钻井废弃物随钻固化和钻井液一体化处理研究

钻井废弃物随钻固化和钻井液一体化处理研究

郭魁

冀东油田勘探开发建设工程事业部 河北唐山市 063200

摘要：随着经济的发展，油田的大规模开发会产生大量的废弃物，废弃物不经处理直接排放将对环境造成一定的危害，尤其是废弃泥浆和岩屑，采用随钻废弃泥浆不落地达标处理技术＋集中处理的模式，可以解决因排放造成的环境问题，将环保、安全的隐患降低到最低。

关键词：钻井废弃物；随钻固化；钻井液；一体化处理

引言

随着社会发展，人类对自身健康要求越来越高，然而人所处的环境状况却由于工业发展而不断恶化。目前，人们自身已经认识环保的重要性和改善环境的紧迫性，对环保要求也越来越高。在国际油价持续低迷形势下，该模式与油田发展矛盾格外突出，造成钻井整体投资的增加、经济效益的下降，甚至使部分生产区失去了开发价值。因此，寻找多元化、效益化的处理方式来破解低油价形势下油田公司钻井废弃物环保处理与效益生产的矛盾已成为油田公司绿色生产、效益挖潜的迫切需求。

1钻井液对施工人员及环境的影响

1.1钻井液对施工人员的影响

施工人员在作业过程中由于长时间接触钻井液及相关处理剂，会对其健康造成潜在的风险。钻井液对人体最常见的健康影响是造成皮肤刺激和接触性皮炎，其他影响包括头痛、恶心、眼睛刺激和咳嗽。主要的接触方式是：吸入气溶胶和蒸气、皮肤接触。钻井液的温度、流量和粘度也会影响工作现场的有害物浓度。

1.2钻井液对环境影响

通常情况下钻井液也会对环境产生不利影响，其影响程度主要取决于钻井液的类型、处理剂使用量和施工时间。钻井废物的物理和化学性质决定了其危险特性和潜在的对环境的影响。衡量钻井液废弃物对环境影响最主要的标准是测定其生物毒性。通常情况下油基钻井液被认为是毒性最大的钻井液，具有最严重的环境影响。钻井液对水生生物毒性的研究表明，油基钻井液中的基础油对生物的死亡率有显著影响，油基钻井液的毒性主要取决于其基液，对比以矿物油和柴油为基液的两种油基钻井液发现，以柴油为基液时的死亡率为73%，而以矿物油为基液时虎虾的死亡率为53%。

1.3钻井液废弃物排放的相关规定

受经济发展程度的影响，各个国家对钻井废弃物的排放标准有所不同。一般来说，油基钻井液由于具有较强的生物毒性，是不允许直接排放。但北海和挪威的法律允许排放经过处理的油基钻井液钻屑（要求含油量低于1%）。美国将合成基钻井液视同为油基钻井液进行监管，但英国、荷兰等国家的排放标准相对宽松允许直接排放合成基钻井的岩屑。

2钻井废弃物处理技术

随着油气资源的开采，不可避免的伴随着大量的钻井废弃物的产生，严重地危害着生态环境。由于钻井废弃物成分复杂，区域差异性较大。因此因地制宜的钻井废弃物处理方法是一直以来的巨大挑战，从国内外对钻井废弃物的处理技术来看，由于废弃物的来源众多，差异较大，因此针对不同的钻井废弃物的处理需要因地制宜。针对目前钻井废弃物的处理方法，可以概括为以下几类：固化法、溶剂萃取法、化学破乳法、微乳液清洗技术、微波热热解技术以及超临界流体萃取技术等。

2.1固化法

钻井废弃物的固化处理是目前运用最广泛、成熟的方法。其主要是针对固体废弃，如钻屑、污泥、粘土等进行固化掩埋。该方法主要是通过添加固化剂，使得钻井液转变成和土壤相同的固体，同时将废弃物中的重金属以及其它污染物固定，减少其流动性，从而避免了在土壤中进行移动，然后将其掩埋，进行植被土壤的修复。可以看出过程中最重要的是固化剂的使用，目前固化剂主要有2大类,如单一的无机固化剂：水泥、聚乙烯醇、甘油、尿醛树脂、沥青等；还有复合的固化剂，如钻井液转化水泥浆用固化剂JGH，由G级油井水泥、石灰、粉煤灰、炉渣和炉矿渣组成的复方无机固化剂。废弃物的固化材料具有很多类型，目前增强固化过程，降低毒性物质的浸出也是废弃物固化最主要的方向。固化法的主要优点是钻井废弃物集中处理,方便管理。单井泥浆池所用土地复耕时间短,处理场运行成本较低。应该研究开发出具可降解、有肥效、固化效果好的固化处理剂,避免对生态造成不可修复的损害。

