CN1458076A

CN1458076A - 废弃钻井液混凝脱水处理方法

Info

Publication number: CN1458076A
Application number: CN 02117325
Authority: CN
Inventors: 赵雄虎; 黎钢; 朱墨
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2003-11-26
Anticipated expiration: 2022-05-17
Also published as: CN1176859C

Abstract

本发明提供了一种废弃钻井液混凝脱水处理方法，具体方法是在废弃钻井液中加入无机铝盐凝聚剂和有机阳离子聚电解质絮凝剂溶液，搅拌均匀后静止混凝10～15分钟；待废弃钻井液完全化学脱稳脱水后，再将团块絮凝物和部分絮出水离心脱水；无机铝盐凝聚剂优选是三氯化铝，其使用量为2000～3500mg/L；有机阳离子聚电解质絮凝剂是带有季铵盐阳离子官能团的有机阳离子聚电解质，在无机铝盐凝聚剂和有机阳离子聚电解质絮凝剂凝聚与絮凝的协同作用下，促使悬浮的细小颗粒聚结为大块絮凝物，经离心脱水，最终达到废弃钻井液固液分离的目的。

Description

废弃钻井液混凝脱水处理方法

技术领域：

本发明涉及一种油气田废弃钻井液的处理方法，特别是废弃钻井液的脱水处理方法。

背景技术：

油气田钻井过程中钻井液泄漏、更换钻井液、清洗钻台、清除钻屑以及井喷事故等都会产生大量废弃钻井液和污水。根据钻机大小和钻井深浅其产生的废物量不等，一般每口井产生的废弃钻井液约为200～300方。因此，对废弃钻井液的处理已成为环境保护的一项重要研究内容。中国专利《钻井完井泥浆回收处理装置》(88218926.3)介绍用加热干燥和固化系统处理废泥浆，该装置存在能耗大及处理速度慢的缺点，不适合用来大批量处理废弃钻井液。专利《浆体固液分离方法和设备》(98104310)提出依靠自然沉降法和采用活动过滤器来分离让浆体中所含的固体物质，但不适合胶体稳定性很好的钻井泥浆，泥浆静止放置数月也不会沉降分离。专利《处理泥浆水的方法》(90101597.0)提出向泥浆水中加入碱土金属氧化物或氢氧化物和阴离子多聚物凝结剂，随后再加入硫酸和阴离子多聚物凝结剂，而产生大块的絮凝物，用此方法处理废弃钻井液所得到的絮凝物稳定性差，遇水长时间浸泡后又可返胶成泥浆，存在潜在的二次污染。专利《废钻井液的处理方法及存放结构》(92108103.0)和专利《复合高效钻井泥浆废水处理剂》(91102191)都提出向废钻井液中加入硫酸铝等无机絮凝剂和水解聚丙烯酰胺等有机絮凝剂，絮凝沉降后抽出上层清液，在浓缩絮凝沉淀物上加盖一层纤维物，再用水泥等混凝土密封覆盖。由于水解聚丙烯酰胺是阴离子型的高分子絮凝剂，对泥浆粘土颗粒的絮凝是通过架桥吸附作用形成的，用这种方法处理废弃钻井液所产生的絮凝物稳定性差，水中长时间浸泡就自动返胶形成泥浆。虽然絮凝物顶面的混凝土覆盖层将其与空气隔绝，但返胶泥浆可以沿着土坑的四周和底层向周围土壤中扩散渗漏，继续造成环境污染。

发明内容：

本发明的目的，是为了克服现有处理方法的不足，提供一种耗能低，处理速度快，絮凝物稳定性好、有利于环保的废弃钻井液的脱水处理方法。

本发明的处理方法由凝聚与絮凝、化学脱稳脱水、固液分离几部分组成，具体方法是：在废弃钻井液中加入无机凝聚剂和有机絮凝剂溶液，搅拌均匀后静止混凝10～15分钟。待废弃钻井液完全化学脱稳脱水后，再将团块絮凝物和部分絮出水离心脱水，离心机转速可选择在2000～5000转/分。

