化学热洗法处理页岩气开采废钻井液

马江平李登疆祝伟张克江王霞

（1.成都科衡环保技术有限公司；2.新疆师范大学化学化工学院；3.中国石油塔里木油田分公司）

化学热洗法处理页岩气开采废钻井液

马江平1，2李登疆2祝伟3张克江1王霞3

（1.成都科衡环保技术有限公司；2.新疆师范大学化学化工学院；3.中国石油塔里木油田分公司）

针对页岩气开采过程中所产生的废钻井液处理，采用化学热洗的方法对废钻井液进行了油、水、固三相分离，并使用5%的清洗剂对废钻井液中的泥砂和岩屑进行除油。结果表明：温度为40℃、搅拌转速为160r／min、破稳剂浓度为50g／L、清洗剂的浓度为5%时，废钻井液中油的回收率达到了98%，泥砂与岩屑的含油量均小于2%。

化学热洗法；废钻井液；破稳；油回收；清洗

0 引 言

页岩气开发钻井的油基钻井液成分主要包括主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、碱度调节剂、有机土、增黏剂、降滤失剂、加重剂、水相、油相。油基钻井液由于具有强抑制性、强耐温性、抗污能力好、保护油气层、润滑性能好、抗腐蚀性强等显著优点，经由原油、柴油全油基、柴油油包水、低胶质油包水、低毒油包水、白油全油基的发展历程，是目前钻深井、大斜度井、水平井和各种复杂地层的主要手段。目前主要的处理方法有：回注地层［1-2］、超临界流体抽提法［3］、化学热洗法［4］、溶液萃取法、生物修复［5-6］等。因此，针对特定的废钻井液处理，选择技术合理、经济有效的处理方法来解决目前石油、天然气开采过程中所产生的大量废钻井液。

化学热洗法是将具有破乳性能的化学试剂投入废弃泥浆中，再加入絮凝剂、表面活性剂等，反应完全后废弃泥浆分顶层油、中间层水和不含油的底层泥砂。该方法工艺简单，对设备要求低、一次性投资省，可回收油等优点而备受关注。本文介绍了一种化学热洗的方法对高含油的废弃废钻井液的清洗实验，研究了温度、破稳剂和清洗剂浓度对处理效果的影响。处理后的油基钻井废物可清晰地分离为油、水、固三相。

1 实 验

1.1 仪器

FA2004N电子天平（上海菁海仪器有限公司）；HW526型电热恒温水浴锅（上海一恒科技有限公司）；100W直流电机（金坛市医疗仪器厂）；70-1型远红外线干燥箱（上海申光仪器仪表有限公司）。

1.2 药品

萃取剂（成都科衡环保）；破稳剂（成都科衡环保）；清洗剂（成都科衡环保）；乙酸（分析纯）；PAM（阴离子型）。

1.3 废钻井液性质

本实验所采用的废钻井液为某页岩气开采过程中所产生的废钻井液，直接来自钻井固控设备振动筛和离心机所排出的油基泥浆废物，其组成（质量分数）为含水率17.3%；含油率49.4%；含固率33.3%。从质量组成可看出废钻井液中的含油量很高，这部分油回收后将具有很大的经济价值［4］。

1.4 方法

取100mL废钻井液200g于三口烧瓶，放入40℃水浴锅进行预热，在直流搅拌机的搅拌下（转速160r／min）加入10mL萃取剂，萃取30min后加入200mL水，经过30min搅拌依次加入破稳剂10mL、清洗剂20mL，反应30min后将液体倒出静置分层，用水冲洗掉底层岩屑颗粒间的杂质，将岩屑放入烘箱进行烘干。

1.5 结果分析

废钻井液经过处理后分为了三层：顶层油层、中间层水层、底层砂层。顶层油的析出量占废钻井液含量的98%，这部分油具有一定的可回收价值。中间水层透明，可处理后循环使用。底层砂与岩屑清洗后含油量少于2%，恢复到原本状态，符合中石油行业要求和GB50747—2012《石油化工污水处理设计规范》。

