石油与天然气化工  2010, Vol. 39 Issue (4): 368-370
废弃钻井液氧化脱稳分离方法
段文猛1 , 喻小菲1 , 王勇2     
1. 西南石油大学;
2. 中国石油西南油气田公司川东北气矿
收稿日期：2009-12-23；修回日期：2010-02-27
摘要：针对废弃钻井液具有的胶体化学稳定性特点, 提出氧化脱稳分离方法进行无害处理。通过研究确定了最佳脱稳反应条件, 并筛选出适宜的絮凝剂, 确定了固液分离的影响因素。结果表明:采用氧化脱稳和混凝工艺处理废弃钻井液后, 其滤液透光度达83.5%, 浸出液COD为128mg/L, 色度为30, 均达国家排放标准。该工艺处理成本较低, 且处理后泥饼可直接填埋处理。
关键词：废弃钻井液    正交试验    氧化脱稳    絮凝剂    固液分离    
The Study of Separation Method with Oxidants for Waste Drilling Fluids
Duan Wenmeng1 , Yu Xiaofei1 , Wang Yong2     
1. Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, Sichuan China;
2. Northeastern Sichuan Gas District, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company
Abstract: According to the waste drilling fluid has stability of colloidal chemistry, this paper conducted orthog-onal tests with fenton reaction reagent and found out the best oxidation stability conditions; Followed by adding flocculants, the optimum flocculation agent has screened. Finally, separated solid-liquid through mechanical equipments, the optimum conditions have determined. The results show that:after this filtrating process, transmittance of waste drilling fluid is 83. 5%, COD of lixivium is 128mg/L, chroma is 30, all that reached national emission standards. The process treating cost is low and mud cake can be directly discharged.
Key words: waste drilling fluid    orthogonal tests    oxidation    flocculants    solid-liquid separation    

废弃钻井液主要是由粘土、加重材料、各种化学处理剂、污水、污油及钻屑等组成的多相胶体-悬浮体体系[1], 废钻井液含有的烃类、盐类、各类聚合物、重金属离子、沥青等主要化学成分危害周围生态.所以对废弃钻井液的无害处理日益受到重视[2]。

国内外对废弃钻井液的处理提出多种方法, 如直接填埋、土地耕作、回注法、MTC技术、固化法等, 但都存在一定缺陷[3]。笔者在调研资料基础上, 经对比研究, 提出氧化脱稳法来进行固液分离, 处理废弃钻井液。实验表明:用该法处理废弃钻井液, 能较高程度地实现固液分离且具有良好的经济和环保效益。

1 实验部分
1.1 试剂和仪器

药品:双氧水H2O2 (工业级)、FeSO4·7H2O (分析纯), 聚合氯化铝(分析纯)、PAM (分析纯)、硫酸等。

仪器:LD4-2低速离心机(北京医药离心机)、JB50-D型增力电搅拌机(上海标本模型厂)、721型分光光度计(重庆川仪九厂)、HJR-2型节能COD恒温加热器(青岛金仕达电子科技公司)等。

1.2 实验方法及评价

(1) 氧化脱稳实验。取废弃钻井液100 mL, 再用50%的硫酸调节pH值, 分别加入H2O2和FeSO4·7H2O, 搅拌均匀, 反应2 h[4]。

(2) 絮凝实验。将无机和有机絮凝剂分别配制成5.0%和0.2%的水溶液, 按不同用量分别加至一定量的已破胶的废弃钻井液中。先快速搅拌2 min, 再慢速搅拌5 min, 然后静置60 min, 测试各项指标, 进行加量筛选。

(3) 浸泡实验[5]。固液分离后取一定量的固相物, 用蒸馏水稀释十倍, 并搅拌捣碎, 使有机物充分浸入水中, 待24 h后, 固相物沉淀完全时, 取其上层清液。

(4) 固液分离实验。取50 mL废弃钻井液, 按照不同比例稀释, 调节pH值为9, 按照H2O2/COD和Fe2+/COD的不同配比加入芬顿试剂充分氧化后, 分别加入浓度为5%的聚合氯化铝2 mL和0.2%的聚丙烯酰胺1.5 mL, 再搅拌不同时间, 测其出水率。