本发明提供了新型的无机铝盐凝聚剂和有机阳离子聚电解质絮凝剂；

上述无机铝盐凝聚剂由硫酸铝、三氯化铝、十二水合硫酸铝钾、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、铁铝共聚物等其中一种或多种组成；

优选无机铝盐凝聚剂是三氯化铝，其使用量为2000～3500mg/L。

上述有机阳离子聚电解质絮凝剂是带有季铵盐阳离子官能团的有机阳离子聚电解质，如二烯丙基二甲基氯化铵—丙烯酰胺共聚物、丙烯酰胺—丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵共聚物、丙烯酰胺—甲基丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵共聚物、丙烯酰胺—丙烯酸乙酯基三甲基铵硫酸甲酯共聚物、丙烯酰胺—甲基丙烯酸乙酯基三甲基铵硫酸甲酯共聚物等一种或多种。

所述含有季铵盐阳离子基团的聚电解质，其特征是粘均分子量为1×10⁶～10×10⁶，阳离子度为5％～80％，其中与凝聚剂三氯化铝协合使用的最佳阳离子絮凝剂丙烯酰胺—丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵共聚物的粘均分子量为3×10⁶，阳离子度为15％。

最佳协合的无机铝盐凝聚剂和有机阳离子聚电解质絮凝剂是三氯化铝和丙烯酰胺—丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵共聚物，能够有效絮凝废弃钻井液化学脱稳后体系中的固相颗粒，后者使用量为200～300mg/L。

在本发明的新型无机铝盐凝聚剂和有机阳离子聚电解质絮凝剂凝聚与絮凝的协同作用下，泥浆中表面呈负电性的粘土颗粒通过静电中和作用和大分子的架桥吸附作用彻底破坏其胶体体系，促使悬浮的细小颗粒聚结为大块絮凝物，经离心脱水，确保絮凝泥渣具有很好的抗水浸泡能力，分离出的水可循环再用，如配制钻井液等，脱水泥渣可直接安全埋入地下，最终达到废弃钻井液固液分离的目的。

附图说明：

图1是废弃钻井液混凝脱水处理的工艺流程图。

具体实施方式：

按照图1所示，首先将废弃钻井液用泵抽送到泥浆罐或其它容器中，再将无机凝聚剂和阳离子有机絮凝剂溶液依次加到装有废弃钻井液的容器中，开动搅拌机缓慢搅拌均匀，静止混凝10～15分钟，待废弃钻井液完全化学脱稳脱水后，再将团块絮凝物和部分絮出水用泵抽送到离心机中，经离心分离出的水可循环再用于钻井作业，脱水泥渣可直接安全埋入地下。

以中原濮5123井、新疆宝101井、江苏沙7井和江苏真138井等我国四个油田四口井产生的不同类型废弃钻井液混凝脱水的处理为例，见下表。

表1

实施例	废弃钻井液来源	凝聚剂	絮凝剂
实施例	废弃钻井液来源	凝聚剂	絮凝剂	1	中原濮5123井	3500mg/L三氯化铝	300mg/L丙烯酰胺-丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵共聚物
2	新疆宝101井	3000mg/L三氯化铝	240mg/L丙烯酰胺-丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵共聚物	1	中原濮5123井	3500mg/L三氯化铝	300mg/L丙烯酰胺-丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵共聚物
2	新疆宝101井	3000mg/L三氯化铝	240mg/L丙烯酰胺-丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵共聚物	3	江苏沙7井	2700mg/L三氯化铝	200mg/L丙烯酰胺-丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵共聚物
4	江苏真138井	2000mg/L三氯化铝	210mg/L丙烯酰胺-丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵共聚物	3	江苏沙7井	2700mg/L三氯化铝	200mg/L丙烯酰胺-丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵共聚物

