基于無害化的海上廢棄鉆井液處理方法分析

曾彥波

(天津科技大學，中海油能源物流有限公司，天津　300452)

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基于無害化的海上廢棄鉆井液處理方法分析

曾彥波

(天津科技大學，中海油能源物流有限公司，天津300452)

分析了海洋石油開采產生的廢棄水基鉆井液的構成和環境危害，以無害化處置方法為研究對象，參照國內外有關標準和應用技術，分析了理化處置方法、生物處置方法、植物-微生物聯合修復方法等技術的應用現狀。從環境保護的角度出發，生物處置方法以及植物-微生物聯合修復方法應作為廢棄水基鉆井液生物修復無害化處理的首先。國家和石油開采企業應盡快形成廢鉆井液的處理規范和標準，以減少廢棄鉆井液的有害排放。

水基鉆井液；無害化；處理方法；生物處置；微生物

據統計，我國油田每年鉆井產生的廢棄鉆井液約1200多萬噸，廢棄物數量巨大，國內外針對廢棄鉆井液的處理有著一系列的不同工藝，但處理結果千差萬別。國家環境保護部2012年發布關于印發《環境污染治理設施運營資質分類分級標準(第1版)》等8項標準規范的通知(環發[2012]92號)，其中“礦物采選過程中產生的固體廢物，包括尾礦砂、廢礦石、煤矸石、煤泥、礦泥、油井巖屑及廢鉆井液等；”作為工業固體廢物處理在《環境污染治理設施運營資質分類分級標準(第1版)》中已明確列出，但國家尚未出臺關于油井巖屑和廢鉆井液的處理工程技術規范和標準。

由于海上鉆井平臺空間有限，廢棄物處理裝備過大，無法配合使用。鉆井所產生的廢棄水基鉆井液大都無法及時處理，鉆進過程中未進入油氣層段的廢棄鉆井液達到《海洋石油勘探開發污染物排放濃度限值》(GB4914-2008)相關要求并經所在海區主管部門批準后向海排放。鉆入到油氣層下產生的廢棄鉆井液及鉆屑由于攜帶少量原油，需要運回陸地處理終端進行集中處理。

1　廢棄鉆井液的組成特點

鉆井液以流體介質和體系組成的特點分類可被分為：水基鉆井液、油基鉆井液、氣體型鉆井液和合成基鉆井液[1]。我國標準化委員會鉆井液體系分委會把將鉆井液分為：淡水鉆井液、飽和鹽水鉆井液、鹽水鉆井液、不分散地固相聚合物鉆井液、鈣處理鉆井液、鉀基鉆井液、油基鉆井液、氣體鉆井液等八大體系[1]。從流體介質角度看水基鉆井液，是以水為連續流體介質的鉆井液。水基鉆井液是由膨潤土、鹽水粘土、海泡石、重晶石粉、污油及多種化學處理劑組成的多相穩態膠體懸浮體系，含水率一般在35%～90%，pH值一般在8.5～12之間，呈堿性[2]。在原油開采的過程中與原油一同被開采出來的固體巖屑、泥沙、土壤、淤泥等混合物形成含油污泥。

廢棄鉆井液中，石油烴(Petroleum Hydrocarbons，PHCs)含量高達10%以上，是主要的污染物。重金屬類物質是廢棄水基鉆井液的另一類重要污染物，主要來源于添加劑中的無機鹽類(如，鐵鉻鹽等)等。

2　廢棄鉆井液對環境的危害

由于廢棄鉆井液中要添加許多化學物質，如不對其有正當的處置，會對環境造成很大的危害。廢棄鉆井液中危害環境的主要成分是石油烴、鹽類、聚合物、羧甲基纖維素類、重金屬(銅、鉛、汞等)和重晶石中的雜質。[3]最主要的污染物質是石油烴及其他有機物質。脂肪族化合物和芳香烴占廢棄鉆井液中PHCs的75%以上。氮硫氧形成許多極性化合物如環烷酸、硫醇、噻吩和吡啶。其中氮的含量不到3%，大部分包含在餾分油殘留的瀝青和樹脂中；硫的含量通常在0.3%～10%之間；氧的含量一般少于4.8%[4]。

