廢棄鉆井液分類處理及其效能探討

劉海水

中海油田服務(wù)股份有限公司 天津 300459

廢棄鉆井液的組成成分較為復(fù)雜，包括了原油、污水、巖屑、化學(xué)添加劑、重金屬等等，也正是基于其物質(zhì)組成的復(fù)雜性，使得廢棄鉆井液毒性比較大，直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成很不好的影響。從鉆井液體系進(jìn)行劃分，可以將其分為廢棄水基鉆井液和廢棄油基鉆井液，這些廢棄鉆井液中包含的成分比較多，不處理好直接排放，就會(huì)浸入到土壤和海洋中，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞[1]。這幾年的快速發(fā)展，人們也逐漸意識(shí)到了環(huán)境保護(hù)的重要性，在環(huán)境保護(hù)方法國(guó)家也頒布了相關(guān)的法律法規(guī)，逐漸完善法律體系，從而確保了環(huán)境保護(hù)的有力性。

1 廢棄水基鉆井液處理分析

1.1 直接排放法

少數(shù)的淡水基鉆井液，由于其對(duì)周圍的環(huán)境影響不大，易于被環(huán)境凈化，因此可以采取沉降、機(jī)械脫水等方法，將其排出。該方法具有操作簡(jiǎn)便、方便易行、造價(jià)低廉等優(yōu)勢(shì)，但其“無毒無害”的界線不易界定，而且其應(yīng)用范圍狹窄，不易普及。

1.2 循環(huán)使用法

對(duì)含少量污染的廢棄水基鉆井液、廢水等進(jìn)行直接或簡(jiǎn)易的處理后循環(huán)使用。例如，從鉆井液中提取的廢水，可以用來清潔鉆具，也可以回收利用，在對(duì)生產(chǎn)水進(jìn)行加工后進(jìn)行再注入或使用在重油中。采用外輸或回注的方式，將高礦化程度的污水進(jìn)行再調(diào)配，而將污染的原油輸送到鄰近的聯(lián)合站進(jìn)行處理。再利用循環(huán)使用法對(duì)廢棄鉆井液進(jìn)行治理，既能有效地維護(hù)油氣田的環(huán)境，又能達(dá)到廢棄物資源化利用的目的。

1.3 固液分離法

固液分離法包括脫穩(wěn)、絮凝、分離三個(gè)階段，是對(duì)廢棄鉆井液進(jìn)行固化處理的一項(xiàng)相關(guān)技術(shù)，其工藝過程簡(jiǎn)單易行，易于掌握。一般情況下，采用物理技術(shù)難以突破已有的穩(wěn)定體系，且不能有效地進(jìn)行直接分離。首先要進(jìn)行化學(xué)破膠解穩(wěn)，它的基本原理是：打破膠體的穩(wěn)定性，然后利用微粒之間的范德華重力和布朗運(yùn)動(dòng)，讓膠體顆粒不斷膨脹，最終生成沉積物；與常規(guī)的絮凝（粒子的任意撞擊和混合，使其具有更大的粒度和更高的孔隙度）相比較，造粒絮凝技術(shù)可以通過對(duì)物理化學(xué)和動(dòng)態(tài)平衡條件來改變粒子的合并規(guī)律和結(jié)構(gòu)形態(tài)，也就是在液相介質(zhì)中直接形成濕式密實(shí)的彈丸絮體。完成脫穩(wěn)、絮凝后，采用固液相分離設(shè)備進(jìn)行脫水，其中包括濾帶壓濾機(jī)、臥式螺旋離心機(jī)、新型板框壓濾機(jī)等[2]。

1.4 固化法

固化法是將固化劑加入到脫水后的廢棄水基鉆井液或鉆井液沉淀物中，將其轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃朴谕寥赖墓腆w，再將其用于其它用途或?qū)⑵溲诼裼谕林小Ｒ虼?，能夠在一定程度上減少對(duì)周圍土壤環(huán)境造成的傷害。固化法作為一種較為安全的處理廢棄鉆井液的方式，在油田得到廣泛的使用。根據(jù)使用的固化劑和固化過程的差異，對(duì)廢棄鉆井液進(jìn)行固化的方法有：水泥固化法、粉煤灰固化法、石灰石固化法、水玻璃固化法等等。

