CN110143653A - 弱凝胶钻开液废液处理方法 - Google Patents

弱凝胶钻开液废液处理方法 Download PDF

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Abstract

一种弱凝胶钻开液废液处理方法。所述方法包括：(1)混凝：向弱凝胶钻开液废液中加入第一混凝剂，搅拌至初步形成絮体；(2)调质：采用pH调节剂将混凝后得到的体系的pH值调节至11‑12，并搅拌使絮体聚集；和(3)脱水：向步骤(2)得到的体系中加入第二混凝剂和助凝剂，并搅拌至体系完全脱水。本申请的处理方法能够实现钻开液废液的固液分离和油水分离，并且分离的效果好、效率高，无需使用危险化学品。

Description

弱凝胶钻开液废液处理方法
技术领域
本文涉及钻井技术领域，尤指弱凝胶钻开液废液处理方法。
背景技术
随着石油工业的快速发展，钻井液的种类及用量日益增多，组成也愈加复杂。而众多的添加剂对人体和环境均具有一定的毒害作用。海洋作为一个特殊的石油开发场所，需要重视油田生产作业与生态保护之间的密切关系。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，将严格执行关于“三废”国家标准及地方标准，因此，减量化处理是钻井液废液处理的发展趋势，亟需解决钻井液废液的固液分离和再利用的难题。对于储层钻井液而言，钻进过程中可能混入大量的原油，钻屑和地层流体，导致其成分复杂，采用常规的处理方式，难以达到油水分离的目的和效果。弱凝胶体系是目前海上常用的钻开液体系之一，以主要含有聚合物、黄原胶、淀粉类等处理剂的钻开液废液处理来说，由于其中含有的聚丙烯酰胺等聚合物和黄原胶具有较强的悬浮稳定性，会将钻开液废液中的原油和钻屑等固体颗粒裹挟在体系中，导致钻开液废液实现固液分离和油水分离的难度增加。以往的经验是通过加入破胶剂来对体系中的聚合物和黄原胶进行破胶降粘，使体系中的原油和固体颗粒脱离聚合物和黄原胶的裹挟，而后再对体系进行絮凝沉淀分离，该处理方法虽然能够在一定程度上解决此类钻井液废液处理的问题，但仍存在黄原胶破胶效率不高，且使用危险化学品等问题，因此既达不到预期的处理效果，还增加了危险化学品的处理流程。
发明内容
本申请提供了弱凝胶钻开液废液处理方法，对于存在阴离子聚丙烯酰胺并且以阴离子聚丙烯酰胺为全部或主要增粘剂的弱凝胶钻开液废液体系，该方法能够实现钻开液废液的固液分离和油水分离，并且分离的效果好、效率高，无需使用危险化学品。
本申请提供了一种弱凝胶钻开液废液处理方法，所述方法包括：
(1)混凝：向弱凝胶钻开液废液中加入第一混凝剂，搅拌至初步形成絮体；
(2)调质：采用pH调节剂将混凝后得到的体系的pH值调节至11-12，并搅拌使絮体聚集；和
(3)脱水：向步骤(2)得到的体系中加入第二混凝剂和助凝剂，并搅拌至体系完全脱水。
在本申请的实施例中，所述方法还可以包括：在向弱凝胶钻开液废液中加入第一混凝剂之前，对所述弱凝胶钻开液废液进行稀释。由于弱凝胶体系的强度较大，当其浓度较大时，通过对其稀释可以使混凝剂和助凝剂能够尽快进入到弱凝胶体系内部，便于处理，提高处理速度。在海上平台实施本申请的处理方法时，可以就地取材，采用海水对弱凝胶钻开液废液进行稀释。
在本申请的实施例中，所述第一混凝剂可以为阳离子型双子吸附剂与氯化钙的混合物。一方面，弱凝胶体系中的主要增强部分为阴离子聚合物，使用阳离子型吸附剂可有效与其发生团聚，拆散凝胶的网络结构；另一方面，氯化钙产生的钙离子可以和体系中的聚丙烯酰胺等聚合物发生螯合作用，使得分子链蜷曲，进而拆散凝胶网络结构，因此在使用阳离子型吸附剂的同时，配合使用氯化钙可以增强对凝胶网络的拆散作用。
在本申请的实施例中，所述阳离子型双子吸附剂可以为乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)。
在本申请的实施例中，在所述阳离子型双子吸附剂与氯化钙的混合物中，阳离子型双子吸附剂与氯化钙的质量比可以为1:5～1:14，任选地为1:10。
在本申请的实施例中，所述第一混凝剂与所述弱凝胶钻开液废液中含有的聚丙烯酰胺的质量比可以为1:2～1:10任选地为1:5。
在本申请的实施例中，所述第二混凝剂可以为氯化亚铁。相比其他无机混凝剂，氯化亚铁除了具有优异的脱色能力外，在碱性环境下形成的氢氧化亚铁胶体能够提高处理效果，进一步降低溶液中小悬浮物的含量。
在本申请的实施例中，相对于1L稀释前的弱凝胶钻开液废液来说，所述第二混凝剂的用量可以为800～2000mg，任选地为1000mg。
