水基鉆井固廢分類(lèi)資源化處置利用淺論*

陳立榮 馮永東 張志東 沈弼龍 唐 攀 曾升泰 蔣學(xué)彬 劉漢軍 何天鵬

(1.中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院；2.中國(guó)石油西南油氣田公司勘探事業(yè)部；3.四川長(zhǎng)寧天然氣開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司；4.中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司川東鉆探公司)

0 引 言

水基鉆井固廢是油氣勘探水基鉆井的必然產(chǎn)物，近年來(lái)，隨著鉆井井深的增加，單井固廢產(chǎn)生量也隨之增大[1]。為了實(shí)現(xiàn)安全快速高效鉆井，非頁(yè)巖氣的常規(guī)油氣井一般采用不同水基鉆井液體系鉆完全井，由于所采用的水基鉆井液體系不同，相應(yīng)產(chǎn)生的固廢組分性質(zhì)存在很大差異。目前，西南油氣田對(duì)常規(guī)油氣鉆井全井所產(chǎn)生的有水基固廢均要求送當(dāng)?shù)刂拼u廠資源化制磚利用，存在如下問(wèn)題：①處置費(fèi)用高。一是轉(zhuǎn)運(yùn)前需在井場(chǎng)內(nèi)預(yù)脫水，處理藥劑及脫水設(shè)備需投資費(fèi)用；二是多數(shù)井離磚廠均較遠(yuǎn)，運(yùn)輸費(fèi)用高；三是需支付處置費(fèi)。②投資浪費(fèi)大。投資費(fèi)用多數(shù)用于運(yùn)輸費(fèi)而沒(méi)有用在處置利用上。③為確保磚的質(zhì)量和制磚過(guò)程排放煙氣達(dá)標(biāo)，固廢只能作為制磚附料，其添加量一般控制在5%～20%，磚廠接收利用有限；且單一處理方式，受限較大。④轉(zhuǎn)運(yùn)中存在發(fā)生交通事故或污染物泄漏拋撒的可能，潛在安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)高。因此，對(duì)不同水基鉆井液體系固廢分類(lèi)資源化處置利用具有必要性和重要意義。

1 水基鉆井固廢的來(lái)源、產(chǎn)生量及特點(diǎn)

1.1 水基鉆井固廢的來(lái)源

水基鉆井固廢是使用水基鉆井液體系鉆井時(shí)所產(chǎn)生的固廢，其主要來(lái)源：①鉆屑。鉆井中鉆頭破碎地下巖石經(jīng)振動(dòng)篩除下的巖屑。②渣泥。一是鉆井過(guò)程中清掏鉆井液罐和方井產(chǎn)生的渣泥；二是完井后清掏鉆井液循環(huán)罐及儲(chǔ)備罐的渣泥；三是鉆井廢水處理時(shí)產(chǎn)生的渣泥；四是除砂除泥器除下的渣泥。③廢鉆井液。一是鉆井時(shí)受地下水質(zhì)和堵漏材料等污染及鉆井液處理劑添加不當(dāng)而又無(wú)法再利用的廢鉆井液；二是完井后沒(méi)有轉(zhuǎn)移至其他井再利用的剩余鉆井液。

1.2 水基鉆井固廢的產(chǎn)生量

水基鉆井固廢產(chǎn)生量主要決定于所鉆井的井眼大小和井的深淺，井眼越大，井越深，產(chǎn)生量就越多。其他影響其產(chǎn)生量的因素，一是鉆井液技術(shù)及管理水平，若鉆井液管理不好，配制的鉆井液性能無(wú)法滿足鉆井要求或受地層水污染而又無(wú)法采用有效的技術(shù)調(diào)配利用，其將轉(zhuǎn)化成為固廢，增加了固廢處理量；二是鉆井固控設(shè)備管理利用不好，造成鉆井液含砂量過(guò)多，掏罐次數(shù)頻繁，將增加固廢量；三是井漏頻繁，采用水泥或其他堵漏劑堵漏，會(huì)有多余的水泥漿和堵漏劑返出井口成為固廢，增加固廢量；四是對(duì)鉆井廢水管理控制不好，廢水產(chǎn)生量多，導(dǎo)致處置時(shí)產(chǎn)生的渣泥量多。

1.3 水基鉆井固廢的通用特點(diǎn)