通過對(duì)硅酸鹽水泥、高鋁水泥、頁巖等礦物成分的分析，潘寶風(fēng)等人對(duì)其進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，并對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行了研究。利用熱差值分析、 X射線衍射、 掃描電鏡等方法對(duì)廢棄鉆井液的固化和燒結(jié)機(jī)制進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，固化劑可使水泥基碳凝膠、水化鋁酸鈣等水化物，在一定程度上構(gòu)成了一種新型的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。采用特殊的燒結(jié)制度，可以使廢棄鉆井液中的固化劑成分在一定程度上發(fā)生固相反應(yīng)，從而形成強(qiáng)度等級(jí)超過MU20的高強(qiáng)度燒結(jié)磚，有效地防止廢棄鉆井液體的長(zhǎng)期泄漏和環(huán)境污染等問題[3]。

1.5 MTC 技術(shù)

將廢棄鉆井液中的廢油和爐渣進(jìn)行摻雜，再通過活化劑使其凝固組份活化，然后加入其他的助劑，可以生產(chǎn)出多種不同的固井液。它與水泥砂漿的相容性好，紊流排量低，粘稠過渡期縮短，在防止鉆探、固井、提高頂替效果等方面比普通水泥具有明顯的優(yōu)越性。

王玉霞等人根據(jù)西部地區(qū)的廢棄鉆井液特點(diǎn)，進(jìn)行了多次試驗(yàn)，篩選出了優(yōu)質(zhì)的優(yōu)質(zhì)高爐礦渣，并進(jìn)行了性能穩(wěn)定的配制，適用于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的 MTC低濃度礦渣固井系統(tǒng)，其組合物的綜合特性較好。利用這種新型的 MTC單級(jí)固井技術(shù)替代了雙級(jí)固井技術(shù)，已在三口技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了三口技術(shù)的套固，有效地克服了新區(qū)高溫差、易漏失等固井技術(shù)問題，克服了雙級(jí)固井存在的循環(huán)孔、泵壓高、關(guān)閉不嚴(yán)等問題[4]。

1.6 土地耕作法

土地耕作法是利用土壤吸附、吸收、生物分解廢棄鉆井液中的有機(jī)物物質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化成水和二氧化碳。鉆井液中含有多種添加劑，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育有一定的危害，而氯離子一旦進(jìn)入土壤，就會(huì)導(dǎo)致土壤的養(yǎng)分流失，而且有些重金屬的濃度超過了土壤的凈化，因此，耕作方法并沒有得到廣泛的應(yīng)用。在目前無毒無害鉆井液大力研發(fā)的形勢(shì)下，采用土壤耕作法對(duì)廢舊鉆井液進(jìn)行治理仍具有廣闊的發(fā)展空間[5]。

1.7 回注法

回注法是指利用某種方法和技術(shù)，將廢棄鉆井液注入到安全地層、井內(nèi)的環(huán)狀區(qū)域，或者在未滲透的情況下，重新進(jìn)行密封。回注法對(duì)地層有很高的要求，絕不能讓廢棄鉆井液逸出，以免對(duì)地下水造成嚴(yán)重的污染。海上平臺(tái)在鉆探采油生產(chǎn)中，將無毒性的鉆井液直接排出，對(duì)于某些嚴(yán)重污染的廢棄鉆井液，通常采取回注法進(jìn)行處理。一般情況下，在回注之前，要對(duì)廢棄鉆井液進(jìn)行預(yù)處理，使液體內(nèi)的固相物破碎、混合均勻，以調(diào)整回注廢液的流率和流量。通過對(duì)廢棄鉆井液進(jìn)行回注，可以提高其工作壽命和保證其回注率，可以獲得更好的注入效果。

1.8 填埋法

填埋法包括：封閉坑填埋、鹽穴填埋、凍結(jié)填埋等。封閉坑道填埋是在基坑周圍和基底底部覆蓋一種有機(jī)質(zhì)土壤，再用塑料板覆蓋，或在基底和周圍進(jìn)行強(qiáng)化處理，防止?jié)B水；在水池中填入廢棄鉆井液（基本上是干燥的），并用土壤進(jìn)行封堵，恢復(fù)地貌。采用鹽穴填埋技術(shù)，是通過對(duì)地下鹽穴（1000米以下）自身的密閉和防漏能力，對(duì)廢棄鉆井液進(jìn)行深埋，治理效果比較好，其特點(diǎn)是安全系數(shù)高，占地面積小，容量大，成本低廉。凍結(jié)填埋適合于溫度較低的地區(qū)，將廢棄鉆井液（包括鉆屑）注射到凍土層中，使其永久性凍結(jié)，避免了因移動(dòng)引起的環(huán)境污染，從而節(jié)約大量土地面積。

