廢棄鉆井液分類處理及其效能探討

劉海水

中海油田服務股份有限公司 天津 300459

廢棄鉆井液的組成成分較為復雜，包括了原油、污水、巖屑、化學添加劑、重金屬等等，也正是基于其物質組成的復雜性，使得廢棄鉆井液毒性比較大，直接排放會對環境造成很不好的影響。從鉆井液體系進行劃分，可以將其分為廢棄水基鉆井液和廢棄油基鉆井液，這些廢棄鉆井液中包含的成分比較多，不處理好直接排放，就會浸入到土壤和海洋中，對生態系統造成嚴重破壞[1]。這幾年的快速發展，人們也逐漸意識到了環境保護的重要性，在環境保護方法國家也頒布了相關的法律法規，逐漸完善法律體系，從而確保了環境保護的有力性。

1 廢棄水基鉆井液處理分析

1.1 直接排放法

少數的淡水基鉆井液，由于其對周圍的環境影響不大，易于被環境凈化，因此可以采取沉降、機械脫水等方法，將其排出。該方法具有操作簡便、方便易行、造價低廉等優勢，但其“無毒無害”的界線不易界定，而且其應用范圍狹窄，不易普及。

1.2 循環使用法

對含少量污染的廢棄水基鉆井液、廢水等進行直接或簡易的處理后循環使用。例如，從鉆井液中提取的廢水，可以用來清潔鉆具，也可以回收利用，在對生產水進行加工后進行再注入或使用在重油中。采用外輸或回注的方式，將高礦化程度的污水進行再調配，而將污染的原油輸送到鄰近的聯合站進行處理。再利用循環使用法對廢棄鉆井液進行治理，既能有效地維護油氣田的環境，又能達到廢棄物資源化利用的目的。

1.3 固液分離法

固液分離法包括脫穩、絮凝、分離三個階段，是對廢棄鉆井液進行固化處理的一項相關技術，其工藝過程簡單易行，易于掌握。一般情況下，采用物理技術難以突破已有的穩定體系，且不能有效地進行直接分離。首先要進行化學破膠解穩，它的基本原理是：打破膠體的穩定性，然后利用微粒之間的范德華重力和布朗運動，讓膠體顆粒不斷膨脹，最終生成沉積物；與常規的絮凝（粒子的任意撞擊和混合，使其具有更大的粒度和更高的孔隙度）相比較，造粒絮凝技術可以通過對物理化學和動態平衡條件來改變粒子的合并規律和結構形態，也就是在液相介質中直接形成濕式密實的彈丸絮體。完成脫穩、絮凝后，采用固液相分離設備進行脫水，其中包括濾帶壓濾機、臥式螺旋離心機、新型板框壓濾機等[2]。

1.4 固化法

固化法是將固化劑加入到脫水后的廢棄水基鉆井液或鉆井液沉淀物中，將其轉變為類似于土壤的固體，再將其用于其它用途或將其掩埋于土中。因此，能夠在一定程度上減少對周圍土壤環境造成的傷害。固化法作為一種較為安全的處理廢棄鉆井液的方式，在油田得到廣泛的使用。根據使用的固化劑和固化過程的差異，對廢棄鉆井液進行固化的方法有：水泥固化法、粉煤灰固化法、石灰石固化法、水玻璃固化法等等。

通過對硅酸鹽水泥、高鋁水泥、頁巖等礦物成分的分析，潘寶風等人對其進行了綜合評價，并對其性質進行了研究。利用熱差值分析、 X射線衍射、 掃描電鏡等方法對廢棄鉆井液的固化和燒結機制進行了研究。研究發現，固化劑可使水泥基碳凝膠、水化鋁酸鈣等水化物，在一定程度上構成了一種新型的網狀結構。采用特殊的燒結制度，可以使廢棄鉆井液中的固化劑成分在一定程度上發生固相反應，從而形成強度等級超過MU20的高強度燒結磚，有效地防止廢棄鉆井液體的長期泄漏和環境污染等問題[3]。

1.5 MTC 技術

將廢棄鉆井液中的廢油和爐渣進行摻雜，再通過活化劑使其凝固組份活化，然后加入其他的助劑，可以生產出多種不同的固井液。它與水泥砂漿的相容性好，紊流排量低，粘稠過渡期縮短，在防止鉆探、固井、提高頂替效果等方面比普通水泥具有明顯的優越性。

