海上油田废弃钻井液固液分离技术研究

［收稿日期］２０１２－０４－０９［基金项目］中国海洋石油总公司科技攻关项目（ＪＤ１１ＺＣＪＸ０７５Ｗ）。［作者简介］周建良（１９６４－），男，１９８５年石油大学毕业，高级工程师，现主要从事钻井工程研究工作。海上油田废弃钻井液固液分离技术研究周建良（中海油研究总院，北京１０００２７）岳前升（长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州４３４０２３）杨立平，朱益辉（中海油能源发展监督监理技术分公司，天津３２００４５）吴洪特，白超峰，傅雄涛（长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州４３４０２３）［摘要］为保护海洋生态环境，必须对海上油田废弃钻井液进行处理。以我国海上油田使用较广泛的有机正电胶钻井液为例，研究了废弃钻井液的固液分离技术。室内就酸化对破胶影响、无机混凝剂种类和加量、有机絮凝剂加量、ｐＨ值对絮凝效果影响以及适宜沉降时间等进行了研究。结果表明，对废弃钻井液进行酸化处理有利于固液分离和降低化学需氧量ＣＯＤ；优选出聚合硫酸铁ＰＦＳ为无机混凝剂，适宜加量为３０００ｍｇ／Ｌ；阳离子聚丙烯酰胺加量为１０ｍｇ／Ｌ；ｐＨ值在６～８时有利于脱稳和絮凝；沉降时间不低于３０ｍｉｎ。现场试验结果表明，废弃钻井液固液分离后固相可以达到农用污泥排放标准。［关键词］废弃钻井液；固液分离；絮凝；化学需氧量（ＣＯＤ）；生化需氧量（ＢＯＤ）；环境保护［中图分类号］ＴＥ９９２．３［文献标识码］Ａ［文章编号］１０００－９７５２（２０１２）０９－０１４８－０４渤海湾是我国海上油气主要聚集区之一，同时又是内海，水体交换速度慢，一旦水体受到污染，即使治理后其生态恢复周期也相当长，因此对海上油气钻井所涉及到的废弃钻井液和钻屑的排放有着非常严格的规定和限制。根据相关规定，渤海属于一级海域，钻井作业中使用的油基钻井液和相应的钻屑禁止向海洋直接排放；在油层中钻进的水基钻井液和油层钻屑也禁止向海洋直接排放［１］。现在海上钻井非储层段水基钻井液还允许直接排入海中，但从保护渤海湾生态环境来看，所有海上油气钻井所涉及到的钻井液和钻屑做到“零”排放是势在必行，这就涉及到废弃钻井液的处理问题。目前，我国陆上油田废弃钻井液处理主要有固化法和固液分离处理法两类［２～１４］。固化法处理成本相对较低，也较易操作，但往往是治标不治本，仍然存在二次污染环境的可能性；固液分离法处理成本较高，但治污较彻底。根据海上作业特点，废弃钻井液采用固液分离技术比较适合。笔者针对渤海油田使用比较广泛的有机正电胶钻井液［１５］，对其固液分离技术展开研究，为海上钻井废弃物无害化处理提供一种思路。１试验部分１．１试验用材料中海油渤海油田有机正电胶钻井液（现场取样）；聚合氯化铝（ＰＡＣ）；聚合硫酸铁（ＰＦＳ）；聚合氯化铝铁（ＰＡＦＣ）；氯化铁ＦｅＣｌ３；氯化铝ＡｌＣｌ３，硫酸铝Ａｌ２（ＳＯ４）３，阳离子聚丙烯酰胺（ＰＡＭ），均为工业级。１．２试验过程和检测方法１）废弃钻井液性能测定根据相关标准对海上废弃有机正电胶钻井液性能指标进行测试。２）废弃钻井液在不同ｐＨ值时的状态将废弃钻井液用硫酸调节至不同ｐＨ值，放置３０ｍｉｎ后离心取清液测定ＣＯＤ（化学需氧量），并观察废弃物状态。３）无机混凝剂优选将废弃钻井液与海水等体积混合，调节ｐＨ值至２，添加一定量的无机混凝·８４１·石油天然气学报２０１２年９月第３４卷第９期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｉｌａｎｄＧａｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｅｐ．２０１２Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．９剂，再加入１０ｍｇ／Ｌ有机絮凝剂，观察混合液的状态并测定上层清液的ＣＯＤ，以此来优选无机混凝剂种类和加量。４）有机絮凝剂加量优选将废弃钻井液与海水等体积混合，调节ｐＨ值至２，添加一定量的无机混凝剂，再加入一定量的有机絮凝剂，观察混合液的状态并测定上层清液的ＣＯＤ，以此来优选有机絮凝剂适宜加量。５）ｐＨ值对混凝效果影响将废弃钻井液与海水等体积混合，调节ｐＨ值至２并放置３０ｍｉｎ，调节混合物至不同ｐＨ值。添加一定量的无机混凝剂和一定量的有机絮凝剂，观察混合液的状态并测定上层清液的ＣＯＤ，以此来优选脱稳絮凝适宜的酸碱环境。６）适宜沉降时间的确定将废弃钻井液与海水等体积混合，调节ｐＨ值至２并放置３０ｍｉｎ，调节混合物ｐＨ值至适宜值。添加一定量的无机混凝剂和一定量的有机絮凝剂，每隔一定时间观察混合液的状态并测定上层清液的ＣＯＤ，以此来确定适宜的沉降时间。７）ＣＯＤ测定废水ＣＯＤ等指标测定方法参照相关国家标准［１６］进行。２结果与讨论２．１废弃钻井液性能指标由于有机正电胶钻井液是渤海湾海洋油田开发中使用最广泛的水基钻井液，因此笔者以有机正电胶钻井液为研究对象，无特殊注明外，文中所涉及到的钻井液均指废弃的有机正电胶钻井液。废弃有机正电胶钻井液性能指标见表１。从废弃有机正电胶钻井液外观来看，体系相当稳定，外观呈黏稠流体状态，是具有颗粒细小、级配差、黏度大、含