油氣開(kāi)發(fā)鉆井廢棄物的處理及資源化利用研究

楊敏，陳曉岑，趙建夫，李衛(wèi)超

（1.同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院，上海 200092；2.同濟(jì)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092）

0 引言

鉆井廢棄物是在油氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的固液廢棄物，主要包括鉆井泥漿、廢液、鉆屑等。鉆井泥漿主要來(lái)源于鉆井和固井過(guò)程中排放的廢鉆井液。廢液色度高、pH高、化學(xué)需氧量（COD）高，且體系穩(wěn)定，若不經(jīng)處理，將嚴(yán)重污染土壤系統(tǒng)[1]。而鉆屑多為鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的固體顆粒，少部分以泥砂的形式混在鉆井液中，含油鉆屑的油含量較高，達(dá)到6.5%~23.6%，甚至更高[2-3]。這些廢棄物經(jīng)過(guò)填埋、固化等后期處理后，對(duì)環(huán)境和健康仍有潛在的危害，國(guó)家已明確將其列為危險(xiǎn)廢物，作為嚴(yán)控物品管理[4]。

我國(guó)油氣田每年開(kāi)采產(chǎn)生的鉆井廢棄物約為1000萬(wàn)m3。波蘭現(xiàn)在每年產(chǎn)生約8萬(wàn)t鉆井廢料，這類廢物被安置于廢物中和廠或堆填區(qū)。然而，這一做法不能完全消除其危害性，存在二次污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)[5]。日本要求海岸邊的鉆井公司將大部分鉆井廢棄物運(yùn)到陸上，由工業(yè)廢棄物處置公司進(jìn)行集中填埋處理[6]。英國(guó)環(huán)境立法規(guī)定排入北海的鉆屑?xì)堄嘤土勘仨毿∮?%[7]。美國(guó)大部分州都要對(duì)泥漿中的鉻、汞、等重金屬的毒性進(jìn)行控制[8]。我國(guó)在2015年實(shí)施新環(huán)保法，對(duì)固體危險(xiǎn)廢物的產(chǎn)生、收集、運(yùn)輸和處理提出更高的標(biāo)準(zhǔn)，要求油基鉆屑這類危險(xiǎn)廢棄物從產(chǎn)生到處理均不落地[9]。

目前，針對(duì)鉆井廢棄物，如何進(jìn)行高效無(wú)害化的處理與資源化的利用，已經(jīng)成為油氣開(kāi)采行業(yè)在環(huán)境治理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文在總結(jié)鉆井廢棄物無(wú)害化處理的基礎(chǔ)上，對(duì)其資源化利用的前景進(jìn)行了分析，并結(jié)合當(dāng)前存在的主要問(wèn)題提出一些建議，為油氣開(kāi)采行業(yè)鉆井廢棄物的處理利用提供參考。

1 鉆井廢棄物的處理

在廢棄物處理工藝中，通常針對(duì)液相（廢鉆井液）和固相（廢鉆屑）分別處理。鉆井廢棄物的處理流程可分為廢棄物收集模塊、固液分離與固化模塊以及污水處理模塊，如圖1所示。鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物在原位收集之后，先經(jīng)過(guò)固液分離工藝，將固體廢棄物（廢固）和液體廢棄物（廢液）分離，然后對(duì)廢固做固化處理，廢液則通過(guò)特定的污水處理模塊進(jìn)行回灌和排出。

圖1 鉆井廢棄物處理流程示意

1.1 鉆井液廢棄物處理

目前油氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用的鉆井液主要分為3類：水基鉆井液、油基鉆井液以及合成基鉆井液。水基鉆井液廢棄物大多由（鹽）水、燒堿、膨潤(rùn)土、處理劑等構(gòu)成；油基鉆井液在使用后會(huì)產(chǎn)生大量的含油廢棄物；合成基鉆井液廢棄物中含有大量的合成有機(jī)物，種類繁多，現(xiàn)階段對(duì)于合成基鉆井液廢棄物的處理還有很大的困難[10]。傳統(tǒng)的廢鉆井液處理方法包括固液分離、固化處理、化學(xué)降解、熱處理[11]等。

