淺議鉆井固體廢物處理

【摘要】本文對(duì)鉆井固體廢物的形成過(guò)程和種類進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，對(duì)目前采用的主要處理方法進(jìn)行了對(duì)比分析。指出對(duì)鉆井固體廢物的控制和處理方法，首先要從源頭入手，控制毒害性較大的鉆井助劑的使用，并從鉆井工藝技術(shù)方面入手，研發(fā)推廣運(yùn)用小井眼技術(shù)、清潔鉆井等技術(shù)，減少?gòu)U棄鉆井廢物的產(chǎn)生量。同時(shí)，在鉆井過(guò)程中，要對(duì)污染程度不同的鉆井廢物，分類存放和處理，重點(diǎn)針對(duì)含油及其他污染物濃度較高的鉆井固體廢物進(jìn)行無(wú)害化處理。并完善鉆井固體廢物控制標(biāo)準(zhǔn)，以確保做到“有法可依”，提高企業(yè)鉆后治理的針對(duì)性。

【關(guān)鍵詞】鉆井液；巖屑；固體廢物；無(wú)害化

1.鉆井固體廢物的形成

石油鉆井是油、氣勘探開(kāi)發(fā)的重要手段，石油工業(yè)中所鉆井一般為幾百米到幾千米深的圓柱形井眼。石油鉆井生產(chǎn)具有野外、流動(dòng)、獨(dú)立施工的特點(diǎn)。在鉆進(jìn)過(guò)程中，需不斷循環(huán)鉆井液以免造成井下事故。鉆井液（或鉆井流體）俗稱泥漿，是鉆探油、氣井的工作液，是用各種原材料和化學(xué)添加劑配制成的一種流體，鉆井液通過(guò)地面與井下循環(huán)，及時(shí)把破碎的鉆屑帶到地面上來(lái)，保證鉆井過(guò)程的連續(xù)進(jìn)行，并保障井下安全，保護(hù)油氣層及取全取準(zhǔn)各項(xiàng)工程地質(zhì)資料。從井眼返回的鉆井液經(jīng)振動(dòng)篩過(guò)濾，除砂器和除泥器分離出地層鉆屑和泥、砂后重新循環(huán)使用。分離出的地層鉆屑和泥、砂以及少量鉆井液流入鉆井廢液儲(chǔ)存坑或罐中。另外，鉆井完成后井場(chǎng)上的泥漿槽內(nèi)的及從井筒排出的鉆井液，雖然可以經(jīng)過(guò)性能調(diào)整后繼續(xù)使用，但不能重復(fù)使用的常常被排入儲(chǔ)存坑或罐中而成為廢棄鉆井液，經(jīng)分離后的固相即形成鉆井固體廢物。

2.鉆井固體廢物中主要污染物及環(huán)境危害

鉆井固體廢物中主要污染物為廢棄鉆井液和巖屑，鉆井過(guò)程對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響中，廢棄鉆井液的污染問(wèn)題比較突出，很多國(guó)家對(duì)廢棄鉆井液的處理作了嚴(yán)格規(guī)定，使得治理廢棄鉆井液成為非常重要的任務(wù)[1]。廢棄鉆井液的性質(zhì)主要受鉆井液的組分以及所使用的化學(xué)處理劑種類所影響，其對(duì)周圍的環(huán)境影響主要由鉆井液中的有機(jī)和無(wú)機(jī)化學(xué)添加劑造成的。由于井深、地質(zhì)條件以及井型的差異，鉆井過(guò)程中所使用的鉆井液類型、性質(zhì)及用量差異很大，對(duì)環(huán)境的影響也有很大差異。其中，以深井鉆井液和油基鉆井液具有化學(xué)添加劑用量大、有毒、有害的物質(zhì)含量高而對(duì)環(huán)境的污染最大，這些是鉆井施工過(guò)程污染治理的重點(diǎn)。鉆井巖屑主要是指鉆井過(guò)程中鉆頭破壞地層，由鉆井液攜帶出地面的地層巖屑。鉆井巖屑對(duì)環(huán)境造成污染的主要是附著于其上的鉆井液、石油類物質(zhì)以及地層的可溶性重金屬離子。

陸上鉆井完井后，鉆井固體廢物堆放在儲(chǔ)存坑或罐中，存在引起地表水和地下水污染、危及周圍農(nóng)田和水生生物的生長(zhǎng)[2]。

3.目前主要處理措施

目前，常用的鉆井固體廢物處理技術(shù)主要有以下幾種：

3.1固化處理技術(shù)

即向鉆井固體廢物中加入固化劑，使其固化為固體類，原地或集中填埋或用作建筑材料等。該方法能顯著降低鉆井液中金屬離子和有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤的瀝濾程度，從而減少對(duì)環(huán)境的影響和危害，回填還耕也比較容易。該技術(shù)目前應(yīng)用較多，技術(shù)上比較成熟。

