廢棄鉆井液無(wú)害化處理工藝設(shè)計(jì)

王金樹 周芳芳 蘭宏飛

（1.承德石油高等?？茖W(xué)校；2.新疆煤田地質(zhì)局）

在油氣開發(fā)過程中，為了滿足鉆井工程需要和鉆井液性能要求，鉆井液體系中添加了如磺化褐煤、磺化栲膠、磺化酚醛樹脂、磺化丹寧和腐植酸鹽等多種處理劑[1]。鉆井結(jié)束后，含有大量難降解有機(jī)和無(wú)機(jī)處理劑的廢棄鉆井液體系具有色度高、pH 值高、COD 含量高、組分復(fù)雜、體系穩(wěn)定、懸浮固相含量高、重金屬離子含量高等特點(diǎn)，使得廢物鉆井液不經(jīng)過處理直接排放或處理不當(dāng)會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大污染[2-4]。

1 廢棄鉆井液無(wú)害化處理技術(shù)概況

2015 年，隨著“史上最嚴(yán)環(huán)保法”的實(shí)施，國(guó)家對(duì)鉆井廢棄物的環(huán)境污染管理日益嚴(yán)格，環(huán)境污染入罪門檻降低，污染問責(zé)風(fēng)險(xiǎn)增加，對(duì)鉆井廢棄物處理提出了更高要求[5]。近幾年，許多國(guó)家提出了廢棄鉆井液“零排放”的目標(biāo)，即改變廢棄鉆井液直接排放、就地掩埋、坑內(nèi)固化等常規(guī)治理方式，通過對(duì)廢棄鉆井液實(shí)施無(wú)害化“不落地”處理，將廢棄鉆井液、固井水泥漿、鉆井廢水等鉆井廢棄物經(jīng)破膠脫穩(wěn)、固液分離等措施實(shí)現(xiàn)資源回收利用[6]。固液分離后的水經(jīng)深度處理后直接回注地層或用于鉆井液配制，分離的鉆屑等固相進(jìn)行無(wú)害化處理，制備成鋪路基土和免燒磚，達(dá)到強(qiáng)度和環(huán)保要求，用于鋪設(shè)井場(chǎng)和道路，實(shí)現(xiàn)固體廢物的資源化利用[7]。

冀東油田、大慶油田等東部老油田緊鄰農(nóng)田、居民區(qū)、鹽池、養(yǎng)殖池及水資源等環(huán)境敏感區(qū)域，在老油田進(jìn)行鉆井作業(yè)時(shí)必須進(jìn)行廢棄鉆井液無(wú)害化處理，避免鉆井作業(yè)對(duì)周圍環(huán)境造成污染。在東部老油田鉆井過程中普遍存在井場(chǎng)作業(yè)面積狹小，廢棄鉆井液無(wú)害化處理設(shè)備擺放面積不夠，或設(shè)備擺放影響井場(chǎng)抽油機(jī)等其它設(shè)備的正常工作等問題。如何合理設(shè)計(jì)廢棄鉆井液無(wú)害化處理施工工藝與設(shè)備的布設(shè)，成為適應(yīng)東部老油田小井場(chǎng)鉆井作業(yè)和解決廢棄鉆井液隨鉆處理的關(guān)鍵問題。根據(jù)大慶油田和冀東油田廢棄鉆井液處理現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，設(shè)計(jì)兩種廢棄鉆井液無(wú)害化處理方案。

2 廢棄鉆井液無(wú)害化處理技術(shù)

2.1 集中站廢棄鉆井液無(wú)害化處理技術(shù)

當(dāng)油田井位相對(duì)集中、井場(chǎng)面積較小、井場(chǎng)周圍環(huán)境敏感時(shí)，可在井位比較集中的地方建設(shè)臨時(shí)集中處理站，對(duì)周邊井隊(duì)廢棄鉆井液采用分類收集、集中處理的方式進(jìn)行廢棄鉆井液不落地處理，以實(shí)現(xiàn)廢棄鉆井液的無(wú)害化處理和資源循環(huán)利用。鉆井現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的巖屑和廢棄鉆井液進(jìn)行隨鉆不落地收集，廢棄鉆井液經(jīng)初級(jí)處理去除有害固相成分，保留有用成分回用井場(chǎng)。分離出來(lái)的巖屑及固相物質(zhì)拉運(yùn)至集中站制備成鋪路基土和免燒磚，達(dá)到強(qiáng)度和環(huán)保要求后用于鋪設(shè)井場(chǎng)和道路，實(shí)現(xiàn)固體廢物的資源化利用。剩余廢液（廢鉆井液、鉆井廢水）拉運(yùn)至集中站經(jīng)過破膠脫穩(wěn)、絮凝、沉降、氣浮、氧化、固液分離等單元處理后的清水可拉運(yùn)回用或回注。