上述四种废弃钻井液化学脱稳后都产生强烈絮凝，固相颗粒明显聚结增大，颗粒粒径均值由絮凝前的10.3μm增大到126.3～283μm；粒径中值由4.1μm增大到106.9～246.1μm，粒径小于20μm以下的颗粒数由絮凝前的85.5％减少到5.3％，并可自然分离出一部分水，进一步使用离心机可将絮凝团块孔隙中残留的自由水分离干净，从而使分离出水的浊度低脱色好，保证了废弃钻井液固液分离的质量，结果见表2、表3。再经过4000转/分离心脱水后，最终废弃钻井液离心脱水率达到59％。

表2

废浆来源中原濮5132井实施例1	采样井深密度粘度 pH值含油量含水量时间 m g/cm³ s ％v ％v		固相含量
			固相含量	％v g/L
			1995.3 2760 1.29 50 9.0 5.0 75.0		20.0 440
	流变参数	主要处理剂	1995.3 2760 1.29 50 9.0 5.0 75.0		20.0 440	备注
	流变参数	主要处理剂	Φ₆₀₀ Φ₃₀₀ Φ₂₀₀ Φ₁₀₀ Φ₆ Φ₃	HPAN，HPAM，FCLS，LV-CMC，HV-CMC，原油	颜色：黑棕色气味：油味	备注
	178 142 129 113 84 81		Φ₆₀₀ Φ₃₀₀ Φ₂₀₀ Φ₁₀₀ Φ₆ Φ₃
	178 142 129 113 84 81	新疆宝101井实施例2	采样井深密度粘度 pH值含油量含水量时间 m g/cm³ s ％v ％v			固相含量
％v g/L						固相含量
％v g/L	1995.5 2500 1.20 54 8.0 2.5 86.5				11.0 400
流变参数	1995.5 2500 1.20 54 8.0 2.5 86.5		主要处理剂	备注	11.0 400
流变参数	Φ₆₀₀ Φ₃₀₀ Φ₂₀₀ Φ₁₀₀ Φ₆ Φ₃	FA-367，XY-27，SMPSPNH，PAC-142，	主要处理剂	备注	颜色：黑棕色气味：油味
146 100 80 55 24 20	Φ₆₀₀ Φ₃₀₀ Φ₂₀₀ Φ₁₀₀ Φ₆ Φ₃
146 100 80 55 24 20	江苏沙7井实施例3		采样井深密度粘度 pH值含油量含水量时间 m g/cm³ s ％v ％v			固相含量
％v g/L						固相含量
％v g/L		1994.10 2100 1.20 40 9.5 6.0 82.5			11.5 290
流变参数		1994.10 2100 1.20 40 9.5 6.0 82.5		主要处理剂	11.5 290	备注
流变参数		Φ₆₀₀ Φ₃₀₀ Φ₂₀₀ Φ₁₀₀ Φ₆ Φ₃	HPAN， HPAM， XY-27ABSN，改性沥青，原油	主要处理剂	颜色：黑棕色气味：油味	备注
153 102 81 55 15 13		Φ₆₀₀ Φ₃₀₀ Φ₂₀₀ Φ₁₀₀ Φ₆ Φ₃
153 102 81 55 15 13		江苏真138井实施例4		采样井深密度粘度 pH值含油量含水量时间 m g/cm³ s ％v ％v		固相含量
％v g/L						固相含量
％v g/L	1994.10 2573 1.14 44 10.0 7.0 85.0		8.0 265
流变参数	1994.10 2573 1.14 44 10.0 7.0 85.0		8.0 265	主要处理剂	备注
流变参数	Φ₆₀₀ Φ₃₀₀ Φ₂₀₀ Φ₁₀₀ Φ₆ Φ₃	HPAN，HPAM，XY27，FA367，乳化剂，原油	颜色：黑棕色气味：油味	主要处理剂	备注
151 105 75 54 17 12	Φ₆₀₀ Φ₃₀₀ Φ₂₀₀ Φ₁₀₀ Φ₆ Φ₃

