李紅梅 景 豐 趙 毅 馬振鋒

陜西延長石油(集團)有限責(zé)任公司研究院

延長油田油基鉆井液廢棄物回收處理技術(shù)

李紅梅 景 豐 趙 毅 馬振鋒

陜西延長石油(集團)有限責(zé)任公司研究院

油基鉆井液應(yīng)用中產(chǎn)生的廢棄物的高效處理難度大是制約其廣泛應(yīng)用的重要原因和難點之一，針對油基鉆井液技術(shù)難點，研發(fā)了高效的巖屑除油劑(CYJ-1)及針對廢棄油基鉆井液的破乳劑配方。研發(fā)的除油劑為一種潤濕劑，通過改變巖屑表面潤濕性實現(xiàn)除油。實驗結(jié)果表明，其除油率高達(dá)98.27%，除油效果良好。通過破乳實驗確定了破乳劑單劑種類及復(fù)配比例，并確定了破乳劑配方的最佳反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、離心速度、離心時間等條件。將研究成果在現(xiàn)場云頁平1井進行了初步試驗?，F(xiàn)場試驗表明，CYJ-1及廢棄油收油劑配方效果良好，處理效率高，實現(xiàn)了基油的回收利用，固相排放達(dá)到要求，有效降低了鉆井液成本，減少了環(huán)境污染。

含油巖屑 除油劑 廢棄油基鉆井液 回收油

隨著我國油氣勘探開發(fā)的發(fā)展，多分支井、水平井、頁巖氣井、海外油氣井等復(fù)雜情況井鉆探越來越多，井壁穩(wěn)定的問題尤為突出，油基鉆井液技術(shù)受到越來越多的重視[1-8]。因此，相應(yīng)產(chǎn)生了大量的含油鉆屑及廢棄油基鉆井液。目前，國內(nèi)外油基鉆井液廢棄物處理技術(shù)主要有：熱蒸餾法、溶劑萃取法、超臨界流體抽提法、坑內(nèi)密封掩埋、注入安全地層或環(huán)形空間、化學(xué)破乳法、生物修復(fù)法等[9-15]。其中，化學(xué)破乳法設(shè)備簡單，條件溫和，油回收率高。為此，開展了化學(xué)破乳法油基鉆井液廢棄物無害化處理技術(shù)研究[16-21]。

1 含油鉆屑高效除油技術(shù)

使用油基鉆井液鉆井，上返巖屑由于受到鉆井液浸泡，含有一定量的鉆井液基油，這部分基油如果能夠得到回收利用，將大大減少含油鉆屑對環(huán)境的污染，同時回收的基油處理后可以回收再利用，增加經(jīng)濟環(huán)境效益。為此研發(fā)了一種高效除油劑，即CYJ-1，通過改變巖屑表面的潤濕性，實現(xiàn)含油巖屑的高效除油。

1.1 含油鉆屑除油方法

本實驗采用帶細(xì)縫的離心管模擬鉆屑甩干機，以便在離心過程中，將鉆屑中的油通過細(xì)縫甩出，避免油在離心管中被重復(fù)沾染。實驗方法如下：

(1) 將清水與除油劑按照體積比90∶10混合，配制成10%的鉆屑清洗液。

(2) 稱取20 g含油鉆屑(含油泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)與10 mL鉆屑清洗液混合，攪拌15 min，放入帶有細(xì)縫的離心管中,3 000 r/min 甩干離心10 min；采用oil480 型紅外分光測油儀測定鉆屑的含油率。

1.2 除油效果評價指標(biāo)

對不同加量除油劑CYJ-1的含油鉆屑中殘油含量作了紅外光譜圖分析，如圖1所示。

在實驗中還測定了不同加量的除油劑CYJ-1與國外最新產(chǎn)品SAS的除油率效果對比，結(jié)果見表1。

表1 不同加量除油劑除油效果與國外同類產(chǎn)品SAS對比Table1 ComparisonofdegreasingeffectbetweendegreasingagentatvariousdosagesandtheforeignsimilarproductSASw/10-6除油率/%處理后鉆屑含油率,w/%CYJ-1SASCYJ-1SASCYJ-1SAS40040095.0196.310.23430.173350050097.0096.560.14100.16151000100097.1397.280.13480.12792000200097.1297.420.13530.12144000400097.5797.900.11420.0986200002000098.2798.270.08130.0813

