李學慶 楊金榮 尹志亮

（1.西南石油大學 2.中國石油集團長城鉆探工程有限公司）

隨著世界范圍內(nèi)環(huán)境保護意識的日益增強和環(huán)境保護法律法規(guī)的日益嚴格，鉆井液及其廢棄物對環(huán)境的影響引起了國內(nèi)外環(huán)境保護界、石油工業(yè)界及公眾的普遍關(guān)注。本文通過對鉆井廢棄物內(nèi)在污染機理的分析研究和通過對破膠及固化的技術(shù)研發(fā)，提出了水基鉆井液及其廢棄物無害化處理的新工藝技術(shù)，使得浸出液主要污染物達到GB 18918－2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》要求；通過機械除油技術(shù)、化學除油技術(shù)及微生物處理等技術(shù)集成，提出油基鉆井液含油鉆屑無害化處理的新工藝技術(shù)，達到油、水、鉆屑等物質(zhì)有效分離的目的，實現(xiàn)了油、水資源的回收再使用。鉆屑含油體積分數(shù)小于2%，低于GB 4914－2008《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》要求，具有很好的社會效益和經(jīng)濟效益。

1 鉆井廢棄物無害化處理技術(shù)研究

1.1 當前鉆井廢棄物處理技術(shù)分析

目前，常用的含油鉆屑處理方法有：鉆屑回注技術(shù)、固化處理法、焚燒法、生物處理法、離心分離法、鉆屑清洗技術(shù)等［1］。這些技術(shù)普遍存在以下問題：①處理費用高。如鉆屑回注法、固化法的高效固化劑成本問題；②產(chǎn)生其他污染或存在潛在威脅。如焚燒法需要焚燒設(shè)備，焚燒時會放出有毒有害物質(zhì)，產(chǎn)生二次污染。③除油率低，距“零排放標準”相差甚遠。這些處理技術(shù)很難實現(xiàn)含油鉆屑高效經(jīng)濟地處理。｀

1.2 鉆井廢棄物無害化處理技術(shù)的思路

鉆井廢棄物處理工藝技術(shù)不僅要考慮處理后對環(huán)境的污染問題，也要考慮處理的工藝技術(shù)及費用問題，針對水基鉆井液廢棄物，通過高效破膠劑的研發(fā)，對廢棄鉆井液中帶負電的微粒起電荷中和作用和吸附架橋作用，使體系中的微粒脫穩(wěn)、絮凝，從而有助于沉降和過濾脫水［2－4］；通過高效固化劑的研發(fā)，可使廢棄鉆井液硬化凝固，形成固態(tài)物質(zhì)，使得鉆井廢棄物的性能指標達到國家允許的排放標準，圖1是水基鉆井液廢棄物無害化處理工藝流程圖。針對油基鉆井液含油鉆屑，通過甩干機機械除油處理工藝［5－6］、高效除油劑化學處理技術(shù)和石油微生物處理3種無害化處理技術(shù)有機結(jié)合，實現(xiàn)了一整套新型油基鉆井液含油鉆屑無害化處理工藝技術(shù)的創(chuàng)新和集成，最終使鉆屑含油體積分數(shù)降低到2%以下，達到GB 4914－2008允許的排放要求。圖2是油基鉆井液鉆屑無害化處理工藝技術(shù)的流程圖。

1.3 水基鉆井液無害化處理室內(nèi)研究

1.3.1 高效破膠劑機理研究

高效破膠劑SDP－1是一種含有陽離子的高分子聚合物，主要作用機理為：①吸附作用－高分子聚合物通過氫鍵、靜電引力及嵌入3種相互作用方式參與吸附；②架橋作用－高分子聚合物與許多粘土微粒連接一起架橋形成絮團；③電中和作用－陽離子型高分子聚合物與帶負電的粘土粒子因電中和作用而產(chǎn)生絮凝；④沉淀物網(wǎng)捕機理－鉆井廢棄物中的膠體粒子被沉降的絮體沉淀物網(wǎng)捕。

1.3.2 高效破膠劑性能對比

用高效 破 膠 劑 SDP－1 與 AlCl3、Fe2（SO4）3、MgCl2等常用絮凝劑進行破膠實驗，SDP－1破膠效果好，形成的絮體大而致密，分離出的水色度較低，出水率較高，是一種很好的破膠劑。試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 破膠劑絮凝效果數(shù)據(jù)表Table 1 Flocculation effect of colloid breaker

1.3.3 高效固化劑性能研究

SDG是由多種有機物和無機物合成的高效固化劑，通過絮凝、架橋、水化等反應(yīng)，快速與鉆井廢棄物形成固體物質(zhì)，鎖住鉆井廢棄物的粒子空間，有效防止各種有害物質(zhì)溢出。SDG根據(jù)不同的水基鉆井液體系，其加量范圍為11%～25%。將SDG加入準備好的鉆井廢棄物中，適當攪拌，靜止固化，大約10天后測其固化浸出液的各項指標和固化體抗壓強度，數(shù)據(jù)見表2和圖3。

