國外鉆井廢棄物無害化處理技術(shù)現(xiàn)狀分析

童 維

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江 大慶 163400）

鉆井廢棄物危害巨大，歐美國家早在20世紀(jì)70年代已經(jīng)進(jìn)行系統(tǒng)研究，起草頒布了健全的法律法規(guī)保護(hù)環(huán)境，逐步形成了多種成熟處理技術(shù)，較好地滿足了施工地環(huán)保要求。中國于2015年頒布實(shí)施的新《環(huán)境保護(hù)法》，也明確將鉆井廢棄物列為《國家危險(xiǎn)廢物名錄》，隨著國家環(huán)保法法規(guī)的不斷完善和執(zhí)行力度的不斷加大，國內(nèi)外鉆井廢棄物無害化處理需求得到極大釋放，無害化處理業(yè)務(wù)前景廣闊。對鉆井廢棄物無害化處理技術(shù)等進(jìn)行分析，對提高鉆井廢棄物處理技術(shù)水平和油田可持續(xù)發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義。

1 鉆井廢棄物危害及常用處理方法

1.1 水基鉆井廢棄物

水基鉆井液廢棄物的常用處理法是固化法，即通過物理或化學(xué)的方法將鉆井廢棄物中的有害成分進(jìn)行束縛、穩(wěn)定化，以減少有害物質(zhì)毒性和溶解性。當(dāng)濾液檢測合格后可就地掩埋復(fù)耕等，這種處理方法成本低廉、施工簡單，實(shí)用性也較強(qiáng)。常分為水泥基固化、石灰基固化和水玻璃固化，又以水泥基固化和石灰基固化應(yīng)用最為廣泛。但也存在著較多缺點(diǎn)，首先是不能將鉆井廢棄物中的固相和液相進(jìn)行分離和回收，造成大量鉆井液浪費(fèi)；其次是固化劑與鉆井液攪拌不夠均勻，固化質(zhì)量難以保證和控制；并且固化后對地表污染較少，但對深部地層和地下水體還會造成一定污染[1]。

1.2 油基鉆井廢棄物

使用油基鉆井液的井，鉆井廢棄物油中含有的礦物油、化合物、重金屬以及瀝青、膠質(zhì)等有毒物質(zhì)屬于國家明確規(guī)定的危險(xiǎn)廢棄物，在自然界中很難被降解，直接排放會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染和破壞：①油基鉆井液中的大量油相會在水體表面漂浮而阻絕氧氣交換，影響水體生物生長；②油相含有的大量芳烴和重金屬離子具有致癌、導(dǎo)致基因突變等作業(yè)，在土壤中富集會被農(nóng)作物等植被吸收而進(jìn)入食物鏈，最終影響人類健康；③油基鉆井液中含有的各種無機(jī)鹽和堿類物質(zhì)會引起土壤板結(jié)，嚴(yán)重降低土壤質(zhì)量而影響農(nóng)作物和植被生長。

廢棄油基鉆井液處理技術(shù)較多，主要有化學(xué)破乳法、溶劑萃取法、坑內(nèi)密封掩埋法、地層安全注入法等，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。國外最早采用固化掩埋法：向廢棄油基鉆井液中加入固化劑，將其轉(zhuǎn)化成類似于混凝土的固結(jié)體，再將其就地掩埋或者送到指定地點(diǎn)進(jìn)行集中掩埋。這種處理方法雖然能暫時(shí)緩解油基鉆井液對環(huán)境的污染，但在經(jīng)過一定時(shí)間后，在雨水和地下水沖刷和浸泡作用下，固結(jié)體中的重金屬離子、油相和有機(jī)物等仍然會緩慢滲透到附近的土壤中，甚至?xí)B透到地層深部或地下水層位，造成無法估量的損失[2]。

2 鉆井廢棄物處理要求

19世紀(jì)末到20世紀(jì)初的第二次工業(yè)化革命為歐美發(fā)達(dá)國家?guī)斫?jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，但也給當(dāng)?shù)氐纳姝h(huán)境帶來巨大傷害，由此認(rèn)識到環(huán)境保護(hù)的重要性。

