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气田钻井废弃泥浆固化技术 刘 俊 张 俊 中国石化石油工程西南有限公司油田工程服务分公司, 四川 绵阳 621000 摘要 采用固化法对大牛地气田钻井废弃泥浆进行了无害化处理研究。 试验表明, 主凝剂、复合助凝剂、吸附剂、调节 剂最佳比例为 4、1. 7、3. 5、1, 固化物浸出液指标达到GB8978-96污水综合排放标准一级标准要求, 固化反 应效果的影响因素为固化剂比例、反应时间和温度。 关键词 大牛地; 钻井废弃泥浆; 最佳比例; 浸出液; 影响因素 SOLIDIFICATION TECHNOLOGY OF GAS FIELD′ S WASTE DRILLING FLUID Liu Jun Zhang Jun Oil Field Service Branch, China Petrochemical Engineering Southwest Co. , Ltd, Mianyang 621000, China Abstract The study on innoxious treatment of Daniudi Gas Field′ s waste drilling fluid is done by use of solidification technique. Experiments indicate the optimum percentage of solidification agentsincluding four kinds of additivesisin turn4, 1. 7, 3. 5 and 1, the index of lixivium of solidified waste drilling fluid can meet the first -order of GB 8978-96, the effect factors of solidifying reaction are the percentage of solidification agent, the time of reaction and the temperature of reaction. Keywords Daniudi; waste drilling fluid; optimum percentage;lixivium; effect factor 0 引言 大牛地气田目前正在进行大规模产能建设。该 气田钻进深度一般在2 000～ 3 000 m , 根据气井勘探 资料 ,大牛地气田单井钻井岩屑量约125 m 3 , 随钻井 泥浆存放于泥浆池中。由于完井阶段的射孔、测试、 压裂作业返排液也进入泥浆池存放 ,因此 ,泥浆池中 的废弃物实际上还包括这几种作业的废弃物在内。 根据经验 , 单井完井以后废弃物的总排放量约为 1 000 m 3左右 。 由于钻进深度和地质条件的不同, 所选用泥浆体 系及泥浆材料会有所差别 。因此, 钻井废弃物中的污 染物质也会有所不同。大牛地气田属于中深井, 因 此,基本上采用的是聚合物水基钻井泥浆体系, 主要 成分有土粉、 NaCO3、KOH 、K- PAM 聚丙烯酸钾 一 开用 、 K-HPAN 水解聚丙烯晴钾盐二开用 、 NH4- HPAN 水解聚丙烯晴铵盐 三开用 、LV-CMC 、无荧 光防塌剂、润滑剂 NPL-2 、复合堵漏剂 备用 、加重 材料等 。此外 , 在射孔、压裂时还会用到 KCS-18 黏 土稳定剂 、 HV-CMC 增黏剂 、ZBL-98 缓蚀剂、DW- 3 杀菌剂、 HPG 、 KCl 、 HCHO、 DL-10、 YFP- 1、BCL-61 交联 液 、破胶剂 、过硫酸铵 APS 、胶囊破胶剂 NBA- 101 、支撑剂等。 按照水和废水监测分析方法,测得部分钻井废液 有毒 、 有害成分见表 1。 表 1 D1 -1 -44井钻井废弃物污染物成分分析表mg L pH 除外 样品来源pHρ COD石油类ρ 悬浮物ρ Cdρ TCrρ Pbρ Cuρ Mn D1 -1 -44 井泥浆9. 072 95129 . 6 废水7. 810 9281305 129 GB8978-1996一级6～ 91005700. 11. 51. 00 . 52. 0 二级6～ 9150101500. 11. 51. 01 . 02. 0 由表 1 可见 ,大牛地气田钻井废弃液的污染负荷 相当高 ,尤其是钻井废水的 COD 高出国家标准上百 倍,石油类也高出国家标准10 倍以上。