鉆井水基固液廢棄物不落地處理技術(shù)

周 波，廉曉龍，黃 磊，孫 楠

（合肥通用機(jī)械研究院有限公司 ，安徽合肥 230031）

0 引言

鉆井的水基固液廢棄物主要是鉆井開(kāi)采產(chǎn)生的巖石屑、沖洗廢水、鉆井廢液等，鉆井水基固液廢棄物中含有較多重金屬粒子和無(wú)機(jī)物，液相的pH值偏高，COD（Chemical Oxygen Demand，化學(xué)需氧量在一定條件下，用一定的強(qiáng)氧化劑處理水樣時(shí)所消耗的氧化劑的量，以氧的mg/L表示）值偏高，容易對(duì)動(dòng)植物生態(tài)造成破壞，對(duì)環(huán)境污染較大，傳統(tǒng)的處理方法是將廢棄液排入污水池中收集，然后進(jìn)行固化處理，傳統(tǒng)工藝存在較大的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。由于石油勘探區(qū)域多屬于生態(tài)環(huán)境較為脆弱地區(qū)，生態(tài)環(huán)境一旦被破壞就難以自我修復(fù)，而水基鉆井液使用頻率較高，數(shù)量大。以克拉瑪依油田為例，每年的新增鉆井高達(dá)千口，每年的廢棄液高達(dá)數(shù)十萬(wàn)立方。2011年渤海蓬萊油田漏油事件，最大油膜面積高達(dá)158 km2，2013年中石油長(zhǎng)慶油田的污水違規(guī)排放事件，導(dǎo)致鄂爾多斯草原水生態(tài)被嚴(yán)重污染，羊群出現(xiàn)大面積的病死現(xiàn)象，還對(duì)草原地下水系統(tǒng)造成了威脅。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)鉆井的水基固液廢棄物進(jìn)行無(wú)害化處理勢(shì)在必行。

1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外在21世紀(jì)50年代就開(kāi)始研究巖屑的處理，針對(duì)不同的使用范圍，采用了直接排放法、土地耕作法、鉆屑回注法、固化處理法等。直接排放法是早期的處理方式，用于簡(jiǎn)單的水基鉆井液所產(chǎn)生的巖屑，對(duì)巖屑的環(huán)保要求高，目前已經(jīng)淘汰該處理方式。土地耕作法利用土壤中的微生物對(duì)廢棄巖屑進(jìn)行降解，將巖屑與土壤充分混合，主要是對(duì)微生物的篩選與培養(yǎng)，而且處理?xiàng)l件嚴(yán)，處理時(shí)間長(zhǎng)，難以大范圍的規(guī)模使用。鉆屑回注法是將鉆屑碾磨后成為有一定黏度的液體，將黏液注入井中，再用水泥將井封堵起來(lái)。該方法回注的黏液容易通過(guò)裂縫滲漏，造成地下水和油層的污染。固化處理法是在廢棄鉆屑中加入固化劑，將鉆屑轉(zhuǎn)成固體材料，用于填埋和建筑材料，目前國(guó)內(nèi)采用該技術(shù)較多，固化材料有水泥、氧化鈣等。

國(guó)內(nèi)外最新采用不落地處理級(jí)數(shù)對(duì)水基巖屑進(jìn)行無(wú)害化處理，可以回收巖屑黏附的油相，可以通過(guò)固液分離設(shè)備和電化學(xué)電吸附等原理，清除固相，回收液相，將固相還能制備成泥餅，用于鋪墊井場(chǎng)。水基鉆井廢棄物不落地技術(shù)已經(jīng)成為鉆井環(huán)保發(fā)展的趨勢(shì)，該處理技術(shù)包括廢棄物收集單元、破膠處理單元、固液分離單元，處理工藝是將廢棄物經(jīng)過(guò)稀釋、絮凝、分離，將固相和液相分開(kāi)，達(dá)標(biāo)的巖屑可以直接排放，不達(dá)標(biāo)的進(jìn)行水洗、分離、化學(xué)反應(yīng)以及物理脫干后進(jìn)行收集，有機(jī)類(lèi)物質(zhì)進(jìn)入水中，水處理單元經(jīng)過(guò)過(guò)濾、滲透等工藝，達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)后，可以進(jìn)行回收再利用。鉆井水基固液廢棄物不落地處理技術(shù)工藝流程（圖1）。