通過以上實驗，可以證明除油劑CYJ-1的除油率已經(jīng)達(dá)到國外昂貴的除油劑仲烷基磺酸鈉(SAS)水平。SAS是一種優(yōu)良的陰離子表面活性劑，市場價約為80元/kg， CYJ-1價格僅為20元/kg左右，使用該產(chǎn)品可以有效回收含油鉆屑中的殘油，加入量為20 000×10-6(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時，除油率高達(dá)98.27%，鉆屑含油率低至0.081 3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)，除油效果良好。處理前后含油鉆屑外觀對比見圖2。

2 廢棄油基鉆井液回收技術(shù)

根據(jù)廢棄油基鉆井液成分及主要污染物的分析結(jié)果，綜合國內(nèi)外專利等技術(shù)文獻的調(diào)研情況，依據(jù)鉆井廢棄物處理要求進行廢棄油基鉆井液收油劑設(shè)計，采用化學(xué)破乳法實現(xiàn)廢棄油基鉆井液的回收利用。

延長油田頁巖氣水平井水平段采用全油基鉆井液進行鉆井，本實驗所用的廢棄油基鉆井液取自頁巖氣鉆井現(xiàn)場，其油基鉆井液的配方如下：

柴油+2%～4%有機土+3%～5%CaO+2%～5%OA+2%～4%主乳化劑+1%～2%輔助乳化劑+0.5%～1%潤濕劑+5%～8%活性調(diào)節(jié)劑+加重劑(適量)

考察不同稀釋比時回收油體積。實驗表明，廢棄油基鉆井液與水的體積比為1∶1和1∶2時，回收油體積較大；隨著稀釋比的增大，回收油體積并未增大。從經(jīng)濟效益和后期處理廢水的難度方面考慮，確定廢棄油基鉆井液的最佳稀釋比為1∶1。

2.1 處理劑單體篩選

(1) 取廢棄油基鉆井液20 mL倒入燒杯中，以漿水體積比1∶1進行稀釋；將燒杯放入恒溫水浴鍋中，加熱至60 ℃，預(yù)熱10～15 min。

(2) 向燒杯中依次加入0.5%的不同種類的破乳劑，再分別加入0.5%的不同種類的滲透劑。攪拌均勻，在水浴鍋中恒溫反應(yīng)30 min。

(3) 向燒杯中加入1% 的CaCl2，攪拌均勻。

(4) 向燒杯中加入0.1%的陰離子聚丙烯酰胺(相對分子質(zhì)量為1 200萬)水溶液3滴，攪拌均勻。

(5) 將燒杯中的液體倒入離心管，放入離心機中，以4 000 r/m的轉(zhuǎn)速離心5 min。

(6) 觀察離心現(xiàn)象，并記錄實驗數(shù)據(jù)。

由表2可以看出，破乳劑DEM-A回收油效果略好于DEM-B；而破乳劑DEM-C，從收油體積上看，其未能形成有效破乳，回收油效果最差，破乳劑DEM-C不適合本次實驗中的廢棄油基鉆井液。另外，破乳劑與滲透劑復(fù)合使用，收油體積明顯增加，加入滲透劑PEN-A時，與加入滲透劑PEN-B時的收油效果沒有明顯差異。因此，在后期復(fù)配試驗中，破乳劑選用DEM-A和DEM-B，滲透劑選用PEN-A。

表2 處理劑單劑回收油效果Table2 Recoveryeffectsofthetreatmentagents稀釋體積比破乳劑種類w(破乳劑)/%滲透劑種類w(滲透劑)/%w(CaCl2)/%油體積/mL水相狀況油相狀況界面狀況1∶1DEM-A0.51.04.4淺黃油亮有乳化層1∶1DEM-B0.51.04.2淺黃油亮有乳化層1∶1DEM-C0.51.0淺黃油亮有乳化層1∶1DEM-A0.5PEN-A0.51.06.1淺黃油亮有乳化層1∶1DEM-A0.5PEN-B0.51.06.2淺黃油亮有乳化層1∶1DEM-B0.5PEN-A0.51.05.8淺黃渾濁有乳化層1∶1DEM-B0.5PEN-B0.51.05.9淺黃渾濁有乳化層1∶1DEM-C0.5PEN-A0.51.0淺黃渾濁厚乳化層1∶1DEM-C0.5PEN-B0.51.0淺黃渾濁厚乳化層