鉆井作業(yè)通常連續(xù)24 h作業(yè)，加之需使用具有剪切黏附力等特性的鉆井液，致使油氣勘探鉆井作業(yè)產(chǎn)生的水基鉆井固廢與其他作業(yè)固廢相比具有較大的特殊性，其主要體現(xiàn)為：①pH值較高。一般在7.5～9.0。②固相含量高，不同來(lái)源固廢差異很大。如硬軟類(lèi)固廢間差異很大，硬質(zhì)類(lèi)鉆屑及除砂除泥器脫除的固廢固相含量高，含水率低，而掏罐渣泥等軟質(zhì)類(lèi)固廢固相含量相對(duì)低，含水率高。③黏附性強(qiáng)。④不同鉆井液體系固廢色度差異很大。如聚合物鉆井液體系固廢基本為無(wú)色或淺黃色，而磺化鉆井液體系固廢通常為褐黑色。⑤有害重金屬含量低。⑥含油量不是很高，但存在一定差異。⑦組分性質(zhì)不固定，差異大。聚合物鉆井液體系固廢所含污染物種類(lèi)較單一，主要為有機(jī)聚合物，而磺化鉆井液體系固廢污染物種類(lèi)多，有機(jī)物含量通常很高；不同井間存在差異；同一口井不同鉆井液體系固廢組分性質(zhì)也不同。⑧排放具有連續(xù)性。⑨產(chǎn)生量總體具規(guī)律性。鉆井前期一二開(kāi)多，后期三四開(kāi)少[1]。

2 水基鉆井固廢的組分性質(zhì)及分類(lèi)

2.1 水基鉆井固廢的組分性質(zhì)

從水基鉆井固廢來(lái)源組成可以看出，水基鉆井固廢性質(zhì)除與井下地質(zhì)巖石性質(zhì)相關(guān)外，主要決定因素為鉆井液性質(zhì)，因此，水基鉆井固廢的組分性質(zhì)主要由鉆井液組分性質(zhì)決定。調(diào)研分析了西南油氣田7井次完井水基鉆井混合固廢(各種固廢的混合物)中的主要污染物COD和含油量等指標(biāo)，其有機(jī)污染物COD含量高，差異大；含油量不是很高，并存在差異；S2-含量都很低。同時(shí)，調(diào)查了兩口井的固廢中揮發(fā)性有機(jī)污染物含量情況，所分析的29種揮發(fā)性有機(jī)污染物質(zhì)含量都很低，兩口井固廢中揮發(fā)性有機(jī)污染物檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 兩口井固廢中揮發(fā)性有機(jī)污染物檢測(cè)結(jié)果[1]

2.2 水基鉆井固廢的分類(lèi)

西南油氣田在川渝地區(qū)的常規(guī)鉆井從開(kāi)鉆到完鉆，依次采用以下鉆井液體系：清水(表層)——聚合物鉆井液體系(聚合物無(wú)固相、聚合物低固相、鉀聚合物、有機(jī)鹽聚合物等)——?dú)怏w(空氣、氮?dú)獾?鉆井(多數(shù)井)——磺化鉆井液體系(鉀聚磺和聚磺等)。由于水基鉆井固廢的組分性質(zhì)主要來(lái)源于鉆井液的組分性質(zhì)，而不同鉆井液體系處理劑存在差異，造成不同水基鉆井固廢的組分性質(zhì)存在很大差異，特別是有機(jī)污染物指標(biāo)COD和色度差異顯著。聚合物鉆井液體系主要采用KPAM，PAC-LV，CMC-LV，NaOH等無(wú)色或淺黃色鉆井液處理劑配制而成，所使用的處理劑種類(lèi)相對(duì)較少，因此，所產(chǎn)生的固廢為無(wú)色、淺灰或淺黃色。3種不同聚合物鉆井液體系固廢表觀見(jiàn)圖1。

圖1 3種不同聚合物鉆井液體系固廢表觀顏色

主要污染物種類(lèi)較單一，產(chǎn)生的固廢主要為含易生物降解的非苯環(huán)有機(jī)物[2]，主要污染物指標(biāo)COD、有害重金屬也低。西南油氣田部分區(qū)域不同類(lèi)型聚合物鉆井液體系固廢主要污染物檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 西南油氣田部分區(qū)域不同類(lèi)型聚合物鉆井液體系固廢主要污染物檢測(cè)結(jié)果

調(diào)查的西南油氣田8種不同類(lèi)型聚合物鉆井液體系固廢中COD值均小于400 mg/L，大多數(shù)均小于200 mg/L，有害重金屬含量基本都小于GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》(試行)(pH值>7.5，其他，風(fēng)險(xiǎn)篩選值)。磺化鉆井液體系主要采用SMP-1，RSTF，F(xiàn)RH，F(xiàn)K-10，PPL，SP-80，SMT(或TX)和抗高溫穩(wěn)定劑等鉆井液處理劑配制而成，處理劑種類(lèi)達(dá)10～20種，這些鉆井液處理劑多為褐色或黑色，因此，其產(chǎn)生的固廢均為褐黑色，主要污染物指標(biāo)COD大多很高，但有害重金屬含量低。氣體鉆井固廢主要污染物性質(zhì)由所鉆地層巖石和淋洗降塵水質(zhì)性質(zhì)決定。

