0 1 3 0 3 0 0 3 4 0 3 废弃油基钻井液是钻井作业完成后产生的废 物， 是 国家明文规定的危险废物。废弃油基钻井液直 接排放不仅会对环境造成污染， 还会 因其含有大量柴 油、 矿物油等造成资源浪费。因此有效回收废弃钻井 液 中油相，节约能源，有着 十分重要 的意义 [ 1 ] 。实 验采用化学破乳脱稳 的方法 ， 回收有用 的油相部分 。 1 废弃钻井液性能分析及实验难点 实验所用钻井液是江汉油 田废弃油基钻井液， 颜色为深棕褐色 ，密度为 1 - 3 g ／ c m。 ，p H值为 8 ～9 。 其油相主要是柴油 ，还含有少量矿物油 。用 Z NG． 2 型油水 固相 分离装置测得含油量为 5 3 ． 2 ％，含 水量为 2 0 ． 4 ％，固相含量为 2 6 ． 4 ％。 化学破乳法是采用油溶性破乳剂 表面活性剂 对废弃油基钻井液进行破乳 ，再经一定 的处理分离 出顶层油、中间水 、底层黏土 3 相 ，从而达到 回收 油相的目的。废弃油基钻井液为稳定性极高的分散 体系，‘电位高，且实验所用钻井液固相含量高达 2 6 ． 4 ％，直接通过 固液分离机械 如离心机 、压滤 机等 进行固液分离非常困难。所以还需要考虑进 行化学破胶脱稳，破坏钻井液的胶体稳定性，结合 破乳剂破乳脱油的效果，再借助机械设备进行固液 分离得到液相 ，回收其 中的油相。 废弃油基钻井液 固相含量较高 ，直接加入药剂 会出现难以搅拌均匀、 增加药剂用量等问题。在一定 条件下向钻井液中加水搅拌可提高油滴与水滴相互 接触 的机会，有利于油滴更快地浮在水相上层并分 离， 但水量过多会增加能耗和药剂的消耗 ] 。因此 ， 实验 中取 5 0 mL废弃油基钻井液于 2 5 0 mL烧杯内， 加人 5 0 mL自来水 1 1 稀释，搅拌均匀。通过单因 素实验加入合适的药剂筛选破胶剂、混凝剂和破乳 剂， 通过正交实验确定最佳加药量。实验中用离心机 进行 固液分离， 离心参数设置为 3 0 0 0 r ／ mi n5 mi n 。 2 单因素实验 2 ． 1 破胶剂 取 5 个 2 5 0 m L烧杯按上述方法稀释废弃油基 钻井液，实验 中选用 Na 2 S O 、Na C 1 0溶液 、浓硫 基金项目 国家科技重大专项 2 0 0 8 Z X 0 5 0 5 6 ． 0 0 5 ，2 0 0 8 Z X0 5 0 3 0 0 0 7基金资助。 第一作者简介 付雄涛，毕业于长江大学化学与环境工程学院，现在从事水泥浆化验及现场固井施工等工作。地址 西安市未央路 1 5 1号长庆大厦 ； 邮政编码 7 1 0 0 1 8； E ma i l f u x t c 3 d x 1 6 3 ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 O卷 第 3期 付雄涛等 废弃油基钻井液中油相回收 室内研 究 3 5 酸 、浓盐酸 、Na O H 5种破胶剂对废弃油基钻井液 进行破胶研究。Na S O 、 N a O H为固体， 按质量计， N a C 1 0溶液、浓硫酸、浓盐酸为液体，按体积计， 加量均为 5 ％，加入后搅拌均匀 ，实验结果见表 1 。 表 1 不同破胶剂破胶实验结果 破胶剂 破胶情况 Na 2 S2 O8 Na Cl 0 浓硫酸 浓盐酸 Na OH 变稠，固相仍是颗粒细微的泥 有极少量水滴析出 产生较大量乳白色液体和少量黄褐色油层 ， 固相膨胀疏松 产生较大量乳白色液体和少量黄 褐色油层，固相膨胀疏松 变稠，固相仍是颗粒细微的泥 由表 1 可 以看出，浓硫酸和浓盐酸的破胶效果 比较明显。考虑到氯离子对金属设备的腐蚀性，使 用有一定的局限性 ，因此选用浓硫酸作为破胶剂。 为了确定浓硫酸破胶 的合适加量 ，另取 5 0 mL 钻井液 ， 于 2 5 0 mL烧杯中加入 5 0 mL自来水 ， 搅匀 ， 逐滴加入浓硫酸 ，以体系 p H值为依据判断加酸量 。 