國外鉆井廢棄物無害化處理技術現狀分析

童 維

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江 大慶 163400）

鉆井廢棄物危害巨大，歐美國家早在20世紀70年代已經進行系統研究，起草頒布了健全的法律法規保護環境，逐步形成了多種成熟處理技術，較好地滿足了施工地環保要求。中國于2015年頒布實施的新《環境保護法》，也明確將鉆井廢棄物列為《國家危險廢物名錄》，隨著國家環保法法規的不斷完善和執行力度的不斷加大，國內外鉆井廢棄物無害化處理需求得到極大釋放，無害化處理業務前景廣闊。對鉆井廢棄物無害化處理技術等進行分析，對提高鉆井廢棄物處理技術水平和油田可持續發展具有重要指導意義。

1 鉆井廢棄物危害及常用處理方法

1.1 水基鉆井廢棄物

水基鉆井液廢棄物的常用處理法是固化法，即通過物理或化學的方法將鉆井廢棄物中的有害成分進行束縛、穩定化，以減少有害物質毒性和溶解性。當濾液檢測合格后可就地掩埋復耕等，這種處理方法成本低廉、施工簡單，實用性也較強。常分為水泥基固化、石灰基固化和水玻璃固化，又以水泥基固化和石灰基固化應用最為廣泛。但也存在著較多缺點，首先是不能將鉆井廢棄物中的固相和液相進行分離和回收，造成大量鉆井液浪費；其次是固化劑與鉆井液攪拌不夠均勻，固化質量難以保證和控制；并且固化后對地表污染較少，但對深部地層和地下水體還會造成一定污染[1]。

1.2 油基鉆井廢棄物

使用油基鉆井液的井，鉆井廢棄物油中含有的礦物油、化合物、重金屬以及瀝青、膠質等有毒物質屬于國家明確規定的危險廢棄物，在自然界中很難被降解，直接排放會對環境造成嚴重污染和破壞：①油基鉆井液中的大量油相會在水體表面漂浮而阻絕氧氣交換，影響水體生物生長；②油相含有的大量芳烴和重金屬離子具有致癌、導致基因突變等作業，在土壤中富集會被農作物等植被吸收而進入食物鏈，最終影響人類健康；③油基鉆井液中含有的各種無機鹽和堿類物質會引起土壤板結，嚴重降低土壤質量而影響農作物和植被生長。

廢棄油基鉆井液處理技術較多，主要有化學破乳法、溶劑萃取法、坑內密封掩埋法、地層安全注入法等，這些方法各有優缺點。國外最早采用固化掩埋法：向廢棄油基鉆井液中加入固化劑，將其轉化成類似于混凝土的固結體，再將其就地掩埋或者送到指定地點進行集中掩埋。這種處理方法雖然能暫時緩解油基鉆井液對環境的污染，但在經過一定時間后，在雨水和地下水沖刷和浸泡作用下，固結體中的重金屬離子、油相和有機物等仍然會緩慢滲透到附近的土壤中，甚至會滲透到地層深部或地下水層位，造成無法估量的損失[2]。

2 鉆井廢棄物處理要求

19世紀末到20世紀初的第二次工業化革命為歐美發達國家帶來經濟的飛速發展，但也給當地的生存環境帶來巨大傷害，由此認識到環境保護的重要性。

2.1 鉆井廢棄物處理要求

20世紀70年代以來歐美國家開始制定環保法規，逐步實施環境保護措施，并立法保護環境。目前已經形成了完備的法律法規來約束環境污染問題，各大油田所在地方政府均要求對鉆井廢棄物實現“零排放”（Zero-discharge），從源頭上減少到最終處理進行嚴格處理，環境逐步得到改善。對鉆井廢棄物的管理始終堅持廢棄物處理數量最少化、毒性最小化的管理原則，即源頭減少、再利用、再循環、再回收的“4R”原則。國外鉆井廢棄物無害化處理方式因技術發展差異也具有一定差異性。以美國為例，鉆井廢棄物中要求19%回收再利用，38%回注處理，15%集中處理，5%土壤分散處理，11%自然蒸發，2.5%道路分散處理，4%隨市政府或工業垃圾填埋，0.4%熱處理，09%采用現場回填等其他方式處理[3]。

