海洋废弃钻井液处理技术研究

徐良伟，马 超，陈书明，雷 宇

(长江大学石油工程学院，湖北荆州 434023）

海洋废弃钻井液处理技术研究

徐良伟，马 超，陈书明，雷 宇

(长江大学石油工程学院，湖北荆州 434023）

针对滨海－6井废弃钻井液的特点，提出了破胶—固液分离—固化的思想。通过实验优化破胶剂、絮凝剂、固化剂配方。实验结果表明:100 mL废弃钻井液破胶剂加量为2 g，絮凝剂为2 gAS+2.5%HPAM溶液(质量分数0.1%），固液分层现象明显、出水水质透明。固化剂的加量为1.5%CJ－1、27.7%水泥、7.7%CJ－2、6.2%CJ－3。固化强度和浸出液试验表明:固化体在养护15天后平均强度3.0 MPa，浸出液指标达到GB8978—1996《污水综合排放标准》二级标准。

海洋钻井液;破胶;固液分离;固化

渤海海域是易受污染的内陆海，目前海上钻井产生的废弃水基钻井液和钻屑大都未处理，而是采用注入非渗透性地层或者注入地层和井眼环形空间的方法［1］。而废弃钻井液中含有重金属、碱、油、有机物等多种有毒有害污染物，处理难度较大［2］，最终会对海洋环境造成很大的污染［3］。近年来，随着环渤海经济圈的建设，国家对渤海海域环境的保护越来越重视。废弃钻井液的固化法处理被认为是一种比较可靠的好方法，特别适用于膨润土型、部分水聚丙烯酰胺、木质素磺酸铬、油基钻井液等在钻井结束后废弃液的处理［1］。本文对中国石油海洋公司滨海－6H井的废弃钻井液特性分析后提出破胶、固液分离、固化的处理方法，其固化后浸出液和强度测试表明处理效果均达到理想要求。

1 实验方法

1.1 废弃钻井液特性分析

实验样品用滨海－6井废弃钻井液，该废弃钻井液成分复杂，外观褐色至黑色，且呈稠状胶体特性，具有刺激性气味，其常规特性分析见表1。

由表1所示，该废弃钻井液固相含量、COD(化学需氧量）、含油量都较高，且塑性黏度较高，说明胶体体系较为稳定，具有较好的保水性能，自然风干较为困难，因此需先通过破胶絮凝作用，分离出胶体中结合水，再进行废弃钻井液的固化处理。

1.2 废弃钻井液破胶处理方法

将一定量破胶剂与废钻井液高速搅拌混合，放置20 min后用中压失水仪测定处理后的废钻井液滤液量，观察滤饼质量，记录7.5 min时滤液的体积［4］，筛选最优的破胶剂及其加量。

表1 滨海6井废弃钻井液特性分析Tab.1 Analysis of characteristics of waste drilling fluid in Binhai 6 well

1.3 废弃钻井液固液分离实验方法

加一定量的絮凝剂于80 mL上述破胶处理后的废弃钻井液中，先快速搅拌，后慢速搅拌2～3 min。观察固液分层现象、出水水质、出水体积比，筛选最优的絮凝剂及其加量。

1.4 固化实验方法

取上述破胶、絮凝处理后的废弃钻井液沉淀于烧杯中，依次加入支撑剂(砂子）、固化剂(CJ－1、水泥、CJ－2、CJ－3），充分搅拌后倒入固化模型中，在室温条件下，分别养护10天，其固化效果是通过测定固化体抗压强度和浸出液中有害物质的含量进行评定的。

2 结果与讨论

2.1 废弃钻井液的破胶效果

钻井液中细黏土颗粒多，而粗黏土颗粒少，形成的泥饼薄而致密，钻井液滤失量则小［5］。废弃钻井液在未加破胶剂前形成的滤饼厚且松散，其7.5 min时滤液量仅为20 mL，从该废弃钻井液的塑性黏度和滤液量分析，该废弃钻井液体系胶体性质明显，粗颗粒较多。

在选择的四种常用破胶剂中，过硫酸钾的7.5 min时滤失量最大，且破胶后泥饼较为致密，说明体系形成大量细黏土颗粒，其破胶效果最好(图1），在实验中也不会产生过多的气泡，能够配合下步絮凝作用更好的实现固液分离作用。因此确定适合滨海－6井废弃钻井液的破胶剂加量为2.5%的过硫酸钾。

2.2 废弃钻井液絮凝效果

由表2的实验现象分析:对三种价廉的絮凝剂来说，有机絮凝剂1%聚丙烯酰胺溶液和无机絮凝剂加硫酸铝(AS）的固液分层现象明显。加聚丙烯酰胺溶液后，固液分层明显，上层为大量絮状浊液，随着聚丙烯酰胺溶液的不断增加，其上层浊液量逐渐增加，当加量到4% ～6%时，其浊状液的量的增长减小。加AS后实现固液分层后，随着加量的增加，分层较为明显，水质透明，但大部分在磨口量筒中间出现液体，实际中不容易实现固液分离。因此，实验中利用0.1%聚丙烯酰胺溶液与AS进行复配，以期在废弃钻井液分层后实现固液分离。

图1 废弃钻井液破胶剂效果评价Fig.1 Evaluation of effect of breakers on the waste drilling fluids