據(jù)上所述，不同鉆井液體系固廢中污染物含量存在很大差異，因此，西南油氣田常規(guī)水基鉆井固廢可分為聚合物鉆井液體系固廢、氣體鉆井固廢和磺化鉆井液體系固廢3大類(lèi)。通過(guò)對(duì)不同類(lèi)別水基鉆井固廢的分類(lèi)資源化處置利用，可達(dá)到既節(jié)約資源，又能經(jīng)濟(jì)安全、有效處置利用。

3 水基鉆井固廢分類(lèi)資源化處置利用方法

3.1 資源化處置利用方法

1)氣體鉆井固廢

氣體鉆井產(chǎn)生的固廢主要為氣體所攜帶出的地下巖屑，為防止氣體鉆井粉塵污染大氣，常采用水淋洗降塵，如采用清潔水淋洗降塵，所產(chǎn)生的固廢應(yīng)完全不含污染物。兩口氣體鉆井固廢表觀見(jiàn)圖2。

圖2 兩口氣體鉆井固廢表觀

氣體鉆井固廢可以單獨(dú)收集堆放，一是可用作平整井場(chǎng)或井場(chǎng)公路；二是可作為井場(chǎng)低洼填料；三是完井后可作為井場(chǎng)復(fù)耕用土。如采用鉆井廢水進(jìn)行淋洗降塵，其將含鉆井廢水中的污染物成分，但其含量相對(duì)較低，不易造成污染。此類(lèi)固廢一是可采用生物技術(shù)處理后[1，3-4]作為完井井場(chǎng)復(fù)耕用土；二是可加入固結(jié)材料后作為井場(chǎng)或井場(chǎng)公路的路基填料；三是可制作水泥塊或免燒磚作為鉆前建設(shè)護(hù)坡堡坎溝渠材料[5-7]；四是可制燒結(jié)磚利用[1，7-8]。

2)聚合物鉆井液體系固廢

為了提高鉆井速度，降低鉆井成本，西南油氣田一般在常規(guī)鉆井的二三開(kāi)井深段多采用各種聚合物鉆井液體系鉆井，由于二三開(kāi)井段井眼大，不僅固廢產(chǎn)生量多，占總量的近2/3，同時(shí)，此類(lèi)固廢主要含少許易生物降解的非苯環(huán)類(lèi)有機(jī)物類(lèi)，因此，對(duì)于此類(lèi)固廢，特別是軟質(zhì)類(lèi)固廢較適宜就地生物降解處理，作為完井井場(chǎng)復(fù)耕用土[1，3-4](中石油川慶鉆探公司安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院等單位已利用此技術(shù)在西南油氣田資源化利用了10多口井的水基鉆井固廢)，不僅可降低復(fù)耕費(fèi)用，而且可大大減少固廢轉(zhuǎn)運(yùn)處置量和投資費(fèi)用。此外，一是可以加入固結(jié)材料后作為井場(chǎng)或井場(chǎng)公路的路基填料；二是可制作水泥塊或免燒磚，作為鉆前建設(shè)護(hù)坡堡坎溝渠材料[3-4](中石油川慶鉆探公司蜀渝公司開(kāi)展了利用水基固廢作為井場(chǎng)路基填料試驗(yàn)應(yīng)用，初步效果證明是可行的，同時(shí)也開(kāi)展了制成水泥塊作為新井場(chǎng)護(hù)坡堡坎溝渠建材利用，效果良好)；三是可制燒結(jié)磚利用[1，3-4]。

3)磺化鉆井液體系固廢

由于西南油氣田所在的油氣勘探區(qū)域川渝地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，所鉆井多數(shù)較深，為確保四五開(kāi)的深部井段的安全快速鉆井，幾乎都采用各種磺化鉆井液體系鉆井，產(chǎn)生的固廢約占總量的1/3，但這類(lèi)固廢中污染物種類(lèi)多，固廢組分復(fù)雜，環(huán)境污染危害性較大。但由于磺化鉆井液配制成本高，若其液體部分再回收用于調(diào)配鉆井液，既節(jié)約鉆井液調(diào)配用處理劑，又可實(shí)現(xiàn)減排。為此，對(duì)這類(lèi)固廢應(yīng)先分類(lèi)脫液回收減量后再分別實(shí)施資源化處置利用。

