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响应面优化深层废弃水基钻井液无害化处理工艺

孙露露 耿晓光 宋涛 张洋

孙露露,耿晓光,宋涛,等. 响应面优化深层废弃水基钻井液无害化处理工艺[J]. 钻井液与完井液,2022,39(3):327-333 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.03.010
引用本文: 孙露露,耿晓光,宋涛,等. 响应面优化深层废弃水基钻井液无害化处理工艺[J]. 钻井液与完井液,2022,39(3):327-333 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.03.010
SUN Lulu, GENG Xiaoguang, SONG Tao, et al.Response surface optimization of biosafety disposal of waste water based drilling fluids for deep drilling[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2022, 39(3):327-333 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.03.010
Citation: SUN Lulu, GENG Xiaoguang, SONG Tao, et al.Response surface optimization of biosafety disposal of waste water based drilling fluids for deep drilling[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2022, 39(3):327-333 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.03.010

响应面优化深层废弃水基钻井液无害化处理工艺

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.03.010
基金项目: 中国石油集团油田技术服务有限公司项目“环保清洁生产技术研究与试验”(2020T-008-001)
详细信息
    作者简介:

    孙露露,工程师,1988年生,毕业于东北石油大学化学工艺专业,现在从事钻井液技术研究工作。电话 15045893956;E-mail:sunlulu001@cnpc.com.cn

  • 中图分类号: TE922

Response Surface Optimization of Biosafety Disposal of Waste Water Based Drilling Fluids for Deep Drilling

  • 摘要: 针对大庆油田深层致密气废弃水基钻井液固液分离难、泥饼含水率高(>80%)、存在二次污染的问题,开展了废弃水基钻井液无害化处理技术研究,在分析废弃水基钻井液特性与处理难点基础上,应用Box-Behnken中心组合实验和响应面分析法,通过考察破胶剂、助凝剂与絮凝剂的最佳配比对废弃钻井液固液分离效果的影响,创新建立了固液分离泥饼含水率与处理配方参数间的数学模型,研发出了以脱稳絮凝为核心的废弃水基钻井液无害化处理技术,形成了脱稳-絮凝-固液分离处理工艺。现场实验结果表明,废弃水基钻井液经该项技术处理后,泥饼含水率为47%,泥饼浸出液悬浮物含量为63 mg/L,泥饼浸出液中石油类、COD等9项主要污染指标符合GB 8978—1998《污水综合排放标准》、DB23/T 693—2000《黑龙江省废弃钻井液处理规范》相关要求,该技术成果解决了大庆油田深层水基钻井液破胶脱稳效果差等难题,具有较好的推广应用价值。

     

  • 图  1  破胶剂浓度对破胶效果的影响

    图  2  不同含量破胶剂处理深层水基钻井液后的泥饼

    图  3  絮凝剂分子量对絮凝效果的影响

    图  4  不同浓度的絮凝剂的絮凝效果

    图  5  不同浓度絮凝剂处理废弃钻井液所得泥饼含水率及滤液悬浮物含量

    图  6  废弃钻井液被处理前后的滤液

    注:从左往右依次为:(未处理)、7%PAJ+1.5%CJ+0.01%CPJ和9%PAJ+1.5%CJ+0.01%CPJ处理后滤液

    图  7  残差正态概率分布规律图

    图  8  预测值与实际值分布图

    图  9  现场4次压滤的滤液与泥饼

    图  10  泥饼震荡浸泡7 d后状态

    表  1  滤液基本指标参数

    滤液批次 COD/
    mg·L−1
    总铬/
    mg·L−1
    Cr6+/
    mg·L−1
    总铅/
    mg·L−1
    砷/
    mg·L−1
    全盐量/
    mg·L−1
    石油类/
    mg·L−1
    悬浮物/
    mg·L−1
    pH
    179500.0040.0041.0000.09565702.45460010
    280400.0040.0040.7330.00784102.19535010
    395300.0040.0040.9220.03276502.33405010
    标准1001.5000.1001.0000.500200010.003006~9
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    表  2  不同离子度絮凝剂处理深层水基钻井液

    离子
    度/%
    ν5/
    mL·min-1
    析出液
    V/mL
    悬浮物/
    mg·L-1
    絮体状态
    5 8.60 42.5 317.7 絮体过小、松散
    10 8.30 41.0 87.6 絮体较大
    20 8.24 41.2 32.1 颗粒适中、较紧密
    30 8.76 43.8 338.2 絮体过小、疏松
    40 8.60 43.0 262.5 絮体过小、疏松
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    表  3  助凝剂CJ与破胶剂PAJ和絮凝剂CPJ 复配对深层水基钻井液破胶效果对比

