CN111827908A - 一种钾铵基钻井液岩屑处理方法 - Google Patents
一种钾铵基钻井液岩屑处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种钾铵基钻井液岩屑的处理方法,包括:向钾铵基钻井液钻井过程产生的岩屑中依次加入岩屑破胶剂和岩屑固结剂进行搅拌混合。本发明提供的处理方法获得的处理残渣可达到《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》的I类标准要求。本发明使用了固结稳定化技术,采用破胶剂对岩屑破稳,再通过固结剂对岩屑进行固结封闭,具有处理工艺简单、处理效果稳定的特点。
Description
技术领域
本发明涉及钻井固体废弃物处理技术领域,尤其涉及一种钾铵基钻井液岩屑处理方法。
背景技术
钾铵基钻井液因其抑制黏土水化分散能力强,对有害固相控制能力强,剪切稀释性好等特点,被应用于石油天然气勘探开发,特别在新疆、内蒙等地区应用尤为广泛。钾铵基钻井液常见配方为:3%~4%钠膨润土、0.2%~0.3%氢氧化钾、0.3%~0.5%聚丙烯酸钾、0.5%~1%水解聚丙烯腈铵盐、2%~3%磺化酚醛树脂、1%~2%磺化褐煤、2%~3%无荧光防塌剂、2%~6%石墨粉。而钻井过程产生的岩屑携带大量的钻井液,易污染环境,具有有机物含量高、pH值高、破胶难度大等特点。国内目前常用的处理方法为固结稳定化处理,向岩屑中加入大量的水泥、石灰、水玻璃等,使岩屑形成稳定的固体,减少对环境的污染。随着我国环保法规要求提高,目前的固结稳定化处理配方已经无法满足钾铵基钻井液岩屑处理的要求,存在处理后pH高、COD超标、加药量大等缺陷。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种钾铵基钻井液岩屑的处理方法,本发明提供的方法处理工艺简单、加药量少、处理成本低、处理效果稳定。
本发明提供了一种钾铵基钻井液岩屑的处理方法,包括:
向钾铵基钻井液钻井过程中产生的岩屑中先加入岩屑破胶剂进行一次搅拌混合,再加入岩屑固结剂进行二次搅拌混合。
在本发明中,所述钾铵基钻井液的成分优选为:
3%~4wt%钠膨润土;
0.2%~0.3wt%氢氧化钾;
0.3%~0.5wt%聚丙烯酸钾;
0.5%~1wt%水解聚丙烯腈铵盐;
2%~3wt%磺化酚醛树脂;
1%~2wt%磺化褐煤;
2%~3wt%无荧光防塌剂;
2%~6wt%石墨粉;
余量为水。
在本发明中,所述岩屑优选钻井过程中经过钻井液固相控制系统分离后取样获得。
在本发明中,所述的岩屑破胶剂包括铝盐、铁盐和微硅粉。
在本发明中,所述铝盐优选选自聚合氯化铝和聚合硅酸铝铁中的一种或两种。
在本发明中,所述铁盐优选选自聚合硅酸铁和氯化铁中的一种或两种。
在本发明中,所述铝盐、铁盐和微硅粉的质量比优选为(5~15):(2~5):(1~4),更优选为(8~12):(2.5~4.5):(1.5~3.5),最优选为(9~11):(3~4):(2~3)。
在本发明中,所述岩屑破胶剂的制备方法优选包括:
依次加入硅微粉、铝盐和铁盐进行混合搅拌,得到岩屑破胶剂。
在本发明中,所述混合搅拌的速度优选为150~300rpm,更优选为200~250rpm,最优选为220~230rpm;所述混合搅拌的时间优选为3~5min,更优选为3.5~4.5min,最优选为4min。
在本发明中,所述岩屑固结剂为铝酸盐水泥。
在本发明中,所述岩屑破胶剂、岩屑固结剂和岩屑的质量比优选为(2~6):(2~6):100,更优选为(3~5):(3~5):100,最优选为4:4:100。
在本发明中,所述一次搅拌的速度优选为50~100rpm,更优选为60~90rpm,最优选为70~80rpm;所述二次搅拌的速度优选为50~100rpm,更优选为60~90rpm,最优选为70~80rpm。
