废弃钻井液无害化处理

2012石化安全监测课程报告论文

—油田废弃钻井液无害化处理

成员：

班号：055092

指导老师：郭海林

摘要：钻井液是在石油钻探过程中, 孔内使用的循环冲洗介质, 又称钻孔冲洗液。钻井液主要功用是: ①冷却钻头、清净孔底、带出岩屑; ②润滑钻具; ③停钻时悬浮岩屑, 保护孔壁防止坍塌, 平衡地层压力、压住高压油气水层; ④输送岩心, 为孔底动力机传递破碎孔底岩石需要的动力等。可见, 钻井液的性能直接影响着钻井速度、井下安全, 并对储层保护起着重要作用, 性能良好的钻井液是钻井作业顺利进行的重要保证之一。同时, 石油勘探开发过程中产生的废弃钻井液中含有的地层钻屑、钻井液处理剂等有害物质，若直接排放将对环境与生态造成极大的危害，对废弃钻井液的无害化处理也同样重要。因此, 本文就钻井液在石油工程领域的最新应用技术以及钻井液的废弃处理技术进行了分析。

关键词：废弃钻井液污染处理方法综合利用

0 前言

随着石油工业的快速发展，由废弃钻井液带来的污染问题越来越受到世界各国的重视。石油工业的全部过程( 勘探、钻井、开发、储运和加工) 在相应的条件下都会产生各种污染物(原油、油田污水、废弃钻井液和钻屑)；如不加以处理就直接排放，必然会对自然生态环境造成一定的破坏。

废弃钻井液是石油工业的主要污染物之一。据统计，钻一口3 000~ 4 000 m 的普通油气井，完井后废弃的钻井液接近300 立方米。根据中国石油天然气集团公司2008 年对石油污染源的调查结果，我国油田每年钻井产生的废弃钻井液约 1 200 多万吨，其中 1/2 直接排放到周围环境中。近几年来世界各国迫于对能源的需求，导致钻井液的种类不断增加，添加剂及有毒有害成分也日益增多，使其组成极为复杂。然而随着世界各国对环保要求的提高，对废弃钻井液的无害化治理已经成为当前亟待解决的问题。本文从废弃钻井液的组成及对环境的危害分析出发，对近年来国内外各油田处理废弃钻井液的技术方法进行了综述。

1、国内外对废弃钻井液的处理现状

国外从事废钻井液的研究主要有三个方面。

(1) 在分析原有钻井液毒性的基础上, 研制微毒、无毒的钻井液体系, 并达到现场工业性应用,从根本上减少污染的根源。

(2) 研究减少废钻井液排放量的措施和方法,如改进固控设备、采用全封闭式循环系统等新工艺、新技术, 控制污染物排放。

(3) 研究废钻井液的治理和再利用。目前主要处理方法有: 无害化处理后直接排放或就地回填掩埋, 泵人井下环形空间或安全地层, 固液分离或焚烧, 喷雾干燥, 运出井场集中处理, 固化以及再利用等。

我国对废弃泥浆的处理比国外研究稍晚些，但通过引进、消化和自主创新，在许多油田上陆续应用了一系列处理技术，同时积极研究具有适合国情的各类废弃泥浆处理技术。目前，国内外发展应用的处理技术主要包括以下几方面: 就地排放、注入安全地层、回填处理、MTC 转化技术、固液分离法、土地耕作、化学固化处理、干燥焚烧、生物降解等处理方法下面将这些方法作简要的介绍。

2、废弃钻井液的组成及危害

油田废弃钻井液作为勘探开发中最主要的污染源，来源于钻井作业过程中，是一种含黏土、加重材料、各种化学处理剂、污水、污油及钻屑的多相稳态胶体悬浮物，其危害环境的主要成分是烃类、盐类、各种聚合物、木质素磺酸盐、某些金属离子(汞、铜、砷、铬、锌及铅)及重晶石中的杂质。研究表明，它将对土壤、地表和地下水产生污染，直接或间接对动植物及人类健康产生危害。

