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海水鉆井液廢液處理技術研究

時間:2020年01月10日 所屬分類:推薦論文 點擊次數:

摘要:海水鉆井液廢液需要進行減量化處理,必須進行固液分離。對于模擬的海水鉆井液廢液,優選的混凝劑為PF-PCF,由一種陽離子雙子型聚丙烯酰胺(分子量300萬,陽離子度15%),使用濃度為7500mg/L,絮凝分離后上清液的pH=6.94,脫水率為55.7%,脫出水較清。使

  摘要:海水鉆井液廢液需要進行減量化處理,必須進行固液分離。對于模擬的海水鉆井液廢液,優選的混凝劑為PF-PCF,由一種陽離子雙子型聚丙烯酰胺(分子量300萬,陽離子度15%),使用濃度為7500mg/L,絮凝分離后上清液的pH=6.94,脫水率為55.7%,脫出水較清。使用MaterialsStudio2017R2軟件,分析了加入混凝劑前后,海水鉆井液廢液體系的能量絕對值由937.733kcal/mol,降至390.518kcal/mol,下降率為58.4%,有利于海水鉆井液廢液的固液分離。

  關鍵詞:海水鉆井液廢液;混凝劑;脫水率;固液分離

油氣田環境保護

  隨著石油工業的快速發展,鉆井液的種類不斷增加,添加劑日益增多,使其組成極為復雜,其中有些成分對人身和環境均具有毒害作用[1-5]。渤海作為特殊的海域,隨著環保形勢的日益嚴峻,未來三年將逐步落實零排放政策,嚴格執行陸地關于三廢國家標準及地方標準,因此,現場產生的鉆井液廢液必須通過船只運送至陸上進行處理,大量鉆井液廢液的運輸成本極高,減量化處理將是海上鉆井液廢液處理的發展趨勢,亟需解決海水鉆井液廢液固液分離及再利用難題[6,7]。

  本文對海水基鉆井液廢液進行固液分離,并分析了其固液分離機理[8],通過對海水鉆井液廢液水相進行再回收利用,大幅減少鉆井廢棄物回收量[9-11],有效降低鉆井液廢棄物回收成本,滿足環保要求和生產作業需求[12]。

  1實驗材料及儀器

  混凝劑PF-PCF,室內自制,陽離子雙子型聚丙烯酰胺(分子量300萬,陽離子度15%);混凝劑聚合氯化鋁鐵、氯化鐵、聚合氯化鋁;部分水解聚丙烯酰胺、黃原膠、海水、NaOH、NaOH、NaCl、KCl、重晶石等。離心機、攪拌器、分析天平、pH計、MaterialsStudio2017R2軟件。

  2結果與討論

  2.1海水鉆井液廢液的配制

  渤海油田應用的KCl/PHPA海水鉆井液體系,KCl/PHPA海水鉆井液體系中主要處理劑為部分水解聚丙烯酰胺、低黏聚陰離子纖維素、黃原膠、淀粉和膨潤土,部分水解聚丙烯酰胺是一種陰離子型聚合物,黃原膠、淀粉是一種非離子型聚合物,對于上述海水鉆井液體系的絮凝,選用室內合成的混凝劑PF-PCF與其它三種混凝劑聚合氯化鋁鐵、氯化鐵、聚合氯化鋁進行對比。

  2.2不同混凝劑的絮凝效果

  取四只燒杯,各取60mL模擬海水鉆井液,加入相同濃度、不同類型的混凝劑進行絮凝分離,混凝劑的種類為PF-PCF、聚合氯化鋁鐵、氯化鐵、聚合氯化鋁4種,基本配方為:60mL模擬海水鉆井液+4mL濃度為100000mg/L的混凝劑溶液,模擬海水鉆井液廢液中加入混凝劑后,攪勻,體系中混凝劑的濃度為6250mg/L。將四組實驗離心,當混凝劑濃度相同時,PF-PCF可以實現模擬海水鉆井液廢液固液完全分離,在同等濃度下其余三種混凝劑的絮凝效果并不理想。

