声-化联合法清洗含油钻屑

随着油基钻井液在页岩气开采过程中的大量使用，不可避免地会产生大量含油钻屑。含油钻屑处理不当将会造成严重的环境污染，因此如何高效处理含油钻屑已是当前影响油气田环境安全的主要问题之一［1-2］。常见的含油钻屑处理方法有土地耕作、集中密封、地层回注、表面活性剂清洗等［3-6］。其中，目前研究较多的是表面活性剂清洗法［7-8］。相对其他处理方法，表面活性剂清洗法具有工艺简单、成本较低等优点，但也存在清洗效率低、清洗后污水处理难度大等不足［9］。针对表面活性剂清洗法的不足，本文作者提出采用声-化联合法清洗含油钻屑。引入超声波，利用超声波的空化作用及附带效应（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、降低油污黏附力，可提高表面活性剂的清洗效率［10-13］；采用自制pH敏感型表面活性剂，通过调节pH可容易地处理清洗后产生的含油废水。

2）在BIM的支持下，建筑工程设计管理人员可以针对性地开展相应的管理工作，逐渐提升工程设计管理的信息化水平，增加建筑工程实践过程中的经济效益与社会效益；

本工作首先系统探讨了不同因素对声-化联合法清洗含油钻屑的影响，优化了工艺条件，然后简单探讨了清洗机理。

1 实验部分

1.1 材料、试剂和仪器

含油钻屑：取自重庆市涪陵区某采油场，含水率约为1%（w），含油率约为10%（w）。

pH敏感型表面活性剂P（MMA-MAA-CS）：参照文献［14］合成，以过硫酸铵作为引发剂，缓慢滴加甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的混合溶液于十六烷三甲基溴化铵-壳聚糖溶液中，置于70℃水浴中反应2 h， 50 ℃冷冻干燥，得到固体粉末。P（MMA-MAA-CS）属于阴离子表面活性剂，在碱性条件下具有表面活性，在中性和酸性条件下则没有。

男：闻听荥阳花现地，文武百官来朝阳；花好月圆欣跨凤，海请河宴喜乘龙；有缘的人成双对，无缘来看有缘人；三国兵马来得重，说报你家要海涵。

在固液质量比为1∶5、NaOH加入量为2%、超声功率为200 W、超声时间为20 min的条件下，P（MMA-MAA-CS）加入量对钻屑含油量的影响见图2。由图2可见，随着P（MMA-MAA-CS）加入量的增加，钻屑含油量逐渐降低，这是因为油水界面张力逐渐降低，水溶液乳化和表面活性剂改变钻屑表面润湿能力增强，因此清洗效果越来越好；当P（MMA-MAA-CS）加入量大于0.5%后，钻屑含油量变化值较小。故选择P（MMA-MAA-CS）加入量为0.5%。

E50型超声波处理器：成都思科信达有限公司；TX500C型旋转滴界面张力仪：美国CNG公司；DSA30型界面参数一体分析仪：德国Krüss公司。

有观点认为，推特已发展为推动草根政治对话的重要力量，甚至改变了美国自上而下的政治领导模式与政治思想（Newkirk 2016）。诚然，推特用户仅代表美国人口的非多数派，但这一集群几乎囊括了美国所有政党、选举候选人、公职人员、利益集团、媒体、记者和大量关心政治的人群。由此可见推特在美国政治中扮演的角色之重要，故以推特为例分析新媒体对美政治生态的影响，颇具代表性。本文分析主要以推特为例，但推特呈现的特点及其影响也可见于其他新媒体平台，笔者认为本文的分析具有举一反三的意义。

1.2 实验方法

在200 mL烧杯中加入一定量去离子水、NaOH溶液（w=6%）以及P（MMA-MAA-CS）溶液（w=0.7%），液体总质量为100 g，置于40 ℃水浴中，恒温10 min。称取一定量的含油钻屑，加入烧杯中，开启磁力搅拌，同时以一定功率进行超声处理。反应一定时间后将反应混合物进行离心沉降，分离出的钻屑放入真空烘箱内烘干。

1.3 分析方法

在固液质量比为1∶5、P（MMA-MAA-CS）加入量为0.5%、超声功率为200 W、超声时间为20 min的条件下，NaOH加入量对钻屑含油量的影响见图3。由图3可见：当NaOH加入量小于2%时，钻屑含油量随NaOH加入量的增大而减小，这是由于P（MMA-MAA-CS）只有在碱性条件下才具有两亲性，能够降低油水界面张力，因此随着NaOH加入量的增大，清洗效果越来越好；当NaOH加入量大于2%后，钻屑含油量又有回升，这是由于体系中盐效应［15］的影响导致表面活性剂的界面活性发生一定程度的下降，所以钻屑含油量出现了上升。故选择NaOH加入量为2%。