1.1.1 水基鉆井液廢棄物處理

水基鉆井液廢棄物無(wú)害化處理必須充分考慮環(huán)境污染、處理工藝及費(fèi)用等方面問(wèn)題，主要通過(guò)破膠、絮凝沉降、固化等工藝[12]，將絕大多數(shù)污染物混合在固化塊中，可以實(shí)現(xiàn)有效的處理。選用高效破膠劑中和并吸附水基鉆井液廢棄物中的帶負(fù)電微粒，促使負(fù)電荷微粒脫穩(wěn)并絮凝，加速沉降及過(guò)濾脫水。再使用高效固化劑，將水基鉆井液廢棄物硬化凝固，并使廢棄物性能指標(biāo)達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，這在國(guó)內(nèi)外鉆井生產(chǎn)過(guò)程中具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值[1]。

1.1.2 油基鉆井液廢棄物處理

油基鉆井液與水基鉆井液相比，具有很強(qiáng)的特殊性和差異性，主要以柴油或白油為主，添加有一定量的潤(rùn)濕劑、乳化劑、凝聚劑等處理劑[13]。具有油基或者合成基成分的鉆井液在鉆井完成之后，可以對(duì)其進(jìn)行回收，油基鉆井液一般循環(huán)使用，經(jīng)過(guò)處理后的油基鉆井液可以再次應(yīng)用到其它鉆井液中或者作為燃料使用[14]。Zhu等[15]提出了一種利用化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)化分離和無(wú)害化處理廢棄油基鉆井液的技術(shù)，在廢棄油基鉆井液中加入清潔劑以回收有用的油，回收率可達(dá)85%。現(xiàn)場(chǎng)處理前后情況見(jiàn)圖2[15]。浸出液中的油、重金屬和其他污染物含量低于GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。此外，化學(xué)破乳法也是目前廣泛采用的油基鉆井液廢棄物處理方法，需要加入破乳劑破壞其穩(wěn)定性。該方法處理工藝簡(jiǎn)單，成本較低，其油回收率能夠達(dá)到90%以上[16]。

圖2 鉆井廢棄液的現(xiàn)場(chǎng)處理

1.1.3 廢棄鉆井液的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

煉鋼過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的鋼鐵粉塵，對(duì)這些鋼塵的處理正成為一個(gè)主要的環(huán)境問(wèn)題。Magzoub等[17]將煉鋼粉塵作為添加劑加入鉆井液配方中生產(chǎn)新的水基鉆井液配方，以減少鉆井液配方中原使用的膨潤(rùn)土和其他添加劑的量。結(jié)果表明，在滿足混合物穩(wěn)定的前提下，使用該鋼粉塵可以將膨潤(rùn)土用量減少到80%。因此，鋼鐵粉塵被認(rèn)為是一種潛在的低成本鉆井液添加劑。此外，為了避免嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，Chen等[18]將3號(hào)井的廢棄鉆井液用于制備透水磚，制得的透水磚抗壓強(qiáng)度為105.8 MPa，滲透系數(shù)達(dá)到0.0081 cm/s，可重復(fù)使用率高達(dá)90%，可作為一種新型路面鋪裝材料。Cheng等[11]利用廢棄鉆井液、爐渣和赤泥制備了一種新型膠凝材料，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)到16.7 MPa，重金屬的毒性浸出濃度均遠(yuǎn)低于HJ/T 299—2007《固體廢物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》標(biāo)準(zhǔn)限值，對(duì)重金屬表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定固化能力。

相比無(wú)害化處理，廢棄鉆井液回收利用是最好的選擇。段曉東等[19]首次在中東市場(chǎng)應(yīng)用廢棄物隨鉆一體化處理技術(shù)，用CaCl2完井液替換伊朗南阿油田井筒內(nèi)所有泥漿，使得伊朗S38井回收泥漿150 m3以及重漿100 m3，大大降低了廢棄物的處理成本，同時(shí)也節(jié)約S37井鉆井液施工成本。謝帥等[20]在吉林油田回收再利用鉆井液，使現(xiàn)場(chǎng)處理的鉆井液性能指標(biāo)達(dá)到新開(kāi)鉆井的技術(shù)要求。鉆井液現(xiàn)場(chǎng)處理試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)減少?gòu)U棄物排放量100 m3以上，節(jié)省環(huán)保處理費(fèi)用約3萬(wàn)元，節(jié)約鉆井液成本約2萬(wàn)元。

