廢棄鉆井液無害化處理工藝設計

王金樹 周芳芳 蘭宏飛

（1.承德石油高等專科學校；2.新疆煤田地質局）

在油氣開發過程中，為了滿足鉆井工程需要和鉆井液性能要求，鉆井液體系中添加了如磺化褐煤、磺化栲膠、磺化酚醛樹脂、磺化丹寧和腐植酸鹽等多種處理劑[1]。鉆井結束后，含有大量難降解有機和無機處理劑的廢棄鉆井液體系具有色度高、pH 值高、COD 含量高、組分復雜、體系穩定、懸浮固相含量高、重金屬離子含量高等特點，使得廢物鉆井液不經過處理直接排放或處理不當會對環境造成巨大污染[2-4]。

1 廢棄鉆井液無害化處理技術概況

2015 年，隨著“史上最嚴環保法”的實施，國家對鉆井廢棄物的環境污染管理日益嚴格，環境污染入罪門檻降低，污染問責風險增加，對鉆井廢棄物處理提出了更高要求[5]。近幾年，許多國家提出了廢棄鉆井液“零排放”的目標，即改變廢棄鉆井液直接排放、就地掩埋、坑內固化等常規治理方式，通過對廢棄鉆井液實施無害化“不落地”處理，將廢棄鉆井液、固井水泥漿、鉆井廢水等鉆井廢棄物經破膠脫穩、固液分離等措施實現資源回收利用[6]。固液分離后的水經深度處理后直接回注地層或用于鉆井液配制，分離的鉆屑等固相進行無害化處理，制備成鋪路基土和免燒磚，達到強度和環保要求，用于鋪設井場和道路，實現固體廢物的資源化利用[7]。

冀東油田、大慶油田等東部老油田緊鄰農田、居民區、鹽池、養殖池及水資源等環境敏感區域，在老油田進行鉆井作業時必須進行廢棄鉆井液無害化處理，避免鉆井作業對周圍環境造成污染。在東部老油田鉆井過程中普遍存在井場作業面積狹小，廢棄鉆井液無害化處理設備擺放面積不夠，或設備擺放影響井場抽油機等其它設備的正常工作等問題。如何合理設計廢棄鉆井液無害化處理施工工藝與設備的布設，成為適應東部老油田小井場鉆井作業和解決廢棄鉆井液隨鉆處理的關鍵問題。根據大慶油田和冀東油田廢棄鉆井液處理現場應用情況，設計兩種廢棄鉆井液無害化處理方案。

2 廢棄鉆井液無害化處理技術

2.1 集中站廢棄鉆井液無害化處理技術

當油田井位相對集中、井場面積較小、井場周圍環境敏感時，可在井位比較集中的地方建設臨時集中處理站，對周邊井隊廢棄鉆井液采用分類收集、集中處理的方式進行廢棄鉆井液不落地處理，以實現廢棄鉆井液的無害化處理和資源循環利用。鉆井現場產生的巖屑和廢棄鉆井液進行隨鉆不落地收集，廢棄鉆井液經初級處理去除有害固相成分，保留有用成分回用井場。分離出來的巖屑及固相物質拉運至集中站制備成鋪路基土和免燒磚，達到強度和環保要求后用于鋪設井場和道路，實現固體廢物的資源化利用。剩余廢液（廢鉆井液、鉆井廢水）拉運至集中站經過破膠脫穩、絮凝、沉降、氣浮、氧化、固液分離等單元處理后的清水可拉運回用或回注。

建設集中處理站可實現井隊不開挖鉆井液坑、不埋設鉆井液收集設備，實現鉆井液回收利用，降低鉆井液費用和后續環境治理成本。

建設站點的選擇按甲方要求或各區離開發井比較近的位置，同時選擇老井具備回注條件的井場作為集中處理站點。集中處理站工藝流程如圖1 所示。流程如下：

圖1 集中站處理工藝流程圖

1）井場無法回用的廢棄鉆井液和廢水，經密閉式罐車拉運至集中處理站后，泵入緩沖罐收集。緩沖罐中的廢液經污泥泵送至加藥反應罐，進行氧化、絮凝反應。

2）絮凝反應后的廢液，采用污泥泵輸送至板框壓濾機進行固液分離。分離的固相通過皮帶輸送機送至無害化處理罐，通過添加無機/有機絮凝劑等處理劑充分混拌后，進入臨時堆放場。分離的液相通過污水泵輸送至濾液處理罐，深度處理后回用井場或回注地層。