随钻固化处理。废弃物随钻固化处理技术是近些年发展起来的一种钻井液无害化处理技术，其原理是向钻井废弃物中加入具有固结性能的固化剂，使其转化成类似混凝土的固化体，固结其内的有害成分，如重金属离子、有机物、油类等，可减小对土壤的渗透，进而减少对环境的影响和危害。

2.2溶剂萃取法

溶剂萃取法即通过相似相容原理，利用溶剂的溶解能力，来实现油类物质的回收。首先利用溶剂充分萃取含油泥浆，沉降分离固体残渣后，油和溶剂的混合体系经过蒸馏分离溶剂，实现油类物质的回收，同时分离出的溶剂可以再次用于泥浆的处理；分离的残渣可以通过加热移除残留的溶剂，进一步提高溶剂的回收效率。值得注意的是，该方法虽然可以有效地萃取油类物质，但是溶剂的回收一般需要通过蒸馏，能耗较大，同时有机溶剂的挥发性泄露对人体健康及环境都具有巨大的威胁。面对有机溶剂使用中的严重问题，一类绿色的溶剂迫切被需要。

2.3乳化和破乳法

乳化法即利用具有表面活性的物质，通过乳化作用实现油的移除，其可以避免溶剂的挥发、毒副性和残留等问题。因此，乳化法也被广泛运用于含油废弃物的处理。普通的表面活性剂能够实现钻屑中油的移出，但是其面临着严重的乳化问题，因此难以实现油的回收。一般来说，乳化法一般对于油基钻屑的处理更为有利，对于水基钻屑以及废弃油基钻井液等稳定含水体系，则需要先进行水的分离，然后对固废进行进一步处理，如溶剂萃取处理、固化处理等。该种方法处理废弃油基钻井液，工艺简单，油回收率较高，成本较低，是目前广泛采用的含油或油基钻井液废弃物处理方法。但是，该种方法的关键处理剂—破乳剂，其低温破乳效率低、普适性差。

2.4微乳液清洗法

随着表面活性剂的深入研究，在高盐度条件下许多表面活性剂难以保持较高的表面活性，基于表面活性剂的微乳液体系也逐渐引起人们关注。微乳液是由油、水、表面活性剂自发形成的各向同性的热力学稳定体系，其能显著降低液固界面的界面张力且增溶能力强。与传统清洗剂相比，微乳液较高的清洗效率，且能有效改变界面的润湿性能，制备简单，因此得到了广泛的运用。值得注意的是，一般的微乳液虽然可以实现油的移除，但是由于微乳液自身具有很好的热稳定性，因此难以实现油的分离和回收。重要的是，微乳液在分离油后可以再次回收，实现循环使用。

2.5微波热解技术

在传统的热处理中，能量通过传导、对流和辐射传递给材料。相反，微波能量通过与电磁场的分子相互作用直接传递给材料。受常规加热的材料的内部温度分布受其热导率的限制，而微波加热则导致材料的所有个别元素被单独加热。因此，使用微波的加热时间通常可以减少到常规加热方法所需的1%以下。微波加热是一种生态友好的废物解毒技术，因为与焚烧或常规热解等既定技术相比，微波加热作为完整的解毒过程具有更高的可持续性和有效性。微波技术作为一种节能、有效的固废分离技术，目前已经有大量的相关研究。

结语

钻井废弃物是石油勘探开发钻井过程中遗留下来的最大量的废弃物污染物，钻井废弃物的成分极为复杂，不经处理环境危害极大。随钻固化技术在现场成功实施，处理物环保指标合格，达到随钻收集、就地处理的目的，符合钻井过程“不挖坑、不落地、零污染”的要求。

参考文献

[1]王茂仁.新疆油田钻井水基固液废弃物不落地处理技术研究[D].四川:西南石油大学,2017.

[2]白振宇.油田钻井废弃物的污染危害及处理技术概述[J].资源节约与环保,2019(1):97.

[3]蔡利山.石油钻井废弃物环境污染特征的分析与评价[J].西部探矿工程，2003（2）：54-57.

作者简介：郭魁：男，1985.09，汉族，河北省唐山市人，工作于冀东油田勘探开发建设工程事业部，中级工程师。2011年1月毕业于河北理工大学法学专业，本科，现从事生产管理工作。

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