此外，Zha等[21]研究了將鉆井廢棄液轉(zhuǎn)化為環(huán)境友好型土壤的配方，提出將天津大港鉆井廢棄物混合20%煤、10%固體污泥以及5%木屑，處理后的鉆井廢棄液確實(shí)有利于植物生長(zhǎng)（土壤有機(jī)質(zhì)大于30 g/kg，孔隙率大于50%），該處理工藝簡(jiǎn)單易行，成本低（<100元/m3）。且此開(kāi)發(fā)的環(huán)保配方已成功應(yīng)用于天津大港油田。

1.2 油基泥漿鉆屑的處理

油氣開(kāi)發(fā)產(chǎn)生的油基鉆屑是油基流體和巖屑的混合物。與其他流體（水基和合成基）相比，油基流體的鉆井性能最好。目前，越來(lái)越多的國(guó)家頒布了嚴(yán)格的油基鉆屑排放標(biāo)準(zhǔn)[22]。在我國(guó)，油基鉆屑已被列入2021年版《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》（廢物類別：HW08）。

在對(duì)油基鉆屑處理前，首先要對(duì)鉆屑進(jìn)行預(yù)處理，所有過(guò)程主要通過(guò)振動(dòng)篩系統(tǒng)獲得油基鉆屑，如圖3所示[23]。油氣開(kāi)發(fā)產(chǎn)生的鉆井廢物中具有高濃度的重金屬和有機(jī)物，產(chǎn)生的鉆屑屬于四級(jí)危險(xiǎn)產(chǎn)品，對(duì)環(huán)境有很強(qiáng)的毒性影響，這將直接影響鉆屑的后續(xù)處理技術(shù)[24]。普通鉆屑通常采用固化和不落地處理技術(shù)，處置效率高，對(duì)環(huán)境的污染小。目前國(guó)內(nèi)探索的油基鉆屑的處理方法主要有化學(xué)清洗法、萃取法、微生物降解法、熱處理法[25]等。

圖3 油基鉆屑的預(yù)處理

1.2.1 化學(xué)清洗法

化學(xué)清洗法是一種常用且廉價(jià)的方法，利用破乳劑和活性劑降低油水界面張力，破壞油基鉆屑的乳化體系，實(shí)現(xiàn)油基鉆屑中有機(jī)物分離。將化學(xué)清洗與超聲波技術(shù)聯(lián)合使用可加速含油介質(zhì)的脫落，從而改善清洗效果[4]。切換式溶劑的出現(xiàn)分步實(shí)現(xiàn)了對(duì)油基鉆屑中有機(jī)物的萃取分離和油回收，而溶劑依舊可以循環(huán)使用[26]。該方法成本較低，清洗條件溫和，缺點(diǎn)是清洗后產(chǎn)生大量的廢水，增加了后續(xù)處理難度。

1.2.2 萃取法

萃取法實(shí)質(zhì)是基于“相似相溶”原理，用高效的萃取劑將油基鉆屑中的有機(jī)物萃取分離的方法。萃取劑多種多樣，包括有機(jī)溶劑萃取、超臨界二氧化碳萃取[27]、亞臨界水熱萃取[28]。劉宇程等[29]選用石油醚為萃取劑，對(duì)含油率為41.75%的油基泥漿鉆屑進(jìn)行處理，在液料質(zhì)量比為3∶2、萃取溫度為36.5℃、萃取時(shí)間為25 min的條件下，除油率達(dá)83.10%，回收率可達(dá)90%。該方法的萃取效率高、無(wú)污染、成本低，但其缺點(diǎn)是需在18~25 MPa高壓下進(jìn)行，在一定程度上限制了其大規(guī)模工程應(yīng)用。

1.2.3 微生物降解法

該方法一般選育具有高效降解能力的微生物復(fù)合菌群，微生物在廢棄物中原位生長(zhǎng)繁殖，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的生物和化學(xué)過(guò)程，對(duì)油基鉆屑中的有機(jī)物進(jìn)行生物分解，使其脫毒、脫膠、脫鹽堿、脫水，從而達(dá)到無(wú)害化處理。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是不增加其他物質(zhì)，降解后環(huán)保效果好，沒(méi)有污染，是目前廣泛研究和應(yīng)用的處理技術(shù)[30]。缺點(diǎn)是培育復(fù)合菌群所需的周期比較長(zhǎng)，且菌種不具有廣譜性。

