鉆井廢棄物隨鉆固化和鉆井液一體化處理研究

謝帥（吉林油田公司鉆井工藝研究院）

吉林油田采用鉆井液不落地和泥漿坑無害化處理鉆井廢棄物，其中可重復使用的鉆井液被直接當廢物處理，占總數量的30%～40%，不僅造成資源浪費，同時還增加了處理費用。在國際油價持續低迷形勢下，該模式與油田發展矛盾格外突出，造成鉆井整體投資的增加、經濟效益的下降，甚至使部分生產區失去了開發價值。因此，尋找多元化、效益化的處理方式來破解低油價形勢下油田公司鉆井廢棄物環保處理與效益生產的矛盾已成為油田公司綠色生產、效益挖潛的迫切需求。

1　技術思路

試驗現場隨鉆固化處理技術進一步優化完善了鉆井廢棄物無害化處理模式，實現了廢棄物現場處理及就地利用，降低了綜合處理成本。

鉆井液循環使用技術提高了鉆井液資源利用率，降低了廢棄物排放量并達到了創效、降本的目的[1-2]。

2　流程設計和技術原理

2.1　隨鉆固化處理

廢棄物隨鉆固化處理技術是近些年發展起來的一種鉆井液無害化處理技術[3-4]，其原理是向鉆井廢棄物中加入具有固結性能的固化劑，使其轉化成類似混凝土的固化體，固結其內的有害成分，如重金屬離子、有機物、油類等，可減小對土壤的滲透，進而減少對環境的影響和危害。

隨鉆固化現場流程見圖1。

圖1　廢棄物固化流程

隨鉆固化設備主要由固化撬、收集與輸送設備組成（圖2、圖3）。

圖2　固化撬

固化橇由加料倉、緩儲倉、計量系統、送料系統、混合系統、控制系統等組成。其外形尺寸為9.5 m×2.4 m×2.9 m；功率為56.5 kW；固相處理量為10 m3/h。

圖3　螺旋推進器、柱塞泵

當固化撬頂部緩存倉內污泥量達到緩存倉上限時，緩存倉底部螺旋推進器啟動將污泥送入污泥稱重斗內稱重，而固化撬內的固化劑通過正壓風送入撬頂部粉劑稱重斗內計量，通過傳感器及PLC程序控制污泥與固化劑的配比；然后將污泥和固化劑全部落入撬內JS500攪拌機內均勻攪拌，完成物理化學反應，使污泥轉變成一種無害的、環保達標排放的基土，接著通過攪拌機底部皮帶機輸送到巖屑池內堆放。

2.2　鉆井液處理

在鉆井液處理中使用鉆井液回用技術，不僅可提高鉆井液材料利用率、節約成本，而且能夠減少鉆井廢棄物產生量及處理量并降低處理費用。

鉆井液處理流程見圖4。

圖4　鉆井液處理流程

鉆井液處理使用的主要設備是鉆井液處理撬（圖5）。

處理橇由干燥振動篩、高速離心機、柱塞泵、儲罐等組成。其外形尺寸為9 m×2.4 m×1.7 m；功率為97.5 kW；處理量為20 m3/h。

圖5　鉆井液處理橇

圖6　現場設備布置

回用鉆井液通過干燥振動篩去除大顆粒雜質，再通過高速離心機去除5 μm以上的顆粒物，使鉆井液達到回用要求。

3　現場試驗

試驗井為新立油田二區塊的吉+1-022，該井是吉+2-024平臺11口井的第7口井，位于自然保護區內，四周農田環繞，環境保護標準要求高。

本井設計井深1414 m，目的層為泉頭組扶楊油層，依次穿過第四系、泰康組、大安組、嫩江組、姚家組、青山口組、泉頭組地層，沒有異常壓力層系。根據平臺井前期鉆井施工和廢棄物排放量真實情況，預計本井最大平均日進尺500 m，產生固相廢棄物約為35～40 m3。根據井場布置情況，最終確定現場設備。