注：①废浆粘度测试温度为25℃左右；

②钻井液所用的主要处理剂HPAN、HPAM、FCLS、CMC、FA367、XY27、SMP、SPNH、PAC142、ABSN等都是具有不同作用功能的高分子化合物的代号。

其中：

HPAN：水解聚丙烯睛。

HPAM：水解聚丙烯酰胺。

FCLS：铁铬木质素磺酸盐。

CMC：羧甲基纤维素钠盐。

FA367：复合离子型高分子聚合物降滤失剂。

XY-27：含有阴离子和阳离子基团的两性离子聚合物，属于乙烯基单体多元共聚物。

SMP：磺甲基酚醛树脂。

SPNH：以褐煤、晴纶废丝为主要原料，采用接枝共聚和磺化法制得的一种含羟基、羰基、亚甲基、磺酸基、苯环、羧基和睛基的三元以上的共聚物。

PAC142：丙烯酸、丙烯酸胺、丙烯睛、丙烯磺酸钠的多元共聚物。

ABSN：十二烷基苯磺酸钠。

表3

絮凝前	絮凝后
絮凝前	絮凝后	＜20μm颗粒粒径均值粒废浆径中值(％) (μm) (μm)	＜20μm颗粒粒径均值粒径中值(％) (μm) (μm)
实施例1 85.5 10.3 4.1实施例2 85.5 10.7 6.0实施例3 85.3 10.8 6.0实施例4 42.4 54.2 8.5	5.3 126.3 106.91.2 177.6 161.81.7 283.0 246.13.3 134.1 118.6	＜20μm颗粒粒径均值粒废浆径中值(％) (μm) (μm)	＜20μm颗粒粒径均值粒径中值(％) (μm) (μm)

Claims

1.一种废弃钻井液混凝脱水处理方法，其特征是由凝聚与絮凝、化学脱稳脱水、固液分离几部分组成；具体方法是：在废弃钻井液中加入无机铝盐凝聚剂和有机阳离子聚电解质絮凝剂溶液，搅拌均匀后静止混凝10～15分钟；待废弃钻井液完全化学脱稳脱水后，再将团块絮凝物和部分絮出水离心脱水，离心机转速是2000～5000转/分。

2.权利要求1所述的废弃钻井液混凝脱水处理方法，其特征是所述无机铝盐凝聚剂由硫酸铝、三氯化铝、十二水合硫酸铝钾、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、铁铝共聚物等其中一种或多种组成；

3.权利要求2所述的废弃钻井液混凝脱水处理方法，其特征是所述无机铝盐凝聚剂优选是三氯化铝，其使用量为2000～3500mg/L。

4.权利要求1所述的废弃钻井液混凝脱水处理方法，其特征是所述有机阳离子聚电解质絮凝剂是带有季铵盐阳离子官能团的有机阳离子聚电解质，包括二烯丙基二甲基氯化铵—丙烯酰胺共聚物、丙烯酰胺—丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵共聚物、丙烯酰胺—甲基丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵共聚物、丙烯酰胺—丙烯酸乙酯基三甲基铵硫酸甲酯共聚物、丙烯酰胺—甲基丙烯酸乙酯基三甲基铵硫酸甲酯共聚物等一种或多种。

5.权利要求4所述的废弃钻井液混凝脱水处理方法，其特征是所述有机阳离子聚电解质絮凝剂含有季铵盐阳离子基团的聚电解质，其粘均分子量为1×10⁶～10×10⁶，阳离子度为5％～80％，其中与凝聚剂三氯化铝协合使用的最佳阳离子絮凝剂丙烯酰胺—丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵共聚物的粘均分子量为3×10⁶，阳离子度为15％。

6.权利要求1所述的废弃钻井液混凝脱水处理方法，其特征是所述最佳组合的无机铝盐凝聚剂和有机阳离子聚电解质絮凝剂是三氯化铝和丙烯酰胺—丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵共聚物，丙烯酰胺—丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵共聚物使用量为200～300mg/L。