1.2.4 熱處理法

熱處理法主要是通過(guò)電磁波或高溫等處理技術(shù)對(duì)油基鉆屑中有機(jī)質(zhì)、油等實(shí)現(xiàn)熱解、分離的技術(shù)。其產(chǎn)物需要進(jìn)一步處理以去除其高鹽度，因?yàn)楦啕}度對(duì)環(huán)境具有嚴(yán)重的危害。油基鉆屑中的油可以在250~500℃的相對(duì)低溫下蒸發(fā)，并且可以回收用于鉆井或燃料[31]。錢煒等[32]在鉆井現(xiàn)場(chǎng)對(duì)油基鉆屑進(jìn)行預(yù)處理后，加入水泥窯進(jìn)行煅燒，油基鉆屑所含油類物質(zhì)在水泥窯內(nèi)燃燒徹底分解后成為熟料，且焚燒過(guò)程不產(chǎn)生廢渣。油基鉆屑所含重金屬離子固化在熟料礦物相晶格中，通過(guò)控制入窯固體廢物中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3含量大于40%，氯元素含量小于0.5%，氟元素含量小于0.04%，使生產(chǎn)的水泥滿足GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》要求。采用熱處理法能夠回收鉆屑中的柴油、白油等油類物質(zhì)，降低殘?jiān)暮吐剩瑫r(shí)也存在一定的劣勢(shì)，即熱處理技術(shù)設(shè)備投資大，需對(duì)脫附油進(jìn)行除臭處理。

2 鉆井廢棄物的資源化利用

鉆井廢棄物由于無(wú)害化處理技術(shù)的不同，其成分也往往存在較大的差異。因此，根據(jù)具體的物理化學(xué)特性，鉆屑的資源化利用也呈現(xiàn)出多樣性。油氣行業(yè)廢棄物的合理回收或利用，以保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)為前提，并將廢物轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的產(chǎn)品。介紹了4種鉆井廢棄物資源化利用途徑在土木、交通、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，以期為該廢棄物的資源化利用提供一定參考。

2.1 建筑材料

建筑業(yè)需要具有更高耐久性、更低環(huán)境影響和更低成本的材料。這就需要利用鉆井廢棄物作為添加劑對(duì)建筑材料進(jìn)行成分改性，以獲得具有所需性能的材料，資源化利用技術(shù)主要是用鉆屑中的SiO2、BaSO4等無(wú)機(jī)組分，將鉆井廢棄物固化成一定的形狀制備建筑材料，包括陶瓷片、免燒磚、燒結(jié)磚、輕骨料、混凝土砌塊、水泥熟料、納米復(fù)合材料等。

Vaqueiro等[33]采用3種不同黏質(zhì)土壤，分別把鉆屑以10%、20%和30%的質(zhì)量加入到3種黏性土壤中，使鉆屑與黏性土壤結(jié)合，可得到高質(zhì)量的陶瓷片。所得陶瓷片經(jīng)干燥和燒成后體積變化小、孔隙率低、強(qiáng)度高。

除了瓷片等制造，王朝強(qiáng)等[34]自主創(chuàng)新了鉆井固體廢棄物制免燒磚技術(shù)，將0.5 kg水基鉆屑與0.2 kg水泥、0.05 kg粉煤灰、0.625 kg機(jī)制砂混合，所制的免燒磚體抗壓強(qiáng)度約10 MPa。張忠亮等[35]將20%質(zhì)量的鉆屑混合20%的水泥、47.5%的細(xì)集料、8%的粗集料、4%的石膏以及0.5%的外加劑，制得性能優(yōu)良的免燒磚，其抗壓強(qiáng)度16 MPa、吸水率10%，強(qiáng)度和浸出液相關(guān)性能符合JC/T 422—2007《非燒結(jié)垃圾尾礦磚》MU15等級(jí)要求以及GB 8978—1996中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。Li等[36]用頁(yè)巖的鉆井廢棄物制備了燒結(jié)磚，分析了燒結(jié)磚的微觀結(jié)構(gòu)，研究了溫度對(duì)磚物理力學(xué)特性的影響，且滲濾液中重金屬濃度遠(yuǎn)低于HJ/T 299—2007的規(guī)定限值。

