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废弃钻井泥浆绿色处理
工艺方案
北京中油石油技术有限公司
2010-6-9
一、前言
钻井作业过程中每年都有大量废弃泥浆没有进行无害化处理直接埋藏在地下,对环境产生污染的危险或潜在的污染风险大。钻井液在石油和天然气钻井过程中必不可少,为达到安全、快速钻井的目的,使用了各种类型的钻井液添加剂,而且随着钻井深度增加和难度加大,钻井液中加入的化学添加剂的种类和数量也越来越来越大。
废弃钻井泥浆主要是由粘土、钻屑、加重材料、化学添加剂、无机盐、油类等组成的多相稳定悬浮液,pH值偏碱性。
废弃钻井泥浆中导致环境污染的有害成分主要有油类、盐类、重金属、COD(高分子有机化合物及低分子有机化合物等)及碱性物质。
废弃钻井泥浆对环境造成的影响主要表现在:对地表水和地下水资源的污染;土壤的板结(主要是盐、碱和岩盐地层的影响),对植物生长不利或无法生长,致使土地无法复耕,造成土地资源的浪费,因此,对钻井废泥浆进行绿色无害化处理,是非常必要的。
二、废弃钻井泥浆处理技术研究
废弃钻井泥浆存在分布分散,单井泥浆体积小,不适宜建站集中处理,对此我们提出了预处理和深度处理的处理方案。预处理是通过化学手段将废弃泥浆体积缩小并且锁定废弃泥浆中的有害成份,深度处理是将预处理后的产物再进行土地生态,通过投放有益菌、增施有机肥、使用土地改良剂及植被复耕等手段达到最终消除污染物的绿色处理目的。
泥浆主要污染成份分析
从钻井泥浆的主要成份我们可以知道,泥浆中含有大量的钠土、碱、高分子有机化合物、重金属和盐类,并且泥浆的稳定性特别好,无游离水析出。如要处理此种泥浆钻井后所产生的废弃泥浆,必须先破坏泥浆的胶体结构,使其失去稳定性,使其中的粘土、高分子材料及其它有机物从体系中分离出,才有可能实现固液分离,进行进一步的深度处理。
表2-1 钻井泥浆主要成份
序号
产品名称
设计用量(t)
1
钠土
36
2
纯碱
2
3
烧碱
4
4
CMC-HV
2
5
PAM
2
6
NH4HPAN
4
7
气层保护剂POL
15
8
乳化石醋
6
9
多功能润滑剂MLB
4
10
泥页岩抑制剂
4
11
页岩屏蔽剂ZJY-1
3
12
超细碳酸钙QS-2
5
13
抗温抗盐降失剂HDJ-2
6
14
单向压力封闭剂DF-1
4
15
超低渗透井壁稳定剂SBD
8
16
重晶石
60
17
石灰石粉
65
18
复合堵漏剂
10
19
碱式碳酸锌
2
20
页岩堵漏剂
40
废弃钻井泥浆的预处理技术
对于这类废弃泥浆的处理,关键是破坏胶体的稳定性,选择、评价或研制高效的破胶剂是本技术的重点,也是关系到废弃泥浆处理效果的关键。
破胶剂破胶机理
根据泥浆的稳定机理:粘土矿物因晶格取代,使其表面带负电荷,在碱性条件下,粘土表面易形成水化膜,在静电斥力的作用下,粘土颗粒可与水形成稳定的胶体悬浮物分散体系;高分子材料(PAM, CMC等)在碱性条件下电离成带负电的基团,因分子内电荷的斥力作用,使分子形态舒展;同时由于其所带的负电荷,当其吸附在粘土颗粒表面时,也可以提高粘土颗粒的Zeta电位,有利于形成稳定的泥浆体系。
据此分析,我们采用阳离子型强电解质破胶剂。破胶剂加入泥浆后,一是其电离出的阳离子对颗粒表面的负电荷有电中和作用,可以降低粘土颗粒表面的负电荷,降低Zeta电位,减少颗粒间的斥力,使其稳定性减弱或失去稳定性;二是金属阳离子可与高分子材料的阴离子基团形成离
子对,降低高分子链内、链间的斥力,使高分子链发生卷曲,将失稳的粘土颗粒包裹起来并从钻井废液中分离出来,同时适当的金属阳离子也可能使高分子的溶解性降低,并最终使降低了溶解能力的高分子相互结合在一起从溶液中游离出来。这样相当大部分的高分子(表现为COD)及几乎所有的粘土成分即从废弃钻井泥浆中被除去。破胶后经高速离心分离后出水水质可以达到GB8978-1996 《污水综合排放标准》二级标准。下层污泥进行进一步处理。
废弃钻井泥浆的水质情况
从外观上看,此种废弃泥浆完全没有游离水,全呈粘稠状胶体,PH值较高,COD、重金属严重超标。
表2-1 井场废弃钻井泥浆水质情况
外观
游离水
离心出水率
过滤性能
密度(kg/L)
废弃泥浆
粘稠糊状
无
25%
<

COD(mg/l)
固含量
PH
Cr(mg/l)
废弃泥浆
3700
%
10

破胶剂的效果评价
将TH型破胶剂配制成40%的溶液。取50ml废弃钻井泥浆盛放于烧杯中,分别一次性加入1m1,