鉆井廢棄物隨鉆固化和鉆井液一體化處理研究

謝帥（吉林油田公司鉆井工藝研究院）

吉林油田采用鉆井液不落地和泥漿坑無害化處理鉆井廢棄物，其中可重復(fù)使用的鉆井液被直接當(dāng)廢物處理，占總數(shù)量的30%～40%，不僅造成資源浪費(fèi)，同時(shí)還增加了處理費(fèi)用。在國際油價(jià)持續(xù)低迷形勢下，該模式與油田發(fā)展矛盾格外突出，造成鉆井整體投資的增加、經(jīng)濟(jì)效益的下降，甚至使部分生產(chǎn)區(qū)失去了開發(fā)價(jià)值。因此，尋找多元化、效益化的處理方式來破解低油價(jià)形勢下油田公司鉆井廢棄物環(huán)保處理與效益生產(chǎn)的矛盾已成為油田公司綠色生產(chǎn)、效益挖潛的迫切需求。

1　技術(shù)思路

試驗(yàn)現(xiàn)場隨鉆固化處理技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化完善了鉆井廢棄物無害化處理模式，實(shí)現(xiàn)了廢棄物現(xiàn)場處理及就地利用，降低了綜合處理成本。

鉆井液循環(huán)使用技術(shù)提高了鉆井液資源利用率，降低了廢棄物排放量并達(dá)到了創(chuàng)效、降本的目的[1-2]。

2　流程設(shè)計(jì)和技術(shù)原理

2.1　隨鉆固化處理

廢棄物隨鉆固化處理技術(shù)是近些年發(fā)展起來的一種鉆井液無害化處理技術(shù)[3-4]，其原理是向鉆井廢棄物中加入具有固結(jié)性能的固化劑，使其轉(zhuǎn)化成類似混凝土的固化體，固結(jié)其內(nèi)的有害成分，如重金屬離子、有機(jī)物、油類等，可減小對土壤的滲透，進(jìn)而減少對環(huán)境的影響和危害。

隨鉆固化現(xiàn)場流程見圖1。

圖1　廢棄物固化流程

隨鉆固化設(shè)備主要由固化撬、收集與輸送設(shè)備組成（圖2、圖3）。

圖2　固化撬

固化橇由加料倉、緩儲倉、計(jì)量系統(tǒng)、送料系統(tǒng)、混合系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。其外形尺寸為9.5 m×2.4 m×2.9 m；功率為56.5 kW；固相處理量為10 m3/h。

圖3　螺旋推進(jìn)器、柱塞泵

當(dāng)固化撬頂部緩存?zhèn)}內(nèi)污泥量達(dá)到緩存?zhèn)}上限時(shí)，緩存?zhèn)}底部螺旋推進(jìn)器啟動將污泥送入污泥稱重斗內(nèi)稱重，而固化撬內(nèi)的固化劑通過正壓風(fēng)送入撬頂部粉劑稱重斗內(nèi)計(jì)量，通過傳感器及PLC程序控制污泥與固化劑的配比；然后將污泥和固化劑全部落入撬內(nèi)JS500攪拌機(jī)內(nèi)均勻攪拌，完成物理化學(xué)反應(yīng)，使污泥轉(zhuǎn)變成一種無害的、環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的基土，接著通過攪拌機(jī)底部皮帶機(jī)輸送到巖屑池內(nèi)堆放。

2.2　鉆井液處理

在鉆井液處理中使用鉆井液回用技術(shù)，不僅可提高鉆井液材料利用率、節(jié)約成本，而且能夠減少鉆井廢棄物產(chǎn)生量及處理量并降低處理費(fèi)用。

鉆井液處理流程見圖4。

圖4　鉆井液處理流程

鉆井液處理使用的主要設(shè)備是鉆井液處理撬（圖5）。

處理橇由干燥振動篩、高速離心機(jī)、柱塞泵、儲罐等組成。其外形尺寸為9 m×2.4 m×1.7 m；功率為97.5 kW；處理量為20 m3/h。

圖5　鉆井液處理橇

圖6　現(xiàn)場設(shè)備布置

回用鉆井液通過干燥振動篩去除大顆粒雜質(zhì)，再通過高速離心機(jī)去除5 μm以上的顆粒物，使鉆井液達(dá)到回用要求。

3　現(xiàn)場試驗(yàn)

試驗(yàn)井為新立油田二區(qū)塊的吉+1-022，該井是吉+2-024平臺11口井的第7口井，位于自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，四周農(nóng)田環(huán)繞，環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求高。

本井設(shè)計(jì)井深1414 m，目的層為泉頭組扶楊油層，依次穿過第四系、泰康組、大安組、嫩江組、姚家組、青山口組、泉頭組地層，沒有異常壓力層系。根據(jù)平臺井前期鉆井施工和廢棄物排放量真實(shí)情況，預(yù)計(jì)本井最大平均日進(jìn)尺500 m，產(chǎn)生固相廢棄物約為35～40 m3。根據(jù)井場布置情況，最終確定現(xiàn)場設(shè)備。