圖1 鉆井水基固液廢棄物不落地處理技術(shù)工藝流程

2 鉆井廢棄物不落地處理技術(shù)的特點(diǎn)

（1）避免了挖掘鉆井廢棄物的儲(chǔ)存池的挖掘。傳統(tǒng)的廢棄物儲(chǔ)存池在開(kāi)鉆到完井這段時(shí)間內(nèi)，廢棄泥漿可以緩慢的滲透到地層，對(duì)底層造成嚴(yán)重污染。采用不落地處理技術(shù)，可以不用開(kāi)挖儲(chǔ)存池，在開(kāi)采的同時(shí)將鉆屑進(jìn)行無(wú)害化處理，制備成可利用的建筑輔材，減少了占地面積，也不需要挖掘填埋池。

（2）實(shí)現(xiàn)了廢棄物的分類(lèi)收集。鉆井廢液和鉆液如果長(zhǎng)期儲(chǔ)存在儲(chǔ)存池中，鉆屑中的污染隨著浸泡時(shí)間延長(zhǎng)，而產(chǎn)生更多復(fù)雜的產(chǎn)物，增加了廢棄物的處理難度，加重了對(duì)環(huán)境的污染。將鉆井廢棄物不落地處理，可有效地將固液兩相進(jìn)行合理的分類(lèi)，便于后期的分類(lèi)處理。

（3）實(shí)現(xiàn)了廢棄物的無(wú)害化處理和有效回收利用。不落地處理技術(shù)可以將液態(tài)的水回收利用，進(jìn)入鉆井廢物處理的前段工序，鉆屑經(jīng)過(guò)處理后，用于鋪路基土材料。

采用不落地處理技術(shù)，改變了傳統(tǒng)采用的固化方式，體現(xiàn)了國(guó)家對(duì)環(huán)保問(wèn)題的重視，但是國(guó)內(nèi)的處理方式仍較為單一，配套處理設(shè)備較為落后，對(duì)于不落地處理技術(shù)的研發(fā)力度也不夠，處理設(shè)備差異大，處理效果和處理成本也參差不齊，模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、撬裝化的技術(shù)裝置還沒(méi)有得到推廣使用。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)于鉆井固液廢棄物處理的研究較多，但是很多新技術(shù)都處于室內(nèi)評(píng)價(jià)或先導(dǎo)性試驗(yàn)階段，企業(yè)對(duì)于環(huán)保投入缺乏持續(xù)的動(dòng)力，所有的處理技術(shù)都存在資金投入大，經(jīng)濟(jì)效益回報(bào)低的問(wèn)題，必須考慮廢棄物的高效處理和綜合利用。隨著鉆井廢棄物的處理技術(shù)的發(fā)展，其主要趨勢(shì)是向著處理技術(shù)的多元化，處理設(shè)備的自動(dòng)化和分類(lèi)處理的精細(xì)化方向發(fā)展，通過(guò)不斷的研發(fā)投入，可開(kāi)發(fā)出人機(jī)一體化、智能化的設(shè)備，減少人工成本，保證裝置的安全穩(wěn)定的生產(chǎn)。

3 鉆井水基固液廢棄物不落地處理系統(tǒng)改進(jìn)措施

廢棄物混合相收集裝備主要為振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、收集沉砂罐、離心分離機(jī)等。收集設(shè)備需要滿(mǎn)足快速的收集和轉(zhuǎn)移能力，離心機(jī)間歇使用，甩出的固相易黏附在設(shè)備內(nèi)壁，造成離心機(jī)受到的阻力較大。沉砂罐子是不定時(shí)排放，單位時(shí)間排放量大，清罐時(shí)需將固液廢棄物從罐底排出。設(shè)備需要考慮溢流、固井等特殊情況，具有通用性和緩沖能力。

