一废弃硅基钻井液脱水处理试验研究

印树明

(中国石油大学胜利学院 油气工程学院,山东 东营 257000)

一废弃硅基钻井液脱水处理试验研究

印树明

(中国石油大学胜利学院 油气工程学院,山东 东营 257000)

采用烧杯试验对废弃硅基钻井液脱水效果进行室内试验研究。从分离清液水质、絮体沉降性和离心分离性等方面研究无机混凝剂、有机絮凝剂对废弃硅基钻井液脱水效果的影响。最终优选出最佳无机高分子混凝剂IPA-Ⅰ和最佳有机高分子絮凝剂OF-1。

钻井液;硅基;脱水;高分子;混凝剂;絮凝剂

硅基钻井液中含大量原油,色度高、COD值高、浊度高,并伴有剧烈的臭味,可对周围环境造成污染,对周边生态也会产生危害,因此不能直接外排[1]。固液分离法是目前减少钻井废弃物排放量最基本的方法。通过加入适当的絮凝剂和混凝剂可以改变钻井液中黏土颗粒表面性质,破坏钻井液胶体体系,让更细的颗粒产生聚结,从而更容易被除去[2]。室内研究采用烧杯絮凝试验方法,在程控混凝搅拌仪上实现搅拌条件,最终从分离清液的水质参数、絮体的沉降性、以及离心分离性等评价参数进行评价。

1 室内试验

1.1 试验药品与仪器

试验药品为IPA-Ⅰ、IPA-Ⅱ、IPF-Ⅰ、IPF-Ⅱ、OF-1、OF-2、OF-4、OF-7，仪器为TA6-3程控混凝试验搅拌仪、pHS-25精密酸度仪、HH-6型化学耗氧量测定仪、722分光光度计、分析天平(0.1 mg)等。

1.2 试验对象

试验用废弃硅基钻井液基本性质:密度为1.035 g/cm3,API滤失量为6 mL,pH值为10,浊度为42 120 倍,色度为40 000 倍,COD值为14 350 mg/L。

2 试验数据及分析

2.1 无机高分子混凝剂评价与优选

原钻井液稀释4倍后,取500 mL加入35 mL 0.1%的OF-1,再分别加入无机高分子混凝剂IPA-Ⅰ、IPA-Ⅱ、IPF-Ⅰ、IPF-Ⅱ,通过分析评价指标优选出效果好的混凝剂。

2.1.1 对分离清液水质的影响

依据试验数据绘制混凝剂加药浓度与色度去除率、浊度去除率、COD去除率和pH值去除率关系如图1～4所示。

图1 混凝剂加药浓度与色度去除率关系

由图1可见,IPA-Ⅰ,IPA-Ⅱ在浓度较低时就对色度的去除率较高,且效果稳定。而IPF-Ⅰ、IPF-Ⅱ对色度去除效果变化较大,且在低浓度和高浓度时处理效果差。在图2中,从浊度去除效果看,除IPA-Ⅰ在低浓度时效果不佳外，其他难分伯仲。由图3可知,IPA-Ⅰ,IPA-Ⅱ,IPF-Ⅱ对COD的处理效果相差不大。IPF-Ⅰ的变化最大非常不稳定,效果最差。从图4可以看出,在加入混凝剂后pH值都呈降低趋势,变化规律基本一致。IPA-Ⅰ、IPA-Ⅱ加药浓度的影响比IPF-Ⅰ、IPF-Ⅱ平缓。处理后清液pH值IPA-Ⅰ、IPA-Ⅱ比IPA-Ⅰ、IPF-Ⅱ高。

图2 混凝剂加药浓度与浊度去除率关系

图3 混凝剂加药浓度与COD去除率关系

图4 混凝剂加药浓度与pH值关系

2.1.2 对絮体沉降性能的影响

污泥沉降速度与絮凝颗粒的密度及尺寸有密切关系,因此沉降性能试验能反映密度和尺寸对沉降的影响。密度和尺寸越大,沉降越快。根据试验数据绘制混凝剂加药浓度与絮体初始沉降速度关系,如图5所示。

由图5可见,随着加药浓度的增加絮体沉降速度下降,当加药浓度增大到一定值后沉降速度又呈上升趋势。IPA-Ⅱ形成絮体的初始沉降速度变化大,且出现最大沉降速度;IPA-Ⅰ与IPF-Ⅱ的处理效果差异不大;IPF-Ⅰ的絮体沉降速度在低加药浓度时最低,但当加药浓度高时却超过了IPA-Ⅰ与IPF-Ⅱ。