3）井場廢棄鉆屑使用槽車拉運至集中處理站，通過皮帶輸送機輸送至無害化處理罐，加入破膠脫穩劑對固相中的污染物進行絡合、沉淀和封固，并與集中站其它固相一起進入臨時堆放場。

4）臨時堆放場的基土，通過挖掘機加入到配料機與其它輔料一起混合后，進入制磚機制備成免燒磚。養護一定時間經相關檢測達到標準后用于油田基建。

2.2 單井廢棄鉆井液無害化處理技術

根據現場實際情況，當需要單井隨鉆處理廢棄鉆井液時，可采用單井廢棄鉆井液隨鉆無害化處理工藝，即通過巖屑清洗收集裝置、巖屑除油裝置、絮凝反應裝置、固液分離裝置和壓濾水處理裝置五個部分實現單井廢棄鉆井液隨鉆無害化處理。工藝過程如圖2 所示，具體工藝流程為：

正常鉆進時，巖屑清洗裝置的入口對準振動篩的排出口，振動篩篩出的巖屑直接落入巖屑清洗裝置。清洗出來的泥水混合液流入除油裝置中，清洗后的巖屑進入巖屑收集罐。除砂器、除泥器及離心機分理出來的廢棄物分別用螺旋機輸送到巖屑收集罐中。臥式渣漿泵將收集罐中的巖屑泵入除油設備進行洗油處理，清洗下的油水混合物進入油類回收罐，巖屑等固相泵入絮凝反應罐進行破膠絮凝處理，達到固液分離要求后，用臥式渣漿泵泵入板框壓濾機進行固液分離。分離的固相通過皮帶輸送機、鏟車或槽車運至臨時堆放場，臨時堆放場對固相泥餅進行防滲、防塵處理。分離的壓濾水，通過臥式渣漿泵輸送至壓濾水處理罐，進行脫穩、絮凝、氣浮、氧化和吸附過濾等深度處理，經處理檢測合格后，用密閉罐車拉運至指定地點。

圖2 單井廢棄鉆井液無害化處理系統工藝總流程

板框壓濾機進行固液分離后，根據井場面積及甲方指定固相暫存點位置設計兩種固相轉運方式（圖2）。如果臨時堆放位置距離壓濾機較近，則采用方案1，即分離的固相通過皮帶輸送機送至鏟車外運處，由鏟車運至臨時堆放場，臨時堆放處對固相泥餅進行防滲、防塵處理。如果臨時堆放位置距離壓濾機較遠，則采用方案2，即分離的固相通過皮帶輸送機直接裝在槽車上，由槽車運至臨時堆放場。

2.3 廢棄鉆井液無害化處理設備選用及井場布置

廢棄鉆井液無害化處理工藝使用的主要設備包括鉆井液固控設備、螺旋輸送機、立式渣漿泵、臥式渣漿泵、巖屑收集罐、巖屑清洗機、除油裝置、鉆井液緩沖罐、絮凝反應罐、攪拌機、板框壓濾機、皮帶輸送機、壓濾水處理罐、實驗檢測室、鏟車、密閉罐車、槽車等。集中處理站廠區寬闊、面積較大，可根據服務井數和鉆井液處理量進行設備型號、罐體數量和擺放位置的選擇和設計。相比較而言，單井廢棄鉆井液處理設備如何適應井場面積小、鉆井周期短、搬家速度快的特點是東部老油田鉆井作業中亟需解決的問題。單井廢棄鉆井液處理設備的選擇和擺放應滿足單井廢棄鉆井液處理能力要求，滿足小井場擺放同時不妨礙其它設備的正常工作，具有拆卸、安裝方便，滿足井隊搬家時間要求，不影響甲方正常開鉆。

