蘇里格區(qū)域廢棄鉆井液處理技術(shù)

賈彥強(qiáng)，李延新，向賢斌

（中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶鉆井總公司，陜西西安 710018）

蘇里格區(qū)域多采用“破膠+壓濾”、工藝模式、“大罐沉降”工藝模式等方式對鉆井液進(jìn)行處理，但未能很好的解決廢棄鉆屑及泥漿的后續(xù)處置及重復(fù)利用。如“破膠+壓濾”工藝，雖達(dá)到了巖屑減量目的，但此套工藝流程存在的問題是在處置過程中使用了聚合氯化鋁等高價金屬凈化劑，導(dǎo)致固液分離后產(chǎn)生的壓濾液中含有大量的高價金屬離子等成分，嚴(yán)重影響鉆井液性能，無法正常排放或再次進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)。國內(nèi)外專家學(xué)者對鉆井廢液的處理藥劑也進(jìn)行了相關(guān)研究，特別是通過各類物理化學(xué)的綜合作用使鉆井廢液得到凈化。任宏洋等[1]以聚合氯化鐵（PFC）和聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC）為原料制備PFC-PDMDAAC 無機(jī)-有機(jī)復(fù)合混凝劑用于處理石油開發(fā)中鉆井廢水。Sha Zhang 等[2]采用乙醛酸對明膠水解得到的膠原蛋白進(jìn)行羧基化，并用鋁鞣原理將鋁（Ⅲ）與之絡(luò)合，制備了新型絮凝劑CGAl 用于處理廢棄鉆井液。王兵等[3]以硫酸鋁、三氯化鐵、水玻璃為主要原料制備無機(jī)高分子水處理劑聚合硅酸鐵鋁（PSFA）。制備的PSFA 用于處理塔里木油田的鉆井廢液，當(dāng)投加量為2 000 mg/L 時，COD由8 024.6 mg/L 降至1 168.4 mg/L。郭曉軒等[4]研制的PE-CLEA 用于處理渤海海域廢棄鉆井液，通過結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PE-CLEA 溶液的最佳加量為3.5%，絮凝效果較好，濾液清澈。目前對鉆井廢液凈化劑的研究多數(shù)還集中在無機(jī)鹽復(fù)合處理劑上，對不含高價金屬離子的凈化劑的研究還有所欠缺[4]。因此需要研制一種不含高價金屬離子環(huán)境友好型凈化劑，在快速除去鉆井液中巖屑的同時，不會引入高價金屬離子等成分，使得處理后的液相能夠參與復(fù)配鉆井液。

1 環(huán)境友好型凈化劑的合成

1.1 合成工藝

配制總濃度為30%的丙烯酰胺（AM）和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）的水溶液（AM:DMC 的質(zhì)量比為8：2），通氮除氧30 min 后，加入相對（AM+DMC）總質(zhì)量為0.5%的過硫酸銨，70 ℃下攪拌反應(yīng)10 h后，結(jié)束反應(yīng)。將反應(yīng)產(chǎn)物倒入乙醇中，沉淀剪碎，真空干燥后再用粉碎機(jī)得到環(huán)境友好型干粉凈化劑XOP01。

1.2 陽離子度的測定

采用AgNO3沉淀法測定聚合物的陽離子度。測定原理：利用AgNO3溶液滴定陽離子季銨鹽中的Cl-，滴定終點用K2CrO4溶液指示。按公式（1）計算產(chǎn)物陽離子度，可知其陽離子度為22%。

式中：CD-陽離子度，%；C-AgNO3溶液濃度，mol/L；V-試樣所消耗AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，L；m-試樣質(zhì)量，g；MDMC-DMC 的摩爾質(zhì)量，g/mol；MAM-AM 重復(fù)單元的摩爾分?jǐn)?shù)。

1.3 相對分子質(zhì)量的測定

30 ℃下，以1 mol/L，NaCl 為溶劑，利用烏氏黏度計測定XOP01 的特性黏數(shù)，結(jié)果（見圖1）。由圖1 可知XOP01 的特性黏數(shù)為926.5 mL/g，計算可知其黏均相對分子質(zhì)量為410 萬。

