鉆井水基固液廢棄物不落地處理技術

周 波，廉曉龍，黃 磊，孫 楠

（合肥通用機械研究院有限公司 ，安徽合肥 230031）

0 引言

鉆井的水基固液廢棄物主要是鉆井開采產生的巖石屑、沖洗廢水、鉆井廢液等，鉆井水基固液廢棄物中含有較多重金屬粒子和無機物，液相的pH值偏高，COD（Chemical Oxygen Demand，化學需氧量在一定條件下，用一定的強氧化劑處理水樣時所消耗的氧化劑的量，以氧的mg/L表示）值偏高，容易對動植物生態造成破壞，對環境污染較大，傳統的處理方法是將廢棄液排入污水池中收集，然后進行固化處理，傳統工藝存在較大的環境污染風險。由于石油勘探區域多屬于生態環境較為脆弱地區，生態環境一旦被破壞就難以自我修復，而水基鉆井液使用頻率較高，數量大。以克拉瑪依油田為例，每年的新增鉆井高達千口，每年的廢棄液高達數十萬立方。2011年渤海蓬萊油田漏油事件，最大油膜面積高達158 km2，2013年中石油長慶油田的污水違規排放事件，導致鄂爾多斯草原水生態被嚴重污染，羊群出現大面積的病死現象，還對草原地下水系統造成了威脅。隨著人們對環境保護意識的增強，對鉆井的水基固液廢棄物進行無害化處理勢在必行。

1 國內外發展現狀

國內外在21世紀50年代就開始研究巖屑的處理，針對不同的使用范圍，采用了直接排放法、土地耕作法、鉆屑回注法、固化處理法等。直接排放法是早期的處理方式，用于簡單的水基鉆井液所產生的巖屑，對巖屑的環保要求高，目前已經淘汰該處理方式。土地耕作法利用土壤中的微生物對廢棄巖屑進行降解，將巖屑與土壤充分混合，主要是對微生物的篩選與培養，而且處理條件嚴，處理時間長，難以大范圍的規模使用。鉆屑回注法是將鉆屑碾磨后成為有一定黏度的液體，將黏液注入井中，再用水泥將井封堵起來。該方法回注的黏液容易通過裂縫滲漏，造成地下水和油層的污染。固化處理法是在廢棄鉆屑中加入固化劑，將鉆屑轉成固體材料，用于填埋和建筑材料，目前國內采用該技術較多，固化材料有水泥、氧化鈣等。

國內外最新采用不落地處理級數對水基巖屑進行無害化處理，可以回收巖屑黏附的油相，可以通過固液分離設備和電化學電吸附等原理，清除固相，回收液相，將固相還能制備成泥餅，用于鋪墊井場。水基鉆井廢棄物不落地技術已經成為鉆井環保發展的趨勢，該處理技術包括廢棄物收集單元、破膠處理單元、固液分離單元，處理工藝是將廢棄物經過稀釋、絮凝、分離，將固相和液相分開，達標的巖屑可以直接排放，不達標的進行水洗、分離、化學反應以及物理脫干后進行收集，有機類物質進入水中，水處理單元經過過濾、滲透等工藝，達到污水綜合排放標準后，可以進行回收再利用。鉆井水基固液廢棄物不落地處理技術工藝流程（圖1）。

圖1 鉆井水基固液廢棄物不落地處理技術工藝流程

2 鉆井廢棄物不落地處理技術的特點

（1）避免了挖掘鉆井廢棄物的儲存池的挖掘。傳統的廢棄物儲存池在開鉆到完井這段時間內，廢棄泥漿可以緩慢的滲透到地層，對底層造成嚴重污染。采用不落地處理技術，可以不用開挖儲存池，在開采的同時將鉆屑進行無害化處理，制備成可利用的建筑輔材，減少了占地面積，也不需要挖掘填埋池。

（2）實現了廢棄物的分類收集。鉆井廢液和鉆液如果長期儲存在儲存池中，鉆屑中的污染隨著浸泡時間延長，而產生更多復雜的產物，增加了廢棄物的處理難度，加重了對環境的污染。將鉆井廢棄物不落地處理，可有效地將固液兩相進行合理的分類，便于后期的分類處理。