在本申请的实施例中，所述助凝剂可以为阴离子聚丙烯酰胺。较其它类型的有机絮凝剂来说，阴离子聚丙烯酰胺在降低体系中高价金属阳离子(钙、镁、铁、铝等)以及无机悬浮含量上有优异表现。
在本申请的实施例中，相对于1L稀释前的弱凝胶钻开液废液来说，所述助凝剂的用量可以为30～80mg，任选地为50mg。
本申请还提供了一种弱凝胶钻开液废液处理方法，所述方法包括：
(1)混凝：向弱凝胶钻开液废液中加入第一混凝剂和第二混凝剂，搅拌至初步形成絮体；
(2)调质：采用pH调节剂将混凝后得到的体系的pH值调节至11-12，并搅拌使絮体聚集；和
(3)脱水：向步骤(2)得到的体系中加入助凝剂，并搅拌至体系完全脱水。
在本申请的实施例中，所述方法还可以包括：在向弱凝胶钻开液废液中加入第一混凝剂之前，对所述弱凝胶钻开液废液进行稀释，任选地，采用海水对弱凝胶钻开液废液进行稀释。
在本申请的实施例中，所述第一混凝剂可以为阳离子型双子吸附剂与氯化钙的混合物。
在本申请的实施例中，所述阳离子型双子吸附剂可以为乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)。
在本申请的实施例中，在所述阳离子型双子吸附剂与氯化钙的混合物中，阳离子型双子吸附剂与氯化钙的质量比可以为1:5～1:14，任选地为1:10。
在本申请的实施例中，所述第一混凝剂与所述弱凝胶钻开液废液中含有的聚丙烯酰胺的质量比可以为1:2～1:10任选地为1:5。
在本申请的实施例中，所述第二混凝剂可以为氯化亚铁。
在本申请的实施例中，相对于1L稀释前的弱凝胶钻开液废液来说，所述第二混凝剂的用量可以为800～2000mg，任选地为1000mg。
在本申请的实施例中，所述助凝剂可以为阴离子聚丙烯酰胺。
在本申请的实施例中，相对于1L稀释前的弱凝胶钻开液废液来说，所述助凝剂的用量可以为30～80mg，任选地为50mg。
本申请的方法的处理机理为：在混凝阶段，采用混凝剂与弱凝胶钻开液中的聚丙烯酰胺和黄原胶结合，增大体系中的钻开液、油相和悬浮物之间的密度差，使原本稳定的均相体系转化为多相，同时体系中的悬浮物在混凝剂的作用下不断集结、聚并，初步形成絮体；在调质阶段，将体系的pH调节至碱性，一方面利用体系中密度不同的钻开液、油相和悬浮物在碱性环境中的沉降速度不同的原理，使絮体进一步团聚，另一方面使体系中形成一定量的氢氧化亚铁胶体，该胶体通过吸引带电粒子使絮体带电荷，从而吸引体系中带负电荷的无机悬浮物聚集在絮体表面，进一步增大絮体的体积；在脱水阶段，采用助凝剂加速絮体脱水，实现固液分离和油水分离的目的。其中，混凝剂包括第一混凝剂和第二混凝剂，第一混凝剂主要针对废液中的有机物(凝胶体系)进行捕集、拆解，第二混凝剂主要针对无机物的处理。第二混凝剂可以在在脱水阶段与助凝剂一起加入体系中，也可以在混凝阶段与第一混凝剂一起加入体系中，但后者处理后的废液中的含油量稍高，适用于对含油量指标要求不高的弱凝胶钻开液废液处理。
本申请的弱凝胶钻开液废液处理方法适用于存在阴离子聚丙烯酰胺并且以阴离子聚丙烯酰胺为全部或主要增粘剂的弱凝胶钻开液废液体系的处理，能明显降低弱凝胶钻开液废液体系中的含油量、悬浮物量，分离效果好，处理后的上层清液较清澈，金属离子含量低，满足排海要求。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及权利要求书中所描述的方案来实现和获得。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
以下实施例中所采用的现场水基弱凝胶钻开液废液的组成如表1所示：
表1现场水基弱凝胶钻开液废液的组成
材料成分 加量，kg/m<sup>3</sup>
烧碱 3
纯碱 3
低黏聚阴离子纤维素 5
部分水解聚丙烯酰胺 5
黄原胶 0.5
淀粉类衍生物 10
NaCl 120
模拟海水的组成如表2所示。
表2模拟海水的组成
材料名称 g/L
NaCl 21.86
Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> 32.3
MgCl<sub>2</sub> 45.3
CaCl<sub>2</sub> 9.3
KCl 6.4
NaHCO<sub>3</sub> 1.7
Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> 0.2
乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)由十二烷基二甲基叔胺与1，2-二溴乙烷合成，反应如下：
具体合成工艺参照文献“范振中，一种新型阳离子型双子表面活性剂的合成与性能评价，科学技术与工程[J]，2011，27”中公开的方法。
其他原料和试剂，如无特别说明，均为普通市售产品。
实施例1
(1)混凝：取现场水基弱凝胶钻开液废液10L，加入10L模拟海水搅拌均匀，然后向其中加入10g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与氯化钙的复合物(由0.90g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与9.09g氯化钙混合而成)，搅拌15分钟至初步形成一定程度的絮体；
(2)调质：向步骤(1)得到的体系中加入50g NaOH搅拌均匀，测试体系的pH为12；
(3)脱水：向步骤(2)得到的体系中加入10g氯化亚铁和100mL浓度为5000mg/L的阴离子聚丙烯酰胺(分子量约为500万)溶液，搅拌15分钟至体系完全脱水。
实施例2
(1)混凝：取现场水基弱凝胶钻开液废液10L，加入10L模拟海水搅拌均匀，然后向其中加入5g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与氯化钙的混合物(由0.45g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与4.55g氯化钙混合而成)，搅拌15分钟至初步形成一定程度的絮体；
(2)调质：向步骤(1)得到的体系中加入50g NaOH搅拌均匀，测试体系的pH为12；
(3)脱水：向步骤(2)得到的体系中加入20g氯化亚铁和100mL浓度为5000mg/L的阴离子聚丙烯酰胺(分子量约为500万)溶液，搅拌15分钟至体系完全脱水。
实施例3
(1)混凝：取现场水基弱凝胶钻开液废液10L，加入10L模拟海水搅拌均匀，然后向其中加入10g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与氯化钙的混合物(由0.90g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与9.09g氯化钙混合而成)和10g氯化亚铁，搅拌15分钟至初步形成一定程度的絮体；
(2)调质：向步骤(1)得到的体系中加入50g NaOH搅拌均匀，测试体系的pH为12；
(3)脱水：向步骤(2)得到的体系中加入100mL浓度为5000mg/L的阴离子聚丙烯酰胺(分子量约为500万)溶液，搅拌15分钟至体系完全脱水。
实施例4
(1)混凝：取现场水基弱凝胶钻开液废液12L，加入12L模拟海水搅拌均匀，然后向其中加入10g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与氯化钙的混合物(由1.65g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与8.25g氯化钙混合而成)，搅拌15分钟至初步形成一定程度的絮体；
(2)调质：向步骤(1)得到的体系中加入60g NaOH搅拌均匀，测试体系的pH为12；
(3)脱水：向步骤(2)得到的体系中加入12g氯化亚铁和100mL浓度为6000mg/L的阴离子聚丙烯酰胺(分子量约为500万)溶液，搅拌15分钟至体系完全脱水。
实施例5
(1)混凝：取现场水基弱凝胶钻开液废液12L，加入12L模拟海水搅拌均匀，然后向其中加入6g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与氯化钙的混合物(由0.4g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与5.6g氯化钙混合而成)，搅拌15分钟至初步形成一定程度的絮体；
(2)调质：向步骤(1)得到的体系中加入60g NaOH搅拌均匀，测试体系的pH为12；
(3)脱水：向步骤(2)得到的体系中加入9.6g氯化亚铁和100mL浓度为6000mg/L的阴离子聚丙烯酰胺(分子量约为500万)溶液，搅拌15分钟至体系完全脱水。
实施例6