在本发明中,所述一次搅拌混合的时间优选为5~15min,更优选为8~12min,最优选为10min;所述二次搅拌混合的时间优选为5~10min,更优选为6~9min,最优选为7~8min。
由于钻井液体系较多,其具体的组成不同,不同钻井液体系产生的岩屑的浸出液污染特性也不同,采用其他钻井液岩屑固化剂处理钾铵基钻井液岩屑会造成处理成本高、成本浪费、适应性差等问题。本发明提供的方法是针对钾铵基钻井液产生的岩屑进行处理的。
本发明提供了一种钾铵基钻井液岩屑处理方法,该方法使用了固结稳定化技术,首先采用破胶剂对岩屑破稳,铁盐带有正离子进入岩屑吸附的钻井液中,增加了钻井液扩散层和吸附层中的正离子浓度,压缩扩散层使之变薄,从而使钻井液的胶体状态受到破坏;另外铁盐的酸性较强,可迅速降低钻井液的pH,降低大部分添加剂的溶解性,破坏钻井液的稳定性;而铝盐加入岩屑后会结合水发生水解,形成多种带正电荷的金属羟基络合物,中和了负电荷后,降低了其相互之间的静电斥力,从而使钻井液脱稳凝聚;铝盐和铁盐通过水解和缩聚反应,最终会产生具有线性结构和多个吸附位的高分子聚合物,通过架桥作用使钻井液的絮凝颗粒迅速增大,最终形成较大的颗粒状固体,大幅降低了岩屑的浸出毒性。而微硅粉增加了铁盐和铝盐的稳定性,同时并未影响其破胶效果。岩屑破胶后再加入岩屑固结剂,铝酸盐水泥、微硅粉会产生填充效应、火山灰效应、孔隙溶液化学效应,增加岩屑的强度、提高固结速度;而铝酸盐水泥和岩屑破胶后的固体颗粒随着水化作用的发生,逐渐形成稳定的水化物晶体,固结封闭了污染物,进一步降低了岩屑的浸出毒性,使其达到相关标准;另外铝酸盐水泥一般为弱碱性,不会对岩屑破胶剂的处理效果造成负面影响。整体来说,本发明与现有技术相比,具有加药量少、处理工艺简单、效果稳定的特点。
采用本发明方法处理后的钾铵基钻井液岩屑浸出液各项指标均达到了《污水综合排放标准》的一级标准要求,处理过的残渣达到了《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》的I类要求。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例,都属于本发明保护的范围。
本发明以下实施例中使用的聚合氯化铝、聚合硅酸铝铁、聚合硅酸铁、氯化铁购自湖北盛世环保科技有限公司;微硅粉购自西安霖源微硅粉有限公司,铝酸盐水泥购自郑州市新兴特种水泥厂。
本发明以下实施例所用到的铝盐为质量比为1:1的聚合氯化铝和聚合硅酸铝铁的混合物;所用的铁盐为质量比为5:1的聚合硅酸铁和氯化铁的混合物。
实施例1
依次加入质量比为1:5:2的硅微粉、铝盐和铁盐在150rpm的转速下搅拌混合3min,得到岩屑破胶剂。
实施例2
依次加入质量比为4:15:2的硅微粉、铝盐和铁盐在250rpm的转速下搅拌混合3min,得到岩屑破胶剂。
实施例3
依次加入质量比为1:12:5的硅微粉、铝盐和铁盐在200rpm的转速下搅拌混合4min,得到岩屑破胶剂。
实施例4
依次加入质量比为4:6:3的硅微粉、铝盐和铁盐在200rpm的转速下搅拌混合5min,得到岩屑破胶剂。
实施例5
在100rpm的搅拌速度下,取钾铵基钻井液钻井过程中经钻井液固相控制系统分离后获得的岩屑100重量份,向其中加入5重量份的实施例2制备的岩屑破胶剂,混合搅拌10min;再加入5重量份的铝酸盐水泥,混合搅拌5min。
所用钾铵基钻井液的成分为:
3wt%钠膨润土;
0.2wt%氢氧化钾;
0.5wt%聚丙烯酸钾;
0.8wt%水解聚丙烯腈铵盐;
2wt%磺化酚醛树脂;
1wt%磺化褐煤;
2.5wt%无荧光防塌剂;
2wt%石墨粉;
余量为水。
将上述处理后得到的残渣放置7天后,浸出液按照GB8978-1996《污水综合排放标准》的方法进行检测,检测结果见表1。
表1实施例5钾铵基钻井液岩屑处理后浸出液检测结果
序号 | 检测项目 | 单位 | 标准要求 | 检测结果 | 结果评判 |
