随着油基钻井液在页岩气开采过程中的大量使用,不可避免的会产生大量的含油钻屑。这种含油钻屑处理不当将会造成环境污染。而怎样清洁高效的处理含油钻屑是当前研究的一个热门。现在常见的废屑处理方法有土地耕作、钻屑密封、钻屑回注、表面活性剂清洗等等。目前研究较多的是表面活性剂清洗含油钻屑。相对其他处理方法表活剂清洗能够彻底的除油,洗脱后的钻屑可以安全排放,且成本较低。但是单纯的依靠表面活性剂清洗不仅效率低,而且清洗后会造成水的二次污染。针对表面活性剂处理含油钻屑存在的问题,本论文提出了声-化联合法处理含油钻屑。引入超声波,利用超声波的空化作用以及它的附带效应,如湍流效应、微扰效应、聚能效应、界面效应等,加速油污剥离、增强洗脱乳化、加速固液传质、降低油污粘附力提高表面活性剂的清洗效率。对于表面活性剂清洗造成水的二次污染,本论文提出合成pH敏感性表面活性剂清洗含油钻屑,通过调节pH值处理超声洗脱后的含油废水,避免水的二次污染。论文首先以甲基丙烯酸(MAA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)以及壳聚糖(CS)为单体,采用乳液聚合法合成了一种pH敏感性表面活性剂。利用红外光谱仪、XRD、DSC、热重分析仪等对共聚物结构进行了表征。改变共聚物溶液的pH值对共聚物溶液的pH敏感性进行了研究,发现共聚物在碱性条件下(pH≥12)具有非常低的表面张力,当共聚物在酸性条件下(pH≤4)时失去表面活性,开始絮凝沉降。实验过程中以重庆涪陵油田的含油钻屑为处理对象,首先分析了含油钻屑的物性组成,其含油率为10%,岩屑90%且组分主要以石英、重晶石、斜长石为主,不含水。以含油钻屑的剩余含油率为考核指标,探讨了水中NaOH浓度、固液比、表而活性剂结构和浓度、超声时间、超声温度、超声功率等不同因素对声-化联合法清洗工艺的影响。通过实验得到了声-化联合法处理的最佳工艺处理条件:NaOH浓度为2 g/ml,固液比为1:1,共聚物结构为P(MMA-MAA-CS)-3,共聚物的浓度为5000 mg/L。超声时间为20 min,超声温度为40 ℃,功率为200 W,重复处理3次后含油钻屑的含油率由10%降至0.93%,处理后的钻屑含油率达到国标《一般工业固体废物存、处置场污染控制标准》(GB18599-2001)中明确规定排放物的含油率应小于1%的标准。处理后的含油污水通过pH调节实现油水分离:当pH调节到4时,含油污水中的共聚物失去表活性开始絮凝,絮凝的表面活剂吸附水溶液中的污油聚沉。絮凝后的污水实验测得水中含油率为0mg/L,浊度也为0NUT,水色清测,达到国标排放标准。最后,论文针对声-化联合法清洗含油钻屑的机理进行了研究,主要考察了不同聚合物结构、浓度对油水界面张力以及油-水-钻屑三相接触角的影响。实验发现当加入共聚物的浓度增加,油水界面张力降低、三相接触角变大(且接触角大于-90°,不润湿)。共聚物中CS、MMA、MAA单体改变对油水界面张力,三相接触角均有影响,其中CS、MMA单体结构越多油水界面张力降低,三相接触角变大。结合声-化联合法洗油实验结果对实验机理进行了解释:表面活性剂溶液降低了油水界面张力使钻屑污油能够迅速在溶液中溶解,而超声空化作用以及其附带效应加速了污油的在钻屑表面的剥离,洗脱后的钻屑表面被表面活性剂包裹与污油形成的三相接触角发生变化,润湿性向不润湿转变,这表明表面活性剂能够阻止洗脱后的污油二次吸附在钻屑表面,提高了清洗效率。