油基泥浆作为一种优良的钻井液体系，广泛应用于各种复杂地质钻井中，但为节约成本，常常在完钻后再转井处理，循环利用。油基泥浆多次反复使用后性能会恶化，最后难以使用而成为废弃油基泥浆。因此，从环境保护和经济效益角度出发，研究废弃油基泥浆处理技术尤为迫切和重要[1-4]。
T-500电子天平(美国双杰兄弟集团公司)；501A型超级恒温器(上海实仪有限公司)；101型电热鼓风干燥箱(北京市永光明医疗仪器厂)；DT5-2B低速自动平衡离心机(北京时代北利离心机有限公司)；DZTW调温电热套(北京市永光明医疗仪器厂)。
石油醚(90 ℃~120 ℃，分析纯)；FeCl3(分析纯)；破乳剂TF-02；破乳剂TF-04；破乳剂BA-1；破乳剂BA-2；破乳剂BA-5；破乳剂SA；Al2(SO4)3(分析纯)；乙酸(分析纯)；CaCl2·2H2O(分析纯)；聚铝PAC；PAM(阳离子型聚丙烯酰胺)。
废弃油基泥浆是钻井作业完成后产生的含油固体废物。大庆油田每年有(8~10)口井使用油基泥浆，每年产生废弃油基泥浆约2000 m3~3000 m3。实验研究中所用的废弃油基泥浆取自于大庆油田。
用3个圆底烧瓶分别取20.0 g废弃油基泥浆，各自加入100 mL无水石油醚(90 ℃~120 ℃)，连接好水分测定仪，加热，控制回流速度为(2~4)滴/秒；当接收器中水的体积不再增加时，停止加热，冷却后分别读出水的体积，待蒸馏瓶中液体冷却后用装有恒重滤纸的布氏漏斗抽滤，抽滤完毕，将滤渣在(106±0.5)℃下烘干，利用减量法分别得出泥渣质量，最后算出各自含水率、含固率和含油率，取三者平均值。
用10支50 mL离心管各取15 mL废弃油基泥浆，加入一倍体积水稀释至30 mL，然后分别加入备选的破乳剂：TF-02、TF-04、SA、BA-1、BA-2、BA-5、Al2(SO4)3、FeCl3、CaCl2·2H2O和乙酸；再依次向每个试样中加入500 mg/L PAC和6 mg/L PAM，并做一个空白样(不加任何药剂)进行对比，震荡摇匀，在温度(50±0.5)℃条件下恒温破乳60 min；最后离心分离3 min(离心机转速为3000 r/min)，记录析出的油量和析出水水质，计算出油回收率。通过比较油回收率和析出水水质，筛选出最佳破乳剂SA[5]。
通过1.3.3中方法筛选出最佳破乳剂SA后，考察破乳剂加量、混凝剂PAC和絮凝剂PAM加量、温度和破乳时间对破乳效果的影响规律，确定最佳工艺参数。
(1) 破乳剂SA加量对破乳效果的影响。用50 mL离心管取15 mL废弃油基泥浆，加入一倍体积水稀释至30 mL，在温度为(50±0.5)℃、PAC质量浓度为500 mg/L、PAM质量浓度为6 mg/L、破乳时间为60 min、离心时间为3 min(3000 r/min)的条件下，考察破乳剂SA加量体积分数分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%和1.5%时，废弃油基泥浆破乳后油回收率的变化情况。
(2) PAC加量对破乳效果的影响。按照(1)中实验步骤，其他条件不变，考察PAC质量浓度分别为100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L、600 mg/L、800 mg/L和1000 mg/L时，废弃油基泥浆破乳后油回收率变化情况。
(3) PAM加量对破乳效果的影响。按照(1)中实验步骤，其他条件不变，考察絮凝剂PAM质量浓度分别为2 mg/L、4 mg/L、6 mg/L、8 mg/L、10 mg/L、12 mg/L时废弃油基泥浆破乳后油回收率变化情况。
(4) 温度对破乳效果的影响。按照(1)中实验步骤，其他条件不变，考察温度分别为20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃和70 ℃时废弃油基泥浆破乳后油回收率的变化情况。
(5) 破乳时间对破乳效果的影响。按照(1)中实验步骤，其他条件不变，考察时间分别为15 min、30 min、45 min、60 min、75 min、90 min和120 min时废弃泥浆破乳后油回收率变化情况。
废弃油基泥浆的组成(质量分数)如图 1所示。
从图 1可看出，废弃油基泥浆的含油率相当高，约占40%，具有很高的经济利用价值[6]。
废弃油基泥浆加入几种备选破乳剂破乳后，其破乳效果如表 1所示。
从表 1可看出，油回收率超过80%的破乳剂有4种，即破乳剂BA-5、破乳剂SA、乙酸和CaCl2·2H2O，其中破乳剂SA的效果最好，析油量最高，析出水水质也较好，油回收率高达94.32%；尽管乙酸的破乳效果也相当好，油回收率高，但跟破乳剂SA相比，析出水的颜色较深，且药剂成本高昂得多。因此，综合比较优选出最佳破乳剂SA。