（3）實現了廢棄物的無害化處理和有效回收利用。不落地處理技術可以將液態的水回收利用，進入鉆井廢物處理的前段工序，鉆屑經過處理后，用于鋪路基土材料。

采用不落地處理技術，改變了傳統采用的固化方式，體現了國家對環保問題的重視，但是國內的處理方式仍較為單一，配套處理設備較為落后，對于不落地處理技術的研發力度也不夠，處理設備差異大，處理效果和處理成本也參差不齊，模塊化、標準化、撬裝化的技術裝置還沒有得到推廣使用。當前國內外對于鉆井固液廢棄物處理的研究較多，但是很多新技術都處于室內評價或先導性試驗階段，企業對于環保投入缺乏持續的動力，所有的處理技術都存在資金投入大，經濟效益回報低的問題，必須考慮廢棄物的高效處理和綜合利用。隨著鉆井廢棄物的處理技術的發展，其主要趨勢是向著處理技術的多元化，處理設備的自動化和分類處理的精細化方向發展，通過不斷的研發投入，可開發出人機一體化、智能化的設備，減少人工成本，保證裝置的安全穩定的生產。

3 鉆井水基固液廢棄物不落地處理系統改進措施

廢棄物混合相收集裝備主要為振動篩、除砂器、除泥器、收集沉砂罐、離心分離機等。收集設備需要滿足快速的收集和轉移能力，離心機間歇使用，甩出的固相易黏附在設備內壁，造成離心機受到的阻力較大。沉砂罐子是不定時排放，單位時間排放量大，清罐時需將固液廢棄物從罐底排出。設備需要考慮溢流、固井等特殊情況，具有通用性和緩沖能力。

針對以上問題，選擇螺旋輸送機為輸送方式，螺旋輸送機在電機驅動下，軸螺旋轉動，推動物料前進，傳輸距離較短，傳輸物料的物理性能適用范圍較寬，螺旋輸送機的物料輸送量可按式（1）計算。式（1）中F為橫截面積；λ為單位體積質量；ε為輸送系數；v1為軸向移動速度。

輸送量與螺旋外徑、螺距、轉速和填充系數有關。根據計算可對螺旋輸送機進行選型，選擇采用U形槽螺旋輸送機，為滿足輸送機與固控設備的連接適用性，需增加輸送機的緩沖功能。

固液分離是鉆井廢棄物處理的關鍵，鉆井油田所在區域通常是條件比較艱苦，水源較缺乏的地區，對廢液的重復利用非常重要，并且固相進一步的資源化再利用，也具有非常好的應用前景。

（2）針對一次固液分離裝置，考慮液相重復利用，需采用機械振動篩產生反向旋轉，使篩網做縱向運動，物料在激振力的作用下完成篩分工作。根據對比普通橢圓運動篩、圓運動振動篩、直線運動振動篩、平衡橢圓運動振動篩的優缺點，發現平衡橢圓運動篩兼具了圓運動和直線振動篩的優點，處理量也比直線篩增大30%，而且平衡橢圓振動篩處理的鉆屑更干燥，含水量更低，更容易實現下一工序的無害化治理。篩網選擇板框式粘結篩網，網由表層網布、中間層、支撐層、框架層構成，網的振幅為6 mm，篩箱角度可調。

（3）二次固液分離裝置比一次固液分離的要求更高，因此通常需要加設壓濾機進行過濾，濾除液相中的顆粒物，由于需要廢液體系的不同，如果不能加入絮凝劑，則可以選擇臥式離心機進行分離，離心機的轉速越高，直徑越大，泥餅在離心機中的停留時間越長，則固相的含水率越低。

（4）固相固化處理工藝通常采用人工加藥方式和挖掘機機械攪拌，為了改變這種人工勞動強度大、容易發生安全事故的情況，采用單井中直筒垂直攪拌方式，攪拌中當物料達到設定高度時，啟動自動加藥裝置，攪拌到達一定時間后，將物料和處理劑再送至二級攪拌。

4 結語

開發環保型的鉆井液技術是從源頭上控制鉆井廢棄物對環境的污染，嚴控鉆井液處理的質量，降低廢棄物的處理難度和成本，降低鉆井液對環境的影響，但需要加強配套設備的研發，優化裝備性能，提高自動化、智能化程度，完善廢棄物的資源化技術體系，以徹底解決水基固液廢棄物不落地技術的相關問題。