表2 固化劑處理效果數(shù)據(jù)表Table 2 Treatment effect of solid agent

1.3.4 不同固化劑對比研究

用高效固化劑SDG與GH－1、XG、XSG等國內(nèi)常用固化劑進行性能對比實驗。實驗表明，SDG加量適中，浸出液COD含量低，總Cr含量低，固化時間短，固化效果優(yōu)良，綜合效果優(yōu)于同類產(chǎn)品，達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。實驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 固化劑性能對比數(shù)據(jù)表Table 3 Data contrast of curing agent performance

1.4 油基含油鉆屑無害化處理室內(nèi)研究

1.4.1 機械除油實驗

利用機械離心原理將固相與液相進行分離，實驗方法為：①配制了柴油油包水鉆井液，將巖屑浸泡16h；②用振動篩把巖屑分離出來，進入甩干機進行分離；③測試甩出來的巖屑的含油量和含水量（用油水分離裝置測試），結(jié)果見表4。實驗顯示，經(jīng)過甩干機處理的含油巖屑油水含量大幅度降低。

表4 甩干機除油數(shù)據(jù)表Table 4 Data of dryer removing oil （%）

1.4.2 微生物除油實驗

利用微生物（嗜油菌）在含油巖屑表面與油類物質(zhì)發(fā)生降解反應(yīng)，使有機化合物逐步降解成小分子的無機物，最終徹底降解為CO2、H2O及其他小分子無機物。該方法環(huán)境副作用小，不會造成二次污染。實驗方法為：①菌株的優(yōu)選。根據(jù)不同的油品選擇不同的菌種、營養(yǎng)劑及活化劑等；②配制油基鉆井液，將泥巖巖屑浸泡16h；③用振動篩把泥巖巖屑分離出來，將選好的菌種放入含油巖屑，在特定的情況下處理；④測試巖屑含油量，測試結(jié)果見表5。表2顯示，經(jīng)微生物處理后，鉆屑含油量達到相關(guān)排放要求。

表5 微生物處理數(shù)據(jù)表Table 5 Data of microbial treatment （%）

2 現(xiàn)場應(yīng)用實例分析

2.1 水基鉆井液廢棄物處理

長慶油田莊36井使用水基聚合物鉆井液體系，進行了新型無害化處理技術(shù)的現(xiàn)場試驗，共處理鉆井廢液廢水821m3，鉆屑240m3，處理7天后硬度和緊密度均可達到IV級（處理后表面硬，有較大強度，手指不能將其壓碎），滿足無害化處理要求，平均成本為120元／m3，達到了試驗預(yù)期的要求，結(jié)果見表6，表7。

表6 莊36井無害化處理現(xiàn)場試驗結(jié)果Table 6 Test results of harmless treatment at Zhuang 36 well site

表7 莊36井組固體廢物無害化處理24 h效果Table 7 Harmless treatment results of solid waste at Zhuang 36 well site in 24 h

2.2 油基鉆井液含油鉆屑無害化處理現(xiàn)場試驗

在中國石油新疆油田分公司阜東081井進行現(xiàn)場試驗，該井由西部鉆探克拉瑪依準東鉆探公司承鉆。二開為215.9mm（8 1／2″）井眼，地層以泥巖為主，井深500～2 750m，使用白油油包水鉆井液體系（油水比＝9∶1），配方：5號白油＋水＋5%有機土＋3%降失水劑＋6%～7%三合一乳化劑（主、輔、潤濕劑）＋3%瀝青＋1%CaO＋重晶石。同時應(yīng)用新型油基鉆井液含油鉆屑無害化處理工藝技術(shù)，共處理含油鉆屑超過150t，回收油基鉆井液40t，最終鉆屑含油體積分數(shù)降到2%以下。處理前后含油率見表8。

表8 阜東081井含油鉆屑無害化處理效果Table 8 Harmless treatment effect of oily drilling cutting at Fudong 081 well site

油基鉆井液鉆屑無害化處理工藝技術(shù)在新疆油田阜東081井進行了應(yīng)用，取得了良好的效果，通過離心甩干和生物法處理后，鉆屑的評價含油體積分數(shù)降至1.17%，低于GB 4914－2008規(guī)定的≤2%的指標，每噸含油鉆屑綜合處理成本約360元，達到了預(yù)期的效果。

3 結(jié)論

（1）新型鉆井廢棄物無害化處理工藝技術(shù)先進、設(shè)計合理、安全可靠，具有很好的社會效益和經(jīng)濟效益，應(yīng)用前景良好。

（2）水基鉆井液廢棄物無害化處理通過破膠、固化等工藝技術(shù)處理，工藝簡單、方便使用，廢棄物達到GB 18918－2002允許排放標準。

（3）油基鉆井液含油鉆屑無害化處理通過機械、化學除油及微生物處理等技術(shù)集成處理，具有技術(shù)先進、工藝簡單、操作性強、處理效率高，并且不會產(chǎn)生二次污染等特點，實現(xiàn)了油、水、固相的有效分離，油類物質(zhì)回收再使用，水和固體達到GB 4914－2008允許的最低排放要求。

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