化學熱洗法處理頁巖氣開采廢鉆井液

馬江平李登疆祝偉張克江王霞

（1.成都科衡環保技術有限公司；2.新疆師范大學化學化工學院；3.中國石油塔里木油田分公司）

化學熱洗法處理頁巖氣開采廢鉆井液

馬江平1，2李登疆2祝偉3張克江1王霞3

（1.成都科衡環保技術有限公司；2.新疆師范大學化學化工學院；3.中國石油塔里木油田分公司）

針對頁巖氣開采過程中所產生的廢鉆井液處理，采用化學熱洗的方法對廢鉆井液進行了油、水、固三相分離，并使用5%的清洗劑對廢鉆井液中的泥砂和巖屑進行除油。結果表明：溫度為40℃、攪拌轉速為160r／min、破穩劑濃度為50g／L、清洗劑的濃度為5%時，廢鉆井液中油的回收率達到了98%，泥砂與巖屑的含油量均小于2%。

化學熱洗法；廢鉆井液；破穩；油回收；清洗

0 引 言

頁巖氣開發鉆井的油基鉆井液成分主要包括主乳化劑、輔乳化劑、潤濕劑、堿度調節劑、有機土、增黏劑、降濾失劑、加重劑、水相、油相。油基鉆井液由于具有強抑制性、強耐溫性、抗污能力好、保護油氣層、潤滑性能好、抗腐蝕性強等顯著優點，經由原油、柴油全油基、柴油油包水、低膠質油包水、低毒油包水、白油全油基的發展歷程，是目前鉆深井、大斜度井、水平井和各種復雜地層的主要手段。目前主要的處理方法有：回注地層［1-2］、超臨界流體抽提法［3］、化學熱洗法［4］、溶液萃取法、生物修復［5-6］等。因此，針對特定的廢鉆井液處理，選擇技術合理、經濟有效的處理方法來解決目前石油、天然氣開采過程中所產生的大量廢鉆井液。

化學熱洗法是將具有破乳性能的化學試劑投入廢棄泥漿中，再加入絮凝劑、表面活性劑等，反應完全后廢棄泥漿分頂層油、中間層水和不含油的底層泥砂。該方法工藝簡單，對設備要求低、一次性投資省，可回收油等優點而備受關注。本文介紹了一種化學熱洗的方法對高含油的廢棄廢鉆井液的清洗實驗，研究了溫度、破穩劑和清洗劑濃度對處理效果的影響。處理后的油基鉆井廢物可清晰地分離為油、水、固三相。

1 實 驗

1.1 儀器

FA2004N電子天平（上海菁海儀器有限公司）；HW526型電熱恒溫水浴鍋（上海一恒科技有限公司）；100W直流電機（金壇市醫療儀器廠）；70-1型遠紅外線干燥箱（上海申光儀器儀表有限公司）。

1.2 藥品

萃取劑（成都科衡環保）；破穩劑（成都科衡環保）；清洗劑（成都科衡環保）；乙酸（分析純）；PAM（陰離子型）。

1.3 廢鉆井液性質

本實驗所采用的廢鉆井液為某頁巖氣開采過程中所產生的廢鉆井液，直接來自鉆井固控設備振動篩和離心機所排出的油基泥漿廢物，其組成（質量分數）為含水率17.3%；含油率49.4%；含固率33.3%。從質量組成可看出廢鉆井液中的含油量很高，這部分油回收后將具有很大的經濟價值［4］。

1.4 方法

取100mL廢鉆井液200g于三口燒瓶，放入40℃水浴鍋進行預熱，在直流攪拌機的攪拌下（轉速160r／min）加入10mL萃取劑，萃取30min后加入200mL水，經過30min攪拌依次加入破穩劑10mL、清洗劑20mL，反應30min后將液體倒出靜置分層，用水沖洗掉底層巖屑顆粒間的雜質，將巖屑放入烘箱進行烘干。

1.5 結果分析

廢鉆井液經過處理后分為了三層：頂層油層、中間層水層、底層砂層。頂層油的析出量占廢鉆井液含量的98%，這部分油具有一定的可回收價值。中間水層透明，可處理后循環使用。底層砂與巖屑清洗后含油量少于2%，恢復到原本狀態，符合中石油行業要求和GB50747—2012《石油化工污水處理設計規范》。

1.5.1 溫度對油回收率的影響

按照實驗方法其他條件不變，考察溫度對油回收率的影響，考察溫度分別為20，30，40，50，60℃不同溫度對油回收率的影響結果，見圖1。

圖1 不同溫度對油回收率的影響

從圖1可看出溫度超過40℃后油回收率開始下降，這是因為部分的萃取劑發生了揮發，導致萃取效果降低，考慮到經濟與效果最佳溫度為40℃。

1.5.2 萃取劑用量對油回收率的影響

萃取劑對廢鉆井液的中的大部分油進行萃取，少量的油附著在泥砂與巖屑表面無法萃取，考慮到經濟適用性必須選出最低使用量。在實驗方法中其他條件不變，改變萃取劑的用量來確定最佳用量。萃取劑用量對油回收率的影響見圖2。

圖2 萃取劑用量對油回收率的影響

從圖2可看出，萃取劑10g／L是本實驗的最佳用量。

1.5.3 破穩劑的篩選

廢鉆井液加入幾種備選的破穩劑后，其破穩效果見表1。

表1 反應時間30min不同破穩劑效果

從表1可看出：在相同的條件下，乙酸、PAM的破穩效果都不明顯，廢鉆井液沒產生分層效果，且PAM處理后的中間水層厚度小，析出的油量少。因此，最終決定選用破穩劑。

1.5.4 破穩劑的加量

破穩劑的加量對破穩效果的影響見圖3，破穩劑的隨著濃度的增加，中間層的厚度也不斷增加，當破穩劑的加量為50g／L時中間層厚度變化很小，因此破穩劑的加量確定為50g／L。

圖3 破穩劑投加量對破穩效果的影響

1.5.5 清洗劑加量對效果的影響

清洗劑加量對巖屑泥砂的清洗效果見表2。

表2 清洗劑不同濃度的清洗效果

從表2可看出清洗劑的加量小于5%時，泥砂與巖屑表面的油未被完全去除，加量超過5%時清洗效果趨于飽和狀態。因此選定清洗劑的濃度為5%。

2 結 論

本文對某頁巖氣開采過程中直接來自鉆井固控設備振動篩和離心機所排出的油基泥漿廢物進行了化學熱洗實驗研究，結論如下：

萃取劑的萃取效果隨著用量的增加，其效果越好，但從經濟可行性考慮確定萃取劑的最佳用量為10g／L。溫度影響著萃取劑的萃取效果，溫度超過40℃后萃取劑的萃取效果變差，油的回收量變少且分層效果不明顯。

研究了破穩劑的用量對分層效果的影響，當投加量為50g／L時中間層變化最小，且成本低。

清洗劑的含量為5%的清洗效果最佳，砂與巖屑表面含油量小于2%并恢復本色。

為減少萃取劑的使用量和降低運行成本，將來可在井口設油基鉆井液回收設備，回收油基鉆井液中液相，以降低鉆井液廢物中的油分和后續處理系統的負荷。

［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）（編輯 李娟）

馬江平，2007年畢業于新疆大學化學化工學院化學專業，現在成都科衡環保技術有限公司與新疆師范大學化學化工學院聯合實驗室從事油田與環?；瘜W品的研發工作。通信地址：新疆烏魯木齊市沙依巴克區新醫路102號新疆師范大學化學化工學院，830054