苏里格区域废弃钻井液处理技术

贾彦强，李延新，向贤斌

（中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司，陕西西安 710018）

苏里格区域多采用“破胶+压滤”、工艺模式、“大罐沉降”工艺模式等方式对钻井液进行处理，但未能很好的解决废弃钻屑及泥浆的后续处置及重复利用。如“破胶+压滤”工艺，虽达到了岩屑减量目的，但此套工艺流程存在的问题是在处置过程中使用了聚合氯化铝等高价金属净化剂，导致固液分离后产生的压滤液中含有大量的高价金属离子等成分，严重影响钻井液性能，无法正常排放或再次进入生产环节。国内外专家学者对钻井废液的处理药剂也进行了相关研究，特别是通过各类物理化学的综合作用使钻井废液得到净化。任宏洋等[1]以聚合氯化铁（PFC）和聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）为原料制备PFC-PDMDAAC 无机-有机复合混凝剂用于处理石油开发中钻井废水。Sha Zhang 等[2]采用乙醛酸对明胶水解得到的胶原蛋白进行羧基化，并用铝鞣原理将铝（Ⅲ）与之络合，制备了新型絮凝剂CGAl 用于处理废弃钻井液。王兵等[3]以硫酸铝、三氯化铁、水玻璃为主要原料制备无机高分子水处理剂聚合硅酸铁铝（PSFA）。制备的PSFA 用于处理塔里木油田的钻井废液，当投加量为2 000 mg/L 时，COD由8 024.6 mg/L 降至1 168.4 mg/L。郭晓轩等[4]研制的PE-CLEA 用于处理渤海海域废弃钻井液，通过结果发现，PE-CLEA 溶液的最佳加量为3.5%，絮凝效果较好，滤液清澈。目前对钻井废液净化剂的研究多数还集中在无机盐复合处理剂上，对不含高价金属离子的净化剂的研究还有所欠缺[4]。因此需要研制一种不含高价金属离子环境友好型净化剂，在快速除去钻井液中岩屑的同时，不会引入高价金属离子等成分，使得处理后的液相能够参与复配钻井液。

1 环境友好型净化剂的合成

1.1 合成工艺

配制总浓度为30%的丙烯酰胺（AM）和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）的水溶液（AM:DMC 的质量比为8：2），通氮除氧30 min 后，加入相对（AM+DMC）总质量为0.5%的过硫酸铵，70 ℃下搅拌反应10 h后，结束反应。将反应产物倒入乙醇中，沉淀剪碎，真空干燥后再用粉碎机得到环境友好型干粉净化剂XOP01。

1.2 阳离子度的测定

采用AgNO3沉淀法测定聚合物的阳离子度。测定原理：利用AgNO3溶液滴定阳离子季铵盐中的Cl-，滴定终点用K2CrO4溶液指示。按公式（1）计算产物阳离子度，可知其阳离子度为22%。

式中：CD-阳离子度，%；C-AgNO3溶液浓度，mol/L；V-试样所消耗AgNO3标准溶液的体积，L；m-试样质量，g；MDMC-DMC 的摩尔质量，g/mol；MAM-AM 重复单元的摩尔分数。

1.3 相对分子质量的测定

30 ℃下，以1 mol/L，NaCl 为溶剂，利用乌氏黏度计测定XOP01 的特性黏数，结果（见图1）。由图1 可知XOP01 的特性黏数为926.5 mL/g，计算可知其黏均相对分子质量为410 万。

图1 XOP01 特性黏数的测定结果

1.4 IR 谱图测定

IR 谱图（见图2）中3 442 cm-1处宽峰对应N-H 伸缩振动峰，2 962 cm-1为-CH3的伸缩振动峰，2 875 cm-1为-CH2的伸缩振动峰，1 735 cm-1为酰氧基中C=O的伸缩振动峰，1 666 cm-1为酰胺中C=O 的伸缩振动峰，1 477 cm-1为甲基和亚甲基剪式面内弯曲振动峰，1 165 cm-1为C-O-C 的伸缩振动峰，这些特征峰的出现表明共聚物中同时含有DMC 和AM，两者已经发生共聚。

图2 XOP01 的IR 谱图

1.5 HNMR 谱图测定

HNMR 谱图中，δ=0.87～0.96 mg/L 对应了DMC中-（CH2）3-CH3，δ=0.9 8～1.01 mg/L 对应了DMC中-C-CH3，δ=1.32 mg/L 对应了DMC 中-CH2-CH3，δ=1.53 mg/L 对应了共聚物主链上的-CH2-，δ=2.51 mg/L对应了DMC 中N+-（CH3）3，δ=3.25～3.51 mg/L 对应了AM 中酰胺基邻近的-CH2-。HNMR 谱图的表征结果再次说明了二种单体已发生共聚。

2 水基钻井液净化剂室内评价

室内采用苏x 井钻井废液作为实验对象，改变药剂加量，选用常用的净化剂对比，直接加入不同阴离子型、非离子型和阳离子型高分子净化剂开展实验评价。

当不同类的净化剂加量为100 mg/L 时，实验结果（见表1），其中评价结果“Y”表示有效果，“N”表示无效果，下同。

表1 不同药剂加量为100 mg/L 时评价结果

当不同类的净化剂加量为150 mg/L 时，实验结果（见表2）。

表2 不同药剂加量为150 mg/L 时评价结果

当不同类的净化剂加量为200 mg/L 时，实验结果（见表3）。

表3 不同药剂加量为200 mg/L 时评价结果

通过室内实验表明，针对类似苏x 井的废弃钻井液，直接加入200 mg/L 的XOP01 药剂，机械搅拌10 min 后，配合离心或自然沉降，可以实现固液快速分离。

3 现场试验

苏36 平台共施工4 口井，采用水基钻井液施工，进入刘家沟层位后转化为盐水钻井液体系，第一口井完井泥浆320 m3，采用XOP01 净化剂进行处理，回收钻井液160 m3，分离后的固体直接转运至处理厂，该平台四口井共处理废弃钻井液520 m3，重复使用的钻井液性能稳定，井下正常。

现场试验操作步骤为：在钻井液中加入5 000 mg/L过硫酸铵，搅拌10 min 后，加入200 mg/L 的XOP01 净化剂，继续搅拌，然后静置8 h，观察水色及出泥量变化。静置8 h 后，上层水色与处理前相比，明显已脱除大部分悬浮物，水色变浅且透光，说明净化剂能起到良好的处理效果。

4 现场处理后处理液检测

分别取处理前后的钻井液送至第三方检测机构进行检测，检测结果（见表4），结果显示，该方法能去除钻井液中大部分悬浮物，去除率达84.5%，处理后的液相pH 略有降低，这可能是因为悬浮物去除过程中由于离子浓度的变化导致的。

表4 苏36 平台钻井液检测结果

5 结论与建议

（1）为实现废弃钻井液无害化处理且满足钻井液重复使用要求，采用丙烯酰胺（AM）与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）合成制备了一种环境友好型净化剂XOP01，该处理剂不含高价金属离子，满足钻井液重复使用要求。

（2）采用200 mg/L 的XOP01 净化剂对废弃水基钻井液处理，实现了对SS 去除率＞80%，实现悬浊液快速分离，满足快速钻井需求。

（3）建议在废弃钻井液处理中研发更快捷的处理方式，减少处理剂的使用，减少环境污染。