在眾多國家的立法中以美國最嚴格，在1972年頒布《清潔水體條件》基礎上，根據水質標準及控制污染技術的發展，結合國家污染排放消除系統又相繼制定了一系列排放法律，明令禁止油基鉆井液、含油鉆屑直接排放，對于水基鉆井液及其廢棄物則需要通過生物毒性評價及游離油評價后方可排放。鉆井/完井液及其廢棄物對環境的影響及能否向海洋環境排放，必須通過糠蝦生物實驗和靜態發光試驗才能向外排放。

2.2 不同國家立法要求

美國不僅立法嚴格，在執法方面也十分嚴格。有關法律規定，在鉆井過程中，施工單位必須在每月和全井完鉆時提供所使用鉆井液的生物毒性數據。鉆井液及其廢物必須達標后才能排放，對于超標排放者，處以100美元/d的罰款，對于蓄意或無視規定的施工單位處以罰款，罰款標準在2500～25000美元/d不等，甚至會因為情節嚴重處以一年監禁[3]。

加拿大最為關注的是含油量及生物毒性，制定的相關法律明確規定，含高芳香烴原油及柴油的鉆屑禁止向大海中排放；鉆井液使用的基礎油必須要通過沉淀油與水混合的水溶液組分進行生物毒性試驗；各種鉆井液添加劑必須要提供有關試驗數據（如生物毒性數據必須滿足當地法律要求）。

英國禁止任何含有毒及難生物降解的、穩定的化學劑的鉆井液直接向自然界排放，還禁止含有汞、錫、鉻等金屬和有機鹵素和氯酚類等有機物的產品排放。采用棕蝦進行油類及油基鉆井液試驗，其LC50（半數致死量）必須大于1000mg/kg。

挪威現行法律規定，只有通過生物毒性試驗檢測才可排海，這種生物毒性檢測試驗使用的物種主要是海藻和貝屬動物。其毒性分類劃分如下：使藻類等發光菌發光能力降低一半時的試驗溶液濃度EC50必須大于1000mg/kg，雙殼貝EC50大于1mg/kg。

荷蘭對鉆井液及其廢棄物也要求進行生物毒性試驗和生物可降解性試驗。生物毒性試驗所用物種為藻類和甲殼動物[4]。

另外，國外許多地區對鉆井廢棄物含油量指標也進行了明確規定：北美要求小于3%；委內瑞拉陸上要求小于10%，海上小于5%；阿爾及利亞陸地上要求小于2%；英國要求小于1%；厄瓜多爾工業用地要求小于0.4%，農業用地小于0.25%，敏感地區小于0.1%。

3 鉆井廢棄物無害化處理技術現狀

鉆井廢棄物按照鉆井液體系不同，可以分為水基鉆井液廢棄物和油基鉆井液廢棄物兩大類，二者因組成成分不同，處理技術和工藝也存在較大差別。

3.1 國外水基鉆井液鉆井廢棄物無害化處理技術

國外對水基鉆井液廢棄物無害化處理技術研究較早，自20世紀70年代就開展了技術研究，并進行了現場應用，采用破膠絮凝、固液分離、固液相分別再處理實現達標排放，較好地解決了浸出液中重金屬離子含量超標、廢棄水基鉆井液COD值高的難題。

3.1.1 哈里伯頓公司

哈里伯頓公司研究了一套水基鉆井廢棄物處理系統，即固液分離脫水系統，其工作原理是通過加入化學處理劑對廢棄泥漿進行脫穩和絮凝處理，然后對絮凝的廢棄泥漿進行機械離心處理的工藝。主要設備包括沉淀及絮凝設備（罐）、離心機、加藥漏斗、液相轉運泵和固相傳送泵。在處理前，在通過室內試驗確定絮凝劑種類和加量后，將廢棄泥漿轉入設備中，用加藥漏斗按室內試驗確定的加量比例，加入足夠的絮凝劑，用攪拌泵充分攪拌，然后沉淀，最后用離心機進行高速離心后，就能完成鉆屑的脫水過程。在現場試驗中這套設備可以一次性處理14m3鉆井廢棄物，離心出來的清水可以全部返回循環系統進行重復使用[5]。