1 | pH值 | - | 6~9 | 8 | 符合 |
2 | 石油类 | mg/L | ≤5.0 | 0.6 | 符合 |
3 | 化学需氧量 | mg/L | ≤100 | 33 | 符合 |
4 | 镉 | mg/L | ≤0.1 | 0.005 | 符合 |
5 | 铅 | mg/L | ≤1.0 | 0.024 | 符合 |
6 | 铬 | mg/L | ≤1.5 | 0.01 | 符合 |
7 | 六价铬 | mg/L | ≤0.5 | 0.01 | 符合 |
8 | 砷 | ug/L | ≤500 | 0.006 | 符合 |
9 | 汞 | ug/L | ≤50 | 0.002 | 符合 |
实施例6
在50rpm的搅拌速度下,取钾铵基钻井液钻井过程中经钻井液固相控制系统分离后获得的岩屑100重量份,加入3重量份的实施例3制备的岩屑破胶剂,混合搅拌15min;再加入2重量份的铝酸盐水泥,混合搅拌10min。
所用钾铵基钻井液的成分为:
3wt%钠膨润土;
0.2wt%氢氧化钾;
0.4wt%聚丙烯酸钾;
0.7wt%水解聚丙烯腈铵盐;
2wt%磺化酚醛树脂;
1.5wt%磺化褐煤;
2wt%无荧光防塌剂;
2wt%石墨粉;
余量为水。
将上述处理后得到的残渣放置7天后,浸出液按照GB8978-1996《污水综合排放标准》的方法进行检测,检测结果见表2。
表2实施例6钾铵基钻井液岩屑处理后浸出液检测结果
实施例7
在70rpm的搅拌速度下,取钾铵基钻井液钻井过程中经钻井液固相控制系统分离后获得的岩屑100重量份,加入4重量份的实施例1制备的岩屑破胶剂,混合搅拌12min;再加入5重量份的铝酸盐水泥,混合搅拌8min。
所用钾铵基钻井液的成分为:
3wt%钠膨润土;
0.3wt%氢氧化钾;
0.5wt%聚丙烯酸钾;
1wt%水解聚丙烯腈铵盐;
3wt%磺化酚醛树脂;
2wt%磺化褐煤;
3wt%无荧光防塌剂;
4wt%石墨粉;
余量为水。
将上述处理后得到的残渣放置7天后,浸出液按照GB8978-1996《污水综合排放标准》的方法进行检测,检测结果见表3。
表3实施例7钾铵基钻井液岩屑处理后浸出液检测结果
实施例8
在60rpm的搅拌速度下,取钾铵基钻井液钻井过程中经钻井液固相控制系统分离后获得的岩屑100重量份,加入2重量份的实施例4制备的岩屑破胶剂,混合搅拌15min;再加入3重量份的铝酸盐水泥,混合搅拌10min。
所用钾铵基钻井液的成分为:
4wt%钠膨润土;
0.3wt%氢氧化钾;
0.3wt%聚丙烯酸钾;
0.5wt%水解聚丙烯腈铵盐;
2wt%磺化酚醛树脂;
2wt%磺化褐煤;
2wt%无荧光防塌剂;
6wt%石墨粉;
余量为水。
将上述处理后得到的残渣放置7天后,浸出液按照GB8978-1996《污水综合排放标准》的方法进行检测,检测结果见表4。
表4实施例8钾铵基钻井液岩屑处理后浸出液检测结果
序号 | 检测项目 | 单位 | 标准要求 | 检测结果 | 结果评判 |
1 | pH值 | - | 6~9 | 9 | 符合 |
2 | 石油类 | mg/L | ≤5.0 | 0.6 | 符合 |
3 | 化学需氧量 | mg/L | ≤100 | 89 | 符合 |
4 | 镉 | mg/L | ≤0.1 | 0.02 | 符合 |
5 | 铅 | mg/L | ≤1.0 | 0.024 | 符合 |
6 | 铬 | mg/L | ≤1.5 | 0.02 | 符合 |
7 | 六价铬 | mg/L | ≤0.5 | 0.04 | 符合 |
8 | 砷 | ug/L | ≤500 | 0.01 | 符合 |
9 | 汞 | ug/L | ≤50 | 0.008 | 符合 |
实施例9
在75rpm的搅拌速度下,取钾铵基钻井液钻井过程中经钻井液固相控制系统分离后获得的岩屑100重量份,加入6重量份的实施例2制备的岩屑破胶剂,混合搅拌11min;再加入6重量份的铝酸盐水泥,混合搅拌8min。