  取出離心得到的上清液,分別測定上清液的體積、pH值,計算脫水率。脫水率=(上清液體積-加入溶液體積)/處理的鉆井液廢液體積。直接用混凝劑進行絮凝的模擬海水鉆井液廢液,PF-PCF在濃度為6250mg/L有良好的絮凝分離效果,在同等濃度下,其余混凝劑可以絮凝沉降鉆井液廢液中的部分固體,但并不能使固液完全分離。

  2.3混凝劑PF-PCF使用濃度的測定

  取4只燒杯,各取60mL模擬海水鉆井液廢液,分別加入相同體積、不同濃度的PF-PCF溶液,具體配方如下:60mL鉆井液廢液+4mL濃度分別為60000、80000、100000、120000mg/L的PF-PCF溶液,攪勻。此時體系1-4號中混凝劑PF-PCF的濃度分別為3750、5000、6250、7500mg/L。

  將四組實驗離心,當PF-PCF的濃度達到6250mg/L時,才能取得較好的絮凝效果。隨著濃度升高,絮凝分離得到的上清液更加清澈。取出離心得到的上清液,測定各項數據,當體系中PF-PCF濃度達到6250mg/L時,就可以實現固液分離,且隨著濃度升高,固液分離的脫水率也有一定程度的升高。選擇使用PF-PCF濃度為7500mg/L,絮凝分離后上清液的pH=6.94,脫水率為55.7%,脫出水較清。

  2.4海水鉆井液廢液脫穩機理

  模擬使用MaterialsStudio2017R2軟件,通過GeometryOptimization工具對部分水解聚丙烯酰胺單分子模型進行結構優化,選擇Compass(Version2.8)力場,靜電作用和范德華作用分別采用Ewald和Atom-based求和方法,使用SmartMinimization算法使分子達到能量最小化模型。

  采用Forcite模塊中的Dynamics工具對優化好的圖層進行計算,選擇Ensemble為NVT(正則系綜),Temperature:278K,TimeStep:1fs,TotalSimulationTime:500ps,NumberofSteps:5000,在Compass力場下進行分子動力學模擬,對每個模型重復多次計算,使每組數據的偏差在5%之內。

  2個部分水解聚丙烯酰胺分子與100個水分子進行結合。使用MaterialsStudio2017R2軟件對上述分子構象中的能量進行模擬。綜合兩個部分水解聚丙烯酰胺分子間能量與ξ電位的變化,都呈現出降低的趨勢,因此兩個部分水解聚丙烯酰胺分子相互靠近,易于聚集,海水鉆井液廢液的穩定性下降,產生絮凝。

  3結論

  (1)通過對比實驗,對于海水鉆井液廢液,優選的混凝劑為PF-PCF,濃度為7500mg/L,絮凝分離后上清液的pH=6.94,脫水率為55.7%,脫出水較清。

  (2)MaterialsStudio2017R2軟件,分析了加入混凝劑前后,海水鉆井液廢液體系的能量絕對值由937.733kcal/mol,降至390.518kcal/mol,下降率為58.4%,有利于海水鉆井液廢液的固液分離。

  參考文獻:

  [1]張祎徽.廢棄鉆井液無害化處理技術研究[D].中國石油大學(華東),2007.

  [2]賀小忠,陳少奇,梁萬興,,等.油基鉆井液的無害化處理方法分析[J].中國石油和化工標準與質量,2014(11):236-236.

  [3]王大衛,李欣,張江林.廢棄泥漿對農作物毒性影響研究[J].油氣田環境保護,2000,10(4):16-18.

  相關論文投稿刊物:《油氣田環境保護》(雙月刊)于1991年10月創刊,是國家新聞出版總署正式批準的國內外公開發行的科學技術性刊物,也是中國石油集團唯一的一份環保技術期刊。

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