現場設備布置見圖6，收集與處理設備見圖7。

3.1　廢棄物隨鉆固化現場試驗

3.1.1巖屑收集

巖屑收集設備包括螺旋推進器、雙杠柱塞泵、絞籠漏斗、普邁泵、連接管線。振動篩、除砂器和離心機下掉落的巖屑分別通過螺旋推進器、普邁泵注入到處理撬的錐形倉內，通過撬內的雙杠柱塞泵提升至固化撬上的絞籠漏斗。

圖7　收集與處理設備

3.1.2巖屑處理

首先將兩種型號的固化劑通過真空泵分別裝入1號、2號藥品罐，再將待處理的巖屑打入到計量罐中稱重，達到一定質量（500～700 kg）后放入攪拌機中，然后按比例加入兩種型號的固化劑，混合攪拌后由皮帶機輸送。

3.1.3固化處理效果

現場固化后的巖屑需要干化48 h以上，干化后具有一定的強度（圖8）。其在水中浸泡7 d仍未發生分散現象（圖9）。

圖8　巖屑固化效果

圖9　浸泡7 d效果

3.1.4固化物處置

通過鏟車將現場固化物裝入翻斗車內，運至新建的鉆井廢棄物處理站內，待檢測結果合格后用于鋪路（圖10）。

圖10　固化物裝車運離現場

現場試驗數據統計見表1。

固化物具有一定強度，經測量抗壓達1.5～2.2 MPa，遇水不分散，干燥后能夠恢復強度，可用于后期建設井場、鋪墊道路（圖11）。

表1　試驗數據統計

圖11　重車碾壓前后對比

3.2　環保檢測標準及檢測結果

根據吉林油田廢棄物管理要求對固化后的廢棄物進行了達標檢測，檢測結果見表2。

表2　吉林油田廢棄物無害化指標要求及處理物檢測結果

檢測結果表明固化后的鉆井廢棄物能夠滿足各項指標要求。

3.3　鉆井液處理和重復使用現場試驗

井身結構為常規二開制定向井（表層220 m），設計使用聚合物鉆井液體系，易于維護處理，技術應用成熟，主要性能指標要求：失水量小于4 mL；固相體積分數小于15%；切力小于10 Pa。

固井時將井筒內鉆井液頂替至循環罐與儲備罐中，完井后將鉆井液抽至處理撬，用高頻振動篩、高速離心機凈化處理，處理一個循環周結束，固相物通過柱塞式泥泵輸送至固化撬進行固化處理[5]。

表3　吉+1-022井回收和處理后鉆井液性能對比

圖12　高頻振動篩（160目）處理

圖13　高速離心機處理

經過現場處理的鉆井液性能指標達到新開鉆井的技術要求，含砂量低，流變性合理，固相含量符合要求。鉆井液現場處理再利用試驗實現減少廢棄物排放量100 m3以上，節省環保處理費用約3萬元，節約鉆井液助劑成本約2萬元。設備及處理情況見圖12、圖13。處理前后鉆井液性能對比見表3。鉆井液處理前后固相含量變化見圖14，粒度變化見圖15。

圖14　含砂量對比

圖15　粒度分析對比

4　結論

1）隨鉆固化技術在現場成功實施，處理物環保指標合格，達到隨鉆收集、就地處理的目的，符合鉆井過程“不挖坑、不落地、零污染”的要求。

2）鉆井液現場處理再利用技術從根源上減少了廢棄物的排放量，體現出鉆井液的資源價值，經濟效益明顯。

參考文獻：

[1]蔡利山.石油鉆井廢棄物環境污染特征的分析與評價[J].西部探礦工程，2003（2）：54-57.

[2]姜子東.廢水基泥漿的初步分析[J].鉆井液與完井液，1992（1）：28-34.

[3]楊云鵬，何煥杰，聶軍，等.普光氣田深井聚磺鉆井液廢液處理裝置的研究及應用[J].鉆井液與完井液，2008，25（2）：60-62.

[4]朱墨.廢鉆井液對環境污染及固化處理室內研究[J].油氣田環境保護，1994（2）：3-11.

[5]李洪波.論鉆井液廢泥漿對環境的危害及處理技術[J].石油和化工標準與質量，2005（9）：48.