水基鉆井液廢棄物環保無害化處理技術研究*

高瑞亭

(中國石油集團長城鉆探工程有限公司鉆井液公司，北京 100020)

在油氣田鉆井作業結束后，通常會產生大量的廢棄鉆井液，水基鉆井液廢棄物中大多含有水、無機鹽、膨潤土、鉆屑、重晶石以及各種無機和有機處理劑，此外，還可能含有多種有毒重金屬以及石油類物質，污染物成分復雜，若處置不當，會對環境造成極大的污染[1-5]。

目前，國內外針對水基鉆井液廢棄物的處理技術方法主要包括直接填埋法、回注地層法、循環使用法、固液分離法、化學固化法以及生物處理法等，但這些方法均存在著一定的局限性和不足，無法徹底解決水基鉆井液廢棄物造成的環境污染問題[6-12]。因此，需要研究出一種適合水基鉆井液廢棄物環保無害化的處理技術，能夠減少水基鉆井液廢棄物可能對環境造成的損害。針對陸上M 油田水基鉆井液廢棄物的特點及處理現狀，以該油田最典型的廢棄水基鉆井液為研究對象，開展了固液破膠分離處理技術研究、液相廢水深度氧化處理技術研究和固相殘留物高效固相處理技術研究，形成了適合該油田水基鉆井液廢棄物的環保無害化處理技術技術，以期為同類水基鉆井液廢棄物高效合理處理提供一定的借鑒和參考。

1 目標油田水基鉆井液廢棄物處理現狀

陸上M 油田大多采用水基鉆井液體系進行鉆井施工，最常見的水基鉆井液體系是聚磺鉆井液體系，其產生的鉆井液廢棄物中不僅包含膨潤土、重晶石和巖屑等固相物質，還含有較多的磺化類處理劑、瀝青類物質以及潤滑劑等，使鉆井液廢棄物整體呈現出深黑褐色。根據資料調研分析，M 油田5個典型井區2016 年共計產生廢棄鉆井液約50×104m3，其中大多為聚磺鉆井液體系，廢棄鉆井液整體呈現出黏稠狀流體狀態，其組成比較復雜，穩定性較高，固液分離難度大。目前，M 油田針對水基鉆井液廢棄物主要采用固控處理裝置和甩干固液分離等物理處理方法，僅僅對其進行了簡單的固液分離，將液相回收重復利用，固相送至堆放廠進行干燥處理。隨著M 油田勘探開發的繼續進行，待處理的水基鉆井液廢棄物逐年增多，現有處理方法難以徹底消除污染隱患，因此，需要對水基鉆井液廢棄物開展更加高效的環保無害化處理技術研究。

2 水基鉆井液廢棄物環保無害化處理技術

針對M 油田水基鉆井液廢棄物的特點，從以下3 個方面分別開展水基鉆井液廢棄物環保無害化處理技術室內研究：①水基鉆井液廢棄物固液破膠分離處理技術；②液相廢水深度氧化處理技術；③固相殘留物高效固化處理技術。

2.1 鉆井液廢棄物固液破膠分離處理技術

2.1.1 破膠劑優選

以分離出水量和pH 值來評價不同破膠劑的處理效果，具體試驗方法為：量取200 mL 廢棄水基鉆井液(取自M 油田現場)，分別加入不同類型的破膠劑，加量(ρ)均為5 000 mg/L，在室溫下以100 r/min 的速率攪拌5 min，然后靜置30 min 后觀察出水量，并測定分離出水的pH 值，試驗結果見表1。

由表1 可見：加入不同類型的破膠劑后，廢棄水基鉆井液均表現出良好的破膠效果，分離出水量均在20 mL 以上，分離出水的pH 值均為堿性。其中高分子聚合物破膠劑SPG-1 的分離出水量最大，達到了32.6 mL，且其分離出水的pH 值為7.8，因此，選擇高分子聚合物SPG-1 為破膠劑。

2.1.2 絮凝劑優選

以分離出水的COD 值和色度來評價不同絮凝劑的處理效果，將經過破膠處理后的含水固相廢物進一步使用絮凝劑進行處理，具體試驗方法為：量取經過破膠處理后的廢棄鉆井液試樣200 mL，分別加入不同類型的絮凝劑，加量(ρ)均為6 000 mg/L，在室溫下以100 r/min 的速率攪拌5 min，然后離心分離出水，并測定分離出水的COD 值和色度，試驗結果見表2。

表2 絮凝劑優選試驗結果

由表2 可見：經過破膠處理后的廢棄鉆井液加入絮凝劑后分離出水的COD 值和色度變化差異較大，其中復合型絮凝劑XNG-3 的絮凝效果最好，分離出水的COD 值最小為2 350 mg/L，分離出水的色度最小為48 倍，因此，選擇復合型絮凝劑XNG-3 作為鉆井液廢棄物固液破膠分離處理的絮凝劑。

綜合以上研究結果，確定M 油田水基鉆井液廢棄物固液破膠分離處理技術處理流程為：首先使用破膠劑(高分子聚合物SPG-1)對鉆井液廢棄物進行初步固液分離，收集分離出水，然后再加入絮凝劑(復合型絮凝劑XNG-3)對破膠后的含水固相廢棄物進行絮凝處理，收集分離出水和固相殘留物，為后續液相和固相處理做準備。