1.9 復(fù)合混合法

復(fù)合混合法也被稱作污泥干燥場(chǎng)處理法，其原料是以粉末、木屑為主，其粉末要具有吸油性能、固氮性能、臭味保護(hù)、氣味跟蹤、降解能力等性能；木屑是木材加工過程中產(chǎn)生的一種具有疏松、透氣、均勻作用的副產(chǎn)物。采用此方法對(duì)廢棄鉆井液進(jìn)行固、液兩相分離，提取出鉆井液中的基液后，再與混合料（粉末、木屑）進(jìn)行充分的攪拌。然后平輔于一塊大場(chǎng)地上，但不可壓縮，要使其高度松散，使其充滿充足的氧氣和水分。在此過程中，它會(huì)很快生物降解，使其滲入到土壤的表面和底層，供作物所吸收。通過這種方法進(jìn)行分解，其殘留物質(zhì)就會(huì)喪失毒性，不會(huì)對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生任何的影響。它具有操作簡(jiǎn)便、快速、勞動(dòng)量小、節(jié)省費(fèi)用的優(yōu)點(diǎn)，可用于處理單井廢棄鉆井液。

2 廢棄油基鉆井液處理分析

2.1 回收利用法

對(duì)廢棄的鉆井液進(jìn)行回收再利用，不僅具有一定成本效益，而且也對(duì)環(huán)境十分友好。油基、酯基和合成基的鉆井液可以將它們的基液提取出來，然后用來做其他油井的鉆井液，或者用作其他油井的燃料，也可以再添加一些外加劑，采取合適的方法回收再利用。

2.2 化學(xué)破乳法

所謂的“化學(xué)破乳”，就是將破乳劑、絮凝劑等與之相配的化學(xué)助劑加入到廢棄鉆井液中，將其分解成油、水和固三相。在此基礎(chǔ)上，油液沉淀后可作基礎(chǔ)油和燃料，經(jīng)水處理后可再利用，或可直接排出。采用化學(xué)破乳工藝對(duì)廢棄鉆井液進(jìn)行治理，設(shè)備簡(jiǎn)單，能耗低，工藝條件溫和，可將油、水、固三相進(jìn)行綜合回收，能夠取得較好的經(jīng)濟(jì)效益及推廣應(yīng)用效果，是確保國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的重要措施。但由于所用藥劑的選擇性高，且不具備廣泛的應(yīng)用性，從而制約了它的進(jìn)一步發(fā)展。

2.3 生物修復(fù)處理法

利用生物修復(fù)處理法對(duì)廢棄油基鉆井液進(jìn)行生物修復(fù)，可分為微生物降解和生物絮凝兩種。微生物降解法是通過微生物將廢油基鉆井液中的長(zhǎng)鏈烴類或有機(jī)物分解成二氧化碳和水等，從而使其在一定程度上適應(yīng)于環(huán)境需求。生物絮凝原理是將特定的微生物添加到廢棄鉆井液中，利用其在代謝中所生成的一種物質(zhì)（即一種具有表面活性的高分子化合物），從而使得廢棄油基鉆井液發(fā)生破乳，油類物質(zhì)形成絮凝沉淀，然后回收利用。不過，由于采用的微生物都是經(jīng)過基因工程和細(xì)胞工程技術(shù)而得到的，因此，生物講解法在實(shí)踐中應(yīng)用的比較多。

2.4 蒸餾法

熱蒸餾法是將廢棄油基鉆井液加入一個(gè)密封的減壓容器中，然后加入高溫和高壓的水蒸氣，使整個(gè)容器內(nèi)部達(dá)到一定溫度，廢棄物中的烴類物質(zhì)揮發(fā)后可以冷凝回收。廢油可以再作基礎(chǔ)油基、燃料等，固體殘?jiān)罂梢杂米饔不伮泛徒ㄖ牧?。AJ. Murray等對(duì)哈薩克斯坦 Koshken油田的廢棄油基鉆井液進(jìn)行了熱蒸餾法處理，發(fā)現(xiàn)在高溫下，尤其是在260～300℃的高溫下，廢棄油基鉆井液中的油和水相揮發(fā)，并通過凝結(jié)和濃縮后得到回收。熱蒸餾法是一項(xiàng)較為完善、能夠大規(guī)模處理廢棄油基鉆井液的工藝，目前已在很多油田中得到推廣使用。