廢棄鉆井液的環境危害主要表現在如下方面：對地表水和地下水資源產生的污染；導致土壤硬化，致使植物無法生長，土地無法返耕；各種重金屬和化學料劑對動物和植物生長產生影響，并通過食物鏈進入人體，危害人類身體健康。石油中含有多種毒性不同的有機成分，其中包括毒性較大的多環芳烴物質(PAHs)，PAHs可通過各種途徑計入人體，即使是十分微量也將對人體造成極大的傷害。當廢棄鉆井液進入陸地環境后，通過土壤向下遷移，最后進入地下水，造成地下水系統的污染。過高的pH值、高濃度的可溶性鹽及石油類物質等會影響土壤的結構使得附近土地呈現為棕褐色龜裂板結危害植物的正常生長。含有重金屬、油類、膨潤土、堿和化合物的有機物等對人、畜和環境有害。有機處理劑、重金屬及堿類物質等有害物質的COD值也較高會危及農作物的生長。廢棄鉆井液及鉆屑不經處理直接排放會對環境造成嚴重影響和破壞，直接或間接對動物、植物及人類生存健康產生危害，不利于人力對環境和經濟實施可持續發展的戰略目標，因此應在鉆井完成后對鉆井液進行無害化處理。

3　廢棄鉆井液無害化處置方法

3.1理化處置方法

3.1.1回填法

該方法因花費少、操作方便等原因，石油開采企業普遍采用的方法。回填前，首先將廢棄的鉆井液在特定的儲存場所進行沉降分離，分離后上層分離出的水分離后加入一些混凝劑，達到規定排放標準后就地排放。底層的污泥，經過干燥和簡單處理后，直接轉移至儲存基坑內進行填埋，填埋區域頂部應鋪設較厚的表土層，并使儲存坑的周圍恢復到原來的地貌[5]。

3.1.2回注地層法

這種處理費用成本較高，因地層安全性的原因也可能導致地下水污染，在一些發達國家受到應用限制。為了防止地下水污染和油層破壞，選擇合適的安全地層時，應選擇壓裂梯度較低，以及地層滲透性差的的注入層，而上下蓋層必須致密、強度高。該方法是將廢鉆井液通過井眼注入地層中或保留在井眼環空中[6]。

3.1.3循環利用法

循環利用法是指將廢棄鉆井液、廢水等經過簡單的設備處理后循環使用。針對油基、合成基鉆井液成本較高的特點，為實現循環重復利用、節約成本，國內多家鉆井工程技術公司采用具有國際領先水平的泥漿處理設備，成功實現了對鉆井液進行處理凈化，使其性能達到要求后轉運至其他井場繼續使用。目前國內已投入使用的設備，對常規鉆井液及包括合成基鉆井液在內的油基鉆井液的回收利用率已達60%左右，日處理量可達到200 m3。

3.1.4穩定化法

穩定化法是一種快速和廉價的廢棄物處理技術，通過將污染物轉化為不溶性或低毒的形式的物質(即穩定化)，并且建立一個持久性、結構完整性高的基質來封存它們(即固定化)達到處理廢物的目的。這種方法能很好地減少廢棄鉆井液中的重金屬和有機物對土壤的破壞，又可保證廢棄鉆井液池在鉆井完成后的還耕。

3.1.5MTC 轉化技術

MTC(Mud To Cement)轉化技術是利用廢棄鉆井液較好的降濾失性和懸浮性，通過加入高爐水淬礦渣和其它外加劑，將廢棄鉆井液轉化為固井液，從而變廢為寶，即消除了鉆井液外排所造成的污染，又賦予廢棄鉆井液新的用途[7]。

3.2生物處置方法

3.2.1堆肥法

堆肥法是指將廢棄鉆井液堆成堆體，利用外源微生物對其進行處理的方法。通過調節溫度、濕度，加強通風，或者木屑等添加疏松劑和營養物質改變堆肥法生物處理的效率。因為堆肥法更易控制，可以通過輔助控制設備，以減少揮發性有機物的排放[1]。但是堆肥法在處理廢棄鉆井液時所需要的時間較長，也需要較大的處理面積。

3.2.2生物反應法

生物反應法是將廢棄鉆井液與水混合將大部分污染物溶于水中，得到大部分溶解態污染物，微生物可以將這些污染物轉化成為低毒性的中間產物(如有機酸和醛類等)[1]，最終將這些產物轉化為H2O和CO2。生物反應法有其特有的優點，例如處理效率高、占地面積小等；但同時也具有處理工藝較復雜、成本高、耗能大等缺點，處理過程產生的揮發性有機物需要二次處理，泥漿仍需脫水處理。