2.1.1 固液质量比的影响

1.3.2 界面张力和三相接触角的测定

因此，对于集成学习方法，一般采用偏差-方差分解分析学习方法的误差[17]。假设存在我们需要预测的目标函数为：

界面张力的测定采用旋转滴界面张力仪。

由图4 a可见：随着超声时间的增加，钻屑含油量呈现先下降后上升的趋势，这可能是因为声-化联合清洗钻屑表面污油的过程是一个脱附-吸附动态平衡的过程，在合理的时间内超声波可以促进钻屑表面上吸附的污油脱附，但如果超声时间过长，部分已经被去除的污油可能再次吸附在钻屑表面。由此确定，最佳的超声时间应该为20 min。

三相接触角的测定方法如下：1）将脱油脱水后的钻屑在15 MPa的压力下压缩成厚度为2～3 mm的薄片；2）将薄片浸入水中，利用界面参数一体分析仪自带的弯钩注射器打入一滴钻屑油；3）钻屑油滴在水中上浮，当油滴上浮到有钻屑薄片的位置开始与钻屑接触形成三相接触角（油-水-固三相），拍照测定。

2 结果与讨论

2.1 清洗工艺条件的优化

将干燥的钻屑用滤纸包好放入索氏提取器中，使用石油醚持续抽提6 h，离心沉降，烘干称重，通过差量法计算钻屑含油量。

在P（MMA-MAA-CS）加入量为0.5%（w，下同）、NaOH加入量为2%（w，下同）、超声功率为200 W、超声时间为20 min的条件下，固液质量比对钻屑含油量的影响见图1。由图1可见，随着固液质量比的增加，钻屑含油量快速下降，当固液质量比大于1∶5后下降趋缓。在清洗过程中，清洗剂分布在钻屑表面、乳化油滴表面和水溶液中，存在动态平衡。固液质量比增大时，更多清洗剂向钻屑表面扩散，更多污油被乳化后进入水相，故钻屑含油量快速下降；外层油污被清洗后，清洗剂开始向内层扩散，但是内层油污的附着力较大，所以钻屑含油量开始下降缓慢。综合而言，选择固液质量比为1∶5进行后续实验。

最严格水资源管理制度进一步落实。起草了《自治区最严格水资源管理制度实施意见》《自治区实行最严格水资源管理制度考核办法》。完成盟市、旗县“三条红线”控制指标分解确认，建立起覆盖三级行政区域的“三条红线”指标体系，并纳入自治区党委组织部对各盟市领导班子年度目标考核体系。出台了《自治区地下水管理办法》，自2013年10月1日起施行。自治区水资源管理系统一期工程建设基本完成，对全区80家重点用水企业实施了在线监控。开展了全区地下水专项执法检查，核查关闭自备水源井，治理区域违规取用地下水行为。呼和浩特市、鄂尔多斯市全国节水型社会建设试点通过水利部验收。

  

图1 固液质量比对钻屑含油量的影响

2.1.4 其他条件的影响

十六烷三甲基溴化铵、过硫酸铵、冰乙酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯等：均为分析纯。

  

图2 P（MMA-MAA-CS）加入量对钻屑含油量的影响

2.1.3 NaOH加入量的影响

1.3.1 钻屑含油量的测定

  

图3 NaOH加入量对钻屑含油量的影响

2.1.2 表面活性剂加入量的影响

在固液质量比为1∶5、P（MMA-MAA-CS）加入量为0.5%、NaOH加入量为2%的条件下，超声时间（a）和超声功率（b）对钻屑含油量的影响见图4。

  

图4 超声时间（a）和超声功率（b）对钻屑含油量的影响

该产品说明书属于科学语体，从禁忌、产地、不良反应、使用方法/用法用量、功能主治/适应症、主要成分、注意事项、有效期限、执行标准、说明书修订日期、贮藏、类别、性状、剂型、商品包装、商品名称全拼、药物相互作用等17个方面对龙虎牌清凉油做了说明，并对该产品的商品编号、批准文号、生产厂家做了交代。行文平实，语义符合这种品牌清凉油的客观实际。比如对“商品包装”属性的描写，是“铁盒包装，3g/盒”，这种描述一定是要与该产品的实际包装情况吻合，否则就会失去需求者的信任。对“功能主治”属性的描述，其修辞语义是建立在龙虎牌清凉油的实际功能基础之上的，不能胡编乱造，欺诈消费者。