1.5.1 温度对油回收率的影响

按照实验方法其他条件不变，考察温度对油回收率的影响，考察温度分别为20，30，40，50，60℃不同温度对油回收率的影响结果，见图1。

图1 不同温度对油回收率的影响

从图1可看出温度超过40℃后油回收率开始下降，这是因为部分的萃取剂发生了挥发，导致萃取效果降低，考虑到经济与效果最佳温度为40℃。

1.5.2 萃取剂用量对油回收率的影响

萃取剂对废钻井液的中的大部分油进行萃取，少量的油附着在泥砂与岩屑表面无法萃取，考虑到经济适用性必须选出最低使用量。在实验方法中其他条件不变，改变萃取剂的用量来确定最佳用量。萃取剂用量对油回收率的影响见图2。

图2 萃取剂用量对油回收率的影响

从图2可看出，萃取剂10g／L是本实验的最佳用量。

1.5.3 破稳剂的筛选

废钻井液加入几种备选的破稳剂后，其破稳效果见表1。

表1 反应时间30min不同破稳剂效果

从表1可看出：在相同的条件下，乙酸、PAM的破稳效果都不明显，废钻井液没产生分层效果，且PAM处理后的中间水层厚度小，析出的油量少。因此，最终决定选用破稳剂。

1.5.4 破稳剂的加量

破稳剂的加量对破稳效果的影响见图3，破稳剂的随着浓度的增加，中间层的厚度也不断增加，当破稳剂的加量为50g／L时中间层厚度变化很小，因此破稳剂的加量确定为50g／L。

图3 破稳剂投加量对破稳效果的影响

1.5.5 清洗剂加量对效果的影响

清洗剂加量对岩屑泥砂的清洗效果见表2。

表2 清洗剂不同浓度的清洗效果

从表2可看出清洗剂的加量小于5%时，泥砂与岩屑表面的油未被完全去除，加量超过5%时清洗效果趋于饱和状态。因此选定清洗剂的浓度为5%。

2 结 论

本文对某页岩气开采过程中直接来自钻井固控设备振动筛和离心机所排出的油基泥浆废物进行了化学热洗实验研究，结论如下：

萃取剂的萃取效果随着用量的增加，其效果越好，但从经济可行性考虑确定萃取剂的最佳用量为10g／L。温度影响着萃取剂的萃取效果，温度超过40℃后萃取剂的萃取效果变差，油的回收量变少且分层效果不明显。

研究了破稳剂的用量对分层效果的影响，当投加量为50g／L时中间层变化最小，且成本低。

清洗剂的含量为5%的清洗效果最佳，砂与岩屑表面含油量小于2%并恢复本色。

为减少萃取剂的使用量和降低运行成本，将来可在井口设油基钻井液回收设备，回收油基钻井液中液相，以降低钻井液废物中的油分和后续处理系统的负荷。

［1］ Sirevag G，Bale A．An Important Method for Grinding and Reinjecting of Drill Cuttings［J］．SPW．IADCDrilling Conference．Paper 25758，1993．

［2］ Louviere R J，Reddoch J A．Onsite Disposal of Rig-Generated Waste Via Slurrification and Annular Injection［J］．SPWIADC Drilling Conference，Paper 25755，1993．

［3］ Street C G，GuiGard S E．Treatment of Oil-Based Drilling Waste Using Super-critical Carbon Dioxide［J］．University of Alberta Journal of Canadian Petroleum Technology，2009，12（6）：26-28．

［4］ B＾ohm J T C．From Disposal at Sea to Distribution of Oil-Based Cuttings［R］．SPE 28817，2000．

［5］ Chaineau C H，Rougeus G，Yepremian C，et al．Effects of Nutrient Concentration on the Biodegradation of Crude Oil and Associated Microbial Populations in the Soils［J］．Soil Biology and Biochemistry，2005，37（8）：1490-1497．

［6］ Chaillan F，Chaineau C H，Point V，et al．Factors Inhibiting Bioremediation of Soil Contaminated with Weathered Oils and Drill Cuttings［J］．Environmental Pollution，2006，144（1）：255-265．

j.issn.1005-3158.2015.02.006

1005-3158（2015）02-0016-03

2015-01-08）（编辑 李娟）

马江平，2007年毕业于新疆大学化学化工学院化学专业，现在成都科衡环保技术有限公司与新疆师范大学化学化工学院联合实验室从事油田与环保化学品的研发工作。通信地址：新疆乌鲁木齐市沙依巴克区新医路102号新疆师范大学化学化工学院，830054