油田钻井废弃泥浆处理工艺研究

5 ~ 45
pH 值
3 ~ 10
化学清洗 pH 值
2 ~ 12
1．3 分析方法 含水率采用 GB ／ T 260—77《石油产品水分测定
法》［7］ 中规定方法测定； 含油率采用索式提取器［8］ 测
定； 剩余杂质及泥沙经过滤、 洗涤、 静置、 烘干 后， 称重得出泥沙质量， 利用干重法算出含固率。 2 结果与讨论 2．1 油田钻井废弃泥浆组分分析
·81·
沉淀物体积 ／ mL
ÁÂÃÄÅÆÇÈÉ INDUSTRIALWATER＆WASTEWATER
工业用水与废水
Vol ． 47 No ． 5 Oct.， 2016
表 4 不同混凝剂投加量的处理效果 Tab. 4 Treatment effect with different coagulant dosage
3
60.0
5 5 s 内固液分离， 破胶不完全
4
80.0
3 3 s 内固液分离， 破胶完全
2.3 混凝剂投加量和混凝时间的影响 混凝剂投加量对泥浆压滤液处理效果的影响见
表 4。 试样 1 至试样 7 加入试剂后， 迅速产生大量铜
绿 色 絮 凝 物 ， 表 面 悬 浮 物 含 量 降 低 。 反 应 5 min 时， 试样 1 至试样 5 上清液澄清度好， 静置 1 h 后， 溶液透明度较低； 而试样 6 至试样 7 上清液澄 清度差， 静置 1 h 后， 溶液透明度较好。 由表 4 可 知， 混凝剂投加量越多， 混凝上清液的 pH 值越接
密度 ／ （g·cm－3）
1.26
w（水） ／ ％
62.5
w（油） ／ ％
8.8
w（固体物 w（其他有机物及 质） ／ ％ 挥发性物质） ／ ％
18.6
10.1
该油田废弃泥浆样品呈褐色， 流体状， 表面有 浮油， 较黏稠， 不易固液分离， 化学稳定性好。 2．2 破胶剂投加量对破胶效果的影响
破 胶 剂 投 加 量 对 破 胶 效 果 的 影 响 见 表 3。 当 PZJ 投 加 量 为 0．3 mL ／ L 时 ， 破 胶 剂 5％ CaCl2 溶 液 的最佳投加量为 80．0 mL ／ L， 破胶时间最短为 3 s。 对破胶效果最好的水样采用 φ 15．0 cm 滤纸过滤， 并进行水质分析。 与原泥浆对比发现， 泥浆压滤 液由褐色变为黄色透明状， 其 CODCr 的质量浓度为 3 000 mg ／ L， 色 度 为 300 倍 ， 密 度 为 1.15 g ／ cm3， 有所降低， 这是由于破胶后泥浆压滤液中固体物质 减少造成的。
在温度为 20 ℃ 的条件下， 对油田钻井废弃泥 浆进行预处理。 利用磁力加热搅拌器先快速搅拌 （速率为 200 r ／ min）3 min， 再慢速搅拌（速率为 50 r ／ min）5 min。 准确称取预处理后的泥浆 100 mL， 向烧 杯 中 投 加 PZJ 0．3 mL ／ L 后 ， 向 其 中 分 别 投 加 20、 40、 60、 80 mL ／ L 5％ CaCl2 溶液， 静置 30 min， 磁 力 加 热 搅 拌 器 快 速 搅 拌 3 min， 搅 拌 速 率 为200 r ／ min。 充分搅拌后的混合液在 φ 15．0 cm 滤纸上采用 真空抽滤装置进行固液分离， 得到泥浆压滤液备用。 1．2．2 混凝试验
本文通过分析陕西榆林地区油田钻井废弃泥浆 的基本特性， 采用 CODCr 浓度为主要指标， 对泥浆
进行破胶、 混凝、 化学氧化以及膜处理试验， 最终 确定破胶剂、 混凝剂、 氧化剂的类型和最佳用量以 及膜处理的最佳运行时间， 进而确定油田钻井废弃 泥浆处理工艺。 1 材料与方法 1．1 材料与仪器
（1） 药剂和钻井废弃泥浆。 药剂： 5％ FeSO4 溶 液、 0．05％ PAM 溶液、 5％ CaCl2 溶液、 5％ H8N2O8S2 溶 液 、 30％ H2O2 溶 液 、 专 利 破 胶 剂 PZJ、 30％ 稀 H2SO4。 废弃泥浆来自陕西榆林油田二开钻井。