2.1 鉆井廢棄物處理要求

20世紀(jì)70年代以來歐美國家開始制定環(huán)保法規(guī)，逐步實(shí)施環(huán)境保護(hù)措施，并立法保護(hù)環(huán)境。目前已經(jīng)形成了完備的法律法規(guī)來約束環(huán)境污染問題，各大油田所在地方政府均要求對鉆井廢棄物實(shí)現(xiàn)“零排放”（Zero-discharge），從源頭上減少到最終處理進(jìn)行嚴(yán)格處理，環(huán)境逐步得到改善。對鉆井廢棄物的管理始終堅(jiān)持廢棄物處理數(shù)量最少化、毒性最小化的管理原則，即源頭減少、再利用、再循環(huán)、再回收的“4R”原則。國外鉆井廢棄物無害化處理方式因技術(shù)發(fā)展差異也具有一定差異性。以美國為例，鉆井廢棄物中要求19%回收再利用，38%回注處理，15%集中處理，5%土壤分散處理，11%自然蒸發(fā)，2.5%道路分散處理，4%隨市政府或工業(yè)垃圾填埋，0.4%熱處理，09%采用現(xiàn)場回填等其他方式處理[3]。

在眾多國家的立法中以美國最嚴(yán)格，在1972年頒布《清潔水體條件》基礎(chǔ)上，根據(jù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及控制污染技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合國家污染排放消除系統(tǒng)又相繼制定了一系列排放法律，明令禁止油基鉆井液、含油鉆屑直接排放，對于水基鉆井液及其廢棄物則需要通過生物毒性評價(jià)及游離油評價(jià)后方可排放。鉆井/完井液及其廢棄物對環(huán)境的影響及能否向海洋環(huán)境排放，必須通過糠蝦生物實(shí)驗(yàn)和靜態(tài)發(fā)光試驗(yàn)才能向外排放。

2.2 不同國家立法要求

美國不僅立法嚴(yán)格，在執(zhí)法方面也十分嚴(yán)格。有關(guān)法律規(guī)定，在鉆井過程中，施工單位必須在每月和全井完鉆時(shí)提供所使用鉆井液的生物毒性數(shù)據(jù)。鉆井液及其廢物必須達(dá)標(biāo)后才能排放，對于超標(biāo)排放者，處以100美元/d的罰款，對于蓄意或無視規(guī)定的施工單位處以罰款，罰款標(biāo)準(zhǔn)在2500～25000美元/d不等，甚至?xí)驗(yàn)榍楣?jié)嚴(yán)重處以一年監(jiān)禁[3]。

加拿大最為關(guān)注的是含油量及生物毒性，制定的相關(guān)法律明確規(guī)定，含高芳香烴原油及柴油的鉆屑禁止向大海中排放；鉆井液使用的基礎(chǔ)油必須要通過沉淀油與水混合的水溶液組分進(jìn)行生物毒性試驗(yàn)；各種鉆井液添加劑必須要提供有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)（如生物毒性數(shù)據(jù)必須滿足當(dāng)?shù)胤梢螅?/p>

英國禁止任何含有毒及難生物降解的、穩(wěn)定的化學(xué)劑的鉆井液直接向自然界排放，還禁止含有汞、錫、鉻等金屬和有機(jī)鹵素和氯酚類等有機(jī)物的產(chǎn)品排放。采用棕蝦進(jìn)行油類及油基鉆井液試驗(yàn)，其LC50（半數(shù)致死量）必須大于1000mg/kg。

挪威現(xiàn)行法律規(guī)定，只有通過生物毒性試驗(yàn)檢測才可排海，這種生物毒性檢測試驗(yàn)使用的物種主要是海藻和貝屬動物。其毒性分類劃分如下：使藻類等發(fā)光菌發(fā)光能力降低一半時(shí)的試驗(yàn)溶液濃度EC50必須大于1000mg/kg，雙殼貝EC50大于1mg/kg。