2.2 破乳劑的復(fù)配效果測定

對DEM-A和DEM-B兩種破乳劑進行復(fù)配，實驗數(shù)據(jù)見表3。

考察處理劑加量對收油效果的影響，由表3可以看出，隨著處理劑加量的增大，回收油體積先增加后趨于平穩(wěn)。通過分析以上實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入0.5%DEM-A + 0.5%DEM-B + 0.5%PEN-A時，回收油體積最大且品質(zhì)較好。

表3 破乳劑復(fù)配收油效果數(shù)據(jù)表Table3 Receivingeffectsofthecompounddemulsifierw(DEM-A)/%w(DEM-B)/%w(PEN-A)/%w(CaCl2)/%油體積/mL水相狀況油相狀況界面狀況0.30.30.31.04.7較清油亮微乳化層0.30.50.51.05.3較清油亮微乳化層0.50.30.51.05.3較清油亮微乳化層0.50.50.51.06.5較清油亮微乳化層0.50.70.51.06.2較清油亮微乳化層0.51.00.51.06.2較清油亮有乳化層0.70.50.51.06.2較清油亮有乳化層1.00.50.51.05.6較清渾濁有乳化層0.70.70.51.05.6較清渾亮輕乳化層0.50.50.71.06.2較清渾濁厚乳化層0.70.70.71.06.2較清渾濁有乳化層

2.3 最佳反應(yīng)參數(shù)的確定

2.3.1 反應(yīng)溫度的確定

采用0.5%DEM-A+0.5%DEM-B+0.5%PEN-A組合，分別在不同溫度條件下測定回收油的體積與品質(zhì)。

表4 破乳劑復(fù)配不同溫度收油數(shù)據(jù)Table4 Receivingdataofthecompounddemulsifieratdifferenttemperaturesw(DEM-A)/%w(DEM-B)/%w(PEN-A)/%w(CaCl2)/%溫度/℃油體積/mL水相狀況油相狀況界面狀況0.50.50.51405.3較清油亮微乳化層0.50.50.51505.5較清油亮微乳化層0.50.50.51606.5較清油亮微乳化層0.50.50.51705.0較清油亮微乳化層0.50.50.51805.0較清油亮微乳化層

考察反應(yīng)溫度對收油效果的影響，由表4可以看出，該收油劑配方收油效果在60 ℃時達(dá)到最好。因此，確定回收油實驗的最佳反應(yīng)溫度為60 ℃。

2.3.2 反應(yīng)時間的確定

采用0.5%DEM-A+0.5%DEM-B+0.5%PEN-

表5 破乳劑復(fù)配不同反應(yīng)時間收油數(shù)據(jù)Table5 Receivingdataofthecompounddemulsifieratdifferentreactiontimew(DEM-A)/%w(DEM-B)/%w(PEN-A)/%w(CaCl2)/%時間/min油體積/mL水相狀況油相狀況界面狀況0.50.50.51155.8較清油亮微乳化層0.50.50.51206.9較清油亮微乳化層0.50.50.51256.5較清油亮微乳化層0.50.50.51306.5較清油亮微乳化層0.50.50.51356.0較清油亮微乳化層0.50.50.51405.9較清油亮微乳化層0.50.50.51454.3較清渾濁厚乳化層0.50.50.51504.0較清渾濁厚乳化層

A組合，分別在不同反應(yīng)時間條件下測定回收油的體積與品質(zhì)。

從表5可知，隨著反應(yīng)時間的增加，回收油體積呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，在20～30 min之間回收油體積較大。因此，確定最佳反應(yīng)時間為20～30 min。

2.3.3 離心速度和離心時間的確定

采用不同的離心速度及離心時間進行離心，考察離心速度及離心時間對收油效果的影響，結(jié)果如圖3、圖4所示。

由以上結(jié)果可以看出，回收油體積隨著離心速度和離心時間的增加而增加，并逐漸趨于平穩(wěn)，在轉(zhuǎn)速為8 000 r/min，離心時間為5 min時達(dá)到最大值。由此，確定最佳離心速度為8 000 r/min，最佳離心時間為5 min。

3 現(xiàn)場試驗

研發(fā)的高效巖屑除油劑及廢棄油基鉆井液收油劑配方在延長油田鄂爾多斯盆地云頁平1井進行了現(xiàn)場試驗。云頁平1井井深3 723.83 m，三開鉆頭尺寸215.9 mm，水平段長度1 000 m，三開使用柴油基鉆井液體系。鉆井液性能見表6。

表6 柴油基鉆井液性能Table6 PerformancesofdieseloilbaseddrillingfluidsAV/(mPa·s)PV/(mPa·s)YP/PaYP/PVτ初/Paτ終/PaFL/mL破乳電壓/V34.5268.690.38581.21410

