龍懷遠(yuǎn)，王松，李行，李紅

(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 荊州 434023)

尚娟芳

(宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系，四川 宜賓 644000)

長慶油田廢棄鉆井液固化處理研究

龍懷遠(yuǎn)，王松，李行，李紅

(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 荊州 434023)

尚娟芳

(宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系，四川 宜賓 644000)

廢棄鉆井液是石油鉆井過程中產(chǎn)的污染物,如不經(jīng)處理任意排放,就會污染當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，造成難以估量的損失。筆者在調(diào)研國內(nèi)外廢棄鉆井液固化處理研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,探討了長慶油田廢棄鉆井液對環(huán)境的影響,研究了幾種固化方法的固化效果,并對固化機(jī)理做了初步的分析。通過研究表明:采用無機(jī)固化劑GHW-3為主,輔以適量的有機(jī)固化劑GHY-1及無機(jī)添加劑和填料復(fù)合固化劑的固化方法，其固化物固化強(qiáng)度高，經(jīng)固化后的固化物浸出液毒性檢測其毒性遠(yuǎn)小于國家環(huán)保指標(biāo),具有明顯的社會與環(huán)境效益，有一定的推廣應(yīng)用前景。

長慶油田；廢棄鉆井液；固化；固化劑；固化強(qiáng)度

長慶油田是目前我國一個重要的石油勘探與開發(fā)基地，每年都要鉆探數(shù)以千計的油井，產(chǎn)生大量的廢棄鉆井液。廢棄鉆井液的主要成分包括鉆屑、石油烴類、可溶性的無機(jī)鹽類、高分子聚合物、加重材料重晶石等物質(zhì)，其有害成分會破壞植被，危害植物的生長，影響人類的正常生活。如果對于每口井多達(dá)數(shù)百立方米的廢棄鉆井液不進(jìn)行妥善處理，勢必破壞井場周圍生態(tài)平衡，對環(huán)境造成破壞與損害，因此對長慶油田廢棄鉆井液的處理是當(dāng)前西部地區(qū)油田急需解決的環(huán)境問題之一，研究一種合適的處理方法具有非常重要的社會效益和環(huán)境效益[1～6]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和藥品

1)實(shí)驗(yàn)儀器 XJ-500五軸高攪拌器(青島海通達(dá)儀器公司)；JB50-D增力電動攪拌器(上海標(biāo)準(zhǔn)電動攪拌儀器廠)；CA22分光光度儀(深圳市天友利光源有限公司)；0299天平(上海第二天平儀器廠)；XZNG固相含量測定儀(青島膠南儀器公司)；pH計(上海地質(zhì)儀器廠)；JA-2103N精密天平(上海天平儀器公司)；LY 7抗壓強(qiáng)度測定儀(四川成都材料與工藝研究所)；Orion AQUAfast Ⅱ濁度儀(美國奧德樂公司)。

2)實(shí)驗(yàn)藥品 無機(jī)固化劑GHW-3(自行研制)；有機(jī)固化劑GHY-1(自行研制)；CaO(上?；瘜W(xué)試劑公司)；填料A(荊州火力發(fā)電廠)；膨潤土(山東安丘)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1)廢棄鉆井液的固化強(qiáng)度測試 取廢棄鉆井液500mL于燒杯中，向燒杯中加入不同百分比的固化劑，然后攪拌均勻，放置一段時間，形成一定強(qiáng)度的固化物，再用LY-007抗壓強(qiáng)度測定儀來測量固化物的抗壓強(qiáng)度。

2)固化后的浸出物含量的測試 取固化一定時間的固化樣塊?25mm×50mm的圓柱體，放在燒杯中，加入1000mL蒸餾水，在25℃下浸泡一定的時間，取上層清液，對固化體的浸出液進(jìn)行分析，并測量浸泡后對固化物固化強(qiáng)度的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 廢棄鉆井液的組成

廢棄鉆井液取自長慶油田現(xiàn)場，根據(jù)目前長慶油田靖邊地區(qū)現(xiàn)場鉆井液的使用情況，其具體配方：1000mL水+5%膨潤土+0.5%Na2CO3+0.2%KPAM+1.0%NH4PAN+2%SPNH+1.5%SMP-2+1.0%SAS+5%柴油+0.5%xy-27+重晶石調(diào)節(jié)密度(配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)。

2.2 廢棄鉆井液污染物的測定

從廢棄鉆井液中提取液相物質(zhì)進(jìn)行測定，其測定結(jié)果如表1所示。COD值、石油類質(zhì)量濃度、色度、含硫質(zhì)量濃度等參數(shù)都已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，所以要對廢棄鉆井液進(jìn)行固化處理。

