国内钻井废弃物无害化处理技术现状_石昌森.pdf

2023年第2期西部探矿工程*收稿日期：2021-12-29第一作者简介：石昌森（1980-），男（汉族），黑龙江大庆人，高级工程师，现从事钻井水平井、定向井等特殊工艺井工作。国内钻井废弃物无害化处理技术现状石昌森*，董明，崔磊，李英武，王东坤，郭金玉（大庆钻探工程公司钻井二公司，黑龙江 大庆 163413）摘要：钻井过程中产生的钻屑、泥饼等废弃物会对环境造成严重污染，特别是油基钻井液施工井产生的含油废弃物对环境造成的危害更是难以估计，采用就地固化、掩埋等方法已经无法满足越来越严格的环境保护要求。随着国家环保法律法规严格要求、石油石化行业重视度提高，国内各大油田和钻探公司的钻井废弃物无害化处理技术得到较快发展，有的处理技术意见达到国际先进水平，油基钻井液LERT处理技术和渤海钻探的水基钻井液无害化处理技术已经处于国际领先水平，完全能够满足国内对钻井废弃物无害化处理的要求。目前国内对钻井液废弃物无害化处理的需求旺盛，市场前景广阔，为占领这个市场，各工程技术服务企业应进一步增强市场意识，积极参与，不断完善产业链，加大钻井废弃物无害化处理设备、人员和科研投入，形成自身特色技术，使之成为新的效益增长点。关键词：钻井废弃物；泥饼；含油钻屑；随钻处理；环保中图分类号：X74 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)02-0025-03钻井过程中产生的废弃物特别是油基钻井液钻井产生的含油钻屑，对周围环境危害巨大，欧美发达国家对钻井废弃物处理的研究起步较早，起草颁布了健全的法律法规，并形成了多种成熟技术。我国颁布实施的新 环境保护法 将钻井废弃物列为 国家危险废物名录，国内外钻井废弃物无害化处理需求得到极大释放，无害化处理业务前景广阔。对我国钻井废弃物无害化处理技术现状进行分析，对提高钻井废弃物处理技术水平具有重要指导意义。1水基钻井液钻井废弃物无害化处理技术1.1水基钻井液钻井废弃物危害水基钻井液钻井废弃物的主要成分有膨润土、钻屑、表面活性剂、重晶石、不同分子量的聚合物等，其中的化学成分是造成环境污染的主要因素。常用的固化法虽能暂时将钻井废弃物中的有害成分进行束缚、稳定化，但不能将钻井废弃物中的固相和液相进行分离和回收，造成大量钻井液浪费；如果固化剂与钻井液搅拌不够均匀，固化质量难以保证和控制；同时，随着时间推移，固化体中的化学成分和重金属会慢慢渗出，对深部地层和地下水体造成一定污染1。1.2水基钻井液钻井废弃物无害化处理技术国内对钻井废弃物的处理自20世纪五六十年代开始实施，初期基本采用自然风干、就地填埋、就地固化和集中收集填埋等措施，根本无法满足环境保护的要求。20世纪80年代以来，各地开始采用加入石灰或水泥等酸碱调节剂、固化剂等对钻屑等钻井废弃物进行固化，虽然暂时缓解了环境污染难题，但随着时间推移，固化物浸出液重金属、化学物质等含量无法达到环保指标。近年来，随着尤其是新环保法的颁布实施，对钻井废弃物无害化处理得到国家和石油石化企业的高度重视，纷纷汲取国外先进处理理念和技术思路，研发了随钻处理设备和工艺技术，较好地解决了水基钻井液钻井废弃物无害化处理技术难题2。1.2.1破胶脱稳无害化处理技术南方油田经过多年技术攻关和现场应用实践，最终形成钻井废弃物随钻处理设备和工艺，主要含有废弃物收集单元、破胶脱稳单元和固液分离单元三部分。从振动筛、除砂器、除泥器、离心机和除气器中分离出的钻屑等废弃物会通过螺旋管道进入到存储器中，加入破胶剂并充分搅拌进行脱水处理，处理完的液相收集后可以配浆用，固相经过高压压滤系统再经过固液分离。处理完的固相可送到烧砖厂经过压制做成免烧砖用于油田基础建设，实现固体废弃物资源再利用。1.2.2三级分离无害化处理技术渤海钻探研究的水基钻井液钻井废弃物无害化处理技术主要以破胶脱稳、固液分离、深度氧化、过滤吸252023年第2期西部探矿工程附和固相修复为主。