由图4 b可见：超声功率为50～200 W时，钻屑含油量随着超声功率的增加而下降，这是因为伴随着超声功率的增大，空化作用也会变强，更利于超声清洗；但当超声功率超过200 W后钻屑含油量反而增加，这是因为，超声功率过大时会产生更多的气泡，这些气泡并不是空化气泡，它们不再会瞬时溃灭而产生强大的冲击波，只会在钻屑的表面聚集并逐渐振动直至升到液面破灭，对声波产生散射并形成一道屏障，阻碍声波在液体中的传播和辐射，造成远离声源的地方清洗作用减弱，影响清洗效果［16-18］。所以确定最佳的超声功率为200 W。

党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央高度重视党的纪律建设，把纪律建设提升到了全面从严治的高度，并不断贯彻落实习近平关于党的纪律建设讲话的精神实质，党的纪律建设全面加强。党的十九大更是在总结历史创新经验基础上，首次将纪律建设纳入党的建设总体布局并写入党章，彰显了以习近平同志为核心的党中央坚持用纪律管党治党的决心和意志。

综合而言，声-化联合清洗的最佳工艺条件为：固液质量比 1∶5，P（MMA-MAA-CS）加入量 0.5%，NaOH加入量 2%，超声时间 20 min，超声功率 200 W。在此最佳条件下，钻屑的含油量可由10.00%降至3.24%。但这一结果并不能达到GB18599—2001《一般工业固体废物存、处置场污染控制标准》［19］的要求（固废含油量小于1%）。因此考虑增加清洗次数。清洗次数对钻屑含油量的影响见图5。由图5可见，在最佳条件下清洗2次后，钻屑含油量可降低至0.82%，达到GB18599—2001的排放标准。

  

图5 清洗次数对钻屑含油量的影响

2.2 清洗机理的探讨

2.2.1 界面张力

在NaOH加入量为2%的条件下，不同P（MMAMAA-CS）加入量下钻屑油-水界面张力的测定结果见图6。

从图2可以看出，在变形监测初期，建筑物监测点中除JH-2外的所有监测点首先出现小幅度上升。这是因为该建筑物距离地铁线路中心较近，建筑物受到地铁施工的影响较明显，所以建筑物靠近地铁线路的一侧会因为地铁的盾构施工方式而首先出现上升，远离地铁线路一侧则会下降。

  

图6 不同P（MMA-MAA-CS）加入量下钻屑油-水界面张力的测定结果

由图6可见：随着P（MMA-MAA-CS）加入量的增大，油-水界面张力逐渐下降，表示P（MMAMAA-CS）的乳化能力越来越强［20-21］，这样当污油因超声作用从钻屑表面脱附后，能够被P（MMAMAA-CS）乳化而进入水相，形成稳定的乳化液滴而不再重新吸附到钻屑表面；但当P（MMA-MAACS）加入量大于0.5%后，溶液浓度达到临界胶束浓度而形成胶体，界面张力变化较小。

2.2.2 三相接触角

在NaOH加入量为2%的条件下，不同P（MMAMAA-CS）加入量下三相接触角的测定结果见图7。由图7可见：当溶液中不含P（MMA-MAA-CS）时，油-水-固的三相接触角为88.9°（小于90°），表明钻屑在水中是亲油的，污油容易吸附到钻屑表面；当水中加入P（MMA-MAA-CS）后，三相接触角明显改变，均远大于90°，表明此时钻屑表面在水中不再亲油，污油不容易吸附到钻屑表面；当P（MMA-MAA-CS）加入量大于0.1%后，暴露在外的亲油基团增多，所以接触角略有下降。

  

图7 不同P（MMA-MAA-CS）加入量下三相接触角的测定结果

综合界面张力和三相接触角的实验结果，推断声-化联合法清洗含油钻屑的机理如下：在超声波的空化作用及其相应附带效应的作用下，含油钻屑表面的污油被剥离进入水相；当污油进入水相后，一部分表面活性剂会将其乳化稳定在水相中，另一部分表面活性剂会吸附到干净的钻屑表面，改变钻屑表面的润湿性，防止污油的再次吸附，从而在超声波和表面活性剂的共同作用下完成含油钻屑的清洗过程。

3 结论

a）声-化联合法清洗含油钻屑的最佳工艺条件为：固液质量比 1∶5，P（MMA-MAA-CS）加入量 0.5%，NaOH加入量 2%，超声时间 20 min，超声功率 200 W。在此条件下清洗2次后，钻屑含油量可由10.00%降低至0.82%，达到GB18599—2001《一般工业固体废物存、处置场污染控制标准》的要求。

b）声-化联合法清洗含油钻屑的机理为：在超声波的空化作用及其相应附带效应作用下，含油钻屑表面的污油被剥离进入水相，随后，一部分表面活性剂将污油乳化稳定在水相中，另外一部分表面活性剂吸附到干净的钻屑表面，改变钻屑表面的润湿性，防止污油的再次吸附，从而完成含油钻屑的清洗过程。

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