(5) 评价方法。pH值采用玻璃电极法测定, COD采用快速消解分光光度法测定, 色度采用稀释倍数法测定[6]。

1.3 实验流程

实验流程见图 1。

图 1     实验流程

2 结果与讨论
2.1 氧化脱稳最佳实验条件确定

在氧化脱稳实验过程中, 影响效果的主要因素包括:H2O2浓度、Fe2+浓度、pH值。

为确定上述因素对废弃钻井液氧化的影响大小, 筛选出最佳工艺条件, 设计三因素三水平正交实验表进行实验, 以COD值表征脱稳效果。实验结果见表 1及表 2。

表 1    氧化脱稳因素水平表

表 2    氧化脱稳正交试验结果表

极差分析表明, 影响钻井液稳定性的因素依次为:H2O2浓度、pH值、Fe2+浓度。最优脱稳反应条件:H2O2为30g/L; Fe2+为600mg/L, pH值为4。

2.2 絮凝剂优选实验
2.2.1 无机絮凝剂筛选

为确定无机絮凝剂, 选择浓度为5%的硫酸铝、硫酸铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铁进行筛选实验。实验结果见图 2。

图 2     无机絮凝剂的筛选

从图 2可知, 相同用量下, 聚合氯化铝效果最好。当其加量达到2000 mg/L时, 透光率较高。因此, 选用聚合氯化铝为无机絮凝剂。为了进一步减小色度, 加快沉降, 增大絮体体积和密实度, 考虑与有机絮凝剂复配使用。

2.2.2 有机絮凝剂筛选

为确定有机絮凝剂, 选择了阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、非离子聚丙烯酰胺与聚合氯化铝复配进行筛选实验, 实验结果见图 3。

图 3     有机絮凝剂的筛选

实验结果表明, 用非离子型聚丙烯酰胺与聚合氯化铝复配时, 处理废弃钻井液效果较其它有机絮凝剂好。这可能是由于非离子聚丙烯酰胺与聚合氯化铝产生了更好的协同增效作用的缘故。

2.3 固液分离影响因素正交试验

为确定pH值、稀释倍数、搅拌时间等因素对固液分离影响的大小, 从而筛选出最佳工艺条件, 设计L9 (33)正交实验表进行实验。因素水平表见表 3。

出水率的计算公式为:

表 3    固液分离影响因素水平表

表 4的极差分析表明, 影响固液分离的因素依次为:pH值、稀释倍数、搅拌时间。最优的反应条件是:pH值为6, 稀释倍数为1, 搅拌时间为6 min。

表 4    固液分离影响正交试验结果表

2.4 浸泡实验分析

为了确保满足国家排放标准, 对分离出的固体进行多次浸泡实验, 实验参照有害固体毒物浸出办法进行。实验结果见表 5。

表 5    浸出液检测结果

实验结果表明:采用氧化混凝和固液分离所处理后的废钻井液残渣, 在溶液介质保持中性条件下, 不再具有造浆能力, 经24 h浸泡后, 溶液的pH值、COD均能达到国家排放标准。

2.5 经济评价

(1) 经济效益分析。经初步计算, 采用本文介绍的氧化混凝和固液分离方法处理废弃钻井液的理论成本为60元/m3左右, 处理成本较低廉。另外, 采用该工艺可有效减少固体废物体积, 降低处理费用。用该法进行固液分离后的滤饼经检验可达到国家排放标准, 节省了固化等后续处理成本。

(2) 环境效益分析。废弃钻井液通过氧化破胶脱稳的方法, 省去了常规处理方法中的破胶剂, 尽可能减少了因化学药剂的引入导致的新的环境问题。

3 结论

采用氧化混凝-固液分离技术处理废弃钻井液能有效地降低污染物浓度水平, 处理后的废渣量少, 处理成本低, 对减轻废弃钻井液造成的环境污染具有十分重要的意义。

参考文献
[1]
袁峥, 黄大军. 油田含盐废弃钻井液无害化处理技术及应用[J]. 资源环境与工程, 2006, 20(3).
[2]
薛玉柱, 刘建明, 刘刚. 废弃钻井液的化学脱稳及分离处理的室内研究[J]. 石油天然气学报, 2008, 30(2): 111-113.
[3]
何纶, 等. 钻井完井液废弃物处理实用技术[M]. 中国矿业大学出版社, 2006.
[4]
Getiff J M, et al.waste Management and Disposal of Cuttins andDrilling Fluid Waste Resultingfromthe Drilling and Completion ofWells to Produce Orinoco Very Heavy Oil in Eastern Venezuela.SPE 46600, 1998, 6
[5]
《固体废物浸出毒性浸出方法—水平振荡法》GB5086.2-1997
[6]
逍遥, 等. 废弃钻井液化学强化固液分离处理[J]. 中国环境学, 2000, 20(5): 453-456.
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