2.2 液相廢水深度氧化處理技術

經過固液破膠分離處理后的液相廢水仍具有較高的污染性，主要表現為較高的COD 值、較高的色度以及較高的溶解態有機物含量等，因此，要達到廢水達標排放的標準，還需要對其進行進一步的處理，分別收集2.1 步驟中經過破膠和絮凝兩步操作后分離出的廢水進行深度氧化處理試驗。

2.2.1 氧化劑優選

將2.1 中依次經破膠和絮凝處理后的廢水作為氧化處理試驗用水，然后加入不同的氧化劑攪拌均勻后進行氧化處理，氧化劑加量(w)為1.0%，試驗時間為2 h，試驗溫度為室溫，試驗結果見表3。

表3 氧化劑優選試驗結果

由表3 可見：廢水中加入不同類型的氧化劑后，COD 值和色度均出現不同程度的下降，其中雙氧水的氧化處理效果最好，當其加量(w)為1.0%時，處理后的廢水COD 值可以降低至175 mg/L，色度降低至69 倍。

2.2.2 氧化催化劑加量的優選

為了促進氧化反應的進行和增強氧化處理的效果，考察了氧化催化劑CF-1 不同加量對廢水氧化處理效果的影響，氧化劑雙氧水加量(w)為1.0%，試驗時間為2 h，試驗溫度為室溫，試驗結果見圖1。

圖1 氧化催化劑CF-1加量優選試驗

由圖1 可見：隨著氧化催化劑CF-1 加量的增大，廢水COD 值和色度值均逐漸減小，當其加量(w)為0.5%時，廢水COD 值可以降低至100 mg/L以下，色度值降低至32倍，已達到國家標準GB 18918—2016 《城市污水處理廠污染物排放標準》二級標準中對污水COD值和色度標準的要求，因此，選擇氧化催化劑CF-1的加量(w)為0.5%。

綜合以上研究結果，確定M 油田液相廢水深度氧化處理技術處理流程為：在水基鉆井液廢棄物固液破膠分離收集的廢水中加入(w)1.0%的雙氧水和(w)0.5%的氧化催化劑CF-1，攪拌均勻后在室溫下進行氧化反應2 h 即可。

2.3 固相殘留物高效固化處理技術

經過固液破膠分離處理后的含水固相殘留物同樣仍具有較高的污染性，必須經過進一步的無害化處理后才能達到達標堆放的標準。固化劑可以起到吸附和固定廢棄物中污染物的作用，并能有效降低浸出液中污染物的含量。

采用經過2.1 中固液破膠分離處理后的含水固相殘留物作為研究對象，開展了固相殘留物高效固化處理試驗研究。試驗方法為：在廢棄鉆井液含水固相殘留物中加入不同類型的固化劑，混合均勻后加入到模具中，在室溫下進行固化處理試驗，試驗時間為7 d，然后評價固化體的抗壓強度和浸出液的COD 值、色度以及石油類物質含量等指標，試驗結果見表4。

表4 不同固化劑的固化處理效果

由表4 可見：在廢棄水基鉆井液含水固相殘留物中加入不同類型的固化劑后，固化體強度均有所增大，浸出液COD 值、色度以及石油類物質含量均有所降低，并且隨著固化劑加量的增大，固化效果越來越好。其中高效復配無機固化劑WGU-1 的固化處理效果最好，當其加量(w)為10%以上時，固化體的強度可以達到1 MPa 以上，7 d 浸出液中COD 值降低至100 mg/L 以下，色度倍數為15 倍，石油類含量(ρ)降低至5 mg/L 以下，可以達到國家標準GB 18918—2016《城市污水處理廠污染物排放標準》二級標準中對污水COD 值、色度以及石油類物質含量標準的要求。因此，選擇WGU-1 作為廢棄水基鉆井液含水固相殘留物固化處理技術中的固化劑，其加量(w)為10%。

綜合以上研究結果，確定M 油田固相殘留物高效固化處理技術處理流程為：在水基鉆井液廢棄物固液破膠分離收集的含水固相殘留物中加入(w)10%的高效復配無機固化劑WGU-1，攪拌均勻后，在室溫下進行固化，固化時間為7 d。

3 結論

1)針對M 油田水基鉆井液廢棄物特點及處理現狀，開展了水基鉆井液廢棄物環保無害化處理技術研究，主要包括固液破膠分離處理技術、液相廢水深度氧化處理技術和固相殘留物高效固化處理技術。

2)固液破膠分離處理技術研究結果表明：在水基鉆井液廢棄物中加入5 000 mg/L 的破膠劑高分子聚合物SPG-1，分離出液相后，繼續加入6 000 mg/L 的復合型絮凝劑XNG-3，可以使分離出水的COD 值降至2 350 mg/L，分離出水的色度降低至48 倍。

3)液相廢水深度氧化處理技術研究結果表明：在固液破膠分離出的廢水中加入(w)1.0%的氧化劑雙氧水和(w)0.5%的氧化催化劑CF-1 后，可以使廢水的COD 值降低至100 mg/L 以下，色度值降低至32 倍，達到GB 18918—2016 二級標準的要求。

4)固相殘留物高效固化處理技術研究結果表明：在固液破膠分離處理后的含水固相殘留物中加入(w) 10%的高效復配無機固化劑WGU-1 后，可以使固化體的強度達到1 MPa 以上，7 d 浸出液中COD 值降低至100 mg/L 以下，色度倍數為15 倍，石油類物質含量(ρ)降低至5 mg/L 以下，達到GB 18918—2016 二級標準的要求。