摘要：海水鉆井液廢液需要進(jìn)行減量化處理，必須進(jìn)行固液分離。對(duì)于模擬的海水鉆井液廢液，優(yōu)選的混凝劑為PF-PCF，由一種陽(yáng)離子雙子型聚丙烯酰胺(分子量300萬(wàn)，陽(yáng)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(duì)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(guān)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(yè)的快速發(fā)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(fù)雜，其中有些成分對(duì)人身和環(huán)境均具有毒害作用[1-5]。渤海作為特殊的海域，隨著環(huán)保形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，未來(lái)三年將逐步落實(shí)零排放政策，嚴(yán)格執(zhí)行陸地關(guān)于三廢國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及地方標(biāo)準(zhǔn)，因此，現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的鉆井液廢液必須通過(guò)船只運(yùn)送至陸上進(jìn)行處理，大量鉆井液廢液的運(yùn)輸成本極高，減量化處理將是海上鉆井液廢液處理的發(fā)展趨勢(shì)，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(duì)海水基鉆井液廢液進(jìn)行固液分離，并分析了其固液分離機(jī)理[8]，通過(guò)對(duì)海水鉆井液廢液水相進(jìn)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(huán)保要求和生產(chǎn)作業(yè)需求[12]。

　　1實(shí)驗(yàn)材料及儀器

　　混凝劑PF-PCF，室內(nèi)自制，陽(yáng)離子雙子型聚丙烯酰胺(分子量300萬(wàn)，陽(yáng)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(jī)、攪拌器、分析天平、pH計(jì)、MaterialsStudio2017R2軟件。

　　2結(jié)果與討論

　　2.1海水鉆井液廢液的配制

　　渤海油田應(yīng)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(rùn)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(duì)于上述海水鉆井液體系的絮凝，選用室內(nèi)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(jìn)行對(duì)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(jìn)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(shí)驗(yàn)離心，當(dāng)混凝劑濃度相同時(shí)，PF-PCF可以實(shí)現(xiàn)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(cè)定上清液的體積、pH值，計(jì)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(jìn)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(cè)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(shí)體系1-4號(hào)中混凝劑PF-PCF的濃度分別為3750、5000、6250、7500mg/L。

　　將四組實(shí)驗(yàn)離心，當(dāng)PF-PCF的濃度達(dá)到6250mg/L時(shí)，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(cè)定各項(xiàng)數(shù)據(jù)，當(dāng)體系中PF-PCF濃度達(dá)到6250mg/L時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)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(wěn)機(jī)理

　　模擬使用MaterialsStudio2017R2軟件，通過(guò)GeometryOptimization工具對(duì)部分水解聚丙烯酰胺單分子模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，選擇Compass(Version2.8)力場(chǎng)，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(dá)到能量最小化模型。

　　采用Forcite模塊中的Dynamics工具對(duì)優(yōu)化好的圖層進(jìn)行計(jì)算，選擇Ensemble為NVT(正則系綜)，Temperature：278K，TimeStep：1fs，TotalSimulationTime：500ps，NumberofSteps：5000，在Compass力場(chǎng)下進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，對(duì)每個(gè)模型重復(fù)多次計(jì)算，使每組數(shù)據(jù)的偏差在5%之內(nèi)。

　　2個(gè)部分水解聚丙烯酰胺分子與100個(gè)水分子進(jìn)行結(jié)合。使用MaterialsStudio2017R2軟件對(duì)上述分子構(gòu)象中的能量進(jìn)行模擬。綜合兩個(gè)部分水解聚丙烯酰胺分子間能量與ξ電位的變化，都呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，因此兩個(gè)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(wěn)定性下降，產(chǎn)生絮凝。

　　3結(jié)論

　　(1)通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)于海水鉆井液廢液，優(yōu)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(duì)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(xiàn)：

　　[1]張祎徽.廢棄鉆井液無(wú)害化處理技術(shù)研究[D].中國(guó)石油大學(xué)(華東),2007.

　　[2]賀小忠,陳少奇,梁萬(wàn)興,,等.油基鉆井液的無(wú)害化處理方法分析[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2014(11):236-236.

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

　　相關(guān)論文投稿刊物：《油氣田環(huán)境保護(hù)》(雙月刊)于1991年10月創(chuàng)刊，是國(guó)家新聞出版總署正式批準(zhǔn)的國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的科學(xué)技術(shù)性刊物，也是中國(guó)石油集團(tuán)唯一的一份環(huán)保技術(shù)期刊。