長慶油田廢棄鉆井液固化處理研究

龍懷遠，王松，李行，李紅

(長江大學化學與環境工程學院,湖北 荊州 434023)

尚娟芳

(宜賓職業技術學院生物工程系，四川 宜賓 644000)

長慶油田廢棄鉆井液固化處理研究

龍懷遠，王松，李行，李紅

(長江大學化學與環境工程學院,湖北 荊州 434023)

尚娟芳

(宜賓職業技術學院生物工程系，四川 宜賓 644000)

廢棄鉆井液是石油鉆井過程中產的污染物,如不經處理任意排放,就會污染當地的環境，造成難以估量的損失。筆者在調研國內外廢棄鉆井液固化處理研究現狀的基礎上,探討了長慶油田廢棄鉆井液對環境的影響,研究了幾種固化方法的固化效果,并對固化機理做了初步的分析。通過研究表明:采用無機固化劑GHW-3為主,輔以適量的有機固化劑GHY-1及無機添加劑和填料復合固化劑的固化方法，其固化物固化強度高，經固化后的固化物浸出液毒性檢測其毒性遠小于國家環保指標,具有明顯的社會與環境效益，有一定的推廣應用前景。

長慶油田；廢棄鉆井液；固化；固化劑；固化強度

長慶油田是目前我國一個重要的石油勘探與開發基地，每年都要鉆探數以千計的油井，產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、可溶性的無機鹽類、高分子聚合物、加重材料重晶石等物質，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數百立方米的廢棄鉆井液不進行妥善處理，勢必破壞井場周圍生態平衡，對環境造成破壞與損害，因此對長慶油田廢棄鉆井液的處理是當前西部地區油田急需解決的環境問題之一，研究一種合適的處理方法具有非常重要的社會效益和環境效益[1～6]。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器和藥品

1)實驗儀器 XJ-500五軸高攪拌器(青島海通達儀器公司)；JB50-D增力電動攪拌器(上海標準電動攪拌儀器廠)；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(上海地質儀器廠)；JA-2103N精密天平(上海天平儀器公司)；LY 7抗壓強度測定儀(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)實驗藥品 無機固化劑GHW-3(自行研制)；有機固化劑GHY-1(自行研制)；CaO(上?；瘜W試劑公司)；填料A(荊州火力發電廠)；膨潤土(山東安丘)。

1.2 實驗方法

1)廢棄鉆井液的固化強度測試 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，形成一定強度的固化物，再用LY-007抗壓強度測定儀來測量固化物的抗壓強度。

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行分析，并測量浸泡后對固化物固化強度的影響。

2 結果與分析

2.1 廢棄鉆井液的組成

廢棄鉆井液取自長慶油田現場，根據目前長慶油田靖邊地區現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+重晶石調節密度(配方中的百分數為質量分數，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進行測定，其測定結果如表1所示。COD值、石油類質量濃度、色度、含硫質量濃度等參數都已經遠遠超過國家環保標準，所以要對廢棄鉆井液進行固化處理。

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選

考慮成本等因素，加入自行研制的生物無毒性的有機促凝劑GHY-1，無機固化劑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添加劑CaO，通過正交試驗對配方組成進行優化，優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，分別加入不同質量分數的添加劑，充分攪拌30min，使其混合均勻，然后靜置1、3、7、10d，觀察其固化效果，結果如表2所示。在主固化劑GHY-1和GHW-3質量分數較少時，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和有機促凝劑GHY-1的加入量，可以加快廢棄鉆井液固化，且質量分數越大，固化強度越大。

表2 廢棄鉆井液固化處理優化方案

注：分散為無法測定。

綜上所述，實驗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。將該配方加入到現場廢棄鉆井液中進行固化實驗，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度及其他各項指標，結果見表3。可以看出，廢棄鉆井液固化后的各種指標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，指標變化不大，均達到了國家環保標準，可見其固化效果較好。

表3 廢棄鉆井液固化前后綜合指標

注：w(S2-)為硫離子質量濃度；w(Cr6+)為鉻離子質量濃度。

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。

根據市場平均價格，GHW-3的價格為0.35元/kg；工業級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 現場應用

應用該方案在長慶油田進行了3口井的現場試驗，分別為蘇東59-C3井、慶探2井、蘇南39-82井，其作業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。用攪拌機充分攪拌30min，使藥劑與廢棄鉆井液混合均勻，現場試驗表明，試驗井的廢棄鉆井液經過24h后，就可以形成具有一定強度的固化物，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，其他指標也均在國家二級標準的范圍之內，達到了預期效果。

3 結論

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

2)經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準，其抗壓強度達到1.4MPa，穩定性好。

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

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[編輯] 帥群

2016-10-22

國家自然科學基金項目(41271482)。

龍懷遠(1992-)，男，碩士生，現主要從事鉆完井液的研究與學習工作；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，王松，李行，等.長慶油田廢棄鉆井液固化處理研究[J].長江大學學報(自科版), 2017,14(7):50～52.