單井廢棄鉆井液處理設備根據單井鉆井液處理量、鉆井井場面積進行選擇，并進行合理的撬裝組合設計。具體設備平面布置如下：

1）巖屑清洗裝置、巖屑收集罐、螺旋輸送機為一體裝置，整體布置在一個撬上，整個撬的寬度為2.5 m，長度為12 m，高度為3.5 m。其中巖屑收集罐的體積為兩個40 m3的鋼制罐體。

2）巖屑除油裝置、油類回收罐、緩存罐等布置在一個撬上，整個撬的寬度為2.5 m、長度為12 m、高度為3.5 m。

3）鉆井液絮凝反應罐、加藥罐整體布置在一個撬上，整個撬的寬度為2.5 m、長度為12 m、高度為3.5 m。絮凝反應罐上的高效一體機主要對壓濾水進行氧化、還原、絮凝、氣浮等處理，達到分解、脫穩、絡合、吸附、凝聚、浮除和共沉淀等作用。

4）板框壓濾機、皮帶輸送機布置在一個撬上。

5）壓濾水處理罐、達標水罐、電控值班室布置在一個撬上。整個撬的寬度為2.5 m、長度為12 m、高度為3.5 m。

單井廢棄鉆井液隨鉆無害化處理設備的井場布置圖如圖3 所示，廢棄鉆井液無害化處理設備系統占地面積為132 m2。根據井場面積、井場其它設備擺放等實際情況，緩存罐、配藥罐等設備可根據井場實際情況進行擺放調整。

3 現場應用

圖3 單井廢棄鉆井液隨鉆無害化處理設備井場布置圖

目前集中處理站已在大慶油田探井廢棄鉆井液處理項目中成功應用，通過對集中處理設備區域和廢棄鉆井液固化處理區域進行防滲處理，可以實現廢棄鉆井液處理過程對環境保護，從而最大限度的降低環境污染風險。該處理方式配置6 個廢棄鉆井液存放池，用于臨時存儲不同類型的廢棄鉆井液體系。該集中站配備5 套板框壓濾機、3 套壓濾水處理高效一體機，可同時服務10 口井的廢棄鉆井液處理任務。該集中站單日處理泥餅量為500 m3，折合處理廢棄鉆井液量為1 500 m3，處理污水能力為720 m3/d，廢棄固相固化周期為20 天左右，廢棄固相固化后檢測指標達到《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準》（GB 36600—2018）中的相關要求，固化后制作的免燒磚100%用于油田基建，實現廢棄固相回收利用。該處理方式具有占地面積小、集中處理能力強、廢棄鉆井液處理成本低、冬防保溫措施好等優點。

單井廢棄鉆井液隨鉆無害化處理技術已在冀東油田成功應用，在工作過程中，面對有些井場作業面積小，井隊鉆井液固控系統緊鄰采油樹、抽油機或其它作業區相應設備等問題，通過合理的撬裝組合設計，滿足了小井場作業要求，確保施工正常進行。

4 結論

廢棄鉆井液無害化處理是東部老油田新井部署和老井側鉆過程中必不可少的環節，根據井場實際情況選擇合理的處理方案，可以解決井位集中、井場面積小、施工區環境敏感等廢棄鉆井液處理難題。

1）在環境敏感的東部老油田區域進行鉆井作業時，必須采用合理的廢棄鉆井液無害化處理工藝，避免鉆井作業對周圍環境造成污染。

2）當井位集中、井場面積小、井場周圍環境敏感時，可采用集中處理站方式處理周邊井隊廢棄鉆井液。該方法具有占地面積小、集中處理能力強、廢棄鉆井液處理成本低、冬防保溫措施好等優點。

3）單井隨鉆處理廢棄鉆井液應根據井場作業面積小，廢棄鉆井液處理能力和鉆井周期等因素綜合選擇廢棄鉆井液處理設備，使廢棄鉆井液無害化處理設備的處理能力與井隊實際情況相結合，設備選用根據井場實際情況“量身定做”。對鉆井完井作業過程中產生的廢棄鉆井液進行實時處理，實現廢棄鉆井零落地、即時處理和密閉運輸。