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1、废弃钻井完井液固液分离技术研究进展第24卷增刊2007年9月钻井液与完井液DRILLINGFLUID&COMPLETIONFLUIDVo1.24(supplement)Sept.2007文章编号:1001—5620(2007)SO一0059—06废弃钻井完井液固液分离技术研究进展周风山曾光.何纶.张坤.范维旺(1_中国地质大学(北京)材料科学与工程学院,北京;2.四川石油管理局能源公司,四川成都;3.四川石油管理局,四川成都;4.中油长城钻井有限责任公司,北京)摘要固液分离技术是废弃钻井完井液治
2、理的关键技术之一.固液分离的效率和效果主要取决于对废弃钻井完井液体系的胶体稳定性的破坏,这是由絮凝剂,助凝剂,废液稀释比和絮凝动力学等因素共同作用的结果.为实现废弃钻井完井液固液分离工艺在现场的实施,国内外开发了多种组合式技术和装备,采用混凝,沉淀,气浮,过滤,氧化等单元联合处理,已经可以经济地处理废弃钻井完井液.关键词废弃钻井完井液处理固液分离综述中图分类号:TE922文献标识码:A近年,处理废弃钻井完井液的固,液分离技术已有新的进展l_1],为油气田综合治理废弃钻井液提供了科学依据.1废弃钻井完井液
3、固液分离原理1.1固液分离的工程意义根据钻井工程技术的要求,钻井液中常常加人许多不同种类和性能的添加剂,多种护胶剂协同作用使钻井完井液胶体体系十分稳定.经过固控设备处理后,废浆中的固相主要是粒径小于20m的超细颗粒,它们与残余的添加剂构成了水基废浆的胶体分散体系.随着颗粒粒径的减小,破坏废浆胶体体系的难度增大,固液分离也就更困难.通过加入适当的絮凝剂和助凝剂可以改变钻井液体系的物理,化学性质,彻底破坏钻井液胶体体系,改变废钻井液中黏土颗粒表面性质,让更细的颗粒产生聚结,使其在机械辅助分离条件下更容易被除
4、去].固液分离法,是减少钻井废弃物的排放量,提高水的循环利用率和解决环境污染问题的最基本步骤,也是目前行之有效的技术之一l_1].1.2钻井完井液胶体稳定性配制钻井液用的膨润土本身就具有很强的水化能力,而在钻井液中又加入了大量的各种有机高分子护胶剂,这些处理剂自身的稳定性越来越好,护胶能力越来越强.这些物质本身在溶液中都可形成较强的阴离子或阳离子稳定胶团.正是由于它们的存在,严重地影响着废弃钻井液的化学脱稳脱水.].存在于废弃钻井液体系中具有表面活性的固体比普通污泥要高的多,钻井液中固相的平均尺寸为30
5、～40m,而膨润土的平均粒径为0.2～4m,从而使膨润土粒子成为钻井液体系高效的固体乳化剂和胶体稳定剂.可以说,废弃钻井完井液是一个具有高度稳定性的胶体体系,脱水难度也大大增加.1.3钻井完井液胶体脱稳方法对于废弃钻井完井液这个含有许多护胶剂的特殊胶体体系,到目前为止尚没有哪一种絮凝剂能处理所有类型的废钻井液.实践中都是针对某种特定类型的废钻井液,采取对应的絮凝剂和助凝剂,使其达到脱稳脱水的效果.美国路易斯安娜州大学的固控环保实验室分别以室内研究和放大中试的规模,对现有的管式离心沉降,垂直螺旋压滤,皮带
6、压滤和真空抽滤等几种化学强化固液分离技术做了综合评价.采用硫酸,盐酸,三氯化铁,硫酸铁及明矾等调节废钻井液的pH值,使其控制在5.5～6.5,再加入非离子型或低电荷量阴离子型的高分子量聚合物,辅以皮带压滤第一作者简介:周风山,教授,1964年生,1985年取得武汉地质学院钻探工程专业学士学位,1988年取得长春地质学院钻探泥浆专业硕士学位,2000年取得西安交通大学高分子材料专业博-2学位,2003年北京大学化学专业博士后出站,主要从事油田应用化学,环境材料及精细化学品研究.地址:北京市海淀区学院路29
7、号中国地质大学(北京)材料科学与x-程学院;邮政编码100083;电话(010)82322759;E—mail:fszhou@263.net,zhoufs@cugb.edu.cn.60钻井液与完井液2007年9月或离心沉降的办法,可使废弃钻井液达到较好的固液分离效果,脱出泥饼的最高固含量为59.1.4钻井完井液胶体脱稳机理研究发现,絮凝剂与水中胶粒物发生作用,从而达到絮凝除杂目的的过程分3步L8]:①溶解的絮凝剂离子扩散迁移到固液界面;②絮凝剂离子快速压缩双电层并吸附结合到固体表面;③吸附化合态在胶体表
8、面上缓慢地进行结构和化学重排,朝向更稳定的表面层组成变化.这个阶段的低速是由于吸附和重排需较长的时间才能达到稳态,此时,胶体颗粒脱稳从而破坏其沉淀稳定性,导致絮凝沉淀.2O世纪8O年代以来,对凝聚絮凝机理有许多研究和论述,可概括为4种作用机理,即压缩双电层理论,吸附电中和理论,吸附架桥理论和卷扫絮凝理论.这4种絮凝理论,各自解释了凝聚絮凝过程中的絮凝剂与胶体颗粒物的相互作用机理.在实际絮凝过程中,往往是几种絮凝机理综合作用的结果,或者在特定