由于废钻井液成份比较复杂，所以对环境的影响也是多方面的。

( 1) 污染面积大、区域广。这是由钻井生产流动性大等特点所决定；

( 2) 过高的pH值、高浓度的可溶性盐及石油类影响土壤的结构和危害植物的生长；

( 3) 有害的重金属离子如Cr6+、Hg2+、Cd2+、Pb2+及不易被动植物降解的有机物、分子聚合物易进入食物链，并在环境或动植物体内蓄积，危害人类的身体健康和生命安全。例如六价铬( Cr6+) 通过食物链进入人体后，其毒性主要表现为呼吸道、肠胃道疾患和皮肤损伤，特别是它的致癌作用近些年来已引起人们的广泛重视；

( 4) 废物中的有机处理剂使水体的COD、 BOD增高，影响水生生物的正常生长。

钻井液中的铬、铅、砷、镉、苯、氯化物及其它成分对人的健康和环境的损害最大。漂浮在水中的油被微生物氧化分解消耗水肿的氧致使水质恶化。

3、处理废弃钻井液的方法和技术

3.1、固液分离法

该方法是利用化学絮凝剂沉降和机械分离等强化措施，使废弃钻井液中的固液两相得以分离。但由于各油田产生的钻井液特性不同，单一的絮凝剂无法使各种性质的钻井液进行有效的固液分离，对于不同的废弃钻井液应使用不同的絮凝剂。

3.2、循环使用法

有些废弃钻井液、废水等可直接或经简单的设备处理后循环使用。如从钻井液中分离出来的废水可用于清洗钻头，清洗钻头后的废水可以收集后再循环使用；生产水经过处理后再注入井内以平衡井内压力，也可用于重油的处理。

3.3、破乳法

有的钻井液本身是乳状液，同时钻井液在钻井过程中由于水和油的渗入可能形成半乳状液。这给钻井废弃物的处理带来了困难，严重地污染了环境，所以必须要实施破乳。破乳可以采用传统的添加化学剂的方法,利用化学剂的特性破乳如利用电解质所带电荷的性质不同，或者通过加入化学剂降低钻井液的粘度等。但这些方法由于添加了化学剂，一方面提高了成本，另一方面给环境又带来了新的影响。

3.4、回填法

废弃钻井液在储存坑内通过沉降分离，上部清液达到环保标准后直接排放。剩余部分经干燥后在储存坑内就地填埋。但必须保持顶部的土层有1. 0～1.5ｍ厚，然后恢复地貌。这种方法不失为一种处理低毒和无毒废弃钻井液的好方法。但有研究发现该方法对地表水和其辐射的土壤有很大的影响。

3.5、生物处理法

生物处理钻井废弃物的方法有许多种。微生物降解法是利用微生物将有机长链或有机高分子降解，成为环境可接受的低分子或气体。该方法的困难是如何选择合适的微生物菌种和载体。

3.6、固化法

固化法又称无害化处理。就是向防渗废弃钻井液土池中投入适量配比的硅酸盐、氧化物、氯化物、磷酸盐和吸附剂，按照一定的技术要求进行均匀搅拌，过

一定时间的物理和化学变化，使其中的有害成分发生转化、封闭、固定作用，转变成为一种无污染的固体。配方中的氯化物、硅酸盐、氧化物是破乳剂和固化剂，能将钻井液中的水分游离出来，使废弃物较快固液分离，并形成网状结构固定下来；磷酸盐可以中和钻井液中的碱性物质，同时磷酸根同钙离子结合形成过磷酸钙改良土壤、增加肥效。固化处理技术具有取材方便、工艺简单的优点，固化后很快便可覆土返耕。

3.7、运输转移法

废弃钻井液中的部分废弃物在井场不能当场处理也不能直接排放，必须运出井场到某指定地点集中处理。这主要是针对那些毒性比较大、用常规方法处理会严重污染环境,也没有合适的处理方法的废弃钻井液。

