羅榮川

（中石化西南石油工程有限公司油田工程服務分公司）

脫水法在川西廢鉆井液處理中的應用

羅榮川

（中石化西南石油工程有限公司油田工程服務分公司）

介紹川西地區(qū)廢鉆井液的特點，簡述目前廢鉆井液的處理現(xiàn)狀，評析固化法、坑內(nèi)密封處理法等現(xiàn)有處理技術特點。通過理論和實驗探討脫水法處理廢鉆井液的可行性，添加絮凝劑后，在離心速度4000r／min、離心時間7min條件下，可實現(xiàn)對COD、石油類和pH值達標處理。文章最后對脫水法處理廢鉆井液技術進行了展望。

川西；廢鉆井液處理；脫水法；COD；石油類

0 引 言

廢鉆井液是在石油、天然氣的開采、鉆修井過程中產(chǎn)生的由黏土、加重材料、各種化學處理劑、污水、污油及鉆屑組成的多相懸浮體系，其特點是：①呈堿性，pH值一般為8.8～12，部分達到13以上；②固相顆粒微小，95%以上小于200目，泥漿呈流體狀、黏度大、含水率高（50%～90%）［1］；③COD高，包含大量鉆井添加劑，川西地區(qū)泥漿浸出液COD（化學需氧量）在1000～3000mg／L；④滲出液色度高，呈黑色或黑褐色；⑤石油類含量較高，油基廢鉆井液含油量甚至達到10%以上，川西地區(qū)一般為水基泥漿，石油類含量稍低，約為60～180mg／L；⑥含鹽量較高，部分含微量重金屬鹽［2］。川西地區(qū)蘊含豐富的天然氣資源，同時川西地區(qū)也是四川主要糧食產(chǎn)區(qū)，天然氣井分布于田地之間，廢鉆井液管理不當會對當?shù)丨h(huán)境造成嚴重污染，給糧食生產(chǎn)帶來危害，因此廢鉆井液達標處理極其重要。

1 處理現(xiàn)狀

1.1 固化法

目前，廢鉆井液的主流處理技術是固化法。向廢鉆井液中加入水泥、氯化鎂、氯化鈣、粉煤灰、高爐礦渣、磷渣、水玻璃、生石灰、硫酸亞鐵等藥劑，通過固結(jié)、絡合、吸附、包埋等作用將廢鉆井液中產(chǎn)生COD的物質(zhì)及重金屬鹽類固定在土壤中，從而實現(xiàn)達標處理［3-6］。固化法施工簡便，處理能力強，故廣泛應用于現(xiàn)場施工中。但該法有以下缺點：①固化處理時廢鉆井液中污染物質(zhì)并不能真正去除，只是被暫時固定在土壤中，污染物質(zhì)通過土壤中的微生物緩慢降解，其過程十分漫長，分解過程中污染物可能隨水流緩慢釋放到環(huán)境中；②處理成本高，藥劑耗費大；③固化主劑多呈堿性，鉆井液本身也呈堿性，所以處理后泥餅pH值高且不易調(diào)整，調(diào)低pH值還可能影響固化效果，這些問題限制了該技術的進一步發(fā)展。

1.2 坑內(nèi)密封處理法

坑內(nèi)密封處理法是將廢鉆井液在做好防滲的坑中自然蒸發(fā)干，打水泥蓋頂后密封回填，恢復地貌。該法防滲層一般為兩層有機土加中間襯墊塑料膜襯層，能用于高濃度廢鉆井液的處理，但是該法鉆井廢物一直存在，不能實現(xiàn)永久無害化［7］。

1.3 其它泥漿處理方法

其它處理方法諸如回注地層法、焚燒法、土地耕作法等，只是在學術上廣泛研究，存在現(xiàn)場操作性差或目前技術不成熟等問題，工程應用實例很少。

2 脫水法處理廢鉆井液的技術可行性分析

2.1 廢鉆井液中主要污染物質(zhì)的性質(zhì)

鉆井液中產(chǎn)生COD的物質(zhì)主要來源于有機類鉆井添加劑，這些添加劑基本是可溶、易溶或在水中具有較好分散性的物質(zhì)。資料表明，全部的降濾失劑、增黏劑、降黏劑及絮凝劑類物質(zhì)均包含豐富的極性基團，如磺酸基、酰胺基、氨基、羥基等，從而表現(xiàn)出水溶性。而消泡劑、發(fā)泡劑、乳化劑及解卡劑等中除了部分非極性的大分子物質(zhì)外，絕大部分也是水溶性的［8-9］。鉆井液中的重金屬鹽類在一定pH值及氧化還原性條件下也表現(xiàn)出水溶性［2］。

