热解油基钻屑资源化利用(Ⅰ):废渣基固化剂固化实验研究

针对油基钻屑热解吸处理过程中产生的危险废物残渣,采用废渣基固化剂CS对其进行了固化处理。考察了CS掺量对固化体无侧限抗压强度、水稳性、抗冻性和污染物浸出特性的影响,并利用XRD、SEM和MIP等测试方法,讨论了固化剂对热解油基钻屑的固化机理。结果表明:CS作为固化剂固化热解油基钻屑,其抗压强度及水稳系数(大于0.87)均优于参比样(掺水泥固化体);冻融循环15次后,掺CS热解油基钻屑固化体仍能保持较高的强度值,试件质量损失较小且完整性良好;CS掺量为6%~15%时,热解油基钻屑固化体浸出液成分达到GB 8978-1996Ⅰ级的要求;CS固化处理后,热解油基钻屑固化体中生成了大量C-S-H凝胶和少量AFt,使其基体结构更为致密,明显提高了固化体抗压强度、水稳性和抗冻性,同时能抑制热解油基钻屑中污染物的浸出。     

页岩气热解油基钻屑残渣路基填料的制备及其性能研究

目的 为探索页岩气热解油基钻屑残渣路基填料的可行性,采用石灰和粉煤灰作为复合材料,进行油基钻屑改性研究。方法 比较不同矿物材料复配比例及掺量对改良残渣无侧限抗压强度和污染物浸出特性的影响效果,探究了残渣替代天然土的比例对改性路基填料击实特性和CBR值的影响规律。结果 残渣固化后的无侧限抗压强度(7天)、CBR值分别可达3.93 MPa和15.5%,浸出液污染物均达到GB 8978-1996《污水综合排放标准》要求。结论 复合矿物材料水化生成的水化硅酸钙、水化铝酸钙、氢氧化钙、碳酸钙和矿物材料自身均对重金属离子具有固化稳定作用,因此,对污染物可实施有效封堵和吸附,从而抑制污染物的浸出,同时可使固化体结构致密化,承载力得以提高,该体系具有良好的应用前景。     

热解油基钻屑资源化利用(Ⅱ):掺渣水泥浆体系性能

针对油基钻屑热解吸处理后产生的残渣,尝试将其替代部分油井水泥（YJ）用于制备固井用水泥浆。首先研究了热解油基钻屑（PODC）掺量和水固比对油井水泥浆体性能的影响,同时利用等温量热仪（ICC）、X射线衍射分析仪（XRD）、压汞仪（MIP）和扫描电镜（SEM）分别测试了掺PODC水泥浆体早期水化放热量、水泥石水化产物、孔结构及微观形貌,并以降失水剂CHL、硅灰和晶体膨胀剂KW-4优化了掺PODC水泥浆体的工程性能。结果表明,随着PODC掺量增加,浆体流动度增大,密度减小,凝结时间延长,水泥石抗压强度有所下降;形成了技术套管用掺渣水泥浆体系PODC-6 :40% YJ+60% PODC+3% CHL+4%硅灰+2% KW-4,油层套管（非产层段）用掺渣水泥浆体系PODC-3 :70% YJ+30% PODC+3% CHL+3%硅灰+2% KW-4,水固比均为0.40,掺渣水泥浆体系各项工程性能均满足固井施工基本技术要求。微观分析表明,掺PODC水泥浆体的水化放热量降低,其水化产物主要为C—S—H凝胶和CH,较净浆水泥石水化产物明显减少,密实度有所降低。该研究可为热解油基钻屑资源化利用提供一种新途径,具有潜在的环保效益和经济效益。      

页岩气油基钻屑萃取处理技术

随着页岩气、致密气等非常规油气的开发,因油基钻井液较水基钻井液有不可替代的优点,油基钻井液的使用规模逐渐增加,但钻井过程中产生的油基钻屑是含油危险废弃物,对环境、生态及安全均产生严重的影响。因此,研发了一种萃取剂CQJ,形成了适合于处理页岩气油基钻屑萃取工艺。该萃取剂CQJ与常规溶剂相比,具有闪点高、挥发性低、萃取效果好、毒性低的优点。对四川页岩气某区块油基钻屑进行了油基钻屑萃取处理中试,累计处理油基钻屑56 m3,取得了良好的效果。结果表明:处理后钻屑含油量平均达到0.76%,其钻屑浸出液指标符合污水排放标准;萃取剂回收率平均达到95.4%,油回收率平均达到91.5%,萃取剂可重复使用,同时回收油性能满足二次配制油基钻井液要求,实现了无害化、资源化,不造成二次污染的目标。      