3.2固液分離填理技術(shù)

鉆井固體廢物的含水率一般在80%～90%，可以考慮固液分離后對(duì)沉積固相固化處理。選用有效的絮凝劑使廢鉆井液體系最大程度脫水，分離出的泥餅固相最高可達(dá)50%～60%，使鉆井固體廢物體積大幅度縮小，然后進(jìn)行填埋處理。

3.3回注法

有些毒性較大又難以處理的廢棄鉆井液可以通過(guò)回注法處理?；刈⒎椒ㄓ?種：一是注入非滲透性地層；二是注入地層或井眼環(huán)形空間，該方法對(duì)地層有嚴(yán)格要求，深度必須大于600m。

3.4填埋冷凍法

在比較寒冷的地方，廢棄鉆井液和鉆屑可以注入凍土層，將這些固體廢物永久地冷凍在凍土層中，這樣就不會(huì)發(fā)生遷移造成環(huán)境的污染。

3.5回填法

鉆井固體廢物在儲(chǔ)存坑內(nèi)通過(guò)沉降分離，上部清液達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)后可以直接排放，或者直接收集集中處理。剩余部分經(jīng)干燥后在坑內(nèi)就地填埋，要求頂部土層厚度為1.0～1.5m，然后恢復(fù)地貌。是一種處理低毒和無(wú)毒廢棄鉆井液的好方法。但不能用于較大毒性的廢棄鉆井液處理。

3.6坑內(nèi)密封法

是一種處理鉆井固體廢物的特殊的填埋方法。在坑的底部和四周鋪一層有機(jī)土，然后在其上面鋪一層塑料墊層，再蓋一層有機(jī)土；也可以在底部和四周加固化層，以防滲漏。再將基本干燥的鉆井固體廢物填充在池內(nèi)，上表面覆蓋密封，然后恢復(fù)地貌。主要針對(duì)毒性較大的鉆井液處理。該法必須保證密封嚴(yán)實(shí)，不能漏失。

3.7回收再利用法

油基、酯基及合成基鉆井液使用后，可回收其基液后再用于其它井作為鉆井液的基液或作為燃料等其它用途；鉆井固體廢物可用作水泥原材料，用于制免燒磚等[3]；廢棄鉆井液和鉆井泥漿轉(zhuǎn)化為水泥漿技術(shù)（MTC技術(shù)）等。

3.8焚燒法

對(duì)部分含油或有機(jī)物較高的鉆井固體廢物，可以采取焚燒的方法去除其中可燃性物質(zhì)，但對(duì)重金屬等污染物無(wú)法去除，同時(shí)要求在鉆井過(guò)程中需對(duì)鉆井固體廢物分類存放。

4.措施建議

在油、氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，鉆井固體廢物的產(chǎn)生量比較大，不同的鉆井固體廢物污染物種類和含量差別也非常大。目前常用的各類處理方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)該說(shuō)均沒(méi)有徹底解決鉆井固體廢物污染或占地問(wèn)題。與目前采用的許多污染處理措施類似，存在污染物轉(zhuǎn)移或隱患等問(wèn)題。如固化填埋將占用大量的土地，回注存在地下水層污染等。

根據(jù)固體廢物處理和處置的一般原則，控制鉆井固體廢物對(duì)環(huán)境的污染，應(yīng)從源頭入手，從原料使用、工藝技術(shù)改進(jìn)、提高循環(huán)利用率和強(qiáng)化鉆后治理等全流程入手，實(shí)現(xiàn)鉆井固體廢物的減量化、資源化和無(wú)害化。同時(shí)，要進(jìn)一步提高勘探開(kāi)發(fā)水平，提高鉆井成功率，并提高單井控制面積，以達(dá)到“鉆盡量少的井，產(chǎn)盡量多的油氣”的目的。另外，在標(biāo)準(zhǔn)制定和監(jiān)督管理方面，需繼續(xù)加大力度，實(shí)現(xiàn)“有法有依、違法必究”。

4.1加強(qiáng)鉆井液技術(shù)攻關(guān)，強(qiáng)化原料監(jiān)控

鉆井固體廢物對(duì)環(huán)境的危害性差別很大，鉆井固體廢物的污染物主要來(lái)源于鉆井液配制過(guò)程中加入的各類添加劑和含油層巖屑。因此，積極開(kāi)發(fā)并盡量選用低污染或無(wú)污染鉆井液及添加劑，是從根本上治理鉆井污染的首要措施。20世紀(jì)90年代以來(lái)，為了減輕鉆井廢棄物對(duì)環(huán)境的污染，國(guó)外和國(guó)內(nèi)一些公司逐步推廣使用對(duì)環(huán)境友好的鉆井完井液和添加劑，如甲酸鹽鉆井完井液、多元醇水基鉆井液體系、硅酸鹽鉆井液、甲基葡萄酐鉆井液、合成基鉆井液、油基鉆井液替代物等，以代替油基鉆井液和瀝青類防塌劑[4]；包括研制各種新型低毒無(wú)害的化學(xué)添加劑，以替代傳統(tǒng)的化學(xué)添加劑。