Ayati等[37]通過(guò)試驗(yàn)把北海油田的鉆井廢棄物預(yù)處理后在1180℃下燒制，得到的輕骨料顆粒密度為1.29 g/cm3，吸水率為3.6%，抗壓強(qiáng)度為4.4 MPa。由此可見(jiàn)，輕骨料制造也是一種資源高效的廢棄鉆屑再利用的方法。

Ehsan等[38]發(fā)現(xiàn)，在混凝土中用干鉆屑代替20%的水泥，并摻入7.5%的粉煤灰和7.5%的硅灰可使混凝土的抗壓強(qiáng)度提高40%。Mohammed等[39]用熱處理的廢石油鉆屑代替50%質(zhì)量的砂土制備砂混凝土。砂混凝土表現(xiàn)出吸水性降低、吸附性降低、密度增加、導(dǎo)熱系數(shù)降低的特性，抗壓強(qiáng)度可達(dá)到16.5 MPa以上。

此外，油氣開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生了大量的油基泥漿鉆屑可以作為水泥熟料生產(chǎn)的原料。Lai等[40]采用化學(xué)分析、X射線衍射等方法研究了摻量為0、3%、6%和9%的油基泥漿鉆屑水泥熟料的抗壓強(qiáng)度。結(jié)果表明，在較低的煅燒溫度下，加入一定量的油基泥漿鉆屑可以成功地生產(chǎn)水泥熟料，降低燃料消耗。Abdul-Wahab等[41]研究發(fā)現(xiàn)，添加油基泥漿鉆屑不僅可以處理鉆屑和有機(jī)物，而且還可以降低水泥廠的二氧化碳排放量，同時(shí)能有效減少有害氣體的排放。Guereca等[42]發(fā)現(xiàn)，油基泥漿鉆屑不僅可以降低水泥生產(chǎn)的能耗，還能減少垃圾焚燒或填埋產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境污染。總的來(lái)說(shuō)，油基泥漿鉆屑制備水泥熟料可以實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源化利用，對(duì)環(huán)境保護(hù)起到積極的作用。

由于油基泥漿廢物含有大量的黏土礦物和金屬，使得這種廢物在工程納米復(fù)合材料應(yīng)用中具有很大的潛力[43]。Siddique等[44]已經(jīng)利用油基泥漿廢料制造出具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的工程納米復(fù)合材料。目前正研究該工程納米復(fù)合材料在工程結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。根據(jù)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由油基泥漿廢物混合7.5%的蒙脫土制成的低密度聚乙烯納米復(fù)合材料具有一定的導(dǎo)熱性能，可以使被視為行業(yè)環(huán)境負(fù)擔(dān)的油基泥漿廢物得到可持續(xù)利用。

利用鉆井廢棄物生產(chǎn)建筑材料均應(yīng)滿足建筑產(chǎn)品對(duì)土壤和地下水影響的相關(guān)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求。荷蘭在1995年頒布的《建筑材料說(shuō)明》規(guī)定，建筑工程設(shè)施不能損壞土壤和地表水[45]。日本于2010年頒布的《城市垃圾和污水污泥礦渣等固體垃圾使用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定用于建筑材料的固體垃圾需滿足浸出液測(cè)試方法和污染物的限值；而我國(guó)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》要求重金屬離子濃度不超過(guò)Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[46]。

2.2 復(fù)墾土壤和植物養(yǎng)缽

鉆井過(guò)程會(huì)產(chǎn)生污水、泥漿等污染物，而鉆井廢棄物的礦物組成與土壤相似。重金屬對(duì)土壤的化學(xué)污染是土壤覆蓋退化的最危險(xiǎn)因素之一，因?yàn)橥寥缹?duì)重金屬的自清潔能力極低，重金屬元素會(huì)不斷積聚在土壤中[24]。礦物的開(kāi)采會(huì)導(dǎo)致地表的大面積退化，在退化土壤上利用這種廢棄物可以改善土壤性質(zhì)。根據(jù)波蘭工業(yè)區(qū)生態(tài)研究所的數(shù)據(jù)，波蘭有超過(guò)80億m2的退化土地和395億m2受到工業(yè)退化威脅的地區(qū)[47]。按照可持續(xù)發(fā)展的理念，用廢棄物混合物覆蓋這些區(qū)域，可以生產(chǎn)植被，這是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)土壤復(fù)墾的解決方案。其中最常見(jiàn)的是農(nóng)業(yè)中鉆井污泥的使用。向土壤中添加污泥會(huì)提高植被恢復(fù)和植被生長(zhǎng)率，增加土壤礦化和提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。Kujawska等[48]在退化的土壤中加入鉆屑、污泥和鋸末來(lái)生產(chǎn)土壤混合物用于土地利用。結(jié)果顯示，生物活量隨土壤混合物中鉆屑含量的增加而降低。鉆屑中鈣、鉀、鈉等元素的含量比較高，pH值超過(guò)10，這可以用來(lái)中和酸性土壤，該土壤混合物適合大多數(shù)農(nóng)業(yè)植物的生長(zhǎng)。

