海洋廢棄鉆井液處理技術研究

徐良偉，馬 超，陳書明，雷 宇

(長江大學石油工程學院，湖北荊州 434023）

海洋廢棄鉆井液處理技術研究

徐良偉，馬 超，陳書明，雷 宇

(長江大學石油工程學院，湖北荊州 434023）

針對濱海－6井廢棄鉆井液的特點，提出了破膠—固液分離—固化的思想。通過實驗優化破膠劑、絮凝劑、固化劑配方。實驗結果表明:100 mL廢棄鉆井液破膠劑加量為2 g，絮凝劑為2 gAS+2.5%HPAM溶液(質量分數0.1%），固液分層現象明顯、出水水質透明。固化劑的加量為1.5%CJ－1、27.7%水泥、7.7%CJ－2、6.2%CJ－3。固化強度和浸出液試驗表明:固化體在養護15天后平均強度3.0 MPa，浸出液指標達到GB8978—1996《污水綜合排放標準》二級標準。

海洋鉆井液;破膠;固液分離;固化

渤海海域是易受污染的內陸海，目前海上鉆井產生的廢棄水基鉆井液和鉆屑大都未處理，而是采用注入非滲透性地層或者注入地層和井眼環形空間的方法［1］。而廢棄鉆井液中含有重金屬、堿、油、有機物等多種有毒有害污染物，處理難度較大［2］，最終會對海洋環境造成很大的污染［3］。近年來，隨著環渤海經濟圈的建設，國家對渤海海域環境的保護越來越重視。廢棄鉆井液的固化法處理被認為是一種比較可靠的好方法，特別適用于膨潤土型、部分水聚丙烯酰胺、木質素磺酸鉻、油基鉆井液等在鉆井結束后廢棄液的處理［1］。本文對中國石油海洋公司濱海－6H井的廢棄鉆井液特性分析后提出破膠、固液分離、固化的處理方法，其固化后浸出液和強度測試表明處理效果均達到理想要求。

1 實驗方法

1.1 廢棄鉆井液特性分析

實驗樣品用濱海－6井廢棄鉆井液，該廢棄鉆井液成分復雜，外觀褐色至黑色，且呈稠狀膠體特性，具有刺激性氣味，其常規特性分析見表1。

由表1所示，該廢棄鉆井液固相含量、COD(化學需氧量）、含油量都較高，且塑性黏度較高，說明膠體體系較為穩定，具有較好的保水性能，自然風干較為困難，因此需先通過破膠絮凝作用，分離出膠體中結合水，再進行廢棄鉆井液的固化處理。

1.2 廢棄鉆井液破膠處理方法

將一定量破膠劑與廢鉆井液高速攪拌混合，放置20 min后用中壓失水儀測定處理后的廢鉆井液濾液量，觀察濾餅質量，記錄7.5 min時濾液的體積［4］，篩選最優的破膠劑及其加量。

表1 濱海6井廢棄鉆井液特性分析Tab.1 Analysis of characteristics of waste drilling fluid in Binhai 6 well

1.3 廢棄鉆井液固液分離實驗方法

加一定量的絮凝劑于80 mL上述破膠處理后的廢棄鉆井液中，先快速攪拌，后慢速攪拌2～3 min。觀察固液分層現象、出水水質、出水體積比，篩選最優的絮凝劑及其加量。

1.4 固化實驗方法

取上述破膠、絮凝處理后的廢棄鉆井液沉淀于燒杯中，依次加入支撐劑(砂子）、固化劑(CJ－1、水泥、CJ－2、CJ－3），充分攪拌后倒入固化模型中，在室溫條件下，分別養護10天，其固化效果是通過測定固化體抗壓強度和浸出液中有害物質的含量進行評定的。

2 結果與討論

2.1 廢棄鉆井液的破膠效果

鉆井液中細黏土顆粒多，而粗黏土顆粒少，形成的泥餅薄而致密，鉆井液濾失量則小［5］。廢棄鉆井液在未加破膠劑前形成的濾餅厚且松散，其7.5 min時濾液量僅為20 mL，從該廢棄鉆井液的塑性黏度和濾液量分析，該廢棄鉆井液體系膠體性質明顯，粗顆粒較多。

在選擇的四種常用破膠劑中，過硫酸鉀的7.5 min時濾失量最大，且破膠后泥餅較為致密，說明體系形成大量細黏土顆粒，其破膠效果最好(圖1），在實驗中也不會產生過多的氣泡，能夠配合下步絮凝作用更好的實現固液分離作用。因此確定適合濱海－6井廢棄鉆井液的破膠劑加量為2.5%的過硫酸鉀。

2.2 廢棄鉆井液絮凝效果

由表2的實驗現象分析:對三種價廉的絮凝劑來說，有機絮凝劑1%聚丙烯酰胺溶液和無機絮凝劑加硫酸鋁(AS）的固液分層現象明顯。加聚丙烯酰胺溶液后，固液分層明顯，上層為大量絮狀濁液，隨著聚丙烯酰胺溶液的不斷增加，其上層濁液量逐漸增加，當加量到4% ～6%時，其濁狀液的量的增長減小。加AS后實現固液分層后，隨著加量的增加，分層較為明顯，水質透明，但大部分在磨口量筒中間出現液體，實際中不容易實現固液分離。因此，實驗中利用0.1%聚丙烯酰胺溶液與AS進行復配，以期在廢棄鉆井液分層后實現固液分離。

圖1 廢棄鉆井液破膠劑效果評價Fig.1 Evaluation of effect of breakers on the waste drilling fluids