(1)硬質(zhì)類(lèi)鉆屑等固廢。由于鉆屑密度大且顆粒粒徑較大，可采用離心分離方式或多級(jí)振動(dòng)篩脫液減量(中石油川慶鉆探公司長(zhǎng)慶鉆井公司在長(zhǎng)慶油田的鉆井作業(yè)中多數(shù)均采用了多級(jí)振動(dòng)篩對(duì)鉆屑進(jìn)行脫液減量)，脫液后的鉆屑污染物含量大幅減少。由于此類(lèi)固廢中固相顆粒粒徑較大，強(qiáng)度較高，因此，一是可制成燒結(jié)磚利用；二是可作路基材料、制水泥塊或免燒磚利用；三是可采用生物處理資源化土壤利用。

(2)軟質(zhì)類(lèi)掏罐渣泥等固廢。掏罐渣泥等其他軟質(zhì)固廢多數(shù)密度小，顆粒粒徑小，不易采用離心分離方式或多級(jí)振動(dòng)脫液減量，但其含鉆井液處理劑較多，可作為鉆井液再利用。一是可采用板框等壓濾方式脫液減量[5，9]，但這種方式因需加入較多破膠脫穩(wěn)混凝劑，不適用于調(diào)配鉆井液，需送污水處理廠處置，增大了處理成本和運(yùn)輸?shù)沫h(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。二是可用清潔水或廢水直接稀釋降黏脫穩(wěn)或加鉆井液降黏稀釋劑脫穩(wěn)，脫除的液體可再利用于調(diào)配鉆井液，既節(jié)能又減排。通對(duì)這兩種方式脫液減量后的固體廢物，由于其含較多有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)，采用生物處理方式土壤化利用可以增加土壤肥力；其次可送當(dāng)?shù)刂拼u廠制成燒結(jié)磚利用。由于此類(lèi)固廢中固相顆粒小，強(qiáng)度低，污染物含量高，環(huán)境危害大[10]，不易制成水泥塊或免燒磚利用，也不易作為井場(chǎng)或井場(chǎng)公路的路基填料利用。

3.2 分類(lèi)資源化處置利用方法的適用性

不同鉆井液體系水基固廢資源化處置利用方法的適用性及優(yōu)選順序見(jiàn)表3。

表3 不同鉆井液體系水基固廢資源化處置利用方法優(yōu)選

4 結(jié)論與建議

1)西南油氣田水基鉆井固廢因所用鉆井液體系不同，固廢組分性質(zhì)存在很大差異，分類(lèi)資源化處置利用很有必要性，且可以拓展資源化處置利用途徑，避免和減少目前水基鉆井固廢送當(dāng)?shù)刂拼u廠制磚處置利用存在的潛在安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)和受限性較大等問(wèn)題。

2)氣體鉆井清潔水淋洗降塵鉆屑(含表層清水鉆井鉆屑)可直接收集堆放，可直接作為完井井場(chǎng)復(fù)耕用土；廢水淋洗降塵鉆屑，應(yīng)優(yōu)先采用就地生物處理資源化土壤利用，其次可作路基材料、制成水泥塊或免燒磚利用。因此，建議西南油氣田現(xiàn)行污水應(yīng)急池設(shè)計(jì)構(gòu)建成兩格池，以便其中一格池用來(lái)臨時(shí)收集處置氣體鉆井水淋洗鉆屑(利用后可騰空該池)。

3)聚合物鉆井液體系固廢應(yīng)優(yōu)先選擇就地生物處理資源化土壤利用，其次可作路基材料、制成水泥塊或免燒磚利用。因此，建議每口井在鉆前建設(shè)時(shí)同時(shí)租地構(gòu)建一個(gè)容積為800 m3左右的降解池(完井后可還租)。

4)磺化鉆井液體系固廢應(yīng)先脫液減量再分類(lèi)處置利用。硬質(zhì)類(lèi)鉆屑等固廢，應(yīng)優(yōu)先選擇制成燒結(jié)磚，其次作路基填料、制水泥塊或免燒磚；軟質(zhì)類(lèi)掏罐渣泥等固廢，應(yīng)優(yōu)先選擇就地生物處理利用，其次可制成燒結(jié)磚，不宜作路基填料、制水泥塊或免燒磚利用。

5)為確保每種處置利用方法均合規(guī)合法，建議西南油氣田在鉆井工程環(huán)評(píng)報(bào)告編制中應(yīng)細(xì)化明確各類(lèi)固廢的資源化處置利用方法，建議對(duì)每類(lèi)固廢列出多種處置利用方式和要求，以便實(shí)際處置利用選擇時(shí)更具靈活性。