建設(shè)集中處理站可實(shí)現(xiàn)井隊(duì)不開挖鉆井液坑、不埋設(shè)鉆井液收集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)鉆井液回收利用，降低鉆井液費(fèi)用和后續(xù)環(huán)境治理成本。

建設(shè)站點(diǎn)的選擇按甲方要求或各區(qū)離開發(fā)井比較近的位置，同時(shí)選擇老井具備回注條件的井場(chǎng)作為集中處理站點(diǎn)。集中處理站工藝流程如圖1 所示。流程如下：

圖1 集中站處理工藝流程圖

1）井場(chǎng)無(wú)法回用的廢棄鉆井液和廢水，經(jīng)密閉式罐車?yán)\(yùn)至集中處理站后，泵入緩沖罐收集。緩沖罐中的廢液經(jīng)污泥泵送至加藥反應(yīng)罐，進(jìn)行氧化、絮凝反應(yīng)。

2）絮凝反應(yīng)后的廢液，采用污泥泵輸送至板框壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離。分離的固相通過皮帶輸送機(jī)送至無(wú)害化處理罐，通過添加無(wú)機(jī)/有機(jī)絮凝劑等處理劑充分混拌后，進(jìn)入臨時(shí)堆放場(chǎng)。分離的液相通過污水泵輸送至濾液處理罐，深度處理后回用井場(chǎng)或回注地層。

3）井場(chǎng)廢棄鉆屑使用槽車?yán)\(yùn)至集中處理站，通過皮帶輸送機(jī)輸送至無(wú)害化處理罐，加入破膠脫穩(wěn)劑對(duì)固相中的污染物進(jìn)行絡(luò)合、沉淀和封固，并與集中站其它固相一起進(jìn)入臨時(shí)堆放場(chǎng)。

4）臨時(shí)堆放場(chǎng)的基土，通過挖掘機(jī)加入到配料機(jī)與其它輔料一起混合后，進(jìn)入制磚機(jī)制備成免燒磚。養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間經(jīng)相關(guān)檢測(cè)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后用于油田基建。

2.2 單井廢棄鉆井液無(wú)害化處理技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，當(dāng)需要單井隨鉆處理廢棄鉆井液時(shí)，可采用單井廢棄鉆井液隨鉆無(wú)害化處理工藝，即通過巖屑清洗收集裝置、巖屑除油裝置、絮凝反應(yīng)裝置、固液分離裝置和壓濾水處理裝置五個(gè)部分實(shí)現(xiàn)單井廢棄鉆井液隨鉆無(wú)害化處理。工藝過程如圖2 所示，具體工藝流程為：

正常鉆進(jìn)時(shí)，巖屑清洗裝置的入口對(duì)準(zhǔn)振動(dòng)篩的排出口，振動(dòng)篩篩出的巖屑直接落入巖屑清洗裝置。清洗出來(lái)的泥水混合液流入除油裝置中，清洗后的巖屑進(jìn)入巖屑收集罐。除砂器、除泥器及離心機(jī)分理出來(lái)的廢棄物分別用螺旋機(jī)輸送到巖屑收集罐中。臥式渣漿泵將收集罐中的巖屑泵入除油設(shè)備進(jìn)行洗油處理，清洗下的油水混合物進(jìn)入油類回收罐，巖屑等固相泵入絮凝反應(yīng)罐進(jìn)行破膠絮凝處理，達(dá)到固液分離要求后，用臥式渣漿泵泵入板框壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離。分離的固相通過皮帶輸送機(jī)、鏟車或槽車運(yùn)至臨時(shí)堆放場(chǎng)，臨時(shí)堆放場(chǎng)對(duì)固相泥餅進(jìn)行防滲、防塵處理。分離的壓濾水，通過臥式渣漿泵輸送至壓濾水處理罐，進(jìn)行脫穩(wěn)、絮凝、氣浮、氧化和吸附過濾等深度處理，經(jīng)處理檢測(cè)合格后，用密閉罐車?yán)\(yùn)至指定地點(diǎn)。