实验发现 ，随浓硫酸的加入 ，开始钻井液没有变化 ， 随后逐渐有乳 白色液体产生 ，当体系 p H值为 2时 乳 白色液体量较 大，固体膨胀疏松 ，再继续加酸到 p H值为 1 ，体系的变化不大。因此，确定加浓硫酸 至p H值为 2 为破胶的最佳条件。 2 ． 2混凝剂 混凝剂多是高价态金属盐 ，金属 阳离子吸附在 黏土颗粒表面 ，中和颗粒表面负 电荷 ，压缩双电层 ， 造成 电位下降，降低体系的稳定性 l3 】 ，配合大分 子絮凝剂使用 ，通过吸附架桥作用使黏土颗粒大量 聚沉 ，进而达到固液分离 回收油相 的目的。 取 5个 2 5 0 mL烧杯 ，按上述方法稀释废弃油 基钻井液 ，加浓硫酸至溶液 p H值为 2 ，分别加入 5 种混凝剂 P AC、 P F S 、 AI S O 、 F e C 1 3 和 P AF C 均 配成浓度 为 1 0 ％ 的溶 液 ，加量 均为 2 L 。再按 2 0 mg ／ L的含量加入浓度为 0 ． 1 ％ 的阳离子型聚丙烯 酰胺 ，最后在 3 0 0 0 r ／ mi n5 mi n条件下离心分离 ， 收集液相 ，计算 总液相脱 出率和可见油层脱出率 ， 并观察固相颜色。 通过实验 ，离心后各组均有液相分离出来 ，液 相很浑浊且上部有少量深褐色油层。计算出总液相 脱 出率 和可见油层脱出率 ，并观察固相泥的颜色 ， 具体结果见表 2 。 由表 2可知，P F S作混凝剂时总 液相脱出率和可见油层脱出率最高，可以选用 P F S 作为混凝剂 ； 脱出液相后 的固相泥均为黑色，还含 有大量油，所以可见油层的脱出率均不高。 表 2 混凝剂对总液相和可见油层脱出率的影响 脱出率 ／ ％ 脱出率 ／ ％ 仳桃刑 总液相 可见油层 仳 刑总液相可见油层 P A C 5 9 ． 8 2 ． 8 硫酸铝 6 7 ． 1 4 ． 7 P F S 8 1 ． 2 7 ． 5 氯化铁 7 1 ． 4 4 ． 2 PAFC 7 6． 5 6 ． 0 2 ． 3 破乳 剂 实验用于筛选 的破乳剂主要 有 F A 一 7 9 、A一 1 8 0 、 BP20 40、 3 、 4 、 TK ． 2、 CHP21 68 0、 CHP1 1 65 9， 前面 6 种为工业 品，后面 2种为复配的复合型破乳 剂 ，使用时均配成 1 ％ 的溶液。 取 8个 2 5 0 mL烧 杯 按 上 述方 法 稀 释 废 弃油 基钻井 液 ，加浓 硫酸 至 p H值 为 2 ，按 2 g ／ L加 入 1 0 ％P F S溶液 ， 按 2 0 mg ／ L加入 0 ． 1 ％ 的聚丙烯酰胺 ， 离心分离。将 液相分别转人 8支 1 0 0 mL的具塞量 筒 中，分别按 2 0 0 mg ／ L加入不 同的破乳剂 ，摇匀 后静置 3 0 min 后记录油层体积， 观察水层颜色外观， 按所取钻井液中含油总量 2 6 ．6 m L 计算出油率。 实验结果见表 3 。 表 3 不 同破乳剂破乳实验结果 破乳剂加量 ／ mg ／ L 出油率 ／ ％ 水层外观 由表 3可知 ， 破乳剂 C HP 2 1 6 8 0的出油率最高 ， 水层清，几乎无色，所以 C H P 2 1 6 8 0 是适合该废弃 油基钻井液体系的破乳剂 ； 由于分离后固相泥颜色 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 6 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 3年 5月 为黑色，还含有大量油 ，因此出油率都不高 ，需要 对实验方案做进一步调整。 3 加药顺序 通过单因素实验，确定出了适合江汉油田废弃 油基钻井液体系的破胶剂、混凝剂、破乳剂等，固 液分离效果 明显。但是 回收到的液相 中含油很少 ， 最高 的只有 3 6 ． 8 ％，固相 为黑色，还含有大量油 。 因此考虑改变加药顺序 ，来提高油相回收率。 