废弃钻井液处理技术

废弃钻井液处理技术摘要:综述了近年来废钻井液无害化处理发展概况,介绍了国内外废钻井液处理技术现状及发展趋势,并对废钻井液处理方法作了评述,认为废钻井液处理技术是一种技术上和经济上都可行的处理方法。

指出推行清洁生产、开发利用综合技术、加强源头与过程控制是目前治理废弃钻井液的当务之急, 同时对治理废弃钻井液的未来发展趋势做了展望。

关键词:废弃钻井液;污染;处理方法;固化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 3000～4000m的普通油气井, 完井后废弃的钻井液接近300 m 3。

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1200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废弃钻井液的组成无害化处理的目的及意义在钻井作业中,钻井液是钻井的血液,是保证钻井正常运行不可缺少的物质,它能起到平衡地层压力、携带悬浮钻屑、清洗井底、保护井壁、录井、冷却、润滑钻具及传递动力等作用。

由于野外作业的特征,完井后施工现场存留的大量的废弃钻井液及废弃物几乎全部堆积于井场周围的废弃钻井泥浆储存坑内,这就使本来成分复杂的废弃钻井液更加复杂,最终形成一种由粘土、加重材料、各种化学处理剂、污水、污油及钻屑等组成的多相悬浮性的体系。

这些体系在相应的条件下都会破坏自然生态环境。

石油、油碳氢化合物、油废钻井液和钻屑,以及含有各种化学物质的污水,都能够对空气、水、土地、动物界和人类起危害作用。

前苏联学者对石油和天然气工业生产过程中产生的污染及其生态危害有过详尽的论述。

废钻井液是石油工业的主要污染源之一,钻井产生的钻屑可能含有 7. 5%的石油和 15%配制钻井液的有机和无机化学药剂。

通常钻井都备有钻井液池,用来储存废钻井液,其容积的大小与所钻井的深度有关。

因此,在一般情况下,完井后都留有一定数量的废钻井液。

目前相当数量井场的废钻井液及岩屑不经处理直接采用储存坑储存的方法处理 ,它会导致对土壤、表和地下水的污染,对环境造成影响和破坏,直接或间接对动物、植物及人类健康产生危害,不利于人类对环境和经济实施可持续发展的战略目标 ,因此应在钻井完成后对钻井液进行无害化处理。

2 废弃钻井液的应用现状及发展趋势20 世纪70年代初,国外开始研究废钻井液对土壤、滩涂、沼泽及陆海动植物的影响,得到许多有价值的结论,并颁布了一系列环保条规和法规,也随之形成初步的废钻井液处理技术。

随着对环境保护的重视,环保法律日益完善,相应废钻井液处理技术也得到发展和提高。

另外,国外各大钻井液公司基本形成最佳废物管理系统。

该管理系统首先根据地质特点,正确选用钻井液及其处理剂,科学进行水质管理,使钻井过程中产生的废物减至最低量;二是鉴别和隔离潜在的废物源,减少引起问题的复杂性,使废物的加工和处理更加容易和经济;三是选择经济且符合环保要求的废钻井液处理方法。

我国该领域研究已有十几年的历史,在不同钻井废物对环境的影响及评价和钻井废物处理技术方面已取得不少研究成果,但国内目前还没形成完备的设备和产品系列化。

目前国外各大钻井液公司基本形成最佳废物管理系统,产品也形成系列化,它的基本目的是选择最佳钻井作业,使废物量减至最小。

目前,国外废钻井液处理技术主要有:简单处理排放、注入安全地层或井的环形空间、集中处理、回填、坑内密封、土地耕作、固化、固—液分离、焚烧、微生物处理等。

我国石油工业虽然起步较晚,但对废钻井液的治理工作极为重视,胜利油田、辽河油田、四川油田、石油大学等单位在钻井液固化、固液分离、回收利用等方面做了大量的有益工作,探索出许多适合本单位的废钻井液处理技术。

现将几个典型技术分述如下:2. 1 废钻井液固化处理技术固化处理系向废水基钻井液(或沉积物) 中加入固化剂,使其转化为类固体,原地填埋或用作建筑材料等。

该方法能显著降低钻井液中金属离子和有机质对土壤的沥滤程度,从而减少了对环境的影响和危害,回填还耕也比较容易。

它是取代简单回填的一种更易为人们所接受的方法,近年来受到了重视。

固化法所用的固化剂分为有机系列和无机系列两大类。

有机系列固化剂,具有应用范围广,适用于多种类型废物的处理,且具有固化有机废物效果好的优点,但处理费用高,废物中某些成分可能会引起有机固化剂降解,且该类固化剂使用时,需配用乳化剂等缺点。

无机固化剂的优点是:原材料价廉易得,使用方便,处理费用低,固结好,稳定周期长(可达10年以上) ,原料无毒,抗生物降解,低水溶性及较低的水渗透性,固结物机械强度高,对高固相废物的处理效果好等。

缺点是,固化剂用量大、使处理后的体积增加。

2.2 废钻井液固液分离处理技术废钻井液的含水率一般在80%～90% ,因而可以考虑固液分离后对沉积固相固化处理。

选用有效的絮凝剂使废钻井液中体系最大程度脱水。

另外化学脱稳、絮凝技术可以强化机械分离固体的能力,使用这种技术可以使废钻井液体积减少50%～70% ,分离出的泥饼固相最大可达50%～60%。

2.3废钻井液回收再利用处理技术随着勘探开发的需要,定向井、丛式井占钻井施工的比例增加,对钻井液的性能要求也越来越高,钻井液材料耗量增加,回收钻井液对降低钻井成本,提高经济效益意义重大。