荷蘭對鉆井液及其廢棄物也要求進(jìn)行生物毒性試驗(yàn)和生物可降解性試驗(yàn)。生物毒性試驗(yàn)所用物種為藻類和甲殼動物[4]。

另外，國外許多地區(qū)對鉆井廢棄物含油量指標(biāo)也進(jìn)行了明確規(guī)定：北美要求小于3%；委內(nèi)瑞拉陸上要求小于10%，海上小于5%；阿爾及利亞陸地上要求小于2%；英國要求小于1%；厄瓜多爾工業(yè)用地要求小于0.4%，農(nóng)業(yè)用地小于0.25%，敏感地區(qū)小于0.1%。

3 鉆井廢棄物無害化處理技術(shù)現(xiàn)狀

鉆井廢棄物按照鉆井液體系不同，可以分為水基鉆井液廢棄物和油基鉆井液廢棄物兩大類，二者因組成成分不同，處理技術(shù)和工藝也存在較大差別。

3.1 國外水基鉆井液鉆井廢棄物無害化處理技術(shù)

國外對水基鉆井液廢棄物無害化處理技術(shù)研究較早，自20世紀(jì)70年代就開展了技術(shù)研究，并進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，采用破膠絮凝、固液分離、固液相分別再處理實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，較好地解決了浸出液中重金屬離子含量超標(biāo)、廢棄水基鉆井液COD值高的難題。

3.1.1 哈里伯頓公司

哈里伯頓公司研究了一套水基鉆井廢棄物處理系統(tǒng)，即固液分離脫水系統(tǒng)，其工作原理是通過加入化學(xué)處理劑對廢棄泥漿進(jìn)行脫穩(wěn)和絮凝處理，然后對絮凝的廢棄泥漿進(jìn)行機(jī)械離心處理的工藝。主要設(shè)備包括沉淀及絮凝設(shè)備（罐）、離心機(jī)、加藥漏斗、液相轉(zhuǎn)運(yùn)泵和固相傳送泵。在處理前，在通過室內(nèi)試驗(yàn)確定絮凝劑種類和加量后，將廢棄泥漿轉(zhuǎn)入設(shè)備中，用加藥漏斗按室內(nèi)試驗(yàn)確定的加量比例，加入足夠的絮凝劑，用攪拌泵充分?jǐn)嚢瑁缓蟪恋?，最后用離心機(jī)進(jìn)行高速離心后，就能完成鉆屑的脫水過程。在現(xiàn)場試驗(yàn)中這套設(shè)備可以一次性處理14m3鉆井廢棄物，離心出來的清水可以全部返回循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行重復(fù)使用[5]。

這套處理系統(tǒng)自2002年研發(fā)以來，分別在美國、中東地區(qū)、北海等國家和地區(qū)，為40多個(gè)業(yè)主提供鉆井廢棄物無害化處理技術(shù)服務(wù)。經(jīng)其處理后的固相可以應(yīng)用于其他工業(yè)領(lǐng)域，回收的液相可用于配漿重復(fù)利用，由于液相中含有一定的鉆井液處理劑，所以重復(fù)使用會減少處理加量，節(jié)約成本。

3.1.2 其他公司

除哈里伯頓公司以外，斯倫貝謝MI-SWACO公司和貝克休斯公司也對水基鉆井液廢棄物無害化處理技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，形成的處理設(shè)備也分為混合與存儲系統(tǒng)、傳送系統(tǒng)和分離系統(tǒng)，處理工藝和步驟都是分為化學(xué)脫穩(wěn)、高速離心等步驟以達(dá)到固液分離的目的。MI-SWACO公司鉆井廢棄物無害化管理思路為：減少生成、循環(huán)利用、適當(dāng)處理和最終排放。

3.2 國外油基鉆井液鉆井廢棄物無害化處理技術(shù)