页岩气井油基钻屑氟碳除油剂的研制及作用机理

页岩气开发钻井过程中会产生油基钻屑,化学热洗法是处理油基钻屑的主要技术之一,但应用过程中存在现有除油剂除油效率低、新药剂开发缺少理论指导等不足。采用接触角测量仪、X射线衍射仪等分析手段,研究了油基钻屑表面油类吸附机理,合成了新型“疏水疏油”氟碳除油剂,并对合成产物的分子结构进行了红外光谱和核磁共振光谱分析表征。研究结果表明,不同油类对油基钻屑润湿性影响不同,柴油更易于在黏土矿物含量低的油基钻屑表面铺展;不同油类在干净钻屑表面吸附量0.1~0.2 g/g,且2~3 h即可达吸附平衡;吸附的有机物主要为C₁₆~C₂₀正构和异构烷烃,占有机物总量的56.5%;油基钻屑经“疏水疏油”氟碳除油剂洗油处理后,含油率由处理前的7%~10%降低至0.15%~0.97%,低于现场含油钻屑除油剂SDS的 2.08%~2.79%。通过接触角测定和分子模拟等方法研究了氟碳除油剂改变油相接触角、降低油基钻屑的油水界面张力和改变其润湿性等作用机理,为油基钻屑除油剂的开发及应用提供理论支持。     

微波处理油基钻屑脱油效果及特性研究

随着非常规油气田开发规模逐渐加大,油基泥浆的使用大规模增加,其钻井后产生的油基钻屑所造成的环境问题成为亟待解决的环保难题。在对油基钻屑性质分析的基础上,采用节能高效的微波处理法处理油基钻屑,分析了油基钻屑样品的组成,研究了微波功率、处理温度、处理时间以及石墨添加剂对除油效率的影响。结果表明,对于水质量分数2.41%、石油烃质量分数10.67%、固体质量分数86.92%的油基钻屑,微波功率越大,升温速率越快;石墨添加剂加入质量为油基钻屑的6%时,效果最佳,所达终温升高40℃;热解析最佳处理条件为温度250℃,时间30min,此时油基钻屑石油烃质量分数可降至0.23%,低于0.30%的农用土壤国家标准。     

海上钻井油基钻屑清洗室内分析

使用油基钻井液进行钻井作业时,产生的油基钻屑含有基础油、钻井液处理剂等污染物,若其直接排放,会严重危害环境,也会造成大量油类资源的浪费。为此,使用表面活性剂水洗法处理海上钻井平台产生的油基钻屑,利用人工海水配制清洗液,得到清洗液配方为:0.7 %脂肪醇聚氧乙烯醚类非离子活性剂AEO-5+0.3%阴离子活性剂SDBS+0.15% Na₅P₃O₁₀。通过室内清洗实验,探究了钻井液处理剂和钻屑矿物种类对残油率的影响。结果表明,钻井液处理剂会增大油相去除难度;钻屑矿物种类中,高岭石相比于云母石、长石、石英石清洗难度增加。最后确定最佳清洗工艺条件为:搅拌速率为500 r/min,固液比为1 ∶ 4,清洗时间为15 min,清洗温度为25 ℃。清洗结束后,钻屑残油率可降至1%以下,达到海上《海洋石油勘探开发排放限值》油基钻屑排放标准。      

页岩油油基钻屑随钻处理装置的研制与应用

钻页岩油(气)井时普遍采用油基钻井液技术,在钻井过程中产生的大量含油废弃钻屑对环境污染很严重,不能随便排放,必须进行脱油处理。为此,研制了页岩油油基钻屑随钻处理装置。该装置采用油基钻井液回收和清洗分步实施工艺,可使油基钻井液的回收率超过90%,既节约成本,又清洁环保;基于生物酶的清洗剂干粉具有清洗能力强和环保等优点,经清洗剂处理后油基钻屑含油质量分数低于1%,满足现场排放环保要求;装置集成了多种新型设备,处理能力达到5 m3/h,满足油基钻屑随钻处理要求。页岩油油基钻屑随钻处理装置在胜利油田渤页2HF井等3口页岩油井中应用,均取得较好的效果。     

油基钻屑三相离心机研制与应用

针对页岩气开发中的水平段钻井所采用油基钻井液而产生的油基钻屑环境污染问题,研制了适用于油基钻屑处理的三相离心机,设计了转鼓液面调节装置和溢流实时调节机构两种高效分离结构,实现了改变固相含液量及在不停机情况下实时改变离心机工作特性的目的。现场试验证明,三相离心机工作性能稳定,参数调节方便,满足了油基钻屑处理的需要。     

