CN104310557B - 一种钻井废液脱色剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种钻井废液脱色剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种钻井废液脱色剂及其制备方法和应用。该制备方法包括向50mL-70mL的水中加入0.1-0.5g的络合剂，搅拌溶解；持续搅拌状态下，依次加入7.5-12.5g的非离子单体、22.5-37.5g的阳离子单体、0.02-0.10g的还原剂和0.08-0.40g的氧化剂，以1.0L/min-1.5L/min的速率通入氮气10min，升温至35-55℃，振荡1-2h，停止振荡，反应2-4h，得到胶状物；对胶状物进行提纯和干燥处理，制得所述钻井废液脱色剂。本发明还提供了一种钻井废液脱色剂，其是由上述制备方法制得的。本发明提供的钻井废液脱色剂的制备方法制得的钻井废液脱色剂的脱色效率高，可以有效去除钻井废液的COD、产生的絮体少而且可以应用于聚磺钻井废液、废弃水包油钻井液、废弃抗高温防塌钻井液等的脱色处理。

Description

一种钻井废液脱色剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种钻井废液脱色剂及其制备方法和应用，特别涉及一种聚磺钻井废液用脱色剂及其制备方法和应用，属于材料制备技术领域。
背景技术
聚磺钻井液体系是在常规的聚合物钻井液体系中加入磺化褐煤(SMC)，磺化栲胶(SMK)，磺化酚醛(SMP)等抗高温的磺化处理剂作为主处理剂的钻井液体系。磺化处理剂的抗高温使聚磺钻井液体系在高温环境下仍能保持稳定的钻井液性能。同时，相对于其它用于高温地层的钻井液体系，聚磺钻井液体系成本低，国内3000米以上的深井仍然以聚磺钻井液体系为主。
由于聚磺钻井液体系使用了色度高(褐色或深褐色)的磺化物类处理剂，导致钻井作业结束后产生的聚磺钻井废液的色度和化学需氧量(COD)较高(色度为300-1200倍，COD为23000-140000mg/L)，远高于GB8978-1996《国家污水综合排放标准》中对色度和COD的要求。另一方面，磺化类处理剂难以进行生物降解，聚磺钻井液体系胶体的稳定度高，也都增加了聚磺钻井废液的处理难度。
目前，国内外钻井废液的处理主要有填埋法、直接排放法、固化法、固液分离法和回收再利用法等，这些处理方法对于常规水基废弃钻井液有较好的处理效果，满足了当地的环境保护要求。但对于聚磺钻井废液，这些方法都不能对废液的高色度进行有效的处理，或者处理效果达不到相关环保标准的要求。
聚磺钻井废液的脱色处理存在以下问题：(1)处理剂加入量大，脱色率低。PAC、PAFC等无机聚合物对脱去聚磺钻井废液中的有色物质具有一定的效果，但由于其分子结构的包裹絮凝性差，导致处理时加入量较大(1％-2％)，但脱色率只有60-70％，产生的絮体体积大，含水率也较高。(2)高脱色率与低COD之间成反比。YH-3、TS-350型有机高分子聚合物脱色剂处理聚磺钻井废液时，随着处理剂加量的增加，出水色度降低，但出水的COD也升高，产生了二次污染，增加了后期COD的去除难度和成本。(3)处理剂的适应性不强。无机脱色剂PAC、PAFC和有机脱色剂YH-3、TS-350对聚磺钻井废液的脱色具有选择性，如YH-3对磺化褐煤产生的色度脱色效果较好，PAFC对磺化酚醛树脂产生的色度脱色较好，而对于废弃水包油这类同时含油、含磺化处理剂的废液的脱色，PAC、PAFC、YH-3、TS-350等处理效果均较差，处理剂的广谱性不强。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种钻井废液脱色剂的制备方法，该方法制得的脱色剂对钻井废液的脱色效率高，可以有效去除钻井废液的COD，而且产生的絮体少，可以对多种钻井废液进行脱色处理。
为了达到上述目的，本发明提供了一种钻井废液脱色剂的制备方法，该制备方法采用溶液聚合的方法：向含有络合剂的水溶液中，加入氧化剂和还原剂，在氧化还原体系的引发下，使加入的非离子单体和阳离子单体进行反应，经提纯和干燥，得到所述钻井废液脱色剂，具体包括以下步骤：
步骤一：向50mL-70mL的水中加入0.1-0.5g的络合剂，搅拌溶解；
步骤二：持续搅拌状态下，依次加入7.5-12.5g的非离子单体、22.5-37.5g的阳离子单体、0.02-0.10g的还原剂和0.08-0.40g的氧化剂；其中，非离子单体充分溶解后再加入阳离子单体，阳离子单体充分溶解后再加入还原剂，还原剂充分溶解后加入氧化剂；
步骤三：以1.0L/min-1.5L/min的速率通入氮气10min，氮气作为保护气，升温至35-55℃，振荡1-2h，停止振荡，静置反应2-4h，得到胶状物；