取 3个 2 5 0 mL烧杯按上述方法稀释废弃油基 钻井液 ，分别为 1 、2 、3 。均加入破胶剂浓硫酸 至 p H值 为 2 、2 g ／ L混 凝剂 P F S 、2 0 mg ／ L絮凝剂 聚丙烯酰胺 、2 0 0 mg ／ L破乳剂 C H P 2 1 6 8 0 。絮凝剂 一 般在混凝剂之后加入 ，故主要考虑破乳剂的加入 位置 ，具体加药顺序如下。 l 破乳剂一破胶剂一混凝剂 、絮凝剂 2 破胶剂一破乳剂一混凝剂 、絮凝剂 3 破胶剂一混凝剂 、絮凝剂一破乳剂 实 验 测 得 1 、2 、3 的 油 相 回 收 率 分 别 为 4 2 ． 7 ％、8 0 ． 5 ％、3 6 ． 8 ％，2 的油相 回收率最高 ，固 相泥为棕黄色。这可能是由于对废弃油基钻井液进 行化学破胶脱稳破坏钻井液胶体稳定性，使破乳剂 能够充分溶人液相 中并 与含油 的泥充分接触 ，有利 于发挥破乳脱油的目的，提高油相回收率 【 4 】 。因此 ， 合适 的加药顺序为 破胶剂一破乳剂一混凝剂 、絮 凝 剂 。 4正交实验 为 了更 好 地确 定 破 乳剂 C H P 2 1 6 8 0 、混 凝 剂 P F S和絮凝剂的最佳加量，以及他们对油相回收率 的影响程度 ，实验对其进行 了三因素三水平 的正交 实验 ， 结果如表 4所示 。从正交实验结果可 以看出， 三 因素的极差 尺值分别为 9 ． 7 、4 ． 2 、0 - 3 ，所 以各因 素对油相回收率的影响程度由大到小依次为 破乳 剂 混凝剂絮凝剂。另外 ， 、 均为 7 6 ． 9 ，说 明絮凝剂的浓度达到 2 0 mg ／ L后 ，浓度再增加对油 相 回收率 的提 高无 影响 ，因此 为节约成本选择浓 度为 2 0 mg ／ L，所 以最佳加药量确定为 破乳剂为 1 5 0 m g ／ L ，混凝剂为 2 g ／ L ，絮凝剂为 2 0 mg ／ L 。用 最佳药量处理 ，油相 回收率为 8 3 ． 7 ％。 表 4 正交实验 l 81 ． 3 7 7． 5 71 ． 6 9． 7 7 4． 8 7 9． 0 7 6． 6 4． 2 7 6 ． 6 7 6 ． 9 7 6 ． 9 O． 3 5 结论 1 ． 通过单 因素实验 ，筛选 出适合 回收江汉油 田 废弃油基钻井液中油相 的药剂有破胶剂浓硫酸 至 p H 2 、混凝 剂 P F S 、破 乳剂 C HP 2 1 6 8 0 。并 且通 过进一步实验确定 了合适的加药顺序，即 破胶剂 一破乳剂一混凝剂 、絮凝剂。 2 ． 通过对破g L N C H P 2 1 6 8 0 、混凝剂 P F S和絮 凝剂聚丙烯酰胺进行三因素三水平的正交实验 ，确 定了最佳加药量 ，即破乳剂为 1 5 0 mg ／ L ，混凝剂为 2 g ／ L ， 絮凝剂为 2 0 m g ／ L ，油相回收率高达 8 3 ．7 ％。 同时各 因素对油相 回收率的影响程度 由大N／ J , 为 破乳剂混凝剂絮凝剂。 参 考 文 献 [ 1 ] 陈永红，刘光全，许毓 ． 废弃油基钻井液处理技术概况 及其应用 【 J ] ． 油气田环境保护，2 0 1 1 ，2 1 3 4 4 4 6 ． [ 2 ] 孟苗，闫光绪，郭绍辉 ． 辽河油田废弃钻井液处理技术 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 8 ，2 5 1 5 7 6 0 ． [ 3 ] 刘石 ． 化学法处理钻井废水实验研究 [ D] ． 四川 I 成都 西 南石油大学，2 0 0 7 [ 4 ] 黄振东 ． 废弃钻井液脱稳处理技术中破胶剂的研究 [ J 】 ． 湖南农机，2 0 0 9 ，3 6 3 2 2 ． 2 4 ． 收稿 日期2 0 1 2 1 1 5 ；HG F 1 3 0 1 F 8 ；编辑付王 月 颖 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m