近年來(lái)，眾多學(xué)者致力于利用鉆井廢棄物來(lái)解決土地退化或者干旱地區(qū)的植被綠化問(wèn)題。Pawul等[49]創(chuàng)造了一種由巖屑、沙子和各種有機(jī)廢物組成的含有污水污泥的混合物。有機(jī)質(zhì)的種類和數(shù)量對(duì)植物生長(zhǎng)有顯著影響，該混合物被證明是植物生長(zhǎng)的最佳混合物。Barker等[50]在美國(guó)俄克拉荷馬州東南部進(jìn)行了基于耕作法處理油基鉆屑的實(shí)驗(yàn)研究，在為期209 d的實(shí)驗(yàn)觀察期內(nèi)，鉆屑的含油量降低了89.5%。Ladousse等[51]在法國(guó)也進(jìn)行了將油基泥漿鉆屑用于土地耕作的實(shí)驗(yàn)，在為期2年的實(shí)驗(yàn)觀察期間，油基鉆屑碳?xì)浠衔锏纳锝到饴食^(guò)了75%，證明油基鉆屑被用作植物養(yǎng)缽具有一定的應(yīng)用潛力。

2.3 路基路面墊層

現(xiàn)階段油氣開(kāi)采產(chǎn)生的鉆井廢棄物日益增多，鉆井廢棄物在道路工程中的應(yīng)用也越加普遍。徐加放等[52]利用水泥、粉煤灰等對(duì)鉆井廢棄物進(jìn)行硬化處理，得到抗壓強(qiáng)度為3.2 MPa的硬化體用于路基墊層，相關(guān)性能符合GB 5085.3—2007《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)》和GB 8978—1996的要求。水泥和粉煤灰硬化處理成本分別為132.8元/t和98.8元/t。Li等[53]利用83%水基鉆屑混合4%粉煤灰、5%磷石膏和8%水泥制備路基墊層材料。制得的材料壓實(shí)度達(dá)92.5%，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)3.1 MPa，符合JTG F80/1—2017《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》。Tuncan等[54]利用5%水泥、10%粉煤灰和20%石灰混合穩(wěn)定的石油鉆井廢棄物作為道路建設(shè)的底基層材料。結(jié)果顯示，底基層材料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度顯著提高。此外油基鉆屑還可以作為路面混凝土的摻合料[23]和瀝青混凝土的礦物添加劑[55]用于道路建設(shè)。鉆屑廢料是一種非常好的施工材料，使用鉆屑進(jìn)行路基施工可降低施工成本。

近年來(lái)，由于勘探新的常規(guī)和非常規(guī)礦藏，波蘭的鉆井廢物數(shù)量有所增加，部分采礦廢棄物通過(guò)水泥或氫氧化鈣等手段穩(wěn)定下來(lái)，也在道路建設(shè)中得到應(yīng)用[56]。

2.4 巖土工程中的應(yīng)用

穩(wěn)定的鉆井廢棄物能否應(yīng)用于巖土工程，如工程填土、回填和基底材料等，一直是近年來(lái)的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。針對(duì)這一問(wèn)題，Piszcz-Karas等[57]將處理后的鉆屑生產(chǎn)得到的輕集料用到軟土地基上的路堤和擋土結(jié)構(gòu)后面的回填，證實(shí)可以在降低結(jié)構(gòu)側(cè)向壓力的同時(shí)減少地面沉降和提高穩(wěn)定性。Aboutabikh等[58]提出將一種處理過(guò)的油砂鉆屑廢棄物以30%的體積比例替代部分水泥應(yīng)用于空心桿微樁施工漿料中，使用灌漿混合物安裝的微型樁，灌漿體直徑有所增加，且表現(xiàn)出與使用常規(guī)灌漿安裝的微樁相同的軸向特性。為油砂鉆屑廢物轉(zhuǎn)化為高價(jià)值產(chǎn)品提供了綠色解決方案。