因此, 必须对 其进行无害化处理。 91 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期 1 试验 1. 1 试验方法 伴随着钻井技术的发展, 对钻井废弃物的处理先 后出现了直接排放、坑内密封 、 土地耕作 生物降解 、 干化、压裂注入、填埋冷冻、 MTC 泥浆转化为固井水 泥浆 、 焚烧、 固化等技术和方法 。综合比较来看, 目 前在国内固化法是技术成熟、工艺合理 、 操作简单 、 费 用经济、 实用性最强的钻井废弃物无害化处理技术, 处理后的固化物浸出液各项指标均能达到或优于国 家标准 GB8978-1996污水综合排放标准的要求。 因此 ,本文也采用固化法对大牛地气田钻井废弃物进 行试验研究。 试验和实践均表明, 固化剂为单一组分时, 固化 效果不明显 ,很难缩短废弃物凝结时间 , 而多种药剂 复配使用,互为补充, 协同作用 , 使固化时间 、 固化效 果等均能得到改善和提高 。 1. 2 固化试验 通过对固化剂种类的初选 ,初步确定 A 主凝 剂、 B 复合促凝剂、C 吸附剂、D 调节剂 4 类药剂作为固化剂的基本材料, 将 A、B、 C 、 D 四种药 剂按不同比例加入盛装同一井次废弃泥浆样品 泥浆 取样按照HJ T20- 1998工业固体废物采样制样技术 规范进行 的塑料浆杯中搅拌、反应 、 候凝待测。固 化物强度采用针入度计进行测试, 并以针进入固化物 的深度 mm 表示 。 1. 3 浸出液制取 按照 GB 5085. 3 - 1996危险废物鉴别标准 -浸 出毒性鉴别 ,GB 5086. 2-1997固体废物浸出毒性 浸出方法 水平振荡法制取废弃泥浆固化物的浸出 液待测。 2 结果与讨论 2. 1 固化剂比例的影响 在固化反应时间为7 d, 反应温度为室温条件下考 察不同固化剂比例对固化物强度的影响,结果见表 2。 从表 2 可以看出 ,保持 B 、 C、 D 投加量不变 ,固化 物强度随着 A 加量的增加而增大, 当 A 达到 4后, 固化物强度随着 A 加量增加的变化趋小, 从成本考 虑,确定A 的加量为 4; 确定 A 加量为 4、 C 、 D 加 量不变, 固化物强度随着 B 加量的增加而增大, 当 B 达到 1. 7 后, 固化物强度随着 B 加量增加的变化趋 小,从成本考虑 ,故确定 B 的加量为 1. 7; 确定 A 加 量为 4,B 加量为 1. 7 ,D 加量不变, 固化物强度随 表 2 固化剂比例对固化物强度的影响 固化剂比例 ABCD 固化物强度 mm 30. 53. 00. 58. 1 3. 50. 53. 00. 56. 7 40. 53. 00. 55. 6 4. 50. 53. 00. 55. 0 50. 53. 00. 54. 7 40. 83. 00. 55. 3 41. 13. 00. 54. 6 41. 43. 00. 54. 0 41. 73. 00. 53. 3 42. 03. 00. 53. 0 41. 73. 250. 53. 2 41. 73. 50. 52. 9 41. 73. 750. 52. 8 41. 74. 00. 52. 8 41. 74. 250. 53. 0 41. 73. 50. 752. 8 41. 73. 51. 02. 6 41. 73. 51. 253. 0 41. 73. 51. 53. 6 41. 73. 51. 753. 9 41. 73. 52. 05. 1 着C 加量的增加而增大, 当 C 达到 3. 5后, 固化物 强度随着C 加量增加的变化趋小, 从成本考虑 ,故确 定C 的加量为 3. 5; 确定 A 加量为 4, B 加量为 1. 7,C 加量为 3. 5, 固化物强度随着 D 加量的增 加出现先增大后降低的现象,当 D 加量 1时固化物 强度达到最高值 ,故确定最佳配方为 A 4、 B 1. 7、 C 3. 5、 D 1。 在表 2的数据中, 固化物强度基本随着 A、B、C 三种药剂投加量的增加而增大, 原因是随着主凝剂、 助凝剂 、 吸附剂加量的增大 ,固化剂与钻井废弃泥浆 反应更加充分, 形成的钙矾石量越多, 固化物网状胶 结体强度越高, 从而在宏观上表现出固化物强度越 大。而固化物强度随着 D 加量的增加却出现先增大 后降低的现象, 可能是调节剂中释放出的酸性成分对 固化物网状胶结体有一定破坏作用 ,影响了固化反应 效果 。 2. 2 反应时间的影响 以A 4、 B 1. 7、 C 3. 