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隨著石油工業(yè)的快速開(kāi)展,鉆井液的品種不時(shí)增加,添加劑日益增加,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。渤海作為特殊的海域,隨著環(huán)保形勢(shì)的日益嚴(yán)峻,將來(lái)三年將逐漸落實(shí)零排放政策,嚴(yán)厲執(zhí)行陸地關(guān)于三廢國(guó)度規(guī)范及中央規(guī)范,因而,現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的鉆井液廢液必需經(jīng)過(guò)船只運(yùn)送至陸上實(shí)施處置,大量鉆井液廢液的運(yùn)輸本錢(qián)極高,減量化處置將是海上鉆井液廢水處理的開(kāi)展趨向,亟需處理海水鉆井液廢液固液別離及再應(yīng)用難題。本文對(duì)海水基鉆井液廢液實(shí)施固液別離,并剖析了其固液別離機(jī)理,經(jīng)過(guò)對(duì)海水鉆井液廢液水相實(shí)施再回收應(yīng)用,大幅減少鉆井廢棄物回收量,有效降低鉆井液廢棄物回收本錢(qián),滿足環(huán)保請(qǐng)求和生產(chǎn)作業(yè)需求。
1、實(shí)驗(yàn)資料及儀器
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;局部水解聚丙烯酰胺、黃原膠、海水、NaOH、NaOH、NaCl、KCl、重晶石等。
離心機(jī)、攪拌器、剖析天平、pH計(jì)、Materials Studio2017R2 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,其根本配比見(jiàn)表1。
由表1可見(jiàn),KCl/PHPA海水鉆井液體系中主要處置劑為局部水解聚丙烯酰胺、低黏聚陰離子纖維素、黃原膠、淀粉和膨潤(rùn)土,局部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,關(guān)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、聚合氯化鋁實(shí)施比照。
2.2 不同混凝劑的絮凝效果
取四只燒杯,各取60mL模仿海水鉆井液,參加相同濃度、不同類(lèi)型的混凝劑實(shí)施絮凝別離,混凝劑的品種為PF-PCF、聚合氯化鋁鐵、氯化鐵、聚合氯化鋁4種,根本配方為:60mL模仿海水鉆井液+4mL濃度為100000mg/L的混凝劑溶液,模仿海水鉆井液廢液中參加混凝劑后,攪勻,體系中混凝劑的濃度為6250mg/L。將四組實(shí)驗(yàn)離心,如圖1所示。
由圖1可見(jiàn),當(dāng)混凝劑濃度相同時(shí),PF-PCF能夠完成模仿海水鉆井液廢液固液完整別離,在同等濃度下其他三種混凝劑的絮凝效果并不理想。取出離心得到的上清液(見(jiàn)圖2),分別測(cè)定上清液的體積、pH值,計(jì)算脫水率,結(jié)果見(jiàn)表2。脫水率=(上清液體積-參加溶液體積)/處置的鉆井液廢液體積。
由表2可見(jiàn),直接用混凝劑實(shí)施絮凝的模仿海水鉆井液廢液,PF-PCF在濃度為6250mg/L有良好的絮凝別離效果,在同等濃度下,其他混凝劑能夠絮凝沉降鉆井液廢液中的局部固體,但并不能使固液完整別離。
2.3 混凝劑PF-PCF運(yùn)用濃度的測(cè)定
取4只燒杯,各取60mL模仿海水鉆井液廢液,分別參加相同體積、不同濃度的PF-PCF溶液,詳細(xì)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,如圖3所示。
由圖3可見(jiàn),當(dāng)PF-PCF的濃度到達(dá)6250mg/L時(shí),才干獲得較好的絮凝效果。隨著濃度升高,絮凝別離得到的上清液愈加明澈。取出離心得到的上清液,測(cè)定各項(xiàng)數(shù)據(jù),如表3所示。
由表3可見(jiàn),當(dāng)體系中PF-PCF濃度到達(dá)6250mg/L時(shí),就能夠完成固液別離,且隨著濃度升高,固液別離的脫水率也有一定水平的升高。選擇運(yùn)用PF-PCF濃度為7500mg/L,絮凝別離后上清液的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
模仿運(yùn)用Materials Studio2017R2 軟件,經(jīng)過(guò)GeometryOptimization工具對(duì)局部水解聚丙烯酰胺單分子模型實(shí)施構(gòu)造優(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求和辦法,運(yùn)用SmartMinimization算法使分子到達(dá)能量最小化模型。局部水解聚丙烯酰胺單分子模型如圖4所示。
采用Forcite模塊中的Dynamics工具對(duì)優(yōu)化好的圖層實(shí)施計(jì)算,選擇Ensemble為NVT(正則系綜),Temperature:278K,TimeStep:1fs,TotalSimulationTime:500ps,NumberofSteps:5000,在Compass力場(chǎng)下實(shí)施分子動(dòng)力學(xué)模仿,對(duì)每個(gè)模型反復(fù)屢次計(jì)算,使每組數(shù)據(jù)的偏向在5%之內(nèi)。
2個(gè)局部水解聚丙烯酰胺分子與100個(gè)水分子實(shí)施分離,其構(gòu)象模型如圖5所示。
運(yùn)用Materials Studio2017R2 軟件對(duì)上述分子構(gòu)象中的能量實(shí)施模仿,數(shù)據(jù)如表4所示。
兩個(gè)局部水解聚丙烯酰胺分子、一個(gè)混凝劑分子與水分子以2∶1∶100構(gòu)建模型如圖6所示。
運(yùn)用Materials Studio2017R2 軟件對(duì)上述分子構(gòu)象中的能量實(shí)施模仿,數(shù)據(jù)如表5所示。
比照表4、表5中能量的變化,在參加混凝劑前,局部水解聚丙烯酰胺與水分子體系的總能量為-937.733kcal/mol,參加混凝劑后,此混合體系的總能量為-390.518kcal/mol,體系中能量的絕對(duì)值降落了547.215kcal/mol,降落率為58.4%。體系能量的降落造成兩個(gè)局部水解聚丙烯酰胺分子互相靠近時(shí),排擠能減小,體系不穩(wěn)定,發(fā)作絮凝。同樣可知,當(dāng)局部水解聚丙烯酰胺吸附混凝劑時(shí),由于局部水解聚丙烯酰胺帶負(fù)電荷,而混凝劑帶正電荷,當(dāng)二者吸附后,局部正電荷與負(fù)電荷發(fā)作電性中和,使局部水解聚丙烯酰胺的負(fù)電荷減少,ξ電位降低,造成兩個(gè)局部水解聚丙烯酰胺分子之間的斥力減小。
綜合兩個(gè)局部水解聚丙烯酰胺分子間能量與ξ電位的變化,都呈現(xiàn)出降低的趨向,因而兩個(gè)局部水解聚丙烯酰胺分子互相靠近,易于匯集,海水鉆井液廢液的穩(wěn)定性降落,產(chǎn)生絮凝。
3、結(jié)論
(1)經(jīng)過(guò)比照實(shí)驗(yàn),關(guān)于海水鉆井液廢液,優(yōu)選的混凝劑為PF-PCF,濃度為7500mg/L,絮凝別離后上清液的pH=6.94,脫水率為55.7%,脫出水較清。
(2)Materials Studio2017R2 軟件,剖析了參加混凝劑前后,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,降落率為58.4%,有利于海水鉆井液廢液的固液別離。