2.5 溶劑萃取法

溶劑萃取方法是利用低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑，如乙酸乙酯、正己烷、四氯化碳，將廢棄油基鉆井液中的油質(zhì)提取出來，萃取液再通過閃蒸，蒸發(fā)溶劑，獲得可再生石油，利用該方法可以回收利用的有機(jī)溶劑。溶劑萃取方法簡(jiǎn)單，但揮發(fā)性強(qiáng)，試劑價(jià)格昂貴，而且有一定的危險(xiǎn)性（所用的有機(jī)溶劑都是有毒的）。挪威一家鉆井廢棄物處理廠曾經(jīng)采用這種技術(shù)對(duì)石油類鉆井液進(jìn)行了處理，其原=油的回收率率達(dá)到94.56%，但出于對(duì)環(huán)境的保護(hù)和人類的健康考慮，不得不暫時(shí)停止了這種方法對(duì)鉆井液的處理。

2.6 超臨界流體萃取技術(shù)

超臨界流體萃取技術(shù)是目前世界上最成熟的一種物理萃取技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)其進(jìn)行了大量的研究和開發(fā)。利用超臨界流體在臨界點(diǎn)附件的特殊性，使其具有強(qiáng)擴(kuò)散能力、低粘度和強(qiáng)溶解性，從而使廢棄鉆井液中的可溶性成分從固相或乳液中溶入到超臨界流體中。超臨界流體萃取技術(shù)在鉆井過程中對(duì)廢棄鉆井液進(jìn)行了預(yù)處理，將其與廢液進(jìn)行混合，將廢液中的油萃取到該溶劑中，通過減壓后再進(jìn)行重新分離，可以對(duì)污油和有機(jī)溶劑進(jìn)行再回收利用，而多余的廢液則可以通過固、液分離等進(jìn)一步工藝來處理。C. G. Street等對(duì)以二氧化碳為基礎(chǔ)的廢棄油基鉆井液和廢棄合成基鉆井液進(jìn)行超臨界萃取，其萃取率可達(dá)98%以上。魏清平等人對(duì)廢棄合成基鉆井液進(jìn)行了研究，重點(diǎn)探討了在超臨界二氧化碳中，怎樣提高其與鉆井廢棄物的接觸，消除廢棄固相的阻塞，降低其固相量等問題。采用同樣的溶劑，將相同含量的溶劑添加到廢棄鉆井液中，或者將廢棄鉆井液置于特定的容器中，都可以提高其處理能力。經(jīng)過改進(jìn)優(yōu)化，該工藝的處理效果達(dá)到97%，而且經(jīng)過進(jìn)一步的驗(yàn)證，超臨界流體萃取物不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，可以作為鉆井液的基礎(chǔ)液體，降低了鉆井費(fèi)用。

3 結(jié)束語

廢棄鉆井液具有一定的綜合性，組成成分較為復(fù)雜，性質(zhì)較為穩(wěn)定，基于我國(guó)石油開發(fā)力度的加大，廢棄鉆井液形成了龐大的數(shù)值，加上廢棄鉆井液對(duì)環(huán)境的危害程度較重，所以必須重視對(duì)廢棄鉆井液的綜合處理。對(duì)于廢棄鉆井液的處理，要結(jié)合具體情況出發(fā)，考慮到鉆井液的性質(zhì)特點(diǎn)，采取最為恰當(dāng)合適的處理方法和工藝技術(shù)。進(jìn)一步優(yōu)化與完善廢棄鉆井液的相關(guān)處理技術(shù)，整合現(xiàn)代化技術(shù)手段，形成完善的多處理方法系統(tǒng)。對(duì)于廢棄鉆井液的處理，重點(diǎn)在于固液分離，加強(qiáng)脫水廢棄物綜合技術(shù)的研發(fā)力度。同時(shí)考慮到鉆井液毒性特點(diǎn)，大力研發(fā)新型無毒鉆井液體系，將其盡量推廣應(yīng)用到開發(fā)現(xiàn)場(chǎng)，從根源上減少或降低廢棄鉆井液的污染問題，推動(dòng)我國(guó)石油行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。