表1 廢棄鉆井液主要污染成份分析

2.3 廢棄鉆井液固化劑優(yōu)選

考慮成本等因素，加入自行研制的生物無毒性的有機(jī)促凝劑GHY-1，無機(jī)固化劑GHW-3，并輔以適量的填料A，另外還選擇了一種輔助型的無機(jī)添加劑CaO，通過正交試驗(yàn)對配方組成進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)選出具有代表性的長慶油田廢棄鉆井液的固化處理方案[7～10]。取長慶油田廢棄鉆井液500mL，分別加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的添加劑，充分?jǐn)嚢?0min，使其混合均勻，然后靜置1、3、7、10d，觀察其固化效果，結(jié)果如表2所示。在主固化劑GHY-1和GHW-3質(zhì)量分?jǐn)?shù)較少時，增加輔助添加劑的量，延長固化時間都不能使廢棄鉆井液固化。增加主固化劑GHW-3和有機(jī)促凝劑GHY-1的加入量，可以加快廢棄鉆井液固化，且質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，固化強(qiáng)度越大。

表2 廢棄鉆井液固化處理優(yōu)化方案

注：分散為無法測定。

綜上所述，實(shí)驗(yàn)得出固化處理長慶油田廢棄鉆井液最佳配方：10%GHW-3+10%A+1%GHY-1+0.5%CaO。將該配方加入到現(xiàn)場廢棄鉆井液中進(jìn)行固化實(shí)驗(yàn)，固化10d后，鉆取固化物為?25mm×50mm的圓柱體，放在蒸餾水中分別浸泡1、3、7、10d后，取出固化物測定其強(qiáng)度及其他各項(xiàng)指標(biāo)，結(jié)果見表3?？梢钥闯?，廢棄鉆井液固化后的各種指標(biāo)比固化前的明顯下降，但固化后的鉆井液在蒸餾水中浸泡的浸出物隨著時間的延長，指標(biāo)變化不大，均達(dá)到了國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，可見其固化效果較好。

表3 廢棄鉆井液固化前后綜合指標(biāo)

注：w(S2-)為硫離子質(zhì)量濃度；w(Cr6+)為鉻離子質(zhì)量濃度。

2.4 處理藥品成本分析

按照處理1m3廢棄鉆井液所需要的固化處理配方：GHW-3加量0.1t，無機(jī)添加劑CaO加量0.05t，填料A加量0.1t，促凝劑GHY-1加量0.01t。

根據(jù)市場平均價格，GHW-3的價格為0.35元/kg；工業(yè)級CaO的價格為0.4元/kg；填料A的價格為0.1元/kg；GHY-1的價格為1.15元/kg。藥品成本合計為：100×0.35+5×0.4+100×0.1+10×1.15=58.5元/m3

2.5 現(xiàn)場應(yīng)用

應(yīng)用該方案在長慶油田進(jìn)行了3口井的現(xiàn)場試驗(yàn)，分別為蘇東59-C3井、慶探2井、蘇南39-82井，其作業(yè)過程是在廢棄鉆井液池中依次加入10%GHW-3、1%GHY-1、0.5%CaO，最后加入10%A。用攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢?0min，使藥劑與廢棄鉆井液混合均勻，現(xiàn)場試驗(yàn)表明，試驗(yàn)井的廢棄鉆井液經(jīng)過24h后，就可以形成具有一定強(qiáng)度的固化物，固化均勻，鉆井液池中無死角。10d后用取樣器分上、中、下三個部位鉆取固化物，測量其強(qiáng)度分別為1.15、1.10、1.05MPa，固化物浸泡10d后的浸泡液COD值為68.5mg/L，其他指標(biāo)也均在國家二級標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)，達(dá)到了預(yù)期效果。

3 結(jié)論

1)確定了以自行研制的無機(jī)固化劑為主的固化劑配方：10%GHW-3+10%A+1%GHY-1+0.5%CaO。

2)經(jīng)處理后的廢棄鉆井液，固化物浸出液有害成分不超過國家標(biāo)準(zhǔn)，其抗壓強(qiáng)度達(dá)到1.4MPa，穩(wěn)定性好。

3)采用該固化處理法對長慶油田廢棄鉆井液進(jìn)行了3口井的現(xiàn)場試驗(yàn)，操作工藝簡單，處理費(fèi)用適宜，藥劑成本約為58.5元/m3，現(xiàn)場應(yīng)用效果表明固化效果好，具有一定的推廣應(yīng)用價值。

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[編輯] 帥群

2016-10-22

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41271482)。

龍懷遠(yuǎn)(1992-)，男，碩士生，現(xiàn)主要從事鉆完井液的研究與學(xué)習(xí)工作；通信作者：王松，wangs_2008@sina.com。

TE254

A

1673-1409(2017)7-0050-03

[引著格式]龍懷遠(yuǎn)，王松，李行，等.長慶油田廢棄鉆井液固化處理研究[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版), 2017,14(7):50～52.