油田廢棄鉆井液無害化處理技術(shù)的研究

李月龍

（大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江大慶 163000）

石油工業(yè)飛速發(fā)展，在油氣田勘探開發(fā)鉆井過程中，為了鉆井施工的需要會使用大量的鉆井液，這些鉆井液在施工完成之后如果直接排放會造成環(huán)境污染，破壞生態(tài)環(huán)境。為了鉆井過程的需要，鉆井液和添加劑的種類和數(shù)量隨之增加。鉆井液的成分非常復(fù)雜，其中一些對人類和環(huán)境有毒害作用[1]。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，鉆井液化學(xué)品有25種，原料和添加劑1000多種，水泥添加劑10多種[2]。廢鉆井液會隨著鉆井液總量累加而累加，3000～4000m 普通油氣井的廢棄鉆井液含量可達(dá)到300m3。依據(jù)國內(nèi)外石油污染源的調(diào)查結(jié)果顯示，每年在中國油田鉆探生產(chǎn)的廢鉆井液超過100×104m3直接排放到周圍環(huán)境中[3]。沒有安全無害的處理，就必然對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，造成更大的潛在環(huán)境污染危害。

綠色環(huán)保是時代不變的主題，維護(hù)社會穩(wěn)定，保障經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展更是國家的戰(zhàn)略任務(wù)和目標(biāo)，是我們要長期堅(jiān)持的。在油氣田開發(fā)過程中，要以環(huán)境保護(hù)和人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展為立腳點(diǎn)，理性對待廢棄鉆井液對周圍環(huán)境的危害；深層次鉆研廢棄鉆井液無害化處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共處。

1 廢棄鉆井液的來源及特點(diǎn)

1.1 廢棄鉆井液的成分

鉆井液是石油鉆井生產(chǎn)的工作流體。不同的鉆井技術(shù)所添加各種化學(xué)處理劑存在一定差異，總量會維持在300m3左右[4]。陸上鉆井中，廢鉆井液一般會存放在泥坑內(nèi)，經(jīng)沉淀后表面會產(chǎn)生廢鉆井液，它和內(nèi)部的鉆屑統(tǒng)稱為廢鉆井液。它所包含的油、鹽、化學(xué)添加劑、重金屬和堿性物質(zhì)會給環(huán)境造成一定的污染[5]。在油氣田開發(fā)過程中，要以環(huán)境保護(hù)和人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展為立腳點(diǎn)。廢棄鉆井液的主要成分見圖1。

1.2 廢棄鉆井液的特點(diǎn)

廢鉆井液含有大量的粘土、添加劑，導(dǎo)致其固體含量較高。通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對環(huán)境危害最大的是降解后的小分子有機(jī)物質(zhì)[6]。廢鉆井液是石油勘探開發(fā)過程的主要污染物之一，處理不當(dāng)將污染環(huán)境，釀成災(zāi)難事故。其中鉻、有機(jī)汞、鎘、砷為高毒性元素，并且長期積累，嚴(yán)重地危害環(huán)境和身體健康。鉆井液和處理劑的種類決定污水的成分、性質(zhì)和危害程度。鉆井廢水特點(diǎn)如下：

（1）pH值較高。通常情況下，鉆井液的pH值都會高于7，介于7.5～10，而且經(jīng)過處理的鉆井液會超過11。按照不同的油氣田、鉆井區(qū)和井深、鉆井過程劃分，它們所產(chǎn)生的污水的性質(zhì)也不近相同[7]。

（2）高濃度的懸浮固體。鉆井廢水中懸浮物含量超過2000～2500mg/L，包括膠體顆粒、粘土和其他廢水流經(jīng)地面、泥土、沙土、表土等。

（3）污染物。由于鉆井廢水一般會和鉆井液混合，因此鉆井液處理劑和鉆井液本身所包含的物質(zhì)會導(dǎo)致嚴(yán)重污染。

2 廢棄鉆井液環(huán)境污染研究

2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外對廢鉆井液的研究較早，一些科研機(jī)構(gòu)對廢鉆井液的毒性分析、環(huán)境影響評估和處理技術(shù)做了許多深入的研究。廢鉆井液和鉆井廢水污染源基本相同，污染物種類相同，除了濃度和外觀存在差異外，本質(zhì)上是相同的，都會對環(huán)境造成同等程度的污染。20世紀(jì)80年代中期，國內(nèi)開始開展勝利、江漢、江蘇、中原油田等油氣勘探開發(fā)的環(huán)保研究工作[8]。在研究的基礎(chǔ)上，開展了一些實(shí)地工作；國內(nèi)很多高校和科研院所都在開展鉆井廢棄物污染安全排放的研究。獲得了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和詳細(xì)的調(diào)查數(shù)據(jù)，引入了相關(guān)的處理過程，并在石油化工領(lǐng)域中進(jìn)行測試使用。