這套處理系統自2002年研發以來，分別在美國、中東地區、北海等國家和地區，為40多個業主提供鉆井廢棄物無害化處理技術服務。經其處理后的固相可以應用于其他工業領域，回收的液相可用于配漿重復利用，由于液相中含有一定的鉆井液處理劑，所以重復使用會減少處理加量，節約成本。

3.1.2 其他公司

除哈里伯頓公司以外，斯倫貝謝MI-SWACO公司和貝克休斯公司也對水基鉆井液廢棄物無害化處理技術進行了系統研究，形成的處理設備也分為混合與存儲系統、傳送系統和分離系統，處理工藝和步驟都是分為化學脫穩、高速離心等步驟以達到固液分離的目的。MI-SWACO公司鉆井廢棄物無害化管理思路為：減少生成、循環利用、適當處理和最終排放。

3.2 國外油基鉆井液鉆井廢棄物無害化處理技術

自20世紀90年代開始，熱解析技術逐步取代了部分傳統工藝技術，因為這套技術具有高效、穩定、資源可回收等技術優勢，也代表著國際上技術最先進、應用最廣的廢棄油基鉆屑處理技術。哈里伯頓、MISWACO等知名石油公司相繼研究熱解析技術和工藝，以提高廢棄油基鉆井廢棄物的處理能力。

3.2.1 哈里伯頓

哈里伯頓公司研制的油基鉆屑的處理系統，主要由機械甩干設備和機械錘磨熱脫附處理設備（TCC）兩部分組成。

（1）機械甩干設備。機械甩干設備由4個振動篩、1臺除泥器、1臺液體分配器、進料泵、1臺V-133甩干機和回收罐組成。油基鉆屑經過螺旋輸送機收集，送入垂直甩干機進行固液分離。經過離心機處理后的鉆屑含油率由12.9%降至5%左右，分離出的油基泥漿固相含量降低，性能達標后可返井繼續使用，也可通過變頻高速離心機繼續分離。

（2）熱脫附處理設備（TCC）。經離心機離心處理后的鉆屑加入密閉減壓系統中，通過機械摩擦產生熱量，使油基鉆井液和鉆屑中的烴類成分揮發，揮發的烴類經冷凝得以回收，回收的油可用于繼續配制油基鉆井液、用作燃料或者其他用途，最后剩下的固體廢物固化后可用于工程建設，如修路、建筑等用途。經過熱脫附處理后的鉆屑含油量可降至1%以下。

這套處理系統處理的鉆屑含油量能達到要求，但是設備運行費用高昂，難以實現隨鉆處理，往往需要建站集中處理，將油基鉆屑回收至處理站進行統一處理。

3.2.2 斯倫貝謝MI-SWACO公司

MI-SWACO公司研制的油基鉆井廢棄物處理設備與哈里伯頓公司設備相比，多了一套二次高速離心設備。油基鉆屑經垂直甩干機高速離心后，實現固液初步分離；初步分離的固相經螺旋輸送機送至熱脫附系統進行油相熱脫附處理，最后得到的油基泥漿會被送入另外一套高速離心系統，經變頻高速離心機進行二次固液分離，經甩干系統處理可使油基鉆屑含油量降至6%，二次固液分離后鉆屑含油量降至1%以下。

4 結論

在歐美等國家對環境保護高度重視情況下，國外各專業化泥漿服務公司在鉆井液技術研究和應用過程中，也一直注重鉆井廢棄物處理技術的研究與投入。哈里伯頓、貝克休斯、斯倫貝謝MI-SWACO等公司相繼形成了水基和油基鉆井廢棄物無害化處理特色技術，并實現了產業化，不僅減少了環境污染，還從鉆井廢棄物中回收了油相等能夠繼續循環利用的有用物質，節約了大量鉆井總成本。國外鉆井廢棄物無害化處理技術的研究和應用，對國內石油石化行業相關技術發展和油田可持續發展具有重要參考意義。