圖2 單井廢棄鉆井液無(wú)害化處理系統(tǒng)工藝總流程

板框壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離后，根據(jù)井場(chǎng)面積及甲方指定固相暫存點(diǎn)位置設(shè)計(jì)兩種固相轉(zhuǎn)運(yùn)方式（圖2）。如果臨時(shí)堆放位置距離壓濾機(jī)較近，則采用方案1，即分離的固相通過皮帶輸送機(jī)送至鏟車外運(yùn)處，由鏟車運(yùn)至臨時(shí)堆放場(chǎng)，臨時(shí)堆放處對(duì)固相泥餅進(jìn)行防滲、防塵處理。如果臨時(shí)堆放位置距離壓濾機(jī)較遠(yuǎn)，則采用方案2，即分離的固相通過皮帶輸送機(jī)直接裝在槽車上，由槽車運(yùn)至臨時(shí)堆放場(chǎng)。

2.3 廢棄鉆井液無(wú)害化處理設(shè)備選用及井場(chǎng)布置

廢棄鉆井液無(wú)害化處理工藝使用的主要設(shè)備包括鉆井液固控設(shè)備、螺旋輸送機(jī)、立式渣漿泵、臥式渣漿泵、巖屑收集罐、巖屑清洗機(jī)、除油裝置、鉆井液緩沖罐、絮凝反應(yīng)罐、攪拌機(jī)、板框壓濾機(jī)、皮帶輸送機(jī)、壓濾水處理罐、實(shí)驗(yàn)檢測(cè)室、鏟車、密閉罐車、槽車等。集中處理站廠區(qū)寬闊、面積較大，可根據(jù)服務(wù)井?dāng)?shù)和鉆井液處理量進(jìn)行設(shè)備型號(hào)、罐體數(shù)量和擺放位置的選擇和設(shè)計(jì)。相比較而言，單井廢棄鉆井液處理設(shè)備如何適應(yīng)井場(chǎng)面積小、鉆井周期短、搬家速度快的特點(diǎn)是東部老油田鉆井作業(yè)中亟需解決的問題。單井廢棄鉆井液處理設(shè)備的選擇和擺放應(yīng)滿足單井廢棄鉆井液處理能力要求，滿足小井場(chǎng)擺放同時(shí)不妨礙其它設(shè)備的正常工作，具有拆卸、安裝方便，滿足井隊(duì)搬家時(shí)間要求，不影響甲方正常開鉆。

單井廢棄鉆井液處理設(shè)備根據(jù)單井鉆井液處理量、鉆井井場(chǎng)面積進(jìn)行選擇，并進(jìn)行合理的撬裝組合設(shè)計(jì)。具體設(shè)備平面布置如下：

1）巖屑清洗裝置、巖屑收集罐、螺旋輸送機(jī)為一體裝置，整體布置在一個(gè)撬上，整個(gè)撬的寬度為2.5 m，長(zhǎng)度為12 m，高度為3.5 m。其中巖屑收集罐的體積為兩個(gè)40 m3的鋼制罐體。

2）巖屑除油裝置、油類回收罐、緩存罐等布置在一個(gè)撬上，整個(gè)撬的寬度為2.5 m、長(zhǎng)度為12 m、高度為3.5 m。

3）鉆井液絮凝反應(yīng)罐、加藥罐整體布置在一個(gè)撬上，整個(gè)撬的寬度為2.5 m、長(zhǎng)度為12 m、高度為3.5 m。絮凝反應(yīng)罐上的高效一體機(jī)主要對(duì)壓濾水進(jìn)行氧化、還原、絮凝、氣浮等處理，達(dá)到分解、脫穩(wěn)、絡(luò)合、吸附、凝聚、浮除和共沉淀等作用。

4）板框壓濾機(jī)、皮帶輸送機(jī)布置在一個(gè)撬上。

5）壓濾水處理罐、達(dá)標(biāo)水罐、電控值班室布置在一個(gè)撬上。整個(gè)撬的寬度為2.5 m、長(zhǎng)度為12 m、高度為3.5 m。