性能 型号 膜丝材质 公称面积 ／ m2 公称孔径 ／ μm 膜丝内径 ／ mm 膜丝外径 ／ mm
参数 PVDF-1808
PVDF 66 0.01 0.7 1.3
使用条件
参数
设计产水量 ／ （m3·h－1） 2.0 ~ 8.0
最大进水压力 ／ MPa
0.30
最大跨膜压差 ／ MPa
0.15
温度 ／ ℃
20.0
6.69
近酸性。 而 7 号水样的 pH 值出现突变， 原因可能 是水样中剩余的 Fe2＋ 络合 H2O 电离 出 的 H＋， 使 水 样呈弱酸性。 由 于 Fenton 反 应 的 最 佳 试 验 条 件 要 求 pH 值 在 3．0 ～ 5．5 之 间 ， 所 以 采 用 5％ FeSO4 溶
本次试验采用陕西榆林油田二开钻井废弃泥浆 作为试验对象， 测定其含水率、 含油率、 含固率， 泥浆总量与以上三者差值即为其他有机物及挥发性 物质的量， 试验结果见表 2。
表 2 油田废弃泥浆成分 Tab. 2 Composition of waste drilling mud of oilfield
关键词： 钻井废弃泥浆； 破胶； 混凝； 化学氧化； 超滤 中图分类号： X705； X741 文献标志码： A 文章编号：%1009 － 2455（2016）05 － 0080 － 04
Research on treatment technology of waste drilling mud of oilfield
WANG Kai， SU Yan－pei， HUANG Kai， ZHANG Xue－jiao， ZHANG Fa－wen
（School of Forestry, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China）
Abstract： Gel breaking-coagulation-chemical oxidation-ultrafiltraion combined process was used to treat waste drilling mud of oilfield. First of all, adding 80 mL/L 5% CaCl2 solution for gel breaking, the press filtrate was gotten through solid-liquid separation; secondly, adding 200 mL/L 5% FeSO4 solution and 20 mL/L 0.05% PAM solution into the press filtrate for coagulation; and then, adding 3.5 mL/L 30% H2O2 solution into the supernatant liquor; finally, with 100 minutes of oxidation and 80 minutes of ultrafiltration, the removal rate of CODCr in the effluent water reached 96.6%, the effluent water quality met the specification for grade 1 in GB 8978—1996 Integrated Wastewater Discharge Standard. The results of the test showed that, using the said process to treat waste drilling mud of oilfield could obtain good effect.