4.2加強(qiáng)鉆井新技術(shù)、新工藝研發(fā)和推廣運(yùn)用，降低鉆井固體廢物產(chǎn)生量

鉆井液的污染大小與毒性物質(zhì)有關(guān)，也跟固體廢物產(chǎn)生量大小有關(guān)。因此，在加強(qiáng)添加劑使用控制的同時(shí)，應(yīng)采取措施，控制鉆井固體廢物產(chǎn)生量。經(jīng)過(guò)多年研究，目前已開(kāi)發(fā)出小井眼井、使用少量鉆井液、套管鉆井等新的鉆井技術(shù)，取得了較好的效果。

（1）小井眼鉆井工藝

采用小井眼鉆井工藝，可大幅度降低鉆井費(fèi)用（降低30%～75%）和最大限度地降低鉆井固體廢物產(chǎn)生量，減輕對(duì)環(huán)境的污染及不良影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，小眼井鉆井技術(shù)在松南地區(qū)應(yīng)用后鉆井成本可降低39%，在川西地區(qū)應(yīng)用后鉆井成本可降低49%，在減少環(huán)境污染的情況下基本不影響產(chǎn)能，因而切實(shí)可行、值得推廣。法國(guó)FORASOL公司開(kāi)發(fā)的小井眼鉆機(jī)，只需井場(chǎng)面積850m2，鉆至3500m深度，總巖屑量可控制在88m3左右。

（2）使用少量鉆井液技術(shù)

使用少量鉆井液技術(shù)主要有氣體鉆井技術(shù)、清水鉆井技術(shù)等。

氣體鉆井：在選定的地層中，可以使用空氣或其他氣體通過(guò)鉆井系統(tǒng)循環(huán)作為鉆井液來(lái)進(jìn)行鉆井。美國(guó)能源部（1999年）描述了四種不同類型的氣體鉆井：空氣顆粒鉆井、空氣噴霧鉆井、泡沫鉆井和充氣泥漿鉆井。所有這些都依靠氣體或氣體和泥漿的混合物提升鉆屑到地面。氣體鉆井不需要和傳統(tǒng)鉆井一樣的地面大儲(chǔ)存池。因而，這種鉆井技術(shù)可以在環(huán)境敏感地區(qū)使用。

鉆井液的選擇能夠影響整個(gè)鉆井液用量和巖屑產(chǎn)生量。合成基泥漿比水基泥漿鉆的井眼干凈，掉塊較少，產(chǎn)生較少的鉆井巖屑體積，合成基泥漿可以被最大程度的循環(huán)使用。

（3）套管鉆井技術(shù)

套管鉆井是在鉆井過(guò)程中，直接采用套管（取代傳統(tǒng)的鉆桿）向井下傳遞機(jī)械能量和水力能量，井下鉆具組合接在套管柱下面，邊鉆進(jìn)邊下套管，完鉆后作鉆柱用的套管留在井內(nèi)作完井用。井下工具可從套管內(nèi)下入和收回，省去了起下鉆，從而可減少井控事故。套管鉆井的優(yōu)點(diǎn)是：鉆機(jī)和作業(yè)效率高、事故少，燃料消耗低；泥漿從套管和井壁之間的環(huán)形空間返回時(shí)，由于環(huán)空面積減小，提高了上返速度，改善了鉆屑的攜出狀況；通過(guò)縮小井眼直徑可減少泥漿和水泥的用量和費(fèi)用。

4.3提高鉆井液循環(huán)利用率，減少排放量

鉆井液是鉆井工作液，具有控制地面壓力、潤(rùn)滑鉆頭、穩(wěn)定井眼和攜帶巖屑返回地面以及其他的功能。使用后返回地面的鉆井液中攜帶著大量巖屑。若循環(huán)利用，固相必須從鉆井液中分離出來(lái)。目前常用震動(dòng)篩實(shí)現(xiàn)鉆井液與巖屑的分離，但采用此種方法分離出的巖屑被大量的鉆井液所包裹，包裹巖屑的鉆井液的體積和巖屑的體積大體相當(dāng)。如果通過(guò)震動(dòng)篩收集的固相仍舊被許多泥漿所包裹，那么他們就不適合于進(jìn)一步的重新使用和進(jìn)行下一步的處置；如果用過(guò)的鉆井液有收集的價(jià)值，就應(yīng)盡可能多的收集，固相使用高重力分離干燥震動(dòng)篩、立式或臥式旋轉(zhuǎn)巖屑干燥器、螺旋式壓榨機(jī)或離心分離機(jī)做進(jìn)一步的處理。巖屑干燥器回收使用額外的鉆井液并產(chǎn)生干燥的粉末狀巖屑。