其工作原理为：将钻井产生的废弃物进行集中收集，先加入破胶剂进行破胶处理，再加入絮凝剂使钻井液脱稳；再通过三级固液分离设备进行分离。分离出的液体返回罐面循环系统进行重复利用，经过试验分析，回收的液相不会对循环中的钻井液性能产生影响和破坏作用；分离出的固体进过修复处理后会变得松散，不会发生板结，能满足国家土壤环境质量标准要求，可外运或就地掩埋。相比国内外其他钻井废弃物处理设备和工艺，渤海钻探的水基钻井液钻井废弃物无害化处理技术具有以下优点：螺旋输送装置固相输送量大，能达到20m3/h，完全能满足随钻过程中产生大量钻井废弃物的输送；专门配有药剂配制输送装置和混凝反应装置，药剂输送量为1.520m3/h，混合反应装置反应量为20m3/h，产生的钻井废弃物能得到及时处理；过滤工艺分三级过滤，分别为初级过滤去除污水中的固体悬浮物；精细过滤装置能吸附污水中的大分子有机物、臭味和色度；第三级纳米过滤装置能进一步对污水中10nm左右小尺寸固体悬浮物进行过滤，三级过滤装置总处理量可达20m3/h；分离装置也分为三级，一级筛分主要分离大颗粒钻屑，最大处理量为40m3/h，二级筛分主要分离颗粒尺寸为10m的颗粒，最大处理量为30m3/h，三级压滤筛分主要分离尺寸为2m的颗粒，最大处理量为20m3/h；研发了系列钻井废弃物核心处理剂。通过对常用钻井液体系的系统研究，实验室内模拟现场实际情况，完成了各个处理剂的分子结构设计、室内合成及工业生产等关键技术研究，研发了7种核心处理剂，解决了钻井废弃物固液分离难、废水处理达标难、废弃固相污染土地及地下水等技术难题，各处理剂之间的配伍性良好，协同作用强。经过这套系统处理过后的污水、修复物浸出液符合 污水排放综合标准 GB8978-1996的一级技术要求；固相修复物符合 危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别GB/T5085.3-1996 和土 壤 环 境 质 量 标 准GB15618-1995，还能满足 一般工业固体废物贮存和处置场污染控制标准 GB18599-2001技术要求。2油基钻井液钻井废弃物无害化处理技术2.1油基钻井液钻井废弃物危害与水基钻井液钻井废弃物相比，使用油基钻井液的钻井废弃物油中含有的矿物油最难分解，是环境的最重要污染源。大量油相会在水体表面漂浮而阻绝氧气交换，影响水体生物生长，油相中的大量芳烃在土壤中富集会被农作物等植被吸收而进入食物链，最终影响人类健康；同时，油基钻井液配制过程中添加的各种无机盐和碱类物质会引起土壤板结，严重降低土壤质量而影响农作物和植被生长3。2.2油基钻井液钻井废弃物无害化处理技术我国对油基钻井液废弃物无害化处理技术的研究起步较晚，最初处理技术主要局限于集中填埋、就地固化或井眼回注等方法，应用这些方法不仅难以保证其安全性，也浪费了油基钻井液废弃物中含有的大量基油资源。目前，国内已经成功研发并应用了热脱附、微生物处理和常温萃取等国内外先进的处理技术，较好地解决了油基钻井废弃物带来的环保困扰。2.2.1LRET处理技术LRET处理技术是利用了油基钻井液与油基固体物的密度差，采用多级多效变频耦合力新技术，有效实现大部分油基泥浆的回收，并采取措施降低油基钻井液含水量，将油水比控制在（80 20）（85 15），在满足使用指标要求后进行循环利用，经本级处理后形成的油基固体物含油率在5%10%；其次，回收油基固体物中的油和全部化学添加剂，回收的油基泥浆性能满足钻井要求而循环利用，并控制油含量小于0.3%，达到环保排放标准4。LRET技术工艺和装备目前仅在中石油塔里木油田、川渝页岩气现场建成并投产。该工艺只产生合格油基泥浆产品和泥土固体物，不产生新的污染物，无二次污染，彻底消除了环境污染风险，不破坏油基泥浆中昂贵的主乳化剂、辅乳化剂等钻井化学药剂性能，也不破坏油基钻井液性能，回收率大于99.7%以上，在塔里木油田应用时，可降低单井的油基钻井液成本8%左右。2.2.2微生物处理技术油基钻井液钻井废弃物的微生物处理技术是由DRYER系统（岩屑收集单元、岩屑传送系统、脱油甩干系统）和微生物处理系统两大部分组成。