步骤四：对胶状物进行提纯和干燥处理，制得所述钻井废液脱色剂。
本发明提供的钻井废液脱色剂的制备方法中，优选地，采用的络合剂包括氨基三乙酸、二亚乙基三胺五乙酸或乙二胺四乙酸。
本发明提供的钻井废液脱色剂的制备方法中，优选地，采用的非离子单体包括N-异丙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺中的一种或两种的组合。
本发明提供的钻井废液脱色剂的制备方法中，优选地，采用的阳离子单体包括二甲基二烯丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种或两种的组合。
本发明提供的钻井废液脱色剂的制备方法中，优选地，采用的氧化剂包括偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁腈、过硫酸钾或过硫酸铵。
本发明提供的钻井废液脱色剂的制备方法中，优选地，采用的还原剂包括硫酸亚铁、亚硫酸氢钠或亚硫酸钠。
本发明还提供了一种钻井废液脱色剂，其是由上述制备方法制得的。
本发明提供的钻井废液脱色剂可以用于聚磺钻井废液、废弃水包油钻井液、废弃抗高温防塌钻井液等多种钻井废液的脱色处理，在向钻井废液中加入钻井废液处理剂前通过HCl或H2SO4将钻井废液的pH调节到4-5，钻井废液脱色剂的加入量为钻井废液质量的0.2-0.5％。
使用本发明的钻井废液脱色剂的制备方法制得的钻井废液脱色剂，与现有的脱色剂相比，具有如下优点：
本发明提供的钻井废液脱色剂的添加量低，脱色率高，能够有效的破坏聚磺钻井废液的胶体稳定性，将聚磺钻井废液中的生色物质和固相絮凝沉淀出来，出水色度可以达到GB8978-1996一级标准。
本发明提供的钻井废液脱色剂可以有效的去除COD，对聚磺钻井废液进行脱色处理时，兼有去除COD的效果，COD的去除率达93％以上。
本发明提供的钻井废液脱色剂对钻井废液进行脱色处理时产生的絮体少，如使用本发明的钻井废液脱色剂处理后的聚磺钻井废液的絮体体积只为一般无机聚合物处理后的絮体体积的1/3左右，减少了后期固相物的处理量。
本发明提供的钻井废液脱色剂广谱性强，具有较好的适应性，可用于聚磺钻井废液、废弃水包油钻井液、废弃抗高温防塌钻井液等多种钻井废液的脱色处理。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种钻井废液脱色剂，其是通过以下步骤制备的：
步骤一：在烧瓶中加入50mL的自来水，加入0.2g的氨基三乙酸，搅拌并充分溶解；
步骤二：持续搅拌状态下，依次溶解12.5g的N-异丙基丙烯酰胺、37.5g的二甲基二烯丙基氯化铵、0.08g的硫酸亚铁和0.32g的偶氮二异丁酸二甲酯；
步骤三：以1.0L/min的速率通入氮气10min后，密封烧瓶；调节恒温水浴振荡器至35℃；将烧瓶放入恒温水浴振荡器中，开启振荡，1h后，停止振荡，继续反应3h后，得到胶状物；
步骤四：将聚合反应所得到的胶状物放入到干净的烧杯中，加入丙酮和乙醇进行萃取和洗涤，放入干燥箱，在105℃条件下干燥6h，得到钻井废液脱色剂。
实施例2
本实施例提供了一种钻井废液脱色剂，其是通过以下步骤制备的：
步骤一：向烧瓶中加入60mL自来水，加入0.3g的乙二胺四乙酸，搅拌并充分溶解；
步骤二：持续搅拌状态下，依次溶解10g的丙烯酰胺、37.5g的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.06g的亚硫酸钠和0.24g过硫酸铵；
步骤三：以1.3L/min通入氮气10min后，密封烧瓶；调节恒温水浴振荡器至45℃，烧瓶放入恒温水浴振荡器中，开启震荡，1.5h后，停止振荡，继续反应3h后，得到胶状物；
步骤四：将聚合反应所得到的胶状物放入到干净的烧杯中，加入丙酮和乙醇进行萃取和洗涤，放入干燥箱，在105℃条件下干燥5h，得到钻井废液脱色剂。
实施例3
本实施例提供了一种钻井废液脱色剂，其是通过以下步骤制备的：
步骤一：向烧瓶中加入70mL自来水，加入0.4g的二亚乙基三胺五乙酸，搅拌并充分溶解；
步骤二：持续搅拌状态下，依次溶解7.5g的甲基丙烯酰胺、22.5的丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.04g的亚硫酸氢钠和0.16g的偶氮二异丁腈；
步骤三：以1.5L/min通入氮气10min后，密封烧瓶；调节恒温水浴振荡器至55℃，将烧瓶放入恒温水浴振荡器中，开启振荡，2h后，停止振荡，继续反应4h后，得到胶状物；
步骤四：将聚合反应所得到的胶状液放入到干净的烧杯中，加入丙酮和乙醇进行萃取和洗涤，放入干燥箱，在105℃条件下干燥5h，得到钻井废液脱色剂。
实施例4
本实施例对实施例1-实施例3的钻井废液脱色剂进行性能评价实验。