(1)混凝：取现场水基弱凝胶钻开液废液12L，加入12L模拟海水搅拌均匀，然后向其中加入15g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与氯化钙的混合物(由1.7g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与13.6g氯化钙混合而成)，搅拌15分钟至初步形成一定程度的絮体；
(2)调质：向步骤(1)得到的体系中加入36g NaOH搅拌均匀，测试体系的pH为11；
(3)脱水：向步骤(2)得到的体系中加入12g氯化亚铁和100mL浓度为3600mg/L的阴离子聚丙烯酰胺(分子量约为500万)溶液，搅拌15分钟至体系完全脱水。
实施例7
(1)混凝：取现场水基弱凝胶钻开液废液12L，加入12L模拟海水搅拌均匀，然后向其中加入7.5g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与氯化钙的混合物(由1.08g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与6.48g氯化钙混合而成)，搅拌15分钟至初步形成一定程度的絮体；
(2)调质：向步骤(1)得到的体系中加入36g NaOH搅拌均匀，测试体系的pH为11；
(3)脱水：向步骤(2)得到的体系中加入14.4g氯化亚铁和100mL浓度为9600mg/L的阴离子聚丙烯酰胺(分子量约为500万)溶液，搅拌15分钟至体系完全脱水。
对比例1
(1)混凝：取现场水基弱凝胶钻开液废液12L，加入12L模拟海水搅拌均匀，然后向其中加入12g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与氯化钙的混合物(由1.1g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与11g氯化钙混合而成)，并加入100mL浓度为6000mg/L的阴离子聚丙烯酰胺(分子量约为500万)溶液，搅拌15分钟至初步形成一定程度的絮体；
(2)调质：向步骤(1)得到的体系中加入60g NaOH搅拌均匀，测试体系的pH为12；
(3)脱水：向步骤(2)得到的体系中加入12g氯化亚铁，搅拌15分钟至体系完全脱水。
对比例2
(1)调质：取现场水基弱凝胶钻开液废液12L，加入12L模拟海水搅拌均匀，加入60gNaOH搅拌均匀，测试体系的pH为12；
(2)混凝：向其中加入30g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与氯化钙的混合物(由2.72乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与27.2g氯化钙混合而成)，搅拌15分钟至初步形成一定程度的絮体；
(3)脱水：向步骤(2)得到的体系中加入9.6g氯化亚铁和100mL浓度为4800mg/L的阴离子聚丙烯酰胺(分子量约为500万)溶液，搅拌15分钟至体系完全脱水。
对比例3
(1)混凝：取现场水基弱凝胶钻开液废液12L，加入12L模拟海水搅拌均匀，然后向其中加入30g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与氯化钙的混合物(由2.72g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与27.2g氯化钙混合而成)，搅拌15分钟至初步形成一定程度的絮体；
(2)向步骤(1)中加入9.6g氯化亚铁和100mL浓度为4800mg/L的阴离子聚丙烯酰胺(分子量约为500万)溶液，搅拌15分钟至体系完全脱水；
(3)调质：向步骤(1)得到的体系中加入60g NaOH搅拌均匀，测试体系的pH为12。
对比例4
(1)混凝：取现场水基弱凝胶钻开液废液12L，加入12L模拟海水搅拌均匀，然后向其中加入7.5g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与氯化钙的混合物(由1.08g乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)与6.48g氯化钙混合而成)，搅拌15分钟至初步形成一定程度的絮体；
(2)调质：向步骤(1)得到的体系中加入12g NaOH搅拌均匀，测试体系的pH为9；
(3)脱水：向步骤(2)得到的体系中加入9.6g氯化亚铁和100mL浓度为3600mg/L的阴离子聚丙烯酰胺(分子量约为500万)溶液，搅拌15分钟至体系完全脱水。
性能测试