使用高效振動(dòng)篩以及高速離心機(jī)可大大提高鉆井液中固相物質(zhì)的去除率。從經(jīng)濟(jì)角度分析，提高固控效率，可減少鉆井液稀釋和廢棄鉆井液處理所用的資金。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定表明，若固相控制系統(tǒng)的處理效率從0提高到5%，則含量4%的低密度固體可減少5/6，從而減少鉆井廢棄物的量。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，應(yīng)注意回收的不同類型鉆井液的相互調(diào)配，先期開(kāi)鉆井回收的鉆井液可用于后期開(kāi)鉆、對(duì)鉆井液要求相對(duì)低一些的層位。

4.4針對(duì)不同鉆井液，做好鉆后分類治理

不同層位產(chǎn)生的鉆井固體廢物，其污染程度相差較大。如采用氣體鉆井和清水鉆井的非油層廢棄泥漿和巖屑，其對(duì)環(huán)境基本沒(méi)有污染，可直接按一般固體廢物處理。其他層位，則根據(jù)鉆井液成份和巖屑是否含油，分別采取不同措施進(jìn)行無(wú)害化處理。因此，要求鉆井施工過(guò)程中，根據(jù)污染特性，對(duì)鉆井固體廢物分類存放和處理。應(yīng)改變目前的混合存放、統(tǒng)一處理的粗放式作法。如針對(duì)有機(jī)物含量較高、毒性相對(duì)較小的鉆井液，可考慮噴灑于非食用土地或林場(chǎng)，并適當(dāng)翻耕；對(duì)地層滲透率高的區(qū)塊，可考慮回注地層的處理措施；對(duì)含油高的鉆井固廢，應(yīng)采取清洗、離心分離等措施，回收其中油類物質(zhì)或考慮焚燒處理措施，充分利用其熱值。以上措施均不適合的，可采取固化后按規(guī)定填埋。不論采取何種措施，均需先分類存放，再采取脫水措施，只對(duì)毒性和危害性較大的部分，采取針對(duì)性措施進(jìn)行處理。

4.5加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)督管理，確保各項(xiàng)措施落實(shí)到位

目前，我國(guó)將鉆井廢物列入危險(xiǎn)廢物目錄中，屬含廢礦物油危廢，編號(hào)HW07100208。鉆井廢物產(chǎn)生量大，如全部按危險(xiǎn)廢物處理，企業(yè)將無(wú)法承擔(dān)，而且也沒(méi)有必要。但我國(guó)目前無(wú)達(dá)標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際進(jìn)行無(wú)害化處理過(guò)程中不好掌握。因?yàn)楹瑥U礦物油的固體廢物與含重金屬等危害物質(zhì)的固體廢物不同，礦物油易通過(guò)焚燒、清洗等方式去除。因此，建議主管部門抓緊出臺(tái)控制標(biāo)準(zhǔn)，明確處理到什么程度即可歸于普通廢物，以做到有法有依，提高企業(yè)無(wú)害化處理的積極性。

同時(shí)，要加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程中環(huán)境監(jiān)督管理。首先，要在鉆井設(shè)計(jì)和環(huán)評(píng)過(guò)程中，把好鉆井設(shè)計(jì)和環(huán)評(píng)關(guān)，確保盡量減少毒害性大的鉆井液材料，并優(yōu)先選用產(chǎn)生鉆井固廢量小的工藝和技術(shù)。其次，要加強(qiáng)鉆井過(guò)程管理，合理調(diào)整鉆井液性能，避免鉆井液頻繁的稀釋和反復(fù)加藥，降低鉆井液量和藥品量，從而降低完井后的廢棄鉆井液處理量；減少起下鉆、接單根時(shí)的鉆井液噴濺，調(diào)整適宜的鉆井液性能，堅(jiān)持使用防噴盒；對(duì)不同層位、毒害性不同的鉆井廢物要分開(kāi)存放、分開(kāi)處置，設(shè)置專門的儲(chǔ)砂坑堆放鉆屑，不要把鉆屑沖入廢水池中，或取消大循環(huán)池。最后，在鉆井施工完井后，對(duì)剩余的鉆井液組織回收利用；對(duì)不同鉆井廢物，采取不同的處理方式，對(duì)含油廢物進(jìn)行無(wú)害化處理，對(duì)不含油的鉆井廢物，可按一般固體廢物處理。

參考文獻(xiàn)

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