脱色率评价实验的具体步骤如下：
调节钻井废液的pH值为4-5，向容量为100mL的具塞管中加入50g钻井废液，然后加入脱色剂，在30rpm的速度下，搅拌2min，静置沉淀12h。参考GB11903-89《水质色度测定》对处理后水质的色度进行测定：
其中，
Cn-脱色后的色度；Co-测试液原始色度。
COD评价实验的具体步骤如下：
取2mL上述反应后的具塞管中的上清液放入COD消解管中，利用COD消解器(HATO，CTL-12化学需氧量速测仪)-分光光度法(HACH，DR2800分光光度计)测定上清液的COD。
按照上述方法，对塔里木油田HD-46井聚磺钻井废液(COD为110200mg/L，色度为131200倍)进行处理，向8支具塞管中分别加入上述钻井废液的0.5wt％的实施例1的钻井废液脱色剂、上述钻井废液的0.5wt％的实施例2的钻井废液脱色剂、上述钻井废液的0.5wt％的实施例3的钻井废液脱色剂、上述钻井废液的2.0wt％的聚合氯化铝PAC(分子量174.45)、上述钻井废液的1.5wt％的聚合氯化铝铁PAFC(盐基度65％-92％)、上述钻井废液的0.5wt％的聚丙烯酰胺PAM(分子量1500万)、上述钻井废液的0.5wt％的脱色剂YH-3(重庆北海净水剂有限公司生产)及上述钻井废液的0.5wt％的TS-50(山东鲁岳化工有限公司生产)，上述不同类型的脱色剂对上述钻井废液进行处理的结果如表1所示，表1为上述各脱色剂对塔里木油田HD-46井聚磺钻井废液进行处理后的性能对比结果。
表1
将实施例1-实施例3的钻井废液脱色剂分别对不同钻井废液进行处理，脱色剂的添加量为钻井废液的质量的0.5wt％，不同钻井废液的性质如表2所示，表2为各钻进废液在未使用脱色剂处理前的色度和COD的分析结果，处理结果如表3所示，表3为实施例1-实施例3的钻井废液脱色剂对各钻井废液进行处理后的性能测试结果。
表2
表3
由表1和表3可以看出，本发明提供的钻井废液脱色剂对钻井废液的脱色效率高，可以有效去除钻井废液的COD，产生的絮体少，而且对多种钻井废液都具有很好的脱色效果，是一种高效的钻井废液脱色剂。

Claims (10)

1.一种钻井废液脱色剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
步骤一：向50mL-70mL的水中加入0.1-0.5g的络合剂，搅拌溶解；
步骤二：持续搅拌状态下，依次加入7.5-12.5g的非离子单体、22.5-37.5g的阳离子单体、0.02-0.10g的还原剂和0.08-0.40g的氧化剂；
步骤三：以1.0L/min-1.5L/min的速率通入氮气10min，然后升温至35-55℃，振荡1-2h后停止，静置反应2-4h，得到胶状物；
步骤四：对胶状物进行提纯和干燥处理，制得所述钻井废液脱色剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述络合剂包括氨基三乙酸、二亚乙基三胺五乙酸或乙二胺四乙酸。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述非离子单体包括N-异丙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺中的一种或两种的组合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述阳离子单体包括二甲基二烯丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种或两种的组合。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述氧化剂包括偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁腈、过硫酸钾或过硫酸铵。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述还原剂包括硫酸亚铁、亚硫酸氢钠或亚硫酸钠。
7.一种钻井废液脱色剂，其是由权利要求1-6任一项所述的制备方法制得的。
8.根据权利要求7所述的钻井废液脱色剂的应用，所述钻井废液用于聚磺钻井废液、废弃水包油钻井液、废弃抗高温防塌钻井液的脱色处理。
9.根据权利要求8所述的钻井废液脱色剂的应用，其中，所述钻井废液脱色剂的加入量为钻井废液质量的0.2-0.5％，向钻井废液中加入钻井废液处理剂前调节钻井废液的pH为4-5。
10.根据权利要求9所述的钻井废液脱色剂的应用，其中，使用HCl或H2SO4调节钻井废液的pH值。
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