2.2 油田廢棄鉆井液對環(huán)境污染方式

廢鉆井液和鉆井廢水污染源基本相同，污染物種類性質(zhì)相同，除了濃度和外觀存在差異外，本質(zhì)上是相同的，都會對環(huán)境造成同等程度的污染。以環(huán)境保護(hù)和人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展為立腳點(diǎn)，在油氣田開發(fā)過程中，理性對待廢氣鉆井液對周圍環(huán)境的危害。廢鉆井液中的高濃度鹽溶液對環(huán)境危害巨大。同時，它們也會導(dǎo)致土壤壓實(shí)，使植物難以從土壤中吸收水分，抑制植物的生長。土壤中廢棄鉆井液中重金屬的擴(kuò)散和遷移會給地下飲用水帶來一定程度的危害。

目前油田相關(guān)規(guī)定是不允許將廢鉆井液直接排放到海水中。因?yàn)椋瑥U鉆井液對浮游生物的作用復(fù)雜，它會隨著濃度的不同抑制或者促進(jìn)浮游生物的生長，而且這種作用是人類無法人為控制的。

3 廢棄鉆井液無害化處理技術(shù)及存在問題

目前國內(nèi)外廢棄鉆井液處理技術(shù)方法很多，常見的處理方式有：土地耕作、安全注入、坑道填埋、坑封、固化處理等。

3.1 垃圾填埋場

廢棄鉆井液的排放必須符合石油部門一定標(biāo)準(zhǔn)的，首先要在儲存坑中進(jìn)行沉淀分離，達(dá)標(biāo)后才能排放，否則會給環(huán)境帶來很大的危害。經(jīng)過上一過程后，還需要進(jìn)行干燥處理，并將遺留廢物填埋到儲存坑，需要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是頂部土層要控制在1.0～1.5m 范圍內(nèi)才能恢復(fù)地形。

垃圾填埋場處理方式也是具有一定局限性的，因?yàn)辂}量低的水基鉆井液處理成本低，對周圍地下水污染程度小，容易掌控，滲濾液濃度可控制在可接受的范圍內(nèi)，在此方面還是具有一定優(yōu)勢的。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，它不能用于處理高毒性的廢鉆井液，尤其是當(dāng)氯離子濃度超過5000mg/L時。

3.2 坑內(nèi)密封方法

就是采取塑料膜和有機(jī)土相互鋪墊的方式用干燥的廢鉆井液填充，同時用土密封上表面，恢復(fù)地形。必要時，可以適當(dāng)?shù)靥幚砼懦龅膹U物，例如固化、固液分離、然后關(guān)閉。常用的坑內(nèi)密封法有膜料防滲和混凝土防滲兩種方式（表1）。

表1 膜料防滲和混凝土防滲方式比較

該方法適用于鉆井的高毒性流體，還必須進(jìn)行壓濾處理（圖2），如鹽基和油基鉆井液廢物。該方法在中國中原油田得到廣泛應(yīng)用。但是，必須確保密封緊密且不會丟失，因此處理成本高。

3.3 土地耕作

用土壤混合一定比例的廢棄鉆井液之后，在進(jìn)行一系列處理可以降解里面的有機(jī)物。國外的土地耕作研究較早，已被廣泛使用，但對其合理性各持己見。

美國限制使用此方法，而有些州則禁止安全使用。阿爾伯塔省政府和加拿大土地管理局確認(rèn)這種方法，并主張?jiān)诳赡艿那闆r下應(yīng)采用這種方法，前提是所處理的廢鉆井液必須是淡水基鉆井液。不同國家對施鹽量有不同的規(guī)定，例如美國俄克拉荷馬州，其規(guī)定施用于土壤中鹽量應(yīng)小于670g/m2，而加拿大艾伯塔省則需要氯離子含量小于45g/m2。