王玉霞等人根據西部地區的廢棄鉆井液特點，進行了多次試驗，篩選出了優質的優質高爐礦渣，并進行了性能穩定的配制，適用于現場作業的 MTC低濃度礦渣固井系統，其組合物的綜合特性較好。利用這種新型的 MTC單級固井技術替代了雙級固井技術，已在三口技術上實現了三口技術的套固，有效地克服了新區高溫差、易漏失等固井技術問題，克服了雙級固井存在的循環孔、泵壓高、關閉不嚴等問題[4]。

1.6 土地耕作法

土地耕作法是利用土壤吸附、吸收、生物分解廢棄鉆井液中的有機物物質，將其轉化成水和二氧化碳。鉆井液中含有多種添加劑，對農作物的生長發育有一定的危害，而氯離子一旦進入土壤，就會導致土壤的養分流失，而且有些重金屬的濃度超過了土壤的凈化，因此，耕作方法并沒有得到廣泛的應用。在目前無毒無害鉆井液大力研發的形勢下，采用土壤耕作法對廢舊鉆井液進行治理仍具有廣闊的發展空間[5]。

1.7 回注法

回注法是指利用某種方法和技術，將廢棄鉆井液注入到安全地層、井內的環狀區域，或者在未滲透的情況下，重新進行密封。回注法對地層有很高的要求，絕不能讓廢棄鉆井液逸出，以免對地下水造成嚴重的污染。海上平臺在鉆探采油生產中，將無毒性的鉆井液直接排出，對于某些嚴重污染的廢棄鉆井液，通常采取回注法進行處理。一般情況下，在回注之前，要對廢棄鉆井液進行預處理，使液體內的固相物破碎、混合均勻，以調整回注廢液的流率和流量。通過對廢棄鉆井液進行回注，可以提高其工作壽命和保證其回注率，可以獲得更好的注入效果。

1.8 填埋法

填埋法包括：封閉坑填埋、鹽穴填埋、凍結填埋等。封閉坑道填埋是在基坑周圍和基底底部覆蓋一種有機質土壤，再用塑料板覆蓋，或在基底和周圍進行強化處理，防止滲水；在水池中填入廢棄鉆井液（基本上是干燥的），并用土壤進行封堵，恢復地貌。采用鹽穴填埋技術，是通過對地下鹽穴（1000米以下）自身的密閉和防漏能力，對廢棄鉆井液進行深埋，治理效果比較好，其特點是安全系數高，占地面積小，容量大，成本低廉。凍結填埋適合于溫度較低的地區，將廢棄鉆井液（包括鉆屑）注射到凍土層中，使其永久性凍結，避免了因移動引起的環境污染，從而節約大量土地面積。

1.9 復合混合法

復合混合法也被稱作污泥干燥場處理法，其原料是以粉末、木屑為主，其粉末要具有吸油性能、固氮性能、臭味保護、氣味跟蹤、降解能力等性能；木屑是木材加工過程中產生的一種具有疏松、透氣、均勻作用的副產物。采用此方法對廢棄鉆井液進行固、液兩相分離，提取出鉆井液中的基液后，再與混合料（粉末、木屑）進行充分的攪拌。然后平輔于一塊大場地上，但不可壓縮，要使其高度松散，使其充滿充足的氧氣和水分。在此過程中，它會很快生物降解，使其滲入到土壤的表面和底層，供作物所吸收。通過這種方法進行分解，其殘留物質就會喪失毒性，不會對周圍的生態環境產生任何的影響。它具有操作簡便、快速、勞動量小、節省費用的優點，可用于處理單井廢棄鉆井液。

2 廢棄油基鉆井液處理分析

2.1 回收利用法

對廢棄的鉆井液進行回收再利用，不僅具有一定成本效益，而且也對環境十分友好。油基、酯基和合成基的鉆井液可以將它們的基液提取出來，然后用來做其他油井的鉆井液，或者用作其他油井的燃料，也可以再添加一些外加劑，采取合適的方法回收再利用。

2.2 化學破乳法

所謂的“化學破乳”，就是將破乳劑、絮凝劑等與之相配的化學助劑加入到廢棄鉆井液中，將其分解成油、水和固三相。在此基礎上，油液沉淀后可作基礎油和燃料，經水處理后可再利用，或可直接排出。采用化學破乳工藝對廢棄鉆井液進行治理，設備簡單，能耗低，工藝條件溫和，可將油、水、固三相進行綜合回收，能夠取得較好的經濟效益及推廣應用效果，是確保國家可持續發展的重要措施。但由于所用藥劑的選擇性高，且不具備廣泛的應用性，從而制約了它的進一步發展。