破乳剂SA加量对破乳效果的影响见图 2。
从图 2可看出，油回收率随着SA加量的增加先不断地升高后趋于平缓，中间层厚度先愈来愈薄后趋于不变。当SA加量为0.2%(φ)时，析出的油量少，油回收率仅为35.26%；而SA加量为0.8%(φ)时，油回收率高达94.32%，中间层厚度几乎为零；当SA加量增加到1.5%时，油回收率为94.46%，只增长了0.14%。因此，确定SA最佳加量为0.8% (φ)[7]。
这是由于破乳剂加入到废弃油基泥浆中以后，破坏了油-水界面的亲水亲油平衡，通过压缩双电层，降低界面张力，使油滴不断地碰撞聚并，并在混凝剂和絮凝剂的架桥吸附作用下，最终破乳析油，沉降或离心后得到油、水和泥渣三相[8]。
混凝剂PAC和絮凝剂PAM加量对破乳效果的影响如图 3所示。
从图 3可看出，油回收率随着PAC加量的增加先增大后趋于平缓，当混凝剂PAC质量浓度为600 mg/L时，油回收率达到了94.45%；当质量浓度增加到1000 mg/L时，油回收率为94.67%，仅增加了0.22%，因此PAC的最佳加量为质量浓度600 mg/L。而油回收率随着PAM加量的增加变化不大，当PAM质量浓度大于8 mg/L时，油回收率逐渐减少，因此PAM最佳加量为质量浓度8 mg/L。
由于PAC通过压缩双电层、电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等作用，使油-水界面吸附的固体颗粒和胶体离子脱稳、聚集、混凝、沉淀，最终破乳析出油、水和泥渣3层[9]；而PAM水溶液具有很强的粘稠性，能有效地降低流体的摩擦阻力，附在不同颗粒表面上，各颗粒之间形成聚合物的桥网状，使颗粒形成的聚集体越来越大，最终沉降析出，通过这种机械、物理和化学作用，起到了很好的絮凝粘合效果。因此，当PAM的加量太多时，油回收率反而下降，可能是PAM的增稠作用，使刚析出的油滴和水珠来不及碰撞聚并就被牢牢地包住，粘合在一起，油、水最终不能破乳析出，仍呈乳状液状态[10]。
温度和反应时间对破乳效果的影响见图 4。
从图 4可看出，随着温度的不断升高，油回收率先增大后趋于平缓，当温度为50 ℃时，油回收率高达94.68%；当温度升高到80 ℃时，油回收率为95.09%，仅增加了0.41%，从经济效益和安全角度出发，得出最佳的破乳温度为50 ℃。而随着反应时间的延长，油回收率先增大后趋于平缓，当反应时间为60 min时，油回收率高达94.52%；当时间增加到120 min时，油回收率为95.17%，仅增加了0.65%，因此得出最佳的反应时间为60 min。
随着温度的升高，破乳析出的油滴与油滴，水珠与水珠之间碰撞得更加剧烈，使油水充分地聚集析出，油回收率越来越高；而随着破乳时间的延长，反应越来越充分，析出的油、水越来越多，油回收率亦越来越高；当反应一段时间后，破乳反应趋于饱和，油回收率几乎保持不变[11-12]。
研究优选出的破乳剂SA对处理不同废弃油基泥浆的适应性，其研究结果见表 2。
从表 2可看出，破乳剂SA可以处理不同废弃油基泥浆，且处理效果相当好，油回收率达到93%以上，实现了回收油的目的。
废弃油基泥浆破乳收油后，离心分离出的废水和废渣需进行无害化处理[13-14]。废水通过加入混凝剂PAC和絮凝剂PAM，混凝沉降后过滤。处理后对水质进行检测，结果表明，出水中石油类、重金属、pH值和COD等主要污染物浓度均低于GB 8978-1996《污水综合排放标准》二级标准限值，可回用或外排；分离出的泥渣在加入固化剂固化后，固化物浸出液中石油类、COD等主要污染物的浓度也在GB 8978-1996二级标准限值以内，泥渣固化物可用于修路或平整地基[15]。
通过研究化学破乳处理废弃油基泥浆，得出以下结论：
(1) 综合比较废弃油基泥浆破乳后油回收率、析出水水质和药剂成本，筛选出最佳破乳剂SA。
(2) 考察了破乳剂SA加量、混凝剂PAC加量、絮凝剂PAM加量、温度、反应时间几个因素对破乳效果的影响规律，确定了最佳破乳工艺参数为破乳剂SA体积分数为0.8%、PAC质量浓度600 mg/L、PAM质量浓度8 mg/L、反应时间1 h、温度(50±0.5)℃。
(3) 研究了破乳剂SA对不同废弃油基泥浆的适应性，其破乳效果均相当好，油回收率高达93%以上。
(4) 分离出废水和废渣经无害化处理后，可达标排放。
2012, Vol. 41 Issue (5): 522-525
2012, Vol. 41 Issue (5): 522-525