海水钻井液废液处理技术研究

　　摘要：海水钻井液废液需要进行减量化处理，必须进行固液分离。对于模拟的海水钻井液废液，优选的混凝剂为PF-PCF，由一种阳离子双子型聚丙烯酰胺(分子量300万，阳离子度15%)，使用浓度为7500mg/L，絮凝分离后上清液的pH=6.94，脱水率为55.7%，脱出水较清。使用MaterialsStudio2017R2软件，分析了加入混凝剂前后，海水钻井液废液体系的能量绝对值由937.733kcal/mol，降至390.518kcal/mol，下降率为58.4%，有利于海水钻井液废液的固液分离。

　　关键词：海水钻井液废液;混凝剂;脱水率;固液分离

　　随着石油工业的快速发展，钻井液的种类不断增加，添加剂日益增多，使其组成极为复杂，其中有些成分对人身和环境均具有毒害作用[1-5]。渤海作为特殊的海域，随着环保形势的日益严峻，未来三年将逐步落实零排放政策，严格执行陆地关于三废国家标准及地方标准，因此，现场产生的钻井液废液必须通过船只运送至陆上进行处理，大量钻井液废液的运输成本极高，减量化处理将是海上钻井液废液处理的发展趋势，亟需解决海水钻井液废液固液分离及再利用难题[6,7]。

　　本文对海水基钻井液废液进行固液分离，并分析了其固液分离机理[8]，通过对海水钻井液废液水相进行再回收利用，大幅减少钻井废弃物回收量[9-11]，有效降低钻井液废弃物回收成本，满足环保要求和生产作业需求[12]。

　　1实验材料及仪器

　　混凝剂PF-PCF，室内自制，阳离子双子型聚丙烯酰胺(分子量300万，阳离子度15%);混凝剂聚合氯化铝铁、氯化铁、聚合氯化铝;部分水解聚丙烯酰胺、黄原胶、海水、NaOH、NaOH、NaCl、KCl、重晶石等。离心机、搅拌器、分析天平、pH计、MaterialsStudio2017R2软件。

　　2结果与讨论

　　2.1海水钻井液废液的配制

　　渤海油田应用的KCl/PHPA海水钻井液体系，KCl/PHPA海水钻井液体系中主要处理剂为部分水解聚丙烯酰胺、低黏聚阴离子纤维素、黄原胶、淀粉和膨润土，部分水解聚丙烯酰胺是一种阴离子型聚合物，黄原胶、淀粉是一种非离子型聚合物，对于上述海水钻井液体系的絮凝，选用室内合成的混凝剂PF-PCF与其它三种混凝剂聚合氯化铝铁、氯化铁、聚合氯化铝进行对比。

　　2.2不同混凝剂的絮凝效果

　　取四只烧杯，各取60mL模拟海水钻井液，加入相同浓度、不同类型的混凝剂进行絮凝分离，混凝剂的种类为PF-PCF、聚合氯化铝铁、氯化铁、聚合氯化铝4种，基本配方为：60mL模拟海水钻井液+4mL浓度为100000mg/L的混凝剂溶液，模拟海水钻井液废液中加入混凝剂后，搅匀，体系中混凝剂的浓度为6250mg/L。将四组实验离心，当混凝剂浓度相同时，PF-PCF可以实现模拟海水钻井液废液固液完全分离，在同等浓度下其余三种混凝剂的絮凝效果并不理想。

　　取出离心得到的上清液，分别测定上清液的体积、pH值，计算脱水率。脱水率=(上清液体积-加入溶液体积)/处理的钻井液废液体积。直接用混凝剂进行絮凝的模拟海水钻井液废液，PF-PCF在浓度为6250mg/L有良好的絮凝分离效果，在同等浓度下，其余混凝剂可以絮凝沉降钻井液废液中的部分固体，但并不能使固液完全分离。

　　2.3混凝剂PF-PCF使用浓度的测定

　　取4只烧杯，各取60mL模拟海水钻井液废液，分别加入相同体积、不同浓度的PF-PCF溶液，具体配方如下：60mL钻井液废液+4mL浓度分别为60000、80000、100000、120000mg/L的PF-PCF溶液，搅匀。此时体系1-4号中混凝剂PF-PCF的浓度分别为3750、5000、6250、7500mg/L。

　　将四组实验离心，当PF-PCF的浓度达到6250mg/L时，才能取得较好的絮凝效果。随着浓度升高，絮凝分离得到的上清液更加清澈。取出离心得到的上清液，测定各项数据，当体系中PF-PCF浓度达到6250mg/L时，就可以实现固液分离，且随着浓度升高，固液分离的脱水率也有一定程度的升高。选择使用PF-PCF浓度为7500mg/L，絮凝分离后上清液的pH=6.94，脱水率为55.7%，脱出水较清。

　　2.4海水钻井液废液脱稳机理

　　模拟使用MaterialsStudio2017R2软件，通过GeometryOptimization工具对部分水解聚丙烯酰胺单分子模型进行结构优化，选择Compass(Version2.8)力场，静电作用和范德华作用分别采用Ewald和Atom-based求和方法，使用SmartMinimization算法使分子达到能量最小化模型。

　　采用Forcite模块中的Dynamics工具对优化好的图层进行计算，选择Ensemble为NVT(正则系综)，Temperature：278K，TimeStep：1fs，TotalSimulationTime：500ps，NumberofSteps：5000，在Compass力场下进行分子动力学模拟，对每个模型重复多次计算，使每组数据的偏差在5%之内。

　　2个部分水解聚丙烯酰胺分子与100个水分子进行结合。使用MaterialsStudio2017R2软件对上述分子构象中的能量进行模拟。综合两个部分水解聚丙烯酰胺分子间能量与ξ电位的变化，都呈现出降低的趋势，因此两个部分水解聚丙烯酰胺分子相互靠近，易于聚集，海水钻井液废液的稳定性下降，产生絮凝。

　　3结论

　　(1)通过对比实验，对于海水钻井液废液，优选的混凝剂为PF-PCF，浓度为7500mg/L，絮凝分离后上清液的pH=6.94，脱水率为55.7%，脱出水较清。

　　(2)MaterialsStudio2017R2软件，分析了加入混凝剂前后，海水钻井液废液体系的能量绝对值由937.733kcal/mol，降至390.518kcal/mol，下降率为58.4%，有利于海水钻井液废液的固液分离。

　　参考文献：

　　[1]张祎徽.废弃钻井液无害化处理技术研究[D].中国石油大学(华东),2007.

　　[2]贺小忠,陈少奇,梁万兴,,等.油基钻井液的无害化处理方法分析[J].中国石油和化工标准与质量,2014(11):236-236.

　　[3]王大卫,李欣,张江林.废弃泥浆对农作物毒性影响研究[J].油气田环境保护,2000,10(4):16-18.

　　相关论文投稿刊物：《油气田环境保护》(双月刊)于1991年10月创刊，是国家新闻出版总署正式批准的国内外公开发行的科学技术性刊物，也是中国石油集团唯一的一份环保技术期刊。