长庆油田废弃钻井液固化处理研究

龙怀远，王松，李行，李红

(长江大学化学与环境工程学院,湖北 荆州 434023)

尚娟芳

(宜宾职业技术学院生物工程系，四川 宜宾 644000)

长庆油田废弃钻井液固化处理研究

龙怀远，王松，李行，李红

(长江大学化学与环境工程学院,湖北 荆州 434023)

尚娟芳

(宜宾职业技术学院生物工程系，四川 宜宾 644000)

废弃钻井液是石油钻井过程中产的污染物,如不经处理任意排放,就会污染当地的环境，造成难以估量的损失。笔者在调研国内外废弃钻井液固化处理研究现状的基础上,探讨了长庆油田废弃钻井液对环境的影响,研究了几种固化方法的固化效果,并对固化机理做了初步的分析。通过研究表明:采用无机固化剂GHW-3为主,辅以适量的有机固化剂GHY-1及无机添加剂和填料复合固化剂的固化方法，其固化物固化强度高，经固化后的固化物浸出液毒性检测其毒性远小于国家环保指标,具有明显的社会与环境效益，有一定的推广应用前景。

长庆油田；废弃钻井液；固化；固化剂；固化强度

长庆油田是目前我国一个重要的石油勘探与开发基地，每年都要钻探数以千计的油井，产生大量的废弃钻井液。废弃钻井液的主要成分包括钻屑、石油烃类、可溶性的无机盐类、高分子聚合物、加重材料重晶石等物质，其有害成分会破坏植被，危害植物的生长，影响人类的正常生活。如果对于每口井多达数百立方米的废弃钻井液不进行妥善处理，势必破坏井场周围生态平衡，对环境造成破坏与损害，因此对长庆油田废弃钻井液的处理是当前西部地区油田急需解决的环境问题之一，研究一种合适的处理方法具有非常重要的社会效益和环境效益[1～6]。

1 实验部分

1.1 实验仪器和药品

1)实验仪器 XJ-500五轴高搅拌器(青岛海通达仪器公司)；JB50-D增力电动搅拌器(上海标准电动搅拌仪器厂)；CA22分光光度仪(深圳市天友利光源有限公司)；0299天平(上海第二天平仪器厂)；XZNG固相含量测定仪(青岛胶南仪器公司)；pH计(上海地质仪器厂)；JA-2103N精密天平(上海天平仪器公司)；LY 7抗压强度测定仪(四川成都材料与工艺研究所)；Orion AQUAfast Ⅱ浊度仪(美国奥德乐公司)。

2)实验药品 无机固化剂GHW-3(自行研制)；有机固化剂GHY-1(自行研制)；CaO(上海化学试剂公司)；填料A(荆州火力发电厂)；膨润土(山东安丘)。

1.2 实验方法

1)废弃钻井液的固化强度测试 取废弃钻井液500mL于烧杯中，向烧杯中加入不同百分比的固化剂，然后搅拌均匀，放置一段时间，形成一定强度的固化物，再用LY-007抗压强度测定仪来测量固化物的抗压强度。

2)固化后的浸出物含量的测试 取固化一定时间的固化样块∅25mm×50mm的圆柱体，放在烧杯中，加入1000mL蒸馏水，在25℃下浸泡一定的时间，取上层清液，对固化体的浸出液进行分析，并测量浸泡后对固化物固化强度的影响。

2 结果与分析

2.1 废弃钻井液的组成

废弃钻井液取自长庆油田现场，根据目前长庆油田靖边地区现场钻井液的使用情况，其具体配方：1000mL水+5%膨润土+0.5%Na2CO3+0.2%KPAM+1.0%NH4PAN+2%SPNH+1.5%SMP-2+1.0%SAS+5%柴油+0.5%xy-27+重晶石调节密度(配方中的百分数为质量分数，下同)。

2.2 废弃钻井液污染物的测定

从废弃钻井液中提取液相物质进行测定，其测定结果如表1所示。COD值、石油类质量浓度、色度、含硫质量浓度等参数都已经远远超过国家环保标准，所以要对废弃钻井液进行固化处理。