根据SY/T 5329-2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》、SY/T 5796-1993《絮凝剂评定方法》、SY/T 5523-2016《油田水分析方法》及HJ/T 345-2007《水质铁的测定邻菲啰啉分光光度法》相关标准，对上述实施例的方法对水基弱凝胶钻开液废液的处理效果进行检测。结果如表3和表4所示。
表3各实施例的处理结果
表4各实施例处理后废液中的离子浓度
可以看出，经过实施例1-7的方法处理得到的水基弱凝胶钻开液废液上层液清澈，其中的含油量、悬浮物量均＜20mg/L，均满足中国国家标准GB/T4941-2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》的规定，其中实施例1、2、3、4、7的方法的处理效果较好，处理后上层清液中的含油量、悬浮物量均＜10mg/L，金属离子含量也较少。
另外，通过对比实施例1和实施例3可以看出，第二混凝剂氯化亚铁可以在混凝或脱水阶段加入，其加入时机基本不影响处理效果，但在脱水阶段中加第二混凝剂的方案能够获得更高的脱水率和更加清澈、油含量更低的上层清液，油水分离地更加彻底。
通过对比实施例1和对比例1可以看出，助凝剂的使用可以显著提高处理效果；通过对比实施例1和对比例2、3、对比实施例7和对比例4可以看出，调质的时机、体系的pH值、第一混凝剂的加入量、第二混凝剂的加入量和助凝剂的加入量均对处理结果具有较大影响。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种弱凝胶钻开液废液处理方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)混凝：向弱凝胶钻开液废液中加入第一混凝剂，搅拌至初步形成絮体；
(2)调质：采用pH调节剂将混凝后得到的体系的pH值调节至11-12，并搅拌使絮体聚集；和
(3)脱水：向步骤(2)得到的体系中加入第二混凝剂和助凝剂，并搅拌至体系完全脱水。
2.一种弱凝胶钻开液废液处理方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)混凝：向弱凝胶钻开液废液中加入第一混凝剂和第二混凝剂，搅拌至初步形成絮体；
(2)调质：采用pH调节剂将混凝后得到的体系的pH值调节至11-12，并搅拌使絮体聚集；和
(3)脱水：向步骤(2)得到的体系中加入助凝剂，并搅拌至体系完全脱水。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：在向弱凝胶钻开液废液中加入第一混凝剂之前，对所述弱凝胶钻开液废液进行稀释；任选地，稀释采用的溶液为海水。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一混凝剂为阳离子型双子吸附剂与氯化钙的混合物。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述阳离子型双子吸附剂为乙烷-1,2-二(十二烷基二甲基溴化铵)。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，在所述阳离子型双子吸附剂与氯化钙的混合物中，阳离子型双子吸附剂与氯化钙的质量比为1:5～1:14，任选地为1:10。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一混凝剂与所述弱凝胶钻开液废液中含有的聚丙烯酰胺的质量比为1:2～1:10任选地为1:5。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二混凝剂为氯化亚铁。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，相对于1L稀释前的弱凝胶钻开液废液来说，所述第二混凝剂的用量为800～2000mg，任选地为1000mg。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述助凝剂为阴离子聚丙烯酰胺。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，相对于1L稀释前的弱凝胶钻开液废液来说，所述助凝剂的用量为30～80mg，任选地为50mg。
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