單井廢棄鉆井液隨鉆無(wú)害化處理設(shè)備的井場(chǎng)布置圖如圖3 所示，廢棄鉆井液無(wú)害化處理設(shè)備系統(tǒng)占地面積為132 m2。根據(jù)井場(chǎng)面積、井場(chǎng)其它設(shè)備擺放等實(shí)際情況，緩存罐、配藥罐等設(shè)備可根據(jù)井場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行擺放調(diào)整。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

圖3 單井廢棄鉆井液隨鉆無(wú)害化處理設(shè)備井場(chǎng)布置圖

目前集中處理站已在大慶油田探井廢棄鉆井液處理項(xiàng)目中成功應(yīng)用，通過對(duì)集中處理設(shè)備區(qū)域和廢棄鉆井液固化處理區(qū)域進(jìn)行防滲處理，可以實(shí)現(xiàn)廢棄鉆井液處理過程對(duì)環(huán)境保護(hù)，從而最大限度的降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。該處理方式配置6 個(gè)廢棄鉆井液存放池，用于臨時(shí)存儲(chǔ)不同類型的廢棄鉆井液體系。該集中站配備5 套板框壓濾機(jī)、3 套壓濾水處理高效一體機(jī)，可同時(shí)服務(wù)10 口井的廢棄鉆井液處理任務(wù)。該集中站單日處理泥餅量為500 m3，折合處理廢棄鉆井液量為1 500 m3，處理污水能力為720 m3/d，廢棄固相固化周期為20 天左右，廢棄固相固化后檢測(cè)指標(biāo)達(dá)到《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB 36600—2018）中的相關(guān)要求，固化后制作的免燒磚100%用于油田基建，實(shí)現(xiàn)廢棄固相回收利用。該處理方式具有占地面積小、集中處理能力強(qiáng)、廢棄鉆井液處理成本低、冬防保溫措施好等優(yōu)點(diǎn)。

單井廢棄鉆井液隨鉆無(wú)害化處理技術(shù)已在冀東油田成功應(yīng)用，在工作過程中，面對(duì)有些井場(chǎng)作業(yè)面積小，井隊(duì)鉆井液固控系統(tǒng)緊鄰采油樹、抽油機(jī)或其它作業(yè)區(qū)相應(yīng)設(shè)備等問題，通過合理的撬裝組合設(shè)計(jì)，滿足了小井場(chǎng)作業(yè)要求，確保施工正常進(jìn)行。

4 結(jié)論

廢棄鉆井液無(wú)害化處理是東部老油田新井部署和老井側(cè)鉆過程中必不可少的環(huán)節(jié)，根據(jù)井場(chǎng)實(shí)際情況選擇合理的處理方案，可以解決井位集中、井場(chǎng)面積小、施工區(qū)環(huán)境敏感等廢棄鉆井液處理難題。

1）在環(huán)境敏感的東部老油田區(qū)域進(jìn)行鉆井作業(yè)時(shí)，必須采用合理的廢棄鉆井液無(wú)害化處理工藝，避免鉆井作業(yè)對(duì)周圍環(huán)境造成污染。

2）當(dāng)井位集中、井場(chǎng)面積小、井場(chǎng)周圍環(huán)境敏感時(shí)，可采用集中處理站方式處理周邊井隊(duì)廢棄鉆井液。該方法具有占地面積小、集中處理能力強(qiáng)、廢棄鉆井液處理成本低、冬防保溫措施好等優(yōu)點(diǎn)。

3）單井隨鉆處理廢棄鉆井液應(yīng)根據(jù)井場(chǎng)作業(yè)面積小，廢棄鉆井液處理能力和鉆井周期等因素綜合選擇廢棄鉆井液處理設(shè)備，使廢棄鉆井液無(wú)害化處理設(shè)備的處理能力與井隊(duì)實(shí)際情況相結(jié)合，設(shè)備選用根據(jù)井場(chǎng)實(shí)際情況“量身定做”。對(duì)鉆井完井作業(yè)過程中產(chǎn)生的廢棄鉆井液進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)廢棄鉆井零落地、即時(shí)處理和密閉運(yùn)輸。