2.3 生物修復處理法

利用生物修復處理法對廢棄油基鉆井液進行生物修復，可分為微生物降解和生物絮凝兩種。微生物降解法是通過微生物將廢油基鉆井液中的長鏈烴類或有機物分解成二氧化碳和水等，從而使其在一定程度上適應于環境需求。生物絮凝原理是將特定的微生物添加到廢棄鉆井液中，利用其在代謝中所生成的一種物質（即一種具有表面活性的高分子化合物），從而使得廢棄油基鉆井液發生破乳，油類物質形成絮凝沉淀，然后回收利用。不過，由于采用的微生物都是經過基因工程和細胞工程技術而得到的，因此，生物講解法在實踐中應用的比較多。

2.4 蒸餾法

熱蒸餾法是將廢棄油基鉆井液加入一個密封的減壓容器中，然后加入高溫和高壓的水蒸氣，使整個容器內部達到一定溫度，廢棄物中的烴類物質揮發后可以冷凝回收。廢油可以再作基礎油基、燃料等，固體殘渣后可以用作硬化鋪路和建筑材料。AJ. Murray等對哈薩克斯坦 Koshken油田的廢棄油基鉆井液進行了熱蒸餾法處理，發現在高溫下，尤其是在260～300℃的高溫下，廢棄油基鉆井液中的油和水相揮發，并通過凝結和濃縮后得到回收。熱蒸餾法是一項較為完善、能夠大規模處理廢棄油基鉆井液的工藝，目前已在很多油田中得到推廣使用。

2.5 溶劑萃取法

溶劑萃取方法是利用低沸點的有機溶劑，如乙酸乙酯、正己烷、四氯化碳，將廢棄油基鉆井液中的油質提取出來，萃取液再通過閃蒸，蒸發溶劑，獲得可再生石油，利用該方法可以回收利用的有機溶劑。溶劑萃取方法簡單，但揮發性強，試劑價格昂貴，而且有一定的危險性（所用的有機溶劑都是有毒的）。挪威一家鉆井廢棄物處理廠曾經采用這種技術對石油類鉆井液進行了處理，其原=油的回收率率達到94.56%，但出于對環境的保護和人類的健康考慮，不得不暫時停止了這種方法對鉆井液的處理。

2.6 超臨界流體萃取技術

超臨界流體萃取技術是目前世界上最成熟的一種物理萃取技術，目前國內外對其進行了大量的研究和開發。利用超臨界流體在臨界點附件的特殊性，使其具有強擴散能力、低粘度和強溶解性，從而使廢棄鉆井液中的可溶性成分從固相或乳液中溶入到超臨界流體中。超臨界流體萃取技術在鉆井過程中對廢棄鉆井液進行了預處理，將其與廢液進行混合，將廢液中的油萃取到該溶劑中，通過減壓后再進行重新分離，可以對污油和有機溶劑進行再回收利用，而多余的廢液則可以通過固、液分離等進一步工藝來處理。C. G. Street等對以二氧化碳為基礎的廢棄油基鉆井液和廢棄合成基鉆井液進行超臨界萃取，其萃取率可達98%以上。魏清平等人對廢棄合成基鉆井液進行了研究，重點探討了在超臨界二氧化碳中，怎樣提高其與鉆井廢棄物的接觸，消除廢棄固相的阻塞，降低其固相量等問題。采用同樣的溶劑，將相同含量的溶劑添加到廢棄鉆井液中，或者將廢棄鉆井液置于特定的容器中，都可以提高其處理能力。經過改進優化，該工藝的處理效果達到97%，而且經過進一步的驗證，超臨界流體萃取物不會對其產生影響，可以作為鉆井液的基礎液體，降低了鉆井費用。

3 結束語

廢棄鉆井液具有一定的綜合性，組成成分較為復雜，性質較為穩定，基于我國石油開發力度的加大，廢棄鉆井液形成了龐大的數值，加上廢棄鉆井液對環境的危害程度較重，所以必須重視對廢棄鉆井液的綜合處理。對于廢棄鉆井液的處理，要結合具體情況出發，考慮到鉆井液的性質特點，采取最為恰當合適的處理方法和工藝技術。進一步優化與完善廢棄鉆井液的相關處理技術，整合現代化技術手段，形成完善的多處理方法系統。對于廢棄鉆井液的處理，重點在于固液分離，加強脫水廢棄物綜合技術的研發力度。同時考慮到鉆井液毒性特點，大力研發新型無毒鉆井液體系，將其盡量推廣應用到開發現場，從根源上減少或降低廢棄鉆井液的污染問題，推動我國石油行業的穩定發展。