柚子皮在废弃钻井液无害化处理中的应用

王金树 周芳芳 王福魁

摘 要：目前废弃钻井液处理多采用无机絮凝剂和有机絮凝剂对其进行絮凝处理。但处理剂在使用过程中会对环境造成二次污染，还会产生高昂的费用，因此亟需一套环保、经济、有效的废弃钻井液无害化处理工艺。本论文以天然的柚子皮为研究对象，通过柚子皮预处理、废弃钻井液处理效果评价、柚子皮进行改性优化，得到最优絮凝产品。通过对现场废弃钻井液絮凝实验，验证了柚子皮具有良好的絮凝效果。为环保、节约、可持续的废弃钻井液处理工艺提供了借鉴。

关键词：废弃钻井液;柚子皮;改性实验;环保

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.058

1 引言

冀东油田地处唐山南部沿海、渤海湾中心地带，属于环境极度敏感地区。随着油田的发展，油田废弃物逐年增加，其中每年钻井产生的废弃钻井液多达30万吨，这些废弃钻井液成分复杂、处理难度大，若直接外排或处理不当会对油田周边滨海、农场、盐池、养殖池及曹妃甸生态区造成严重污染。

目前废弃钻井液处理主要使用无机絮凝剂和有机絮凝剂两大类。但两类处理剂在使用过程中不但会对环境造成二次污染，还会产生高昂的费用[1]。随着石油行业的持续低迷和环保要求的不断提高，废弃钻井液的处理无疑增加了油田企业的生产成本和资金压力。因此亟需一套环保、经济、有效的废弃钻井液无害化处理工艺。

我国是世界上水果生产大国，在水果加工和食用后，大部分果皮成为垃圾被丢弃。柚子皮中含有大量的木质素、单宁、纤维素和腐殖酸[2]，这些成分可直接作为废弃钻井液的处理剂[3]。水果加工处理过程中产生的大量果皮，若将废弃果皮回收再利用，可变废为宝，节省废物处理费用，降低废弃钻井液处理成本，减少生态系统危害，从而创造巨大的经济效益、环境效益和社会效益。

2 实验材料及仪器设备

2.1 实验材料

本论文所用实验材料如表1所示。

2.2 实验仪器设备

实验中使用的仪器包括：250mL烧杯、500mL烧杯、玻璃棒、250mL三口烧瓶、温度计、10mL离心管、高速搅拌杯、500mL量筒、10mL量筒、蒸发皿、铁架台、温度计、pH试纸等。

实验主要设备如表2所示。

3 研究方法及内容

3.1 研究方法

在柚子皮预处理时考虑了烘干温度和柚子皮粒度对柚子皮絮凝效果的影响[4]，设置了烘干温度为在常温下自然风干、45℃、65℃、85℃、105℃。柚子皮粉碎粒度6目、10目、40目、60目、100目、200目。将在市场上购买的柚子剥皮后放在蒸发皿上，放入鼓风干燥箱中，在设计的参数条件下干燥至恒重。用粉碎机将其粉碎，用标准检验筛将其按目数分级，装袋备用。

（1）通过对柚子皮进行预处理和絮凝实验，得到柚子皮作为钻井液絮凝剂的最优预处理方案。

（2）对柚子皮絮凝效果影响因素（加量、粒度）进行探究，完成影响柚子皮絮凝效果的评价实验，确定天然柚子皮作为废弃钻井液絮凝剂的最优的絮凝条件。

（3）对柚子皮进行改性，通过变量探究，确定柚子皮的改性实验条件，得到最终的废弃钻井液絮凝剂产品，并进行现场废弃钻井液絮凝实验。

3.2 研究内容

对柚子皮进行预处理，制备干燥颗粒状固体;从柚子皮粒度、加量等方面确定天然果皮制备絮凝剂的影响因素，对天然果皮的絮凝影响因素进行分析，得到最优的天然絮凝剂产品;为提高天然果皮的絮凝效果，对其进行化学改性，探究反应物料比、反应温度、反应搅拌速度、反应搅拌时间等，得到最终的絮凝剂产品;通过絮凝离心实验、黏土膨胀率对比实验评价柚子皮的絮凝效果;最后对最终的柚子皮进行现场废弃钻井液絮凝试验，评价絮凝效果。

4 实验结果及分析

4.1 柚子皮预处理工艺探究

4.1.1 粒度探究

首先考察了柚子皮颗粒粒度对钻井液基浆絮凝效果的影响，取配制好的钻井液基浆6份与烧杯中，在六个烧杯中分别加入6目、10目、40目、60目、100目、200目的柚子皮粉粒（并用贴纸标注序号1-6），在搅拌器（聚四氟乙烯搅拌杆）下搅拌，设置搅拌速度为300r/min，搅拌时间为5min。搅拌完毕，分别将六个烧杯中的样品取样于10mL的离心管中，在离心速度为3000r/min下，离心15min。观察离心效果，离心清液体积如表3所示。

由表3中數据可以看出，柚子皮粒度对钻井液的絮凝效果有影响，柚子皮粒度越小，离心清液体积越大，说明絮凝钻井液效果越好。但柚子皮颗粒越小，粉碎和过筛工序越繁琐，综合实验数据和工艺要求，确定柚子皮絮凝最优目数为60目。

4.1.2 干燥温度探究

考察柚子皮干燥方式对钻井液絮凝效果的影响，分别取不同干燥条件的柚子皮，粉碎为60目，按一定加量加入到5份钻井液基浆中，贴好标签。在300r/min条件下搅拌5min，取5份钻井液样品进行离心实验，离心速度为3000r/min，离心时间为15min。观察离心效果，离心清液体积如表4所示。

由表4中数据可以看出，在不同条件下干燥的柚子皮对钻井液的絮凝效果影响不大，说明柚子皮絮凝效果与干燥方式无关。在实验过程中，为缩短实验时间，确定柚子皮干燥温度为105℃，干燥时间为2h。

4.2 工艺条件对絮凝效果的影响

4.2.1 柚子皮粉粒加量对絮凝效果的影响

取4份配制好的钻井液基浆各400mL于烧杯中，在各烧杯中按1%、2%、3%、4%（质量分数）分别加入60目的柚子皮粉粒，依次对烧杯进行编号。各烧杯在300r/min下搅拌5min，搅拌完毕，从各烧杯中取10mL均匀液体于离心管中，在3000r/min下离心15min，得到各组絮凝效果，记录离心后清液体积如表5所示。