PEM及GCL廢棄鉆井液體系處理室內(nèi)研究

馬魁菊，王仲廣，郭海軍，王超明，李羽

（中海油能源發(fā)展采油技術(shù)服務(wù)公司，天津 300452）

國內(nèi)外的研究表明，隨著鉆井液處理劑的發(fā)展和鉆井液技術(shù)不斷完善，體系自身穩(wěn)定性越來越好，護(hù)膠能力越來越強(qiáng)，嚴(yán)重影響著廢鉆井液的化學(xué)脫穩(wěn)、脫水。將某些絮凝劑應(yīng)用于廢鉆井液中，并輔其它機(jī)械脫水方法[1]，可使廢鉆井液在化學(xué)上達(dá)到較好的固液分離效果。本文實(shí)驗(yàn)選取渤海油田在用PEM鉆井液體系和GCL鉆井液體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室脫水試驗(yàn)研究。PEM鉆井液體系是中國海域應(yīng)用最廣泛、最成熟的泥漿體系，具有一定的代表性；GCL鉆井液體系為新開發(fā)的環(huán)保型鉆井液體系，具有一定的仿油基泥漿性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)流程分兩步：第一步，優(yōu)選化學(xué)藥劑對廢鉆井液進(jìn)行一次處理，然后離心使固液分離；第二步，對分離出的水進(jìn)行二次處理。實(shí)驗(yàn)所用廢鉆井液是按以下配方模擬配制。

1）PEM鉆井液體系配方為：

3.5%搬土漿（海水）+0.3%Na2CO3+0.1%NaOH+0.3%包被抑制劑+0.2%聚陰離子纖維素（高粘）+1.5%褐煤樹脂+0.5%抗鹽降失水劑+3%聚合醇+5%KCl+1%低熒光防塌劑+0.15%生物聚合物+1%磺化酚醛樹脂+重晶石（密度1.4g/cm3）。

2）GCL鉆井液體體系配方：

3.5%搬土漿（海水）+0.3%Na2CO3+0.1%NaOH+3%固體聚合醇+2%無熒光白瀝青防塌劑+0.15%生物聚合物+0.5%天然高分子降失水劑+0.2%天然高分子包被抑制劑+5%KCl+（重晶石）（密度 1.4g/cm3）。

難點(diǎn)分析：

PEM鉆井液體系處理難點(diǎn)在于：高分子聚合物含量較高，破壞體系穩(wěn)定性較難；總體含鹽量較高（超過7%），對處理劑影響較大；含有3.5%黑色、紅色添加劑，對后期水處理難度較大。

GCL鉆井液體體系處理難點(diǎn)在于：總體含鹽量較高（超過7%），對處理劑影響較大；含有一定量的油溶物質(zhì)，不易處理。

1.1 優(yōu)選化學(xué)藥劑對廢鉆井液進(jìn)行一次處理

根據(jù)資料顯示，通常情況下離心轉(zhuǎn)速越大，脫水率越高[2]，固、液相分離越徹底。因受到現(xiàn)場處理?xiàng)l件、設(shè)備的限制，離心轉(zhuǎn)速也不能無限大，考慮到現(xiàn)場實(shí)際情況及處理成本等因素，將實(shí)驗(yàn)離心轉(zhuǎn)速控制在1500r/min。

1.1.1 pH值對脫水率的影響

向體系中加入一定濃度的鹽酸，離心測出脫水率，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：當(dāng)體系的 pH 值為 9.5、8、7、6、5 時(shí)，脫水率分別是0、8.26%、19.30%、26.21%、27.44%。

2.1.2 不同藥劑對體系脫水率的影響

首先按照體系配方配制鉆井液體系，常溫養(yǎng)護(hù)24h后在70℃條件下滾動(dòng)48h（主要是考慮接近現(xiàn)場工況條件），冷卻后高速攪拌（11000r/min)20 min后備用。取出適量的鉆井液邊低速攪拌（400r/min）邊加入一定量的藥劑，攪拌10min后，將加入藥劑后的泥漿放入離心機(jī)中，在1500r/min下離心10min[2],觀察脫水情況。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1至表5。

表1 無機(jī)絮凝劑對PEM鉆井液體系脫水率的影響

表2 有機(jī)絮凝劑對PEM鉆井液體系脫水率的影響

表3 無機(jī)絮凝劑對GCL鉆井液體系脫水率的影響

表4 有機(jī)絮凝劑對GCL鉆井液體系脫水率的影響

表5 無機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑配合使用對GCL鉆井液體系脫水率的影響

1.2 對分離出的水進(jìn)行二次處理

依次向水中加入pH調(diào)節(jié)劑、氧化劑、有機(jī)絮凝劑，測出處理后水的pH值、COD值，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6。

表6 二次處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.3 處理后廢水回收再利用

使用處理后的一次廢水按照PEM與GCL鉆井液體系配方，進(jìn)行模擬配置現(xiàn)場鉆井液體系，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表7。