3.3植物-微生物聯合修復方法

植物-微生物聯合修復是利用土壤-植物-微生物組成復合體系來共同去除污染物的一種環境友好型修復技術。由于在修復過程的效率較高、不產生二次污染，而且其處理成本相對其他物理、化學修復方法較低，因此植物-微生物聯合修復方法無論是在修復無機污染物還是有機污染物，都受到越來越多研究者的廣泛關注。在植物生長時，其根部為微生物提供旺盛的生長和附著的場所，同時，植物根際分泌物會刺激細菌對污染物的轉化作用；此外，微生物在旺盛生長加速土壤中污染物的去除和轉化的同時，也能促進植物生長和對污染物的吸收[7]。但是，污染物種類繁多、理化性質差異較大、修復植物種類多種多樣、微生物類群龐大以及污染土壤類型理化性質也各不相同，給修復植物的選擇和微生物的篩選帶來很大難度。并且修復過程較復雜，時間相對較長，會受到溫度、營養等環境因素的限制，也同樣加大修復的難度。

4　結　論

國外對廢棄鉆井液的無害化處理研究比我國稍早，而且處理技術、方法和經驗較豐富，但近些年國家各科研院所和石油開采服務企業通過引進、消化和自主創新[8]，已在許多領域和油田應用了一系列比較成功的處理技術。從環境保護的角度出發，生物處置方法以及植物-微生物聯合修復方法應作為廢棄水基鉆井液、鉆屑生物修復無害化處理的首先，也是今后廢棄鉆井液無害化處置方法和處理工藝的研究方向。

環境保護是我國的一項基本國策，2015年國家新環境保護法的實施，更是進一步明確了國家對保持經濟、環境同步可持續發展的戰略目標。石油開采企業要履行好建設綠色油田的責任和使命，營造健康清潔的油田生產、生活環境，最大限度的貢獻地區公司的經濟價值和社會價值。同時，應盡快建立海上廢棄鉆井液處理排放的企業標準，規范廢棄物排放，減少鉆井廢液、鉆屑帶來的環境污染，保護陸地及海洋環境。

[1]吳明霞.廢棄水基鉆井液環境影響及固化處理技術研究[D].大慶:東北石油大學，2012.

[2]劉憲斌,劉青.生物法修復廢棄鉆井泥漿和含油污泥的研究進展[J].環境污染與防治，2015，12(2):14-19.

[3]董婭瑋.廢棄鉆井泥漿固化處理技術研究[D].西安：長安大學,2009.

[4]Mait K，Marcia M，Aleksander M. Characterization of oily sludge from a waste water treatment plant flocculation-flotation unit in a petroleum refinery and its treatment implications[J]. Journal of Material Cycles and Waste Management，2008,10(1):79-86.

[5]張淑俠.淺論鉆井廢泥漿對環境的危害及處理技術[J].安全與環境工程，2007(4):148-149.

[6]李建山.完鉆井井場混合液固化處理技術研究[J].成都：西南石油大學，2006.

[7]何瑞兵.水基廢棄鉆井液無害化處理研究[D]. 成都：西南石油學院，2002.

[8]黃鳴宇. 廢棄鉆井液固化處理技術研[D]. 大慶：東北石油大學，2011.

Analysis of Disposal Method of Marine Waste Drilling Fluid Based on Harmless

ZENG Yan-bo

(Tianjin University of Science and Technology，CNOOC Energy Logistics Co., Ltd., Tianjin 300452, China)

In offshore oil exploitation of abandoned water-based drilling fluid composition and environmental hazards as the object of study, with reference to the domestic and international relevant standards and application of technology, the application status of disposal methods, biological disposal methods, plant-microbial remediation method technology was analyzed. From the perspective of environmental protection, biological remediation and disposal methods of plant microbe bioremediation should be used as drilling fluid harmless treatment of waste water base first. In addition, the state and oil exploitation enterprises should establish a drilling fluid treatment discharge standards, regulate waste emissions, to reduce environmental pollution caused by waste drilling fluid.

water base drilling fluid; harmless; treatment method; biological treatment; microorganism

曾彥波(1987-)，男，工程師，碩士(在讀)，主要從事安全生產、環境保護、職業健康等管理工作。

TE992.2

A

1001-9677(2016)09-0149-03