3.1 巖屑除油劑試驗效果評價

將振動篩分離出的含油巖屑送入甩干機，配合使用高效除油劑進行巖屑除油。經(jīng)測定，巖屑含油率為30%。本試驗共處理含油巖屑超過160 t，回收油基鉆井液25 t，處理后巖屑含油率約為1%，可直接排放。云頁平1井將處理后的巖屑作為井場圍堰的修筑材料，降低了井場費用，同時減少了井場占用土地面積。

3.2 廢棄油基鉆井液收油劑配方試驗效果評價

將廢棄的油基鉆井液及研發(fā)的收油劑按比例加入儲存罐，加入稀釋水及 PAM 混合均勻后，攪拌加熱至60 ℃反應(yīng)30 min，將混合液加入離心機進行離心，對離心出的渣進行無害化處理，離心出的液體進行切水分離，產(chǎn)生的油、水分別回收利用。本次試驗漿體積5 m3，經(jīng)回收處理，得到回收油約1.6 m3，試驗條件下，收油劑洗滌作用迅速，洗滌時間短，5 min后洗滌效果即可穩(wěn)定。處理后的柴油及水都可重復(fù)進行利用，大大降低了油基鉆井液成本。

4 結(jié) 論

(1) 研發(fā)了性能優(yōu)良且價格較低的含油巖屑高效除油劑CY-J，在加入量為20 000×10-6(w)時，其除油率可達(dá)到98.27%，鉆屑含油率低至0.081 3%，除油效果良好。

(2) 形成了廢棄油基鉆井液基油回收利用收油劑配方，并確定了其最佳室內(nèi)實驗條件：廢棄油基鉆井液的稀釋體積比為1∶1，藥劑配方為0.5%(w)DEM-A+0.5%(w)DEM-B+0.5%(w)PEN-A，反應(yīng)時間20～30 min，反應(yīng)溫度60 ℃，離心速度8 000 r/min，離心時間5 min。

(3) 云頁平1井現(xiàn)場試驗表明，巖屑除油劑CY-J及廢棄油基鉆井液收油劑配方效果良好，處理效率高，設(shè)備簡單、能耗低、條件溫和，實現(xiàn)了基油、水相及固相的回收利用，實現(xiàn)了基油的回收利用，處理后巖屑含油率為1%左右，固相排放達(dá)到要求，有效降低了鉆井液成本，減少了環(huán)境污染。初步應(yīng)用效果明顯，該技術(shù)有一定的推廣應(yīng)用前景，建議進一步試驗推廣。

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Recoverying technology of oil-based drilling fluids wastes in Yanchang oilfield

Li Hongmei, Jing Feng, Zhao Yi, Ma Zhenfeng

ResearchInstituteofYanchangPetroleum(Group)Co.,Ltd,Xi’an,Shaanxi,China

The great difficulty with managing the wastes efficiently was one of the critical factors to restrict the wide application of the oil based drilling fluids. In view of the technical difficulties with the oil-based drilling fluids technology, a highly efficient degreasing agent for cuttings and demulsifier formulations for waste oil was developed. As a wetting agent, degreasing agent could remove the oil by changing the surface wettability. The experimental results showed that the oil removal rate could reach 98.27% to prove that the promising degreasing effect. The type of the demulsifiers and compound proportion were determined through demulsification experiments to achieve the optimum oil recovery, as well as the optimum reaction temperature, reaction time, centrifugation speed and centrifugation time of the demulsifier formulations. Based on the results of this study, a preliminary field test was carried out in Yunyeping 1 well. Field test showed that the effects of degreasing agent CYJ-1 and demulsifier formulations were satisfactory. They had high processing efficiency, realized the based oil recycling, met the requirement of the solid phase emissions, and effectively reduced the drilling cost and environment pollution.

oil bearing debris, degreasing agent, waste oil-based drilling fluid, recovered oil

國家863計劃資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域頁巖氣勘探開發(fā)新技術(shù)項目“頁巖氣鉆完井及儲層評價與產(chǎn)能預(yù)測技術(shù)研究”(2013AA064501)。

李紅梅(1981-)，女，山東青島人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于陜西延長石油(集團)有限責(zé)任公司研究院，主要從事鉆井液工藝技術(shù)研究工作。E-mail：lihmzj@163.com

TE992

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2017.01.021

2016-04-29；編輯：鐘國利