表7

2 結(jié)果與討論

2.1 鉆井液體系pH值通常在9～10之間，以達(dá)到有效抑制粘土的水化分散、提高鉆井液的防塌效果，當(dāng)在鉆井液pH值小于8時(shí)，很多處理劑水溶性較差，粘土膨脹受到一定的抑制，體系穩(wěn)定性能變差路[2]。根據(jù)鉆井液體系材料的不同，在初步破壞體系穩(wěn)定性能時(shí)，需要調(diào)整出不同的pH值。從表1數(shù)據(jù)可知，隨著pH值的降低，體系穩(wěn)定性逐漸變差，脫水率不斷提高，但考慮到對設(shè)備腐蝕及二次水處理等影響因素，我們選擇一次處理破膠實(shí)驗(yàn)的pH值為6。

2.2 針對PEM鉆井液體系，從表2數(shù)據(jù)可以看出，隨著四種無機(jī)絮凝劑加量增加，前期脫水率不斷提高，當(dāng)加藥濃度增加到一定數(shù)值后脫水率則出現(xiàn)不同程度的下降；從表3數(shù)據(jù)可以看出，有機(jī)絮凝劑加入對脫水率的影響也是隨著加量增加，前期脫水率有提高，但液面分層不清，分離出水渾濁，效果不好。結(jié)合表2表3數(shù)據(jù)可知，對于高分子聚合物較多的PEM鉆井液體系，在pH調(diào)節(jié)劑的作用下，使用無機(jī)絮凝劑的脫水效果比使用有機(jī)絮凝劑好，以無機(jī)絮凝劑BHQ-102的脫水效果最好，加藥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%～0.5%時(shí)脫水率可達(dá)到50%以上。

2.3 針對GCL鉆井液體系，從表4數(shù)據(jù)可以看出，隨著無機(jī)絮凝劑加量的增加，脫水率逐漸上升，處理劑BHQ-102和聚合氯化鋁的脫水效果差別不大；加藥濃度在0.1～0.2%時(shí)，BHQ-102略優(yōu)于聚合氯化鋁；表5是有機(jī)絮凝劑的處理數(shù)據(jù)，對該體系而言，加入有機(jī)絮凝劑后出水較快，脫水效果比較明顯，以加藥量0.07%的BHQ-204脫水效果最優(yōu)。從表6數(shù)據(jù)可以看出，采用無機(jī)絮凝劑與有機(jī)絮凝劑配合使用，可收到良好的協(xié)同效果，考慮到性價(jià)比因素，無機(jī)絮凝劑BHQ-102與有機(jī)絮凝劑BHQ-204質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.1%和0.03%可達(dá)到較理想的處理效果。

2.4 廢泥漿一次處理破膠pH值為6，由于大量無機(jī)絮凝劑的加入，導(dǎo)致一次處理水pH值進(jìn)一步降低，同時(shí)部分水質(zhì)所含COD值相對較高，所以需要進(jìn)行二次處理。而從表7數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過二次處理后，廢鉆井液經(jīng)過處理后分離出的水可以達(dá)到國家排放要求。

2.5 根據(jù)上述操作過程，在實(shí)際操作過程中需要添加的主要設(shè)備有混合攪拌罐與高速離心機(jī)，處理出來的固體廢棄物可回收運(yùn)走，廢水可用于配置鉆井液體系使用，或二次處理后排海。

2.6 本試驗(yàn)主要采用化學(xué)絮凝與高速離心相配合，最大限度地分離出自由水，后期配合凈水處理，達(dá)到排海標(biāo)準(zhǔn)。與陸地上常規(guī)的處理方法（挖坑加入化學(xué)藥劑進(jìn)行絮凝、固化、自然蒸發(fā)脫出水、掩埋）相比具有占地面積小、處理時(shí)效高等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足海上處理廢氣鉆井液的需求。

3 結(jié)論

3.1 一次處理破膠pH值為6，離心轉(zhuǎn)速1500 r/min。

3.2 處理廢PEM鉆井液體系時(shí)使用無機(jī)絮凝劑BHQ-102脫水效果好，藥劑加量在0.4%～0.5%時(shí)脫水率最高，達(dá)50%以上；

3.3 針對高聚物含量較少的GCL鉆井液體系，無機(jī)絮凝劑與有機(jī)絮凝劑配合使用時(shí)，性價(jià)比高、處理效果較好；

3.4 經(jīng)過一次處理的水質(zhì)可配置現(xiàn)場泥漿使用，經(jīng)過二次處理的水質(zhì)，可達(dá)到直接排放標(biāo)準(zhǔn)，可減少50%以上的廢棄物排放。

［1］薛玉志，馬云謙，李公讓，周守菊，王萍.海上廢鉆井液處理研究[J].石油鉆探技術(shù)，2008，36（5）：12-16.

［2］馬運(yùn)慶，王偉忠，楊俊貞，劉云.淺談鉆井液pH值對處理劑的影響[J].鉆井液與完井液，25（3）：77-78.