當(dāng)然，鉆井廢棄物目前在巖土工程界的應(yīng)用局限還比較大，對(duì)于鉆井廢棄物是否可以進(jìn)行一定處理后作為填料應(yīng)用到地基基礎(chǔ)中，還需要進(jìn)一步的研究。

3 問(wèn)題與建議

為了消除污染、保護(hù)環(huán)境，鉆井廢棄物的管理越來(lái)越向無(wú)害化和資源化利用的方向發(fā)展。決定鉆井廢棄物利用途徑的因素主要包括：放射性物質(zhì)含量、重金屬含量、油類含量等。必須對(duì)這些特性進(jìn)行綜合分析后，才能確定其具體的資源化途徑。

除了鉆井廢棄物的特征，運(yùn)輸成本和場(chǎng)地成本也是影響資源化利用的2個(gè)決定性因素。人們會(huì)優(yōu)先選擇那些能夠在井場(chǎng)直接應(yīng)用的產(chǎn)品。因此，鉆井廢棄物可以作為建筑材料、井場(chǎng)復(fù)墾土壤等利用，這些資源化途徑具有更大的發(fā)展可能性。在實(shí)際應(yīng)用中由于無(wú)害化處理技術(shù)的不同，鉆井廢棄物的資源化途徑也呈現(xiàn)出多樣性。因此，針對(duì)鉆井廢棄物處理與利用方面的不足，提出如下2點(diǎn)建議：

（1）開(kāi)發(fā)低成本、低能耗的鉆井廢棄物處理技術(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。將重點(diǎn)圍繞微生物降解法、熱處理法等領(lǐng)域展開(kāi)深入研究。要加大對(duì)鉆井廢棄物反應(yīng)機(jī)理的研究，實(shí)現(xiàn)鉆井廢棄物的無(wú)害化處理和資源化利用。目前，鉆井廢棄物的處理成本還比較高，但產(chǎn)品質(zhì)量不高。如何降低處理成本、提高產(chǎn)品的質(zhì)量以及開(kāi)拓更多的利用途徑，將是未來(lái)的研究熱點(diǎn)。

（2）加強(qiáng)油氣開(kāi)發(fā)源頭治理，制定相關(guān)法律法規(guī)。加強(qiáng)源頭治理，使用對(duì)生態(tài)環(huán)境影響小的水基或油基鉆井液，對(duì)于無(wú)危害性的鉆井液，應(yīng)盡量循環(huán)使用。同時(shí)選用新型且高效的鉆井器械，降低鉆井廢棄物的含油率，從根本上減少鉆井廢棄物的產(chǎn)生量。對(duì)于鉆井廢棄物的規(guī)范化處理，目前還沒(méi)有針對(duì)性強(qiáng)的污染防治措施以及污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)部門應(yīng)加快落實(shí)。相關(guān)企業(yè)要做到對(duì)鉆井廢棄物的污染以及治理情況及時(shí)向社會(huì)公開(kāi)。

4 結(jié)語(yǔ)

油氣開(kāi)發(fā)產(chǎn)生的鉆井廢棄物組分復(fù)雜，尤其是含油鉆井廢棄物，處理難度大，通過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究，基本實(shí)現(xiàn)了鉆井廢棄物的無(wú)害化處理和資源化利用。但是，目前還沒(méi)有研究出新型的油基環(huán)保型鉆井液，這表明油基鉆屑會(huì)是油氣開(kāi)采過(guò)程中的必然產(chǎn)物。因此，需要進(jìn)一步研究和探索萃取和熱處理等多項(xiàng)處理技術(shù)，不斷研究出鉆井廢棄物處理新技術(shù)，并因地制宜地選擇合適的處理工藝，從而使處理廢棄物的成本顯著降低。同時(shí)還應(yīng)提升經(jīng)處理后廢棄物的附加價(jià)值，根據(jù)產(chǎn)品特性擴(kuò)大其資源化的途徑，為鉆井廢棄物在土木工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全面綜合利用提供參考。