表1 废弃钻井液主要污染成份分析

2.3 废弃钻井液固化剂优选

考虑成本等因素，加入自行研制的生物无毒性的有机促凝剂GHY-1，无机固化剂GHW-3，并辅以适量的填料A，另外还选择了一种辅助型的无机添加剂CaO，通过正交试验对配方组成进行优化，优选出具有代表性的长庆油田废弃钻井液的固化处理方案[7～10]。取长庆油田废弃钻井液500mL，分别加入不同质量分数的添加剂，充分搅拌30min，使其混合均匀，然后静置1、3、7、10d，观察其固化效果，结果如表2所示。在主固化剂GHY-1和GHW-3质量分数较少时，增加辅助添加剂的量，延长固化时间都不能使废弃钻井液固化。增加主固化剂GHW-3和有机促凝剂GHY-1的加入量，可以加快废弃钻井液固化，且质量分数越大，固化强度越大。

表2 废弃钻井液固化处理优化方案

注：分散为无法测定。

综上所述，实验得出固化处理长庆油田废弃钻井液最佳配方：10%GHW-3+10%A+1%GHY-1+0.5%CaO。将该配方加入到现场废弃钻井液中进行固化实验，固化10d后，钻取固化物为∅25mm×50mm的圆柱体，放在蒸馏水中分别浸泡1、3、7、10d后，取出固化物测定其强度及其他各项指标，结果见表3。可以看出，废弃钻井液固化后的各种指标比固化前的明显下降，但固化后的钻井液在蒸馏水中浸泡的浸出物随着时间的延长，指标变化不大，均达到了国家环保标准，可见其固化效果较好。

表3 废弃钻井液固化前后综合指标

注：w(S2-)为硫离子质量浓度；w(Cr6+)为铬离子质量浓度。

2.4 处理药品成本分析

按照处理1m3废弃钻井液所需要的固化处理配方：GHW-3加量0.1t，无机添加剂CaO加量0.05t，填料A加量0.1t，促凝剂GHY-1加量0.01t。

根据市场平均价格，GHW-3的价格为0.35元/kg；工业级CaO的价格为0.4元/kg；填料A的价格为0.1元/kg；GHY-1的价格为1.15元/kg。药品成本合计为：100×0.35+5×0.4+100×0.1+10×1.15=58.5元/m3

2.5 现场应用

应用该方案在长庆油田进行了3口井的现场试验，分别为苏东59-C3井、庆探2井、苏南39-82井，其作业过程是在废弃钻井液池中依次加入10%GHW-3、1%GHY-1、0.5%CaO，最后加入10%A。用搅拌机充分搅拌30min，使药剂与废弃钻井液混合均匀，现场试验表明，试验井的废弃钻井液经过24h后，就可以形成具有一定强度的固化物，固化均匀，钻井液池中无死角。10d后用取样器分上、中、下三个部位钻取固化物，测量其强度分别为1.15、1.10、1.05MPa，固化物浸泡10d后的浸泡液COD值为68.5mg/L，其他指标也均在国家二级标准的范围之内，达到了预期效果。

3 结论

1)确定了以自行研制的无机固化剂为主的固化剂配方：10%GHW-3+10%A+1%GHY-1+0.5%CaO。

2)经处理后的废弃钻井液，固化物浸出液有害成分不超过国家标准，其抗压强度达到1.4MPa，稳定性好。

3)采用该固化处理法对长庆油田废弃钻井液进行了3口井的现场试验，操作工艺简单，处理费用适宜，药剂成本约为58.5元/m3，现场应用效果表明固化效果好，具有一定的推广应用价值。

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[编辑] 帅群

2016-10-22

国家自然科学基金项目(41271482)。

龙怀远(1992-)，男，硕士生，现主要从事钻完井液的研究与学习工作；通信作者：王松，wangs_2008@sina.com。

TE254

A

1673-1409(2017)7-0050-03

[引著格式]龙怀远，王松，李行，等.长庆油田废弃钻井液固化处理研究[J].长江大学学报(自科版), 2017,14(7):50～52.