几种主要方法为:2.3.1用机械方法将钻井液转化成干料再利用此法采用钻井液回收处理装置将钻井液干燥固化处理后可获得钻井液干粉制剂。

固化回收装置回收后的钻井液干粉水化后虽然不能恢复原有的性质,但仍可以作为加重剂使用。

此法的缺点是燃料耗量大,处理费用高。

2.3.2 老井钻井液回用技术此法是将一口井的钻井液完井后移至另一口相似的异地的井,再加一些处理剂调整钻井液的性能达到设计要求后再使用。

该法简单易行,回收成本低,无需中转处理,回收过程中所需设备和人员比较少,是一条降低钻井液成本、防止环境污染的有效途径。

无论是经济效益,工程效益,还是环境效益都比较显著。

2.3.3 老井钻井液用于新井压井液转运罐车将高密度的完井钻井液转运到储备站,根据情况和需要再转到现场利用。

钻井工作中迫切需要解决的实用科学问题,是要寻找一个最方便,耗费最小的废钻井液利用方法。

而使钻井液能够多次利用,仍是最有前途的方法。

这种方法是适用于井网密度很高的地区。

2.3.4 利用固相分离技术将钻井液再利用结合固液分离技术,分别利用脱出水和脱出固相再配淡水钻井液、盐水钻井液及饱和盐水钻井液。

这种再配钻井液性能与现场钻井液和室内按常规方法配制的钻井液性能相近;用脱出固相再配置的钻井液原材料成本只是常规钻井液材料成本的1/6。

为废钻井液再利用和解决钻井液环境污染问题提供有用的方法。

以上各种处理方法各有其优缺点,固化处理技术对于水基、油基以及盐基钻井液都适用,而且具有简便易行、成本相对较低、处理效果较好等优点,其主要缺点是固化剂用量大,使处理后的体积增加;回收再利用技术只适用于水基钻井液,而且操作比较复杂。

其优点相对于配制新钻井液来说成本较低;固液分离技术具有处理后液体和固相体积都比较小,设备易于车载、配套,适用于各种钻井液处理等优点,其主要缺点是劳动量极大,二次污染严重,设备投资量大,资金积累维护要求严格,很难实现机械化操作等。

综上所述,认为废钻井液固化处理技术是一种技术上和经济上都可行的处理方法。

3废钻井液固化处理方法概述固化处理系向废水基钻井液中加入固化剂,使其转化成类似土壤的固体,原地填埋或用作建筑材料等。

该方法能显著降低废钻井液中金属离子和有机质对土壤的侵蚀和土壤沥滤程度,从而减少对环境的影响和危害,回填还耕也比较容易。

它是取代简单回填法的一种更易为人们接受的方法,近年来受到了重视。

国内关于废弃钻井液的研究是从20世纪80年代开始的。

所用的固化剂基本上是水泥混合物,如1989年由四川石油管理局川西南矿区发明的废弃钻井液固化处理技术(专利公开号为CN1031519A- 1989.3),系以水泥作为主凝剂,水玻璃为助凝剂,硫酸盐或氯化物为催化剂。

经处理后的钻井液,2～7天后其强度> 1.2MPa ,采用此法具有费用低、固化效果好的优点。

其缺点是固化处理过程中需要投加主凝剂、助凝剂、催化剂等多种处理剂,处理过程过于复杂。

国外关于废钻井液固化处理技术较成熟,固化法所用的化学固化剂分为有机系列和无机系列两大类。

有机系列固化剂包括脲醛树脂、聚脂、环氧乙烷、丙烯酰胺凝胶体、聚丁二烯等;具有应用范围广,适用于多种类型废物的处理,且有固化有机废物效果好的优点;但处理费用较高,可能会引起有机固化剂降解,且该类固化剂使用时,需配用乳化剂等缺点。

无机固化剂有波特兰水泥、波特兰水泥混合物以及近年选用的磷石膏等,它的优点是:原料价廉易得,使用方便,处理费用低,固结、解毒效果好,稳定周期长,原料无毒,抗生物降解,低水溶性及低水渗透性,固结物机械强度高,对高固相含量废物的处理效果好等。

缺点是,常在特定条件下使用,适用范围窄,固化剂用量大,使处理后得体积增加。

固化剂使危害性成分稳定住的原因可能有两种:一是将可溶性的成分转化为难溶性的;另一种是把有害成分用土壤封闭、包裹在其中,从而达到降低其淋浴、沥滤性及迁移作用。

选用固化剂应使其与废物的混合比达到最小,这样不仅费用减少,而且可抑制固化后的产物体积过大。

多年来人们常用的固化剂及其性能有:(1) 波特兰水泥:常用来处理固相含量<60 %、含油量< 19.8×104mg/L 、COD 值<17.5 ×104mg/L 的废钻井液。

用量为废钻井液重量的40%～50% ,经7～14天固化后,萃取水pH值为9.5～10,检测不出石油类的含量,COD值35～595mg/L ,能消除有机物对环境的有害影响,缺点是水泥消耗量大,固化时间长。

(2) 波特兰水泥混合物:其配比为波特兰水泥∶胶岭石粘土∶纯碱= 50∶45～49.5∶0.5,常用来处理固相含量>16%、含油量 2. 8% ,COD值< 5.9×104mg/L 的废钻井液。

用量为废浆重量的2.5% ,经7～14天固化后,固化物抗压强度0.81～3.72MPa ,固化物在水中养护7天后,萃取水pH 值10.5 , COD 值20～257mg/L ,测不出石油类的含量。