此外，国内外出现的处理方法还有填埋冷冻法、盐穴法、MT C( Mud To Cement) 技术即废弃钻井液转化为水泥浆技术，简称 MTC 技术等。

4、发展趋势与展望

无论以上哪种处理技术都有一定的应用范围，因此在方法选择上要根据各油田产生的废弃钻井液的性质及各油田所在的地理、气候、环境等特点进行最合理的优化选择，同时为了更有效的治理废弃钻井液的污染问题，作者认为今后的研究工作既要强化源头与过程控制，又要开发综合利用新技术。具体有以下几个方面：

(1) 推行清洁生产，治标先治本。目前急需对废弃钻井液产生的源头进行治理，推行清洁生产，加强固控，减少排放。通过固控改善钻井液的性能，并重视重复利用技术，以降低综合处理成本。钻井时采用环保型化学处理剂及添加剂代替毒性较大的化学处理剂及添加剂，做到源头控制清洁生产。

(2) 开发研制低成本高性能的环保型钻井液。目前国外开发的合成基、甲基葡萄糖苷等环保钻井液，虽然有无毒、可生物降解的性能，但成本高无法广泛推广使用。而近年发展起来的低毒性油基钻井液和新型合成基钻井液在使用过程中也对环境造成种种影响，所以在今后的研究中应该重视对价格低廉的天然高分子材料和各种环保处理剂的改性和完善以及对无毒无污染的有机盐和无机盐使用技术的研究。

(3) 新型废弃钻井液处理剂及通用技术的研发。由于国内各油田产生的废弃钻井液性质不同，就需要加入专门的化学处理剂进行治理，同时由于添加了不同的化学处理剂，就使废弃物的成分变得越来越复杂，对环境的危害也就越来越大。如果研制出新型环保处理剂就能减少后期对环境的危害，如天然有机高分子絮凝剂的优良絮凝性、不致病性及安全性、可生物降解性，越来越受到人们的重视，如果将天然高分子絮凝剂进行改性，制备环保型处理剂一定能得到广泛的应用。另外还可以针对中国现在使用的聚合物钻井液、三磺钻井液、正电胶钻井液、混油钻井液、加重钻井液以及含铁铬盐钻井液等多种体系，研制了一种通用的处理技术及固化配方。

(4) 开发无害化综合利用新技术。开发废弃钻井液无害化综合利用新技术也是未来的趋势之一，做到随钻处理，固液分离，分类综合治理，最大限度地综合利用和实现节能减排。如将废弃钻井液实现液屑清洗分离后净化岩屑，其中一部分泥水回用配浆；剩余泥水固液分离脱水污泥成饼回收利用；将分离的污水处理主要污染物指标达标用于场地回用；液屑分离后回收的清洗用水随钻治理。

(5) 强化管理控制；加强过程监管。先进的管理方法、严格的政策措施以及施工过程的监督检查( 如：施工队伍的选择、施工地点的选址、防渗与封固处理、安全环保管理规章制度与量化考核机制的建立健全等)都是有效处理废弃钻井液无害化治理的前提和保证。中国近几年在这方面已经做了很多努力，取得了显著的效果，但是还需要进一步学习与借鉴国外的先进管理方法与成功经验。

5、结语

以上各种废弃钻井液的处理技术，在一定条件下都能够在一定程度上降低钻井废弃物的毒性，但是都存在着一定的局限性, 都具有暂时性、不彻底性。即便有的方法处理效果较好,代价也相当不菲。事实上，所有的处理方法都是一种补救措施，具有“亡羊补牢”的特点。与其花费巨大的人力、物力和财力进行事后弥补工作，莫不如采取釜底抽薪的做法，即在开钻前设计钻井液时，就将钻井液的毒性问题考虑在内，使用既能保护油气层不被损害，钻井废弃物又不污染环境的钻井液、完井液，即双保钻井液。我们应该加大力度进行新型环保型的钻井液添加剂的研制开发，优先选择天然的材料加以改造。处理好钻井液的毒性问题，石油钻探工业将会更好地为人类的发展服务。

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杀菌剂、缓蚀剂、除钙剂、消泡剂、乳化剂、絮凝剂、起泡剂、降滤失剂、堵漏材料、润滑剂、解卡剂、PH值控制剂、表面活性剂、页岩抑制剂、降粘剂、温度稳定剂、增粘剂、加重材料等。