    破胶剂
    PAJ
    t/
    min
    不同复配结果处理后的析出液体积/mL
    0.5%CJ+
    0.01%CPJ
    1.0%CJ+
    0.01%CPJ
    1.5%CJ+
    0.01%CPJ
    7%
    10 7.0 9.0 11.0
    20 10.0 12.0 13.5
    30 11.5 13.5 15.5
    40 13.0 15.0 16.5
    9%
    10 12.0 12.0 10.0
    20 14.5 15.0 13.0
    30 15.5 15.0 15.0
    40 15.5 15.0 15.0
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    表  4  响应面因素水平

    因素水平
    −101
    A(X1/%) 7 8 9
    B(X2/万) 800 1000 1200
    C(X3/%) 10 15 20
    D(X4/%) 0.5 1.0 1.5
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    表  5  响应面设计与结果

    序号ABCDY/%
    17800151.063.2
    29800151.067.5
    371200151.059.5
    491200151.060.6
    581000100.560.1
    681000200.562.3
    781000101.562.1
    881000201.560.6
    971000150.562.3
    1091000150.559.6
    1171000151.558.7
    1291000151.559.2
    138800101.065.6
    1481200101.060.3
    158800201.064.9
    1681200201.060.5
    1771000101.059.1
    1891000101.060.1
    1971000201.059.2
    2091000201.060.0
    218800150.566.6
    2281200150.561.8
    238800151.564.8
    2481200151.559.9
    2581000151.061.1
    2681000151.060.9
    2781000151.061.3
    2881000151.061.5
    2981000151.061.2
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    表  6  响应面设计与结果

    方差来源平方和自由度均方和F显著水平
    模型 371.7700 14 26.5500 572.39 < 0.0001
    A 0.0675 1 0.0675 1.45 0.2477
    B 201.7200 1 201.7200 4348.08 < 0.0001
    C 5.6000 1 5.6000 120.78 < 0.0001
    D 3.9700 1 3.9700 85.52 < 0.0001
    AB 0.3600 1 0.360 0 7.76 0.0146
    AC 0.4900 1 0.4900 10.56 0.0058
    AD 1.5600 1 1.5600 33.68 < 0.0001
    BC 0.3025 1 0.3025 6.52 0.0230
    BD 6.5000 1 6.5000 140.16 < 0.0001
    CD 0.7225 1 0.722 5 15.57 0.0015
    6.1800 1 6.1800 133.14 < 0.0001
    113.7000 1 113.7000 2450.73 < 0.0001
    2.6400 1 2.6400 56.97 < 0.0001
    11.3700 1 11.3700 245.16 < 0.0001
    残差 0.6495 14 0.0464
    失拟误差 0.4575 10 0.0458 0.9531 0.5703
    纯误差 0.1920 4 0.0480
    总离差 372.4200 28
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    表  7  现场试验处理剂加量与工艺条件

    压滤
    次数
    处理量/
    m3
    破胶
    剂/t
    絮凝
    剂/kg
    助凝
    剂/t
    t进料/
    min
    t压榨/
    min
    P压榨/
    MPa
    一次 6 0.40 0.6 0.096 60 7 1.2
    二次 4 0.27 0.4 0.064 50 20 1.2
    三次 6 0.40 0.6 0.096 50 15 1.2
    四次 7 0.47 0.7 0.112 60 10 1.2
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    表  8  滤液主要控制指标

    滤液悬浮物/(mg·L−1)石油类/(mg·L−1)pH
    标准值 300 10.00 6~9
    处理前滤液 2380 3.32 9
    一次压滤滤液 295 1.30 7
    二次压滤滤液 270 1.10 7
    三次压滤滤液 277 1.10 7
    四次压滤滤液 278 1.30 7
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    表  9  泥饼及其浸出液主要控制指标

    浸出液泥饼含
    水率/%
    CODCr/
    mg·L−1
    总铬/
    mg·L−1
    Cr6+/
    mg·L−1
    总铅/
    mg·L−1
    砷/
    mg·L−1
    全盐量/
    mg·L−1
    石油类/
    mg·L−1
    悬浮物/
    mg·L−1
    pH
    标准值60.01001.5000.1001.00.5020005.0070.06~9
    1#泥饼48.2840.0040.0040.10.1617630.1265.87
    2#泥饼45.8910.0040.0040.10.1819600.1260.17
    3#泥饼47.0880.0040.0040.10.1218850.1262.27
    4#泥饼46.9780.0040.0040.10.1019550.1263.97
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-06
  • 修回日期:  2022-01-15
  • 网络出版日期:  2022-08-10
  • 刊出日期:  2022-05-30

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