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在石油勘探开发过程中,不可避免的会产生大量废弃物,其中容积量最大的废弃物是钻井过程中产生的钻井废弃泥浆,它是一种含粘土、加重材料、化学处理剂及钻屑的多相胶体—悬浮体体系,具有高度的分散稳定性,造成脱水困难,严重影响了废弃泥浆的处理效率。
新疆油田地处少数民族居住的极度干旱缺水沙漠区域,生态环境十分脆弱。由于地理环境特殊,该油田钻井深度大多在5000m以上,废弃泥浆量大,泥浆体系复杂多变,石油类物质含量极高,具有高度的稳定分散性;且地域广阔,作业分散,泥浆后续处理难度大,是制约油气田发展的瓶颈。
针对南疆油田钻井废弃泥浆固含量高、流动性差、石油类物质含量高等特点,先用硫酸酸化,使得废弃泥浆中的护胶剂失效,稳定性降低,获得较高的自然出水率。后续采取稀释、气浮降低废弃泥浆中的石油类物质含量。通过单因素实验,确定最佳除油工艺条件为:稀释倍数为1.5、pH为6、曝气时间为15min、曝气量为2.5m3·m-3·h,废弃泥浆中的石油类物质含量低于1%。
气浮除油结束后,进行混凝实验。通过考察出水水质、含水率等,确定破胶剂为复合破胶剂H2SO4与Al2(SO4)3混合液(1∶3),絮凝剂为聚合氯化铝(PAC),助凝剂为阳离子聚丙烯酰胺(分子量600万)。
混凝单因素实验结果表明:废弃泥浆含油率为1%,破胶剂投加量1.2%,絮凝剂的投加量1%,有机助凝剂的加量为0.5‰,毛细吸水时间降至60s,脱水性能显著提高。混凝正交实验表明,影响钻井废弃泥浆混凝脱水因素的重要性由主到次分别为:废弃泥浆的含油率、助凝剂的投加量、破胶剂的投加量、絮凝剂的投加量。最优方案为:含油率为1%,破胶剂的投加量为1.5%,絮凝剂的投加量为1%,助凝剂的投加量为0.5‰。固液分离后,泥饼浸出液中的化学需氧量、色度、浊度、Cr6+等污染指标均低于国家污水综合排放标准(GB8978-1996)二级标准限值。
测定废弃泥浆处理前后的粒径分布及其形貌,处理前的粒度分布为单峰,泥浆颗粒主要分布在1000~7000nm之间,占总体积的86.2%,平均粒径d=2914nm;处理后的粒度分布为双峰,泥浆颗粒主要分布在3000~7000nm之间,占总体积的96.1%,平均粒径d=4704nm。处理前泥浆颗粒分布较为分散,颗粒表面致密;处理后的泥浆胶体颗粒聚集程度高,胶体颗粒大,表面疏松、有网状结构存在,稳定性降低。
气浮除油时碳钢片的腐蚀速率为0.21mm/a,混凝中的碳钢片的腐蚀速率为0.30mm/a,两者的腐蚀速率表明其对碳钢的腐蚀等级属于二级耐蚀性(0.1mm/a~1.0mm/a),碳钢在这种环境下属于一般耐腐蚀性材料,因此可选择普通的碳钢材料作为气浮和混凝设备的铸造材料。
研究结果表明,该技术脱稳效果好,脱水速度快,工艺简单,运行成本低,为加快新疆油田钻井废弃泥浆处理在技术上提供了依据。