化学清洗处理高含油率油基钻屑的研究

在使用油基钻井液进行油气勘探开发的过程中会产生大量的油基钻屑,若不对其进行正确、高效的处理则容易造成严重的环境污染及资源浪费。以高含油率(35.2)的油基钻屑为研究对象,采用化学清洗法处理油基钻屑,筛选出了一种高效除油的清洗剂:2.0 SDS+0.25 TX-100+0.86硅酸钠+5.0正丁醇+91.89去离子水。实验表明此清洗剂除油效率可达97.3,处理后钻屑中油固比为0.02。采用3.5 NaCl溶液(模拟海水)配制的清洗剂,可以提高钻屑除油率。该研究为钻井现场直接利用海水处理油基钻屑提供了新的思路和借鉴。     

含油污泥固化处理技术研究

采用水泥为固化剂对辽河油田含油污泥进行了固化处理研究，探讨了固化块抗压强度与固化时间、材料配比、添加剂及加入量等的关系，测定了固化块浸出液的COD值。结果表明，污泥含水率为12．16％，固化28天，ω（污泥）：ω（水泥）：ω（水）=1．00：2．00：0．60的固化块抗压强度可达13．1MPa；当污泥含水率由12．16％增加到61．57％时，固化块抗压强度由13．1MPa降低到10．1MPa。污泥含水率为12．16％，ω（污泥）：ω（水泥）：ω（水）由1．00：1．50：0．71改变为1．00；2．43：0．71时，固化块抗压强度由10．4MPa提高到16．1MPa。污泥含水率为61．57％，污泥与水泥质量比为1．00：2．00，增强剂S加入量从5mL增加到20mL时，同化块的抗压强度从10．24MPa提高到16．0MPa。污泥含水率为54．8％，40℃浸泡72h，固化块中污泥与水泥质量比由1．00：L60增高到1．00：2．00时，浸出液的COD值由218．3mg／L降低到181．8mg／L。     

地聚物基油气井固泥材料

地聚物是一类由碱激发剂和胶凝材料制备而成的、由SiO₄和AlO₄四面体单元组成的具有三维立体网状结构的无机聚合物材料。该类材料具有力学性能优异、与无机基材黏结强度高和流动性良好等特点。针对油气井中残余的泥饼导致水泥浆无法有效黏结“固井二界面”的问题,通过添加偏高岭土MK与油井钻井液中的黏土同构地聚物达成油井固泥效果。通过水玻璃和偏高岭土制备了低黏度、高渗透率的地聚物基固泥材料。该地聚物基固泥材料的玻璃模数为1.5,MK添加量为2.5%,其在常压和高压环境下均能渗入泥饼;经90 ℃固化10 h后泥饼的抗压强度分别为3.0 MPa和1.0 MPa;同时,固化后的泥饼能提高固井二界面的胶结性能,“地层-水泥”界面和“套管-水泥”界面的胶结强度分别为0.6和1.0 MPa。X射线衍射分析结果表明,MK的加入虽然无法改变最终固化后泥饼的结晶性能,但适量加入MK能提高胶凝材料的含量,从而进一步提高固化后泥饼的抗压强度和胶结强度。      

油基钻井液用固体乳化剂的研制与评价

为解决油基钻井液常用液态乳化剂黏度高、流动性差,而常见固体乳化剂乳化效果差、制备步骤复杂的问题,通过简单的酰胺化反应制备了乳化能力强的油基钻井液用固体乳化剂EmuL-S。利用红外光谱分析了其结构,通过电稳定性、乳化率、析液量以及光学显微镜等手段考察了其乳化性能,并评价了以该乳化剂为基础配制的油基钻井液的性能。结果表明:固体乳化剂EmuL-S中含有设计要求的基团;当油水比为80∶20、固体乳化剂EmuL-S加量为3.3%时,形成的油包水乳状液的破乳电压大于1 000 V,乳化率大于90%,析液量小于0.7 mL,而且能抗180℃的高温;以固体乳化剂EmuL-S为基础配制的油基钻井液,密度最高可达到2.0 kg/L,抗温能力达到180℃,沉降稳定性高、流变性能优异,动塑比在0.21以上,破乳电压大于800 V,能抗15%水、15%劣质土、9%岩屑以及9% CaCl2的污染。研究表明,固体乳化剂EmuL-S具有优异的乳化能力和抗高温能力,并且具有制备简单、易于工业化生产的特点,可以解决现有乳化剂存在的问题。      