圖1 XOP01 特性黏數(shù)的測定結(jié)果

1.4 IR 譜圖測定

IR 譜圖（見圖2）中3 442 cm-1處寬峰對應(yīng)N-H 伸縮振動峰，2 962 cm-1為-CH3的伸縮振動峰，2 875 cm-1為-CH2的伸縮振動峰，1 735 cm-1為酰氧基中C=O的伸縮振動峰，1 666 cm-1為酰胺中C=O 的伸縮振動峰，1 477 cm-1為甲基和亞甲基剪式面內(nèi)彎曲振動峰，1 165 cm-1為C-O-C 的伸縮振動峰，這些特征峰的出現(xiàn)表明共聚物中同時含有DMC 和AM，兩者已經(jīng)發(fā)生共聚。

圖2 XOP01 的IR 譜圖

1.5 HNMR 譜圖測定

HNMR 譜圖中，δ=0.87～0.96 mg/L 對應(yīng)了DMC中-（CH2）3-CH3，δ=0.9 8～1.01 mg/L 對應(yīng)了DMC中-C-CH3，δ=1.32 mg/L 對應(yīng)了DMC 中-CH2-CH3，δ=1.53 mg/L 對應(yīng)了共聚物主鏈上的-CH2-，δ=2.51 mg/L對應(yīng)了DMC 中N+-（CH3）3，δ=3.25～3.51 mg/L 對應(yīng)了AM 中酰胺基鄰近的-CH2-。HNMR 譜圖的表征結(jié)果再次說明了二種單體已發(fā)生共聚。

2 水基鉆井液凈化劑室內(nèi)評價

室內(nèi)采用蘇x 井鉆井廢液作為實驗對象，改變藥劑加量，選用常用的凈化劑對比，直接加入不同陰離子型、非離子型和陽離子型高分子凈化劑開展實驗評價。

當(dāng)不同類的凈化劑加量為100 mg/L 時，實驗結(jié)果（見表1），其中評價結(jié)果“Y”表示有效果，“N”表示無效果，下同。

表1 不同藥劑加量為100 mg/L 時評價結(jié)果

當(dāng)不同類的凈化劑加量為150 mg/L 時，實驗結(jié)果（見表2）。

表2 不同藥劑加量為150 mg/L 時評價結(jié)果

當(dāng)不同類的凈化劑加量為200 mg/L 時，實驗結(jié)果（見表3）。

表3 不同藥劑加量為200 mg/L 時評價結(jié)果

通過室內(nèi)實驗表明，針對類似蘇x 井的廢棄鉆井液，直接加入200 mg/L 的XOP01 藥劑，機(jī)械攪拌10 min 后，配合離心或自然沉降，可以實現(xiàn)固液快速分離。

3 現(xiàn)場試驗

蘇36 平臺共施工4 口井，采用水基鉆井液施工，進(jìn)入劉家溝層位后轉(zhuǎn)化為鹽水鉆井液體系，第一口井完井泥漿320 m3，采用XOP01 凈化劑進(jìn)行處理，回收鉆井液160 m3，分離后的固體直接轉(zhuǎn)運至處理廠，該平臺四口井共處理廢棄鉆井液520 m3，重復(fù)使用的鉆井液性能穩(wěn)定，井下正常。

現(xiàn)場試驗操作步驟為：在鉆井液中加入5 000 mg/L過硫酸銨，攪拌10 min 后，加入200 mg/L 的XOP01 凈化劑，繼續(xù)攪拌，然后靜置8 h，觀察水色及出泥量變化。靜置8 h 后，上層水色與處理前相比，明顯已脫除大部分懸浮物，水色變淺且透光，說明凈化劑能起到良好的處理效果。

4 現(xiàn)場處理后處理液檢測

分別取處理前后的鉆井液送至第三方檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果（見表4），結(jié)果顯示，該方法能去除鉆井液中大部分懸浮物，去除率達(dá)84.5%，處理后的液相pH 略有降低，這可能是因為懸浮物去除過程中由于離子濃度的變化導(dǎo)致的。

表4 蘇36 平臺鉆井液檢測結(jié)果

5 結(jié)論與建議

（1）為實現(xiàn)廢棄鉆井液無害化處理且滿足鉆井液重復(fù)使用要求，采用丙烯酰胺（AM）與甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）合成制備了一種環(huán)境友好型凈化劑XOP01，該處理劑不含高價金屬離子，滿足鉆井液重復(fù)使用要求。

（2）采用200 mg/L 的XOP01 凈化劑對廢棄水基鉆井液處理，實現(xiàn)了對SS 去除率＞80%，實現(xiàn)懸濁液快速分離，滿足快速鉆井需求。

（3）建議在廢棄鉆井液處理中研發(fā)更快捷的處理方式，減少處理劑的使用，減少環(huán)境污染。