3.4 注入安全地層或環(huán)形空間法

注射層通常具有低壓力梯度和低滲透性。上蓋層和下蓋層必須緊湊而堅(jiān)固。此方法不僅對形成有嚴(yán)格的要求，而且對設(shè)備和處理成本也有很高的要求，很難在大范圍投入使用，對地下水和油藏的污染更是難以人為把控。廢棄鉆井液的排放石油一定標(biāo)準(zhǔn)的，首先要在儲存坑中進(jìn)行沉淀分離，達(dá)標(biāo)后才能排放，否則會給環(huán)境帶來很大的危害。多數(shù)情況下會選擇符合注射標(biāo)準(zhǔn)的廢棄井進(jìn)行處理。

3.5 固化方法

固化方法能很好地消除鉆井液中有害的金屬離子和有機(jī)物，進(jìn)而達(dá)到對水、土壤和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和凈化。迄今為止，它是控制廢鉆井液污染的最有效、最可靠的辦法。廢鉆井液固化技術(shù)方面的研究已經(jīng)很成熟，可用于不同廢鉆井液的固化。固化是國內(nèi)外最廣泛使用的方法之一，特別適用于不適合土地耕作處理的廢鉆井液。

廢鉆井液的凝固技術(shù)材料運(yùn)輸少、施工速度快、經(jīng)濟(jì)效益好、處理量大。但由于它們的局限性，不能被廣泛使用，仍處于研究的初級階段。目前，凝固技術(shù)是最重要的技術(shù)，大多數(shù)國家投入研究工作和資金。它是廢鉆井液無害化處理技術(shù)的發(fā)展方向。

3.6 鉆井廢水絮凝—沉降法

因?yàn)椴煌筒氐膬犹攸c(diǎn)不同，鉆井時產(chǎn)生的污水種類也很多樣，所以處理起來的方式方法也不一樣，一般說來化學(xué)法、物理法和生物法使用比較廣泛。目前，由于處理劑來源廣泛、價格低廉、過程簡單，處理油田鉆井廢水多使用絮凝—沉淀法，它適用于鉆井成分較少的廢水。絮凝是指“凝結(jié)”和“絮凝”的兩個過程。通常認(rèn)為水中膠體的去穩(wěn)定化過程稱為“凝結(jié)”，而顆粒和微懸浮顆粒在不穩(wěn)定膠體中聚集的過程稱為“絮凝”。在實(shí)際生產(chǎn)中，難以將絮凝與凝結(jié)分離，從概念上闡述會使人更容易理解，絮凝劑在水中絮凝膠體顆粒有四種。當(dāng)絮凝劑與廢水混合時，懸浮液和膠體顆粒失去穩(wěn)定性，膠體顆粒相互凝聚?，F(xiàn)在新技術(shù)主要是結(jié)合其他機(jī)械和化學(xué)方法，如分批化學(xué)絮凝沉淀工藝、連續(xù)絮凝—沉淀—離心脫水工藝、鉆井廢水處理、化學(xué)絮凝—催化氧化工藝鉆井廢水處理、酸化—中和—鉆井廢水處理的絮凝工藝等。

4 結(jié)語

針對廢鉆井液的特性查閱文獻(xiàn)并總結(jié)，從對環(huán)境的角度詳細(xì)闡述廢鉆井液和鉆井廢水危害程度。廢鉆井液固化處理技術(shù)相比于其他處理方法優(yōu)勢明顯，不僅固化處理技術(shù)簡便易行、成本相對較低、處理效果較好，而且能夠適用于水基、油基、鹽基鉆井液。

同時，廢鉆井液和鉆井廢水有其自身的特點(diǎn)。廢鉆井液固含量高，流動性差，適合固化處理；鉆井廢水固含量低，含水量高，適用于絮凝—沉淀法。如果兩者都采用凝固法，由于鉆井廢水含水量高，會消耗大量固化劑，處理效果不好，成本高。如果使用絮凝—沉降技術(shù)，則凝固含量相對較高，需要稀釋預(yù)處理，并輔以必要的機(jī)械方法。因此，廢鉆井液和鉆井廢水不應(yīng)采用相同的方法處理，應(yīng)逐步處理。