2.2 鉆井液中水的特性及脫水法處理廢鉆井液時

涉及的作用力

鉆井液體系中包含自由水、毛細水、配位水和結(jié)晶水。自由水存在于固相顆粒之間，同泥漿固相顆粒之間作用力很弱，容易實現(xiàn)固液分離。毛細水存在于固體物料自身的裂縫或間隙中，因為鉆井液中固態(tài)顆粒也具有極性，所以其同鉆井液固態(tài)顆粒間存在弱作用力，使得該類水不易分離。配位水和結(jié)晶水存在于顆粒內(nèi)部，形成相應化學鍵，水分子同鉆井液中固態(tài)顆粒存在較強的作用力，這類水不能通過離心、壓濾、抽濾等手段去除。脫水法處理鉆井液主要是將鉆井液中表面水及部分毛細水分離脫出［10-11］，本文定義此分離出的水為脫出水。同時廢鉆井液體系中存在一系列作用力，包括水分子與泥漿中固態(tài)顆粒間的作用力，污染物分子及顆粒同水分子間的作用力，污染物分子及顆粒同泥漿中固態(tài)顆粒間的作用力。

2.3 脫水法應用于廢鉆井液處理的可行性

廢鉆井液中大部分污染物質(zhì)有溶解性，即水分子同大部分污染物分子及顆粒間存在吸引力作用，那么進行廢鉆井液脫水處理時，如果該力能夠克服污染物分子及顆粒與廢鉆井液中固態(tài)顆粒間吸引力，那么該部分污染物質(zhì)就隨著脫出水離開鉆井液體系，從而降低了鉆井液中有害物質(zhì)的濃度。

3 鉆井液脫水達標處理實驗

3.1 設備與藥品

◆設備 攪拌器、離心機（金壇大地自動化儀器廠，800型電動離心機），pH計（成都世紀方舟科技有限公司，PHS-3C+酸度計），紅外分光測油儀（北京華夏科創(chuàng)儀器技術有限公司，OIL480型紅外分光測油儀）。

◆藥品 FeCl3、CaCl2、PAM、FeSO4、NH4Al（SO4）2、MgCl2、PAC、粉煤灰，藥品均為工業(yè)應用級別。

3.2 數(shù)據(jù)分析方法

COD采用重鉻酸鉀法（GB11914—89）測定，pH值采用玻璃電極法（GB6920—86）測定，泥餅浸出液應用水平振蕩法（GB5086.2—1997）制備，石油類采用紅外分光光度法（GB／T16488—1996）測定，含水率為體系含水質(zhì)量占體系總質(zhì)量的百分比。

3.3 實驗原漿特征

實驗用廢鉆井液樣品取自中國石化集團石油工程西南有限公司油田工程服務分公司西南環(huán)保中心袁家固廢處理廠泥漿池。該混合泥漿為水基泥漿，密度1.54g／cm3，泥漿浸出液CODCr2560.14mg／L，石油類28.24mg／L，pH值10.53。

3.4 離心時間及離心速度的確定

為了確定合適的離心時間，分別取20mL添加2%三氯化鐵的廢鉆井液，在3500r／min轉(zhuǎn)速下，離心1，4，7，10，15min，測量離心出的上清液量，測量數(shù)據(jù)如圖1所示，當離心達到7min后，離心脫出水隨時間變化緩慢，所以選擇離心時間為7min。

圖1 離心時間與產(chǎn)水量關系

為了確定合適的離心速度，分別取20mL添加2%三氯化鐵的廢鉆井液，在1500，2000，3000，3500，4000r／min轉(zhuǎn)速下離心7min，測量離心出的上清液量，測量數(shù)據(jù)如圖2所示，當離心機轉(zhuǎn)速達到離心機最大轉(zhuǎn)速4000r／min時，產(chǎn)水量仍然呈現(xiàn)上升趨勢，所以選擇離心速度為4000r／min。 3.5離心實驗效果分析

圖2 離心速度與產(chǎn)水量關系

◆將廢鉆井液不做任何處理直接進行離心操作，以4000r／min速度離心7min，結(jié)果表明固液分離不充分，不能形成上清液，因此必須向廢鉆井液體系中添加絮凝劑及濾水劑，以增強泥水的分離效果。

