赵寒枫，张太亮，林丽丽，杨 龙

(西南石油大学 化学化工学院，四川 成都 610500)

1 引言

在钻井过程中，由于生产工艺的需要，往往会向钻井液中添加大量的化学药剂，如润湿剂、絮凝剂、润滑剂、加重材料等[1,2]，由此随钻井液带出的钻屑含有大量的油及多种有毒有害物质[3]，如不经妥善处理而直接排放，会引起严重的环境污染。主要表现为以下几个方面：钻屑中的油分进入土壤后会阻碍土壤环境与空气之间的交换作用，使得植物无法进行呼吸作用，土壤中的动物缺少氧气，破坏了土壤的生态平衡[4]；重金属通过土壤进入地下水中[5]，再经地下水的扩散作用进入到鱼体内，最终可能富集到人体身上；大量油基钻屑的堆积还可能导致当地总烃浓度超标[6]，直接危害当地群众生命安全。

目前，油基钻屑处理技术主要有化学热洗法[7]、微生物处理[8]、焚烧法[9]、微波处理[10]、热解法[6,11]、溶剂萃取法[12]等。化学热洗法主要是利用表面活性剂的卷起、乳化等作用将钻屑上的油分洗脱[7]，具有工艺设备简单、经济有效的优点，缺点是会产生大量废水；焚烧法将油基钻屑直接焚烧，这样处理减量、减容程度高，但由于焚烧反应可能产生二噁英等恶臭气体[9]，带来了废气处理问题；经热解法处理后的油基钻屑含油率低，但其投资巨大，且同样会有污染化境的风险[13]。溶剂萃取法因其简单高效，且油类资源可回收的特点而受到广泛关注，但在实际运用过程中，又因为闪点、毒性等问题受到限制[14,15]。本研究拟筛选一种高闪点、低毒的清洗配方用于油基钻屑的处理，通过超声辅助手段，强化油基钻屑清洗效果。通过一系列处理，将油基钻屑的含油率降至2%以下，达到《SY/T7422-2018》中的油基钻屑排放标准。

2 实验部分

2.1 实验材料

仪器：TG16G离心机、DHG-914OA烘箱、MP-1002分析天平、OIL2000B红外测油仪。

试剂：EJB、YSYZ、YSDZ、ZGW、SLYX、YWC、N,N-EJJJXA均为分析纯，SLYX(环保级)，来自成都市科隆化学品有限公司。

原料：钻屑取自西南某页岩气示范区。

2.2 分析方法

含水率测定方法参考《GB/T260-2016》；含油率测定方法参考《HJ/1051-2019》；固含量测定方法参考《GB/T508-1985》；清洗剂闪点测定参考《GB/T 261—2008》。

清洗剂沸程测定方法：先测出已知组成的溶液的折射率，做出对应的工作曲线，再利用沸点仪测定一系列不同组成溶液的沸点，并利用阿贝折射仪测量其对应气相、液相的折射率，然后在工作曲线上查找对应样品折射率的组成，从而找出该体系组成下的沸点。

3 结果与讨论

3.1 清洗剂筛选

取10 g钻屑，固液比为1∶4，清洗时间为20 min，分别考察了在单独搅拌条件下和超声辅助条件下不同溶剂对油基钻屑除油效果，清洗结果如图1所示。

图1 不同条件下的清洗效果

由图1(a)可知，在单独搅拌的清洗条件下，ZGW、YSDZ的清洗效果较好，二者能将含油率降至1.90%左右，N,N-EJJJXA的清洗效果最差，原因是N,N-二甲基甲酰胺分子与油分溶解度参数差异较大；由图1(b)在超声辅助的条件下，各溶剂的清洗效率均有所提高，效果最明显的是ZGW，其清洗过后的钻屑残油率从1.90%降到了0.89%，因为是ZGW属于非极性分子，与油基钻屑中的白油或柴油组分分子极性差异不大。研究发现，ZGW闪点非常低，单一使用可能会给工艺带来安全隐患，因此考虑将ZGW与高闪点的SLYX进行复配，以达到既提高清洗效率又提高工艺安全性能的目的。

3.2 清洗剂复配

本研究将ZGW与SLYX进行复配。取10 g钻屑，在固液比为1∶4，清洗时间为20 min条件下，考察不同复配比例对油基钻屑除油效果影响，结果如图2所示。

图2 清洗剂助剂筛选

由图2可观察到，随着ZGW与SLYX复配比例不断减小，油基钻屑的残油率出现先减小后增加的趋势，在ZGW∶SLYX=1∶3时，残油率达到最低，为0.83%，除油率达到最高，为96.4%。结果表明，复配后的清洗效果较单一使用某种溶剂好，说明二者之间存在协同作用。

3.3 清洗工艺优化

3.3.1 固液比对洗油效果的影响

取10 g钻屑，在主助剂配比为1∶3，清洗时间为20 min的条件下，考察固液比对油基钻屑除油效果影响，清洗结果如图3所示。

图3 固液比对清洗效果的影响

由图3可知，随着固液比的减小，钻屑残渣的残油率逐渐降低，这是因为随着清洗剂的加量增加，有更多的溶剂分子参与油分的萃取过程。当固液比达到1∶4时，萃取残渣的残油率降到0.82%，除油率达到96.5%，再增加清洗剂的量，除油效率变化不大。因此，最佳固液比为1∶4。

3.3.2 清洗时间对洗油效果的影响

取10 g钻屑，在主助剂配比为1∶3，固液比为1∶4的条件下，考察清洗时间对油基钻屑除油效果影响，清洗结果如图4所示。

图4 清洗时间对清洗效果的影响

一定条件下，清洗时间越长，溶剂与油基钻屑之间的混合越充分，有利于基础油从钻屑上洗脱。由图4可知，当清洗时间小于10 min时，钻屑的残油量随清洗时间的增长而下降，当清洗时间达到10 min时，残渣含油率降至0.73%，除油率达到96.9%；当超过10 min时，随着清洗时间的增长，残渣含油率又持续增长，这是因为随着清洗时间的增加，洗脱下来的污油又重新吸附到钻屑表面。考虑到能耗，选取最佳清洗时间为10 min。因此，得到的最佳工艺条件为固液比1∶4，清洗时间10 min。

3.4 清洗剂沸程及闪点的测定

由图5可知，配方体系的沸点随SLYX质量分数的增加而升高，当SLYX质量分数为75%时，该体系的沸点为112.1 ℃。

图5 配方体系的沸程

闪点测定参考《GB/T 261—2008》。测试结果显示，当ZGW与SLYX质量比为1∶3 时，闪点达到58 ℃，比一般溶剂闪点高，在实际工程运用时具有较高的安全保障。

4 结论

(1)本研究筛选出一种高效的油基钻屑清洗剂配方，组成为：25%ZGW+75%SLYX。

(2)萃取最佳工艺条件为：萃取时间10 min，固液比1∶4，主助剂配比1∶3。在最佳工艺条件下，萃取残渣的含油率降至0.73%，除油率高达96.9%。

(3)在相同的反应条件下，通过超声辅助清洗可以提高清洗效率。

(4)该清洗剂配方沸点为112.1 ℃，闪点为58 ℃，配方组成都为低毒类溶剂，有较高的安全性能。