所用钾铵基钻井液的成分为:
4wt%钠膨润土;
0.3wt%氢氧化钾;
0.4wt%聚丙烯酸钾;
0.9wt%水解聚丙烯腈铵盐;
2.5wt%磺化酚醛树脂;
1.5wt%磺化褐煤;
2.5wt%无荧光防塌剂;
4wt%石墨粉;
余量为水。
将上述处理后得到的残渣放置7天后,浸出液按照GB8978-1996《污水综合排放标准》的方法进行检测,检测结果见表5。
表5实施例9钾铵基钻井液岩屑处理后浸出液检测结果
序号 | 检测项目 | 单位 | 标准要求 | 检测结果 | 结果评判 |
1 | pH值 | - | 6~9 | 8 | 符合 |
2 | 石油类 | mg/L | ≤5.0 | 2.1 | 符合 |
3 | 化学需氧量 | mg/L | ≤100 | 33 | 符合 |
4 | 镉 | mg/L | ≤0.1 | 0.015 | 符合 |
5 | 铅 | mg/L | ≤1.0 | 0.01 | 符合 |
6 | 铬 | mg/L | ≤1.5 | 0.02 | 符合 |
7 | 六价铬 | mg/L | ≤0.5 | 0.01 | 符合 |
8 | 砷 | ug/L | ≤500 | 0.009 | 符合 |
9 | 汞 | ug/L | ≤50 | 0.006 | 符合 |
由以上实施例可知,本发明提供了一种钾铵基钻井液岩屑的处理方法,包括:向钾铵基钻井液钻井过程产生的岩屑中依次加入岩屑破胶剂和岩屑固结剂进行搅拌混合。本发明提供的处理方法获得的处理残渣可达到《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》的I类标准要求。本发明使用了固结稳定化技术,采用破胶剂对岩屑破稳,再通过固结剂对岩屑进行固结封闭,具有处理工艺简单、处理效果稳定的特点。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种钾铵基钻井液岩屑的处理方法,包括:
向钾铵基钻井液钻井过程中产生的岩屑中先加入岩屑破胶剂进行一次搅拌混合,再加入岩屑固结剂进行二次搅拌混合;
所述岩屑破胶剂包括:铝盐、铁盐和微硅粉;
岩屑固结剂为铝酸盐水泥。
2.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述铝盐选自聚合氯化铝和聚合硅酸铝铁中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述铁盐选自聚合硅酸铁和氯化铁中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述铝盐、铁盐和微硅粉的质量比为(5~15):(2~5):(1~4)。
5.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述岩屑破胶剂的制备方法为:
依次加入微硅粉、铝盐和铁盐进行混合搅拌,得到岩屑破胶剂。
6.根据权利要求5所述的处理方法,其特征在于,所述混合搅拌的速度为150~300rpm;所述混合搅拌的时间为3~5min。
7.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述一次搅拌的速度为50~100rpm;所述二次搅拌的速度为50~100rpm。
8.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,一次搅拌混合的时间为5~15min;所述二次搅拌混合的时间为5~10min。
9.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述岩屑破胶剂、岩屑固结剂和岩屑的质量比为(2~6):(2~6):100。
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