Keywords： waste drilling mud; gel breaking; coagulation; chemical oxidation; ultrafiltration
随着我国经济快速发展， 石油消费量不断攀 升， 同时带来了很多污染［1］。 钻井废弃泥浆是在油 田钻井作业过程中产生的主要污染物， 含有各种各 样的化学处理剂， 是一种粘性高、 稳定性强的多相 胶体－悬浮体体系， 不易失水干结 。 ［2-4］ 这类污染物 如果不经过处理， 随意排放， 或者处理不当， 极易 造成生态环境的严重破坏， 危害周边区域内土壤、 水、 植被、 动物的生存环境［5-6］。 迫于对能源的需求， 钻井泥浆的种类不断增加， 有毒有害成分也日益增 多， 因此， 探索出油田钻井废弃泥浆可行的处理工 艺， 对其无害化和后续处理具有现实意义。
采用过滤孔径为 0．01 μm 的超滤膜， 在膜连续 运行 0、 20、 40、 60、 80 min 后， 取水样分析其水 质指标， 探讨膜连续运行时间对废液中 CODCr 去除 情况的影响， 并确定膜过滤运行最佳时间。 超滤 膜组件性能参数见表 1。
表 1 超滤膜组件性能参数 Tab. 1 Performance parameters of UF membrane modules
INDUSTRIAL WATER ＆ WASTEWATER
工业用水与废水
Vol ． 47 No ． 5 Oct.， 2016
油田钻井废弃泥浆处理工艺研究
王凯， 苏艳佩， 黄凯， 张雪娇， 张发文
（河南农业大学 林学院， 郑州 450002）
摘要： 采用破胶－混凝－化学氧化－超滤组合工艺处理油田钻井废弃泥浆， 先投加 80 mL ／ L 的 5％ CaCl2 溶 液 进 行 破 胶 ， 通 过 固 液 分 离 得 到 泥 浆 压 滤 液 ， 向 泥 浆 压 滤 液 中 分 别 投 加 200 mL ／ L 的 5％ FeSO4 溶 液 和 20 mL ／ L 的 0．05％ PAM 溶液进行混凝处理， 再向混凝上清液中投加 3．5 mL ／ L 的 30％ H2O2 溶液， 氧化反应 100 min， 最后超滤 处 理 80 min， 出 水 CODCr 去 除 率 达 到 96．6％， 出 水 水 质 达 到 GB 8978—1996《污 水 综 合 排 放 标 准 》一 级 排 放 标 准 。 试验结果表明， 该工艺在处理油田钻井废弃泥浆方面具有较好的效果。
试样
5％ FeSO4 溶液投 加量 ／ （mL·L－1）
0.05％ PAM 溶液 投加量 ／ （mL·L－1）
上清液 pH 值
1
25.0
5.0
11.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ7
2
50.0
7.5
11.75
3
75.0
10.0
11.38
4
100.0
12.5
11.29
5
125.0
15.0
10.96
6
150.0
17.5
10.52
7
200.0
表 3 不同破胶剂投加量的处理效果 Tab. 3 Treatment effect with different dosage of gel breaker
试样
5％ CaCl2 溶液投 加量 ／ （mL·L－1）
破胶时 间／s
试验结果
1
20.0
10 s 内固液未分离， 未破胶
2
40.0
10 10 s 内固液分离， 破胶不完全
准确称取 200 mL 泥浆压滤液， 向烧杯中分别 投 加 5．0 ~ 40．0 mL 5％ FeSO4 溶 液 和 1．0 ~ 4．0 mL 0．05％ PAM 溶 液 进 行 混 凝 试 验 。 混 凝 混 合 物 采 用 φ 15．0 cm 滤纸过滤， 混凝上清液留作备用。 1．2．3 氧化试验
（2） 主要仪器与设备。 HH－6 型数显恒温水浴 锅 、 78 －1 型 磁 力 加 热 搅 拌 器 、 电 子 万 用 炉 、 FA2004B 型 电 子 天 平 、 PHS－2C 型 pH 计 、 ZXZ－
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王凯， 苏艳佩， 黄凯， 等： 油田钻井废弃泥浆处理工艺研究
0．5D 型旋片真空泵。 1．2 试验方法 1．2．1 破胶试验
取 100 mL 混 凝 上 清 液 ， 分 别 向 烧 杯 中 投 加 0．30、 0．35、 0．40、 0．45 mL 30％ H2O2 溶液， 静置一 定时间， 水浴加热， 测定水质指标。 取 100 mL 处理 效 果 最 好 的 水 样 ， 分 别 投 加 0．2、 0．3、 0．4 mL 5％ H8N2O8S2 溶液进行定量试验， 并研究酸性条件、 氧 化剂投加量及氧化时间对深度氧化试验的影响。 1．2．4 超滤试验