2.3 废弃钻井液固化剂配方确定

对于不同的固化剂，其在固化过程中所起的作用也是不同的，对于同一种固化配方，固化剂加入的顺序不同，固化的效果也不同［6］，所以通过正交试验来确定固化剂的加入顺序和加量。极差的大小反映因素变化时实验指标的变化幅度，因素的极差越大，该因素对实验指标的影响越大［7］。按照表3和表4的正交设计，根据实验结果确定的固化剂加入顺序为:A(水泥）、B(CJ－1）、C(CJ－2）、D(CJ－3），固化剂最佳的配方为A3B2C3D3，即每100 mL废弃钻井液固液分离后沉淀物，加入60 g砂子，依次加入2 gCJ－1，18 g水泥，5 gCJ－2，4gCJ－1。按原废弃钻井液质量计算，即1.5%CJ－1+27.7%水泥 +7.7%CJ－2+6.2%CJ－3。

2.4 废弃钻井液固化体强度和浸毒试验

根据正交试验的结果，按照1.4的固化实验方法制出优化配方的固化体模型，测试固化体的强度，浸毒实验是参照国家标准(GB5086.1—1997）固体废物浸出毒性浸出翻转法进行［8］，将固化体浸泡于一定质量的水中，水与固化体的质量比为10∶1，间断性的加以搅拌，分析不同时间浸出液有害物质污染物浓度指标，从而判断钻井废泥浆的固化处理效果。

表2 絮凝剂的效果评价Tab.2 The evaluation of effects of flocculant

表3 正交试验的因素和水平Tab.3 The factors and level of orthogonal experiments

表4 固化L9(34）正交表Tab.4 The orthogonal experiments with L9(34）

表5的检测结果可知:固化体在养护15天后强度平均大约在3.0 MPa，抗压强度得到较大的提升，且泛霜不明显。固结物浸出液污染物指标可达污水综合排放标准二级标准(GB8978—1996）允许排放浓度［9］，能有效固结钻井废泥浆中的有害物质。

3 结论

(1）滨海6－H井废弃钻井液成分复杂，体系胶体特性较为明显，因此提出首先优化破胶剂及其加量，分离固相与液相，液相用于重新配浆，固相用于固化处理实现无害化的方法。

(2）该体系100 mL废弃钻井液破胶剂加量为2 g过硫酸钾，絮凝剂为2 g AS+2.5%HPAM溶液(质量分数0.1%），其固液分层现象明显，出水水质透明，能回收利用该体系约3/8的水分，用于重新配浆。

(3）固液分离后对其固相进行固化处理，固化剂的加量为 1.5%CJ－ 1、27.7% 水泥、7.7%CJ－ 2、6.2%CJ－3。固化强度和浸出液试验表明:固化体在养护15天后平均强度3.0 MPa，浸出液指标达到GB8978—1996《污水综合排放标准》二级标准。

表5 固化体抗压强度和浸毒实验检测结果Tab.5 The intensity test and effect of toxin test on solid

［1］王眉山，郑毅.中国废弃钻井液处理技术发展趋势［J］.钻井液与完井液，2009，26(6）:77－79.

［2］万仁溥，张琪.油井建井工程［M］.北京:石油工业出版社，2001.

［3］王学川，胡艳鑫，郑书杰，等.国内外废弃钻井液处理技术研究现状［J］.陕西科技大学学报(自然科学版），2010，28(6）:169－173.

［4］中国石油天然气总公司.中华人民共和国石油天然气行业标准:SY/T5107—1995水基压裂液性能评价方法［S］.1995.

［5］鄢捷年.钻井液工艺学［M］.东营:中国石油大学出版社，2001.

［6］薛玉志，马云谦，李公让.海上废弃钻井液处理研究［J］.石油钻探技术，2008，36(5）:12－15.

［7］贺吉安.四川油气田完井废物固化处理技术研究［D］.四川成都:西南交通大学，2008:24－29.

［8］国家环境保护局标准司.中华人民共和国国家标准:GB 5086.1—1997固体废物浸出毒性浸出方法——翻转法［S］.1997.

［9］国家环境保护局.中华人民共和国国家标准:GB 8978—1996污水综合排放标准［S］.北京:中国环境科学出版社，1996.

Research on disposal of coastal waste drilling fluid

XU Liangwei，MA Chao，CHEN Shuming，LEI Yu
(Petroleum Engineering of College，Yangtze University，Jingzhou Hubei 434023，China）

Based on the characteristics of Binhai 6 well，we firstly take measures of gel breaking，then separate solid and liquid，and at last solidify.The prescription of gel breaker，flocculants and curing agents is optimized by the experiments.The result shows that the dosing quantity of breaker is 2 g/100 mL，flocculants is 2 g AS and the solution of 2.5%HPAM.The separation of solid and liquid is clear，and the color of water is transparent.The quantity of curing agent is 1.5%CJ－1，27.7%cement，7.7%CJ－2 and 6.2%CJ－3.It is proved by intensity and dip that the average solidified intensity is about 3.0 MPa after 15 days maintenance，and leachate index meets the standardⅡ of Integrated Waste Water Discharge Standard(GB8978—1996）.

coastal drilling fluid;gel breaking;separation of solid and liquid;solidify

TE254+.2

A

10.3969/j.issn.1008－2336.2011.04.084

中国石油集团海洋工程有限公司项目“海洋废弃钻井液固化处理技术研究”(编号:201002240154）研究成果。

2011－05－11;改回日期:2011－06－24

徐良伟，男，1986年生，长江大学石油与天然气工程专业在读硕士，主要从事油田化学研究。E-mail:xliangwei@126.com。

1008－2336(2011）04－0084－03