現(xiàn)場設(shè)備布置見圖6，收集與處理設(shè)備見圖7。

3.1　廢棄物隨鉆固化現(xiàn)場試驗(yàn)

3.1.1巖屑收集

巖屑收集設(shè)備包括螺旋推進(jìn)器、雙杠柱塞泵、絞籠漏斗、普邁泵、連接管線。振動篩、除砂器和離心機(jī)下掉落的巖屑分別通過螺旋推進(jìn)器、普邁泵注入到處理撬的錐形倉內(nèi)，通過撬內(nèi)的雙杠柱塞泵提升至固化撬上的絞籠漏斗。

圖7　收集與處理設(shè)備

3.1.2巖屑處理

首先將兩種型號的固化劑通過真空泵分別裝入1號、2號藥品罐，再將待處理的巖屑打入到計(jì)量罐中稱重，達(dá)到一定質(zhì)量（500～700 kg）后放入攪拌機(jī)中，然后按比例加入兩種型號的固化劑，混合攪拌后由皮帶機(jī)輸送。

3.1.3固化處理效果

現(xiàn)場固化后的巖屑需要干化48 h以上，干化后具有一定的強(qiáng)度（圖8）。其在水中浸泡7 d仍未發(fā)生分散現(xiàn)象（圖9）。

圖8　巖屑固化效果

圖9　浸泡7 d效果

3.1.4固化物處置

通過鏟車將現(xiàn)場固化物裝入翻斗車內(nèi)，運(yùn)至新建的鉆井廢棄物處理站內(nèi)，待檢測結(jié)果合格后用于鋪路（圖10）。

圖10　固化物裝車運(yùn)離現(xiàn)場

現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1。

固化物具有一定強(qiáng)度，經(jīng)測量抗壓達(dá)1.5～2.2 MPa，遇水不分散，干燥后能夠恢復(fù)強(qiáng)度，可用于后期建設(shè)井場、鋪墊道路（圖11）。

表1　試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

圖11　重車碾壓前后對比

3.2　環(huán)保檢測標(biāo)準(zhǔn)及檢測結(jié)果

根據(jù)吉林油田廢棄物管理要求對固化后的廢棄物進(jìn)行了達(dá)標(biāo)檢測，檢測結(jié)果見表2。

表2　吉林油田廢棄物無害化指標(biāo)要求及處理物檢測結(jié)果

檢測結(jié)果表明固化后的鉆井廢棄物能夠滿足各項(xiàng)指標(biāo)要求。

3.3　鉆井液處理和重復(fù)使用現(xiàn)場試驗(yàn)

井身結(jié)構(gòu)為常規(guī)二開制定向井（表層220 m），設(shè)計(jì)使用聚合物鉆井液體系，易于維護(hù)處理，技術(shù)應(yīng)用成熟，主要性能指標(biāo)要求：失水量小于4 mL；固相體積分?jǐn)?shù)小于15%；切力小于10 Pa。

固井時(shí)將井筒內(nèi)鉆井液頂替至循環(huán)罐與儲備罐中，完井后將鉆井液抽至處理撬，用高頻振動篩、高速離心機(jī)凈化處理，處理一個(gè)循環(huán)周結(jié)束，固相物通過柱塞式泥泵輸送至固化撬進(jìn)行固化處理[5]。

表3　吉+1-022井回收和處理后鉆井液性能對比

圖12　高頻振動篩（160目）處理

圖13　高速離心機(jī)處理

經(jīng)過現(xiàn)場處理的鉆井液性能指標(biāo)達(dá)到新開鉆井的技術(shù)要求，含砂量低，流變性合理，固相含量符合要求。鉆井液現(xiàn)場處理再利用試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)減少廢棄物排放量100 m3以上，節(jié)省環(huán)保處理費(fèi)用約3萬元，節(jié)約鉆井液助劑成本約2萬元。設(shè)備及處理情況見圖12、圖13。處理前后鉆井液性能對比見表3。鉆井液處理前后固相含量變化見圖14，粒度變化見圖15。

圖14　含砂量對比

圖15　粒度分析對比

4　結(jié)論

1）隨鉆固化技術(shù)在現(xiàn)場成功實(shí)施，處理物環(huán)保指標(biāo)合格，達(dá)到隨鉆收集、就地處理的目的，符合鉆井過程“不挖坑、不落地、零污染”的要求。

2）鉆井液現(xiàn)場處理再利用技術(shù)從根源上減少了廢棄物的排放量，體現(xiàn)出鉆井液的資源價(jià)值，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

參考文獻(xiàn)：

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[5]李洪波.論鉆井液廢泥漿對環(huán)境的危害及處理技術(shù)[J].石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2005（9）：48.