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

　　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。