2.3 廢棄鉆井液固化劑配方確定

對于不同的固化劑，其在固化過程中所起的作用也是不同的，對于同一種固化配方，固化劑加入的順序不同，固化的效果也不同［6］，所以通過正交試驗來確定固化劑的加入順序和加量。極差的大小反映因素變化時實驗指標的變化幅度，因素的極差越大，該因素對實驗指標的影響越大［7］。按照表3和表4的正交設計，根據實驗結果確定的固化劑加入順序為:A(水泥）、B(CJ－1）、C(CJ－2）、D(CJ－3），固化劑最佳的配方為A3B2C3D3，即每100 mL廢棄鉆井液固液分離后沉淀物，加入60 g砂子，依次加入2 gCJ－1，18 g水泥，5 gCJ－2，4gCJ－1。按原廢棄鉆井液質量計算，即1.5%CJ－1+27.7%水泥 +7.7%CJ－2+6.2%CJ－3。

2.4 廢棄鉆井液固化體強度和浸毒試驗

根據正交試驗的結果，按照1.4的固化實驗方法制出優化配方的固化體模型，測試固化體的強度，浸毒實驗是參照國家標準(GB5086.1—1997）固體廢物浸出毒性浸出翻轉法進行［8］，將固化體浸泡于一定質量的水中，水與固化體的質量比為10∶1，間斷性的加以攪拌，分析不同時間浸出液有害物質污染物濃度指標，從而判斷鉆井廢泥漿的固化處理效果。

表2 絮凝劑的效果評價Tab.2 The evaluation of effects of flocculant

表3 正交試驗的因素和水平Tab.3 The factors and level of orthogonal experiments

表4 固化L9(34）正交表Tab.4 The orthogonal experiments with L9(34）

表5的檢測結果可知:固化體在養護15天后強度平均大約在3.0 MPa，抗壓強度得到較大的提升，且泛霜不明顯。固結物浸出液污染物指標可達污水綜合排放標準二級標準(GB8978—1996）允許排放濃度［9］，能有效固結鉆井廢泥漿中的有害物質。

3 結論

(1）濱海6－H井廢棄鉆井液成分復雜，體系膠體特性較為明顯，因此提出首先優化破膠劑及其加量，分離固相與液相，液相用于重新配漿，固相用于固化處理實現無害化的方法。

(2）該體系100 mL廢棄鉆井液破膠劑加量為2 g過硫酸鉀，絮凝劑為2 g AS+2.5%HPAM溶液(質量分數0.1%），其固液分層現象明顯，出水水質透明，能回收利用該體系約3/8的水分，用于重新配漿。

(3）固液分離后對其固相進行固化處理，固化劑的加量為 1.5%CJ－ 1、27.7% 水泥、7.7%CJ－ 2、6.2%CJ－3。固化強度和浸出液試驗表明:固化體在養護15天后平均強度3.0 MPa，浸出液指標達到GB8978—1996《污水綜合排放標準》二級標準。

表5 固化體抗壓強度和浸毒實驗檢測結果Tab.5 The intensity test and effect of toxin test on solid

［1］王眉山，鄭毅.中國廢棄鉆井液處理技術發展趨勢［J］.鉆井液與完井液，2009，26(6）:77－79.

［2］萬仁溥，張琪.油井建井工程［M］.北京:石油工業出版社，2001.

［3］王學川，胡艷鑫，鄭書杰，等.國內外廢棄鉆井液處理技術研究現狀［J］.陜西科技大學學報(自然科學版），2010，28(6）:169－173.

［4］中國石油天然氣總公司.中華人民共和國石油天然氣行業標準:SY/T5107—1995水基壓裂液性能評價方法［S］.1995.

［5］鄢捷年.鉆井液工藝學［M］.東營:中國石油大學出版社，2001.

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［7］賀吉安.四川油氣田完井廢物固化處理技術研究［D］.四川成都:西南交通大學，2008:24－29.

［8］國家環境保護局標準司.中華人民共和國國家標準:GB 5086.1—1997固體廢物浸出毒性浸出方法——翻轉法［S］.1997.

［9］國家環境保護局.中華人民共和國國家標準:GB 8978—1996污水綜合排放標準［S］.北京:中國環境科學出版社，1996.

Research on disposal of coastal waste drilling fluid

XU Liangwei，MA Chao，CHEN Shuming，LEI Yu
(Petroleum Engineering of College，Yangtze University，Jingzhou Hubei 434023，China）

Based on the characteristics of Binhai 6 well，we firstly take measures of gel breaking，then separate solid and liquid，and at last solidify.The prescription of gel breaker，flocculants and curing agents is optimized by the experiments.The result shows that the dosing quantity of breaker is 2 g/100 mL，flocculants is 2 g AS and the solution of 2.5%HPAM.The separation of solid and liquid is clear，and the color of water is transparent.The quantity of curing agent is 1.5%CJ－1，27.7%cement，7.7%CJ－2 and 6.2%CJ－3.It is proved by intensity and dip that the average solidified intensity is about 3.0 MPa after 15 days maintenance，and leachate index meets the standardⅡ of Integrated Waste Water Discharge Standard(GB8978—1996）.

coastal drilling fluid;gel breaking;separation of solid and liquid;solidify

TE254+.2

A

10.3969/j.issn.1008－2336.2011.04.084

中國石油集團海洋工程有限公司項目“海洋廢棄鉆井液固化處理技術研究”(編號:201002240154）研究成果。

2011－05－11;改回日期:2011－06－24

徐良偉，男，1986年生，長江大學石油與天然氣工程專業在讀碩士，主要從事油田化學研究。E-mail:xliangwei@126.com。

1008－2336(2011）04－0084－03