◆向廢鉆井液中添加不同量的FeCl3、CaCl2、PAM、FeSO4、NH4Al（SO4）2、MgCl2、PAC等絮凝劑后，以4000r／min速度離心7min條件進行離心脫水實驗，實驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 廢鉆井液離心脫水處理實驗數(shù)據(jù)

表1數(shù)據(jù)表明：廢鉆井液中添加一定量絮凝劑可有效凝聚微小泥漿顆粒，增強固相沉降性能，大大改善廢鉆井液離心分離的脫水性能，使廢鉆井液分層明顯，上部為低懸浮物的液體層，下部是較為致密的泥餅層；相同的離心脫水條件，離心分離后泥餅含水率相近。表1數(shù)據(jù)也表明大部分配方可以使廢鉆井液體系的CODCr降到200mg／L以下，當添加1%MgCl2處理劑時CODCr去除率達到96.0%，所有配方平均去除率均90%以上，除序號1和5配方外，CODCr濃度均可達到GB8978—1996《污水綜合排放標準》二級標準的要求，部分達到一級標準；石油類去除率為75.3%～85.4%，濃度均可達到GB8978—1996《污水綜合排放標準》二級標準，部分達到一級標準；pH值均達到一級標準的要求。

4 技術展望

從理論及實驗分析看，脫水法處理廢鉆井液是行之有效的，而且該法可推廣到一般的固體廢物處理領域，處理包括COD、重金屬鹽、氨氮等污染物質(zhì)。預計在未來幾年里這項技術將成為廢鉆井液的主流處理手段。鉆井液脫穩(wěn)技術研究主要包括兩個方面的內(nèi)容：一是脫穩(wěn)技術及脫水添加劑的開發(fā)，一般水基廢鉆井液體系容易破穩(wěn)并實現(xiàn)固液分離，而油基廢鉆井液及三磺體系泥漿的破穩(wěn)需要進一步研究，CODCr去除率同污染物質(zhì)的溶出呈現(xiàn)正相關，開發(fā)增強無害物質(zhì)溶出的配方是提高處理效果的有效方法。二是廢鉆井液脫水設備的研制與改進，因為廢鉆井液存在顆粒小，體系黏度大等特點，要實現(xiàn)廢鉆井液處理的高產(chǎn)量、高脫水率、操作自動化比較困難，針對廢鉆井液特性對現(xiàn)有脫水工藝進行改造或開發(fā)新型脫水設備至關重要。

［1］ 馮士明.油氣鉆井廢泥漿的再利用和回收研究[J].天津建材,1998(3):37-39.

［2］ 孫金蓉.鉆井泥漿中重金屬離子對環(huán)境的污染[J].油氣田環(huán)境保護,1993,3(2):56-62.

［3］ 朱墨,張進,趙雄虎.廢鉆井泥漿無害化處理室內(nèi)研究[J].鉆井液與完井液,1995,12(3):8-13.

［4］ 賀吉安.鉆屑、鉆井液固化處理及堆放環(huán)境的影響分析[J].油氣田環(huán)境保護,2002,12(3):37-40.

［5］ 隆威,李立.廢泥漿凈化于固結(jié)方法的實驗研究[J].探礦工程,1994(6):36-38.

［6］ Jin Xuezhi,Lu Ning.A Research on Universal Fluid Cementing Technique[J].Natural Gas Industry,1998,18 (3):52-53.

［7］ 吳新國,吳新民,屈撐囤.廢鉆井液處理技術及其發(fā)展動向[J].化工環(huán)保,1997,17(2):79-83.

［8］ 王中華.油田化學品[M].北京:中國石化出版社,2001.

［9］ 佟曼麗.油田化學[M].東營:石油大學出版社,1996.

［10］朱劍波.帶式壓濾機脫水性能優(yōu)化設計研究[D].北京:機械科學研究院,2002.

［11］趙揚.濾餅微觀結(jié)構與壓榨過濾理論的研究[D].杭州:浙江大學,2006.

（編輯 石津銘）

10.3969／j.issn.1005-3158.2015.03.004

：1005-3158（2015）03-0012-03

2014-10-28）

羅榮川，2011年畢業(yè)于西南交通大學環(huán)境工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)在中石化西南石油工程有限公司油田工程服務分公司從事油氣田環(huán)境保護管理工作。

通信地址：四川省綿陽市涪城區(qū)臨園路中段67號，621000