針對(duì)以上問(wèn)題，選擇螺旋輸送機(jī)為輸送方式，螺旋輸送機(jī)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，軸螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)物料前進(jìn)，傳輸距離較短，傳輸物料的物理性能適用范圍較寬，螺旋輸送機(jī)的物料輸送量可按式（1）計(jì)算。式（1）中F為橫截面積；λ為單位體積質(zhì)量；ε為輸送系數(shù)；v1為軸向移動(dòng)速度。

輸送量與螺旋外徑、螺距、轉(zhuǎn)速和填充系數(shù)有關(guān)。根據(jù)計(jì)算可對(duì)螺旋輸送機(jī)進(jìn)行選型，選擇采用U形槽螺旋輸送機(jī)，為滿(mǎn)足輸送機(jī)與固控設(shè)備的連接適用性，需增加輸送機(jī)的緩沖功能。

固液分離是鉆井廢棄物處理的關(guān)鍵，鉆井油田所在區(qū)域通常是條件比較艱苦，水源較缺乏的地區(qū)，對(duì)廢液的重復(fù)利用非常重要，并且固相進(jìn)一步的資源化再利用，也具有非常好的應(yīng)用前景。

（2）針對(duì)一次固液分離裝置，考慮液相重復(fù)利用，需采用機(jī)械振動(dòng)篩產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)，使篩網(wǎng)做縱向運(yùn)動(dòng)，物料在激振力的作用下完成篩分工作。根據(jù)對(duì)比普通橢圓運(yùn)動(dòng)篩、圓運(yùn)動(dòng)振動(dòng)篩、直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)振動(dòng)篩、平衡橢圓運(yùn)動(dòng)振動(dòng)篩的優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)平衡橢圓運(yùn)動(dòng)篩兼具了圓運(yùn)動(dòng)和直線(xiàn)振動(dòng)篩的優(yōu)點(diǎn)，處理量也比直線(xiàn)篩增大30%，而且平衡橢圓振動(dòng)篩處理的鉆屑更干燥，含水量更低，更容易實(shí)現(xiàn)下一工序的無(wú)害化治理。篩網(wǎng)選擇板框式粘結(jié)篩網(wǎng)，網(wǎng)由表層網(wǎng)布、中間層、支撐層、框架層構(gòu)成，網(wǎng)的振幅為6 mm，篩箱角度可調(diào)。

（3）二次固液分離裝置比一次固液分離的要求更高，因此通常需要加設(shè)壓濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾，濾除液相中的顆粒物，由于需要廢液體系的不同，如果不能加入絮凝劑，則可以選擇臥式離心機(jī)進(jìn)行分離，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，直徑越大，泥餅在離心機(jī)中的停留時(shí)間越長(zhǎng)，則固相的含水率越低。

（4）固相固化處理工藝通常采用人工加藥方式和挖掘機(jī)機(jī)械攪拌，為了改變這種人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、容易發(fā)生安全事故的情況，采用單井中直筒垂直攪拌方式，攪拌中當(dāng)物料達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，啟動(dòng)自動(dòng)加藥裝置，攪拌到達(dá)一定時(shí)間后，將物料和處理劑再送至二級(jí)攪拌。

4 結(jié)語(yǔ)

開(kāi)發(fā)環(huán)保型的鉆井液技術(shù)是從源頭上控制鉆井廢棄物對(duì)環(huán)境的污染，嚴(yán)控鉆井液處理的質(zhì)量，降低廢棄物的處理難度和成本，降低鉆井液對(duì)環(huán)境的影響，但需要加強(qiáng)配套設(shè)備的研發(fā)，優(yōu)化裝備性能，提高自動(dòng)化、智能化程度，完善廢棄物的資源化技術(shù)體系，以徹底解決水基固液廢棄物不落地技術(shù)的相關(guān)問(wèn)題。