含油污泥固化剂FL的研制与应用

针对废水池中含油污泥的油含量、CODCr及Cr^6＋含量大大超标,固体含量较高,采取固化法进行处理。本研究以有机固化剂和无机固化剂复配,其中有机固化剂为改性脲醛树脂,无机固化剂由水泥、粉煤灰和烧碱组成,制备了固化剂FL。确定了固化剂FL的最佳配方：2．0％改性脲醛树脂＋10％水泥＋8％粉煤灰＋0．5％烧碱,固化时间为2d,室内固结体抗压强度大于2．0MPa。现场试验表明,施工2d后,固结体抗压强度大于1．5MPa,固结体浸泡24h后,浸出液的有害成分含量均低于排放标准,则固结体可就地掩埋。     

油基钻屑热解析油的异味去除实验研究

油基钻井液产生的含油钻屑大多采用热解析的方法净化处理,但这种高温热解析回收的残余油存在难闻的异味,严重影响了热解析油在油基钻井液中的回收利用效果。通常情况下,物质产生异味的主要原因是其中含有易挥发的异味组分。采用蒸馏方法测定了现场柴油基钻屑热解析油中的低沸点馏分含量,研究了酸解方法、吸附-离心方法以及蒸馏方法对热解析油的异味去除效果,同时,采用气-质联用仪测定了热解析油处理后的组分,分析了热解析油产生异味的原因。结果表明:热解析油中低于150℃的馏分含量为2.5%,这些轻质组分是其产生异味的主要原因。该热解析油经酸解或吸附-离心后,仍然存在一定量的低沸点烯烃等成分,不能去除异味。蒸馏方法能有效去除热解析油中的低沸点馏分,将收集的高沸点馏分油回收用于油基钻井液,异味去除效果明显,现场可操作性强。      

油基钻屑热解析油的异味去除实验研究

油基钻井液产生的含油钻屑大多采用热解析的方法净化处理,但这种高温热解析回收的残余油存在难闻的异味,严重影响了热解析油在油基钻井液中的回收利用效果。通常情况下,物质产生异味的主要原因是其中含有易挥发的异味组分。采用蒸馏方法测定了现场柴油基钻屑热解析油中的低沸点馏分含量,研究了酸解方法、吸附-离心方法以及蒸馏方法对热解析油的异味去除效果,同时,采用气-质联用仪测定了热解析油处理后的组分,分析了热解析油产生异味的原因。结果表明：热解析油中低于150℃的馏分含量为2.5%,这些轻质组分是其产生异味的主要原因。该热解析油经酸解或吸附-离心后,仍然存在一定量的低沸点烯烃等成分,不能去除异味。蒸馏方法能有效去除热解析油中的低沸点馏分,将收集的高沸点馏分油回收用于油基钻井液,异味去除效果明显,现场可操作性强。     

含油钻屑萃取处理技术在东海的应用

油基钻井液具有抑制性强、润滑性好、对油气层损害程度小等特点,有效地解决了东海油气田储层保护要求高、井壁稳定性差以及复杂断块油气田钻井难度大等问题,但这也不可避免地产生了大量含油钻屑,因而显现出较高的环境污染风险或者要承受高昂的防污染成本。该文首先介绍了含油钻屑萃取处理技术的工作原理、设备组成以及工艺流程,再以A井为例分析总结了该项技术在东海的应用情况。现场应用结果表明,该项技术可采用高效溶剂脱除含油钻屑中的油组分,满足海上环保排放要求,大幅降低了环境污染风险和防污染成本。     

自修复油井水泥石力学性能与微观结构

关于自修复剂掺入水泥浆后对水泥石力学性能及微观结构的影响研究较少。自修复乳液掺量分别为0%、5%、10%、15%和20%，液固比均为0.44，各水泥浆试样在90 ℃水浴中养护3 d。结果表明，自修复乳液的掺入，降低了水泥石的弹性模量，随掺量的增加，水泥石的弹性模量降低较显著；自修复水泥石的强度高于普通水泥石，掺量较小时抗压强度更高，掺量较大时，抗折强度增幅更大。自修复乳液改变了水泥水化产物Ca(OH)₂晶体的微观形貌，使其不再呈叠片状堆积，而是乱向、松散分布且晶体形貌不规则，自修复胶粒沉淀分布于水化产物凝胶网络结构之间。自修复乳液降低了水泥石的孔隙率，增加了水泥石的平均孔径和最可几孔径。