工作流程如下：含油钻屑预处理。利用一种带筛网的高速离心机，通过高速离心力有效分离出含油钻屑中的固体和液体，能将岩屑含油率降低至5%以下，且回收部分油基钻井液，将脱油后仍不能达到排放标准的油基钻井液钻屑收集运输到处理场；菌种培养。采用专门筛选的石油烃降解菌种，也可以采用生物工程技术培养的高效增强菌种制备成石油烃降解菌剂备用，将砂质土壤、植物纤维、有机肥料按照一定比例混合均匀，制备成发酵辅料；厌氧预处理。测试含油钻屑中碳、氮、磷等主要元素的含量，按照核算剂量向含油钻屑中添加营养混配剂，然后集中堆置厌氧发酵30d左右。通过这阶段处理，钻屑含油量能进一步降低至20000mg/kg以262023年第2期西部探矿工程下；微生物降解。经过厌氧预处理后的含油钻屑，向其中加入微生物降解菌剂，保证每吨含油钻屑中的菌剂含量不低于1kg，并将钻屑按40cm的厚度摊铺在微生物反应器内，进行喷灌、翻耕等日常管理；经上述处理后的物料可以运送到填埋场作为栽植基质种植植物，利用植物进一步降解石油烃类，富集和固定重金属和放射性元素，防止渗入土壤和地下水层5。在应用中微生物处理技术可以随钻处理也可以集中进行处理，其最大特点是直接将有毒物质变成无毒物质，不会对环境产生二次污染，是一种较为经济的废弃物处理方法，能将含油钻屑含油率降至2%以下，能达到排放标准。但该方法需要较大的场地和较长的处理周期，限制了该技术的使用范围。3认识与建议（1）相比国外钻井废弃物无害化处理标准和法律法规相对完善、技术工艺成熟和应用广泛，国内对钻井废弃物无害化处理的技术工艺虽起步较晚，但也达到国际先进水平，比如LERT技术和渤海钻探的水基钻井液无害化处理技术已经处于国际领先水平，完全能够满足国内对钻井废弃物无害化处理的要求。（2）目前国内对钻井液废弃物无害化处理的需求旺盛，市场前景广阔，为占领这个市场，各工程技术服务企业应进一步增强市场意识，积极参与，不断完善产业链，加大钻井废弃物无害化处理设备、人员和科研投入，形成自身特色技术，使之成为新的效益增长点。为了达到环境保护的目的，应该加大源头控制，采用环保型钻井液体系和处理剂研究和应用，实现清洁化生产，减少后期废弃物处理难度。参考文献：1翟琦.废弃钻井液处理技术与生态修复研究D.西安建筑科技大学,2009.2陈永红,刘光全,许毓.废弃油基钻井液处理技术概况及其应用J.油气田环境保护,2011(6):44-46.3王大卫,李欣,张江林.废弃泥浆对农作物毒性影响研究J.油气田环境保护,2002,10(4):16-18.4范俊欣,包木太,黄贤斌,等.微生物法处理海上钻井废钻井液J.油气田环境保护,2012,22(4):34-37.5苏俊霖,秦祖海,闫璇,等.工程菌降解废弃油基钻井液沉积物TPHJ.环境工程,2019,37(1):41-44.（上接第24页）应用效果能够得到有效提升。虽然，现阶段我国有关勘察技术已经得到了不断的完善和优化，但是，在石油勘探环节还需要过多的人力劳动来进行相关工作，为此，在科技时代背景的影响下，地质录井技术需要与计算机以及编程相关技术进行融合发展，从而对技术进行有效的创新，让计算机的自身优点，在地质录井技术中充分发挥出自身所具有的作用，从而在地质录井工作中能够得到现代化、自动化的优化。另外，立体模型的计算机技术也非常适合在钻井工程中应用，这能够让地质录井的技术应用体现出更加生动、形象的技术效果，借此进一步促进技术应用阶段有着更加直观地形成数据分析，进而利用高效、高质的技术应用效果，来让地质录井来进一步提升钻井工作的整体效率和质量。由于我国现阶段正处于高速发展阶段，各方面的科研都有一定进步空间。为了能够进一步提升技术的运用水平，技术工作人员应当注重加强对于移动终端与有关APP软件的分析与研究，以便于能够通过设备与软件功能，来让技术工作人员可以随时得有关数据信息，借此来进一步提升处理工作的总体效率。5结束语综上所述，现阶段，在我国各个领域快速发展背景下，石油资源的需求量得到了大幅度上涨。在石油开采过程中，技