盐泥应用于盐水钻井液的研究

来源 :同济大学环境科学与工程学院 同济大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:seacloudnemo
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盐化工业,包括制盐工业和以盐为主要原料的氯碱和纯碱工业,是重要的基础化学工业。2006年中国盐产量为4896万吨,约占世界盐产量的20%。盐泥是卤水净化过程中产生的固体废物,主要成分为碳酸钙、氢氧化镁、硫酸钡和氯化钠,在一些国家和地区被划为危险废物。 目前所进行的盐泥资源化利用主要为:制建筑石膏、建筑涂料、保温砖、人行道砖、水泥、碳酸钙、氢氧化镁、七水硫酸镁、硫酸钡、氧化镁、氯化钙、NO3吸附剂、烟气脱硫剂和肥料等。由于盐泥成分复杂,以上各种利用方法均存在投资高、运行成本高、工艺复杂、耗能、产生二次污染、产品所含NaCl等杂质的腐蚀以及回收利用价值较低等问题而难以推广。未经处理的盐泥有的在厂内外堆存或填埋,有的排入附近江、河、湖、海,造成严重的环境污染。盐泥的处理处置己成为世界性的技术难题。 盐膏层在我国大陆及世界范围的钻探中分布广泛,盐水钻井液是盐膏层钻井的成熟技术,由水、膨润土、氯化钠、碳酸钠、氢氧化钠、聚丙烯酸盐类、正电胶、超细碳酸钙、硫酸钡和其它化学处理剂组成,该体系配制成本较高。 为达到盐泥的资源化,以中国石化江汉油田分公司盐化工总厂盐泥为研究对象,以现有成熟钻井液配方为基准,研制盐泥-盐水钻井液配方: (1)盐泥的主要化学成分为CaCO3、Mg(OH)2和NaCl,还含有Na2SO4、CPA、NaOH、Na2CO3,及微量Al、Mn、Fe、Cu、Zn等的氢氧化物等。盐泥的各种成分均可应用于盐水钻井液,从一定意义上看,盐泥是盐水钻井液的半成品。盐泥与盐水钻井液在主要成分、地质环境相容性乃至盐泥的产生过程与钻井液的配制过程之间具有相同和相似性,盐泥应用于盐水钻井液具备坚实的理论基础。 (2)本研究盐水钻井液基准配方分别为:江汉油田和中原油田高密度饱和盐水钻井液、塔里木油田石炭系和寒武系欠饱和盐水钻井液。盐泥—盐水钻井液配方设计体系分别为:1#体系,脱水后盐泥—江汉油田高密度饱和盐水钻井液;2#体系,脱水前盐泥—江汉油田高密度饱和盐水钻井液;3#体系,脱水前盐泥—中原油田高密度聚合物饱和盐水钻井液;4#体系,脱水前盐泥—塔里木油田石炭系欠饱和盐水钻井液;5#体系,脱水前盐泥—塔里木油田寒武系欠饱和盐水钻井液。 (3)盐泥可通过专门配方整体应用于盐水钻井液的配制。以盐泥成分和盐水钻井液基准配方为基础,以保持钻井液密度和pH值一致为前提,并保持膨润土、Cl—的含量一致,进行盐泥.盐水钻井液配方设计。各体系基准配方设为配方0,1#~5#各体系配方1~配方5中盐泥加量分别为100kg/m3,200kg/m3,300kg/m3,400kg/m3,500kg/m3。 (4)配制密度为2000kg/m3的钻井液,每100kg脱水后盐泥可替代25.0kg的重晶石,并可以节约0.019kg的NaOH,5.30kg的NaCl,少加29.8kg的水。配制密度为1550kg/m3~2000kg/m3的钻井液,每100kg脱水前盐泥可替代32.5kg~21kg的重晶石,并可以节约0.07kg的KPAM,0.14kg的Na2CO3,0.04kg的NaOH,7.76kg的NaCl,少加38.4kg的水。 (5)室内实验表明配制与基准配方相同密度、相同pH值的钻井液,在盐泥加量500kg/m3的范围内,随着盐泥加量的增加,各盐泥—盐水钻井液的YP/PV值在0.17~0.37之间;API滤失量均小于4.5mL;对于3#和4#脱水前盐泥—盐水钻井液体系,当盐泥加量为500kg/m3时,HTHP滤失量分别为18mL和6mL,可满足钻井液的流变和滤失性能。但固相含量和泥饼摩擦系数增加,盐泥加量必须限制在一定的范围内。在本研究的各钻井液体系中,盐泥加量宜<500kg/m3。 (6)盐泥应用可降低盐水钻井液成本,盐泥在本研究中的应用价值为100~300元/t。同一体系中随着盐泥加量的增加,盐泥的应用价值基本维持不变,呈略微减小趋势。不同的盐水钻井液体系,当盐泥加量相同时,盐泥的应用价值不同,其大小与盐水钻井液体系的基准配方成本相关。基准配方成本越高,盐泥应用价值越大。脱水前盐泥的应用经济性大于脱水后盐泥的应用经济性。 (7)江汉盐化工总厂每年产生的1000t盐泥可以全部应用于江汉钻井公司。盐泥应用于盐水钻井液地域适应性强,应用前景广阔,适用于世界各地。 (8)卤水宜尽量分级预净化,分别去除Ca2+、Mg2+和SO2—4,使产生的工业固体废物源头分类,以达到固体废物的最大资源化。 本研究从理论和室内实验两方面验证了盐泥应用于盐水钻井液的可行性,为盐化工业解决盐泥的处理处置问题、实现盐泥的资源化和盐化工业的清洁生产,为钻井液寻找理想的环保新材料、降低盐水钻井液成本,为减少石灰石和重晶石等的矿山开采、保护自然资源和生态植被,为实施循环经济提供了一种新途径,对于环境、经济和社会的可持续发展具有重要的现实意义。
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