自20世紀(jì)90年代開始，熱解析技術(shù)逐步取代了部分傳統(tǒng)工藝技術(shù)，因?yàn)檫@套技術(shù)具有高效、穩(wěn)定、資源可回收等技術(shù)優(yōu)勢，也代表著國際上技術(shù)最先進(jìn)、應(yīng)用最廣的廢棄油基鉆屑處理技術(shù)。哈里伯頓、MISWACO等知名石油公司相繼研究熱解析技術(shù)和工藝，以提高廢棄油基鉆井廢棄物的處理能力。

3.2.1 哈里伯頓

哈里伯頓公司研制的油基鉆屑的處理系統(tǒng)，主要由機(jī)械甩干設(shè)備和機(jī)械錘磨熱脫附處理設(shè)備（TCC）兩部分組成。

（1）機(jī)械甩干設(shè)備。機(jī)械甩干設(shè)備由4個(gè)振動篩、1臺除泥器、1臺液體分配器、進(jìn)料泵、1臺V-133甩干機(jī)和回收罐組成。油基鉆屑經(jīng)過螺旋輸送機(jī)收集，送入垂直甩干機(jī)進(jìn)行固液分離。經(jīng)過離心機(jī)處理后的鉆屑含油率由12.9%降至5%左右，分離出的油基泥漿固相含量降低，性能達(dá)標(biāo)后可返井繼續(xù)使用，也可通過變頻高速離心機(jī)繼續(xù)分離。

（2）熱脫附處理設(shè)備（TCC）。經(jīng)離心機(jī)離心處理后的鉆屑加入密閉減壓系統(tǒng)中，通過機(jī)械摩擦產(chǎn)生熱量，使油基鉆井液和鉆屑中的烴類成分揮發(fā)，揮發(fā)的烴類經(jīng)冷凝得以回收，回收的油可用于繼續(xù)配制油基鉆井液、用作燃料或者其他用途，最后剩下的固體廢物固化后可用于工程建設(shè)，如修路、建筑等用途。經(jīng)過熱脫附處理后的鉆屑含油量可降至1%以下。

這套處理系統(tǒng)處理的鉆屑含油量能達(dá)到要求，但是設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用高昂，難以實(shí)現(xiàn)隨鉆處理，往往需要建站集中處理，將油基鉆屑回收至處理站進(jìn)行統(tǒng)一處理。

3.2.2 斯倫貝謝MI-SWACO公司

MI-SWACO公司研制的油基鉆井廢棄物處理設(shè)備與哈里伯頓公司設(shè)備相比，多了一套二次高速離心設(shè)備。油基鉆屑經(jīng)垂直甩干機(jī)高速離心后，實(shí)現(xiàn)固液初步分離；初步分離的固相經(jīng)螺旋輸送機(jī)送至熱脫附系統(tǒng)進(jìn)行油相熱脫附處理，最后得到的油基泥漿會被送入另外一套高速離心系統(tǒng)，經(jīng)變頻高速離心機(jī)進(jìn)行二次固液分離，經(jīng)甩干系統(tǒng)處理可使油基鉆屑含油量降至6%，二次固液分離后鉆屑含油量降至1%以下。

4 結(jié)論

在歐美等國家對環(huán)境保護(hù)高度重視情況下，國外各專業(yè)化泥漿服務(wù)公司在鉆井液技術(shù)研究和應(yīng)用過程中，也一直注重鉆井廢棄物處理技術(shù)的研究與投入。哈里伯頓、貝克休斯、斯倫貝謝MI-SWACO等公司相繼形成了水基和油基鉆井廢棄物無害化處理特色技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，不僅減少了環(huán)境污染，還從鉆井廢棄物中回收了油相等能夠繼續(xù)循環(huán)利用的有用物質(zhì)，節(jié)約了大量鉆井總成本。國外鉆井廢棄物無害化處理技術(shù)的研究和應(yīng)用，對國內(nèi)石油石化行業(yè)相關(guān)技術(shù)發(fā)展和油田可持續(xù)發(fā)展具有重要參考意義。