图5 混凝剂加药浓度与絮体初始沉降速度关系

2.1.3 对离心处理效果的影响

取经絮凝处理的污泥放入离心机,以3 400 r/min离心30 min污泥的含水率评价污泥可脱水程度。根据试验数据绘制混凝剂加药浓度与离心30 min污泥含水率的关系,如图6所示。

图6 混凝剂加药浓度与离心30 min污泥含水率关系

由图6可见,IPA-Ⅰ的含水率变化比较大,且后期有增大的趋势。IPA-Ⅱ的含水率随加药浓度的变化比较平缓,除在低浓度时含水率低外,含水率偏高。IPF-Ⅰ的含水率随加药浓度得增大而不断降低。IPF-Ⅱ的含水率出现了先增大后减小的情况,最低含水率偏高。

2.2 有机高分子絮凝剂评价与优选

原钻井液稀释4倍后,取500 mL。先加入20%的IPA-Ⅰ 25 mL,再分别加入OF-1、OF-2、OF-4、OF-7四种有机高分子絮凝剂,通过分析评价指标优选出效果好的絮凝剂。

2.2.1 对分离清液水质的影响

依据试验结果,绘制絮凝剂加药浓度与色度去除率、浊度去除率的关系如图7、8所示。

由图7可见,4种絮凝剂色度去除率均超过98%。其中OF-4的去除率最稳定;OF-1除了在浓度较小时去除率低,其他浓度下去除率均为最高;OF-7的去除率波动最大。由图8可以看出,4种处理剂浊度去除率也都挺高,OF-1的波动小,效果最稳定。OF-2在浓度较高时处理效果反而变差。OF-7在浓度较高时处理效果也不好。

图7 絮凝剂加药浓度与色度去除率关系

图8 絮凝剂加药浓度与浊度去除率关系

2.2.2 对絮体沉降性能的影响

根据试验数据绘制絮凝剂加药浓度与絮体初始沉降速度关系,如图9所示。

图9 絮凝剂加药浓度与絮体初始沉降速度关系

由图9可见,随着加药浓度的增加絮体沉降速度增大,当浓度增大到一定值后沉降速度反而下降。OF-1的速度最大值为四种中最大,OF-7一直很稳定但是速度最小,其他两个则处于OF-1,OF-7之间。

2.2.3 对离心处理效果的影响

根据试验数据绘制有机高分子絮凝剂加药浓度与离心30 min污泥含水率的关系图,如图10所示。

图10 絮凝剂加药浓度与离心30 min污泥含水率关系

由图10可见,OF-2的污泥含水率变化最为明显,在加药浓度较低时污泥含水率就最小。其他3种絮凝剂的污泥含水率的变化趋势相似。其中OF-1在浓度较低时污泥含水率呈稳步降低趋势。

3 结 论

(1)在无机高分子混凝剂优选中,在水质的COD,浊度,色度去除率方面IPA-Ⅰ和IPA-Ⅱ都表现较好。IPF-Ⅰ和IPF-Ⅱ对色度、浊度、COD的去除率不稳定,曲线变化趋势较大;从絮体沉降性能上看IPA-Ⅱ波动大,不稳定。IPF-Ⅰ和IPF-Ⅱ的絮体沉降效果较差;在离心效果上,IPA-Ⅱ波动小,相对稳定。IPA-Ⅰ去除率的各项指标虽不是最好,但总体表现不错;综合分析,IPA-Ⅰ处理效果最好。

(2)在有机高分子絮凝剂优选中,OF-1在色度去除率、浊度去除率方面表现都不错,在絮体的沉降性能上,OF-1的沉降速度最快,而离心污泥含水率上虽不是最低,但处理效果总体好;OF-2的浊度去除率在浓度高时偏低,且沉降性能也不好,较难过滤;OF-4形成的絮体尺寸和密度不是很好,絮体沉降性能差。OF-7的离心污泥含水率较高,较难离心。综合考虑OF-1的处理效果最好。

[1] 吴芳云,陈进富,赵朝成,等.石油环境工程[M].北京:石油工业出版社,2002:300-302.

[2] 黎钢,朱墨,钱家麟.固液分离法处理废弃钻井液的技术与现状[J].工业水处理,1997,17(1):14- 17.

[责任编辑] 董 燕

2015-10-21

印树明(1982—),男,山东东营人,中国石油大学胜利学院油气工程学院助教,硕士,主要从事油气井化学工程研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2015.04.007

TE922

A

1673-5935(2015)04- 0027- 03