5、 D 1 为固化剂配方, 92 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期 在室温条件下考察反应时间对固化物强度的影响 ,结 果见表3 。 表 3 反应时间对固化物强度的影响 反应时间 d固化物强度 mm反应时间 d固化物强度 mm 113. 773. 5 39. 592. 6 55. 2 从表 3 可以看出 ,固化反应时间越长, 固化物强 度越高, 固化效果越好。试验以7 d为界限, 取反应 7 d的固化物浸出液进行检测 , 以检验固化效果。野 外现场施工因考虑到搅拌均匀程度 ,一般也固化反应 7～ 10 d后再取样检测。 2. 3 反应温度的影响 以A 4、 B 1. 7、 C 3. 5、 D 1 为固化剂配方, 固化反应7 d考察反应温度度对固化物强度的影响, 结果见表 4。 表 4 反应温度对固化物强度的影响 反应温度 ℃固化物强度 mm反应温度 ℃固化物强度 mm 156. 7452. 1 254. 1551. 3 353. 0650. 8 从表 4 可以看出 ,温度越高 ,固化反应速度越快, 形成的固化物强度越高 , 固化效果越好。因此 ,在不 同季节进行野外固化作用时, 取样时间可作适当 调整 。 2. 4 反应时间对浸出液指标的影响 以A 4、 B 1. 7、 C 3. 5、 D 1 为固化剂配方, 在室温条件下考察反应时间对浸出液指标的影响 ,结 果见表5 。 表 5 反应时间对固化效果的影响 时间 d ρ Cr6 mgL- 1 ρ COD mgL- 1 石油类 mgL - 1 pH 色度 度 原浆0. 00841 976 . 529. 3010 . 4572 10. 0060332 . 718. 539 . 5196 30. 0052209 . 19. 078 . 995 50. 0031166 . 83. 758 . 649 70. 003083 . 20. 848 . 522 90. 001676 . 50. 608 . 214 GB8978 -1996 一级0. 5100 5 6～ 950 二级0. 5150 10 6～ 980 由表 5 可知, 随着固化反应时间的增加 , 固化反 应不断进行 ,固化物浸出液各项特征指标不断降低, 当反应超过7 d, 各项指标已经完全达到 GB8978 - 1996 一级排放指标的要求 。 2. 5 反应温度对浸出液指标的影响 以A 4、 B 1. 7、 C 3. 5、 D 1 为固化剂配方, 固化反应7 d考察反应温度对浸出液指标的影响, 结 果见表6。 表 6 反应温度对固化效果的影响 温度 ℃ ρ Cr6 mgL- 1 ρ COD mgL- 1 石油类 mgL - 1 pH 色度 度 150. 0046155 . 44. 309 . 153 250. 003094 . 51. 408 . 731 350. 002486 . 20. 818 . 425 450. 002281 . 50. 678 . 117 550. 002278 . 80. 608 . 014 650. 002078 . 20. 497 . 814 GB8978 -1996 一级0. 5100 5 6～ 950 二级0. 5150 10 6～ 980 由表 6 可知, 随着固化反应温度的上升 , 废弃泥 浆与固化剂反应速度加快, 在相同反应时间内, 温度 越高 ,固化效果越好 ,固化物浸出液指标越低 ,从检测 数据来看, 在常温下 25 ℃ , 经过7 d的固化反应, 各 项特征指标已经达到了GB8978- 1996 一级排放指标 的要求。 3 结论 1 以大牛地气田钻井废弃泥浆为研究对象 ,经配 方筛选实验 ,综合考虑成本因素, 确定固化剂最佳配 方为 A 4、 B 1. 7、 C 3. 5、 D 1。 2 建议以上述配方施工时 ,固化反应7 d后进行 取样检测, 如在春冬两季进行施工, 由于受气温的影 响,应适当延长固化反应时间再取样 。 参考文献 [ 1] HJ T20-1998 工业固体废物采样制样技术规范[ S] . [ 2] 中国环境保护标准汇编 1979 -2000 年 土壤、固体废物、 噪声和振动分册[ M] . 北京 中国环境科学出版社, 2001 122 - 124、226 -227. 作者通信处 刘俊 621000 四川省绵阳市临园路中段 67 号 十一 普 工程研究所 电话 0816 2304150 E -mail haier555126. com 2008- 08-15 收稿 93 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期