油基鉆井液回收再利用技術研究進展

殷柏濤

（大慶鉆探工程公司鉆井三公司，黑龍江 大慶 163413）

油基鉆井液配方簡單，性能穩定易維護，特別是在泥頁巖地層井壁穩定能力、抗高溫穩定性方面遠遠優于其他鉆井液體系，在國內外各大油田得到大范圍推廣應用。大慶油田在20世紀80年代開始研究和應用油基鉆井液，在進入21世紀后大力開發致密油資源時才進行規模化應用。但油基鉆井液的高成本問題一直沒有得到很好解決，在應用過程中產生的大量含油鉆屑和廢棄鉆井液給油田帶來巨大壓力，如處理不當會對環境產生嚴重污染，特別是2015年新《環保法》的嚴格要求更是限制了油基鉆井液的大規模應用。為解決這一難題，必須對現有的油基鉆井液回收再利用技術進行充分調研，再結合大慶油田實際情況，形成適應性較強的回收再利用技術，實現油基鉆井液完全不落地和回收使用，達到降低鉆井液總成本，保護環境的目的，以取得良好的經濟效益和社會效益。

1 油基鉆井液廢棄物的特點與危害

油基鉆井液屬于油包水型鉆井液體系，油水比一般在（80∶20）～（90∶10）之間，除含有大量柴油外，還含有有機土、鉆屑、加重材料、無機鹽和乳化劑等化學添加劑，這種由油、水、固相顆粒、化學劑構成的乳化體系性能非常復雜和穩定，處理難度極大[1]。

油基鉆井液中含有的礦物油、化合物、重金屬以及瀝青、膠質等有毒物質屬于國家明確規定的危險廢棄物，在自然界中很難被降解，直接排放會對環境造成嚴重污染和破壞：①油基鉆井液中的大量油相會在水體表面漂浮而阻絕氧氣交換，影響水體生物生長；②油相含有的大量芳烴和重金屬離子具有致癌、導致基因突變等作業，在土壤中富集會被農作物等植被吸收而進入食物鏈，最終影響人類健康；③油基鉆井液中含有的各種無機鹽和堿類物質會引起土壤板結，嚴重降低土壤質量而影響農作物和植被生長。

2 油基鉆井液廢棄物管理要求

20世紀70年代以來歐美國家開始制定并實施環境保護措施，目前已經形成了完備的法律法規來約束環境污染問題，均要求對鉆井廢棄物實現“零排放”從源頭上減少到最終處理進行嚴格處理，始終堅持源頭減少、再利用、再循環、再回收的“4R”原則。在眾多國家的立法中以美國最嚴格，在1972年頒布《清潔水體條件》基礎上，根據水質標準及控制污染技術的發展，相繼制定了一系列排放法律，明令禁止油基鉆井液、含油鉆屑直接排放，必須通過糠蝦生物實驗和靜態發光試驗才能向外排放。在執法方面也十分嚴格，在鉆井過程中，必須每月和完鉆時提供鉆井液生物毒性數據。鉆井液及其廢物必須達標后才能排放，對于招標排放者，處以100美元/d的罰款，對于蓄意或無視規定者處以2500～25000美元/d的罰款，甚至處以一年監禁[2]。

我國于2015年施行的新《環境保護法》明確將含油鉆屑列入國家危險廢物名錄，對鉆井產生的廢棄物管控愈來愈嚴格。因此，研究出一種更加經濟高效的油基鉆井液處理和回收再利用技術，已經成為石油石化行業的迫切需求，這對整個石油行業的可持續發展具有重要意義。

3 油基鉆井液處理技術現狀

目前國內外廢棄油基鉆井液處理技術較多，主要有化學破乳法、溶劑萃取法、熱蒸餾法、超臨界液體抽提法、汽提法、生物修復法、坑內密封掩埋法、地層安全注入法等，這些方法各有優缺點。

3.1 坑內密封掩埋法

由于國內油基鉆井液技術研究起步較晚，針對油基鉆井液的回收再利用技術也進展緩慢，各大油田最初對油基鉆井液廢棄物的處理大都采用固化掩埋法：向廢棄油基鉆井液中加入固化劑，將其轉化成類似于混凝土的固結體，再將其就地掩埋或者送到指定地點進行集中掩埋。這種處理方法雖然能暫時緩解油基鉆井液對環境的污染，但在經過一定時間后，在雨水和地下水沖刷和浸泡作用下，固結體重的重金屬離子、油相和有機物等仍然會緩慢滲透到附近的土壤中，甚至會滲透到地層深部或地下水層位，造成無法估量的損失。在認識到固化掩埋法的缺點后，各油田又開始研究新的油基鉆井液處理設備和方法[3]。

3.2 熱蒸餾法

熱蒸餾法是采用加熱的方式，將廢棄鉆井液和鉆屑中的烴類物質揮發，經冷凝后進行回收的一種工藝方法。經分離后回收的油可以用于繼續配制油基鉆井液，或者用作燃料等，剩下的固相殘渣則可以壓制成型后，高溫燒制成磚，用于鋪路等。這種處理方法率先在英國和澳大利亞等油田進行應用。其中英國北海油田采用這種方法處理后的鉆屑含油率小于1%，完全符合國際環保指標，可直接排放到海洋中；澳大利亞科研人員采用該方法處理廢棄油基鉆井液，油的回收率超過92%，但處理過程中的高能耗帶來的高成本問題也一直沒有得到很好解決。

熱蒸餾法處理含油鉆屑的主要優點就是油的回收率高，但高能耗、設備要求高也是需要亟待解決的難題，限制了該方法的大規模應用。

3.3 溶劑萃取法

溶劑萃取法是采用有機溶劑將廢棄油基鉆井液的油相進行溶解，然后將有機溶劑和油相形成的萃取液經閃蒸蒸出溶劑后得到純度較高的油，回收油可用于配制油基鉆井液或用作燃料，萃取劑可以繼續循環使用。常用的萃取有機溶劑油己烷、氯代烴、乙酸乙酯等[4]。

該方法在挪威一處鉆井廢棄物處理廠應用過，油的回收率一度高達94%。這種方法適用于少量廢棄油基鉆井液的處理，并且操作易于實現，油的回收率比熱蒸餾法還要高。但是該方法使用的有機溶劑易于揮發，對技術人員人身安全和井場周邊環境影響較大。

3.4 超臨界流體抽提法

超臨界流體抽提法是在有機溶劑萃取法的基礎上形成的一種新方法，將廢棄油基鉆井液與二氧化碳、丙烷等超臨界流體混合，鉆井液中的油相就會被萃取到超臨界流體中，經過減壓后油就會被回收加以利用。這種方法處理效果好，油相的萃取率高達98%，高于有機溶劑萃取法，但是處理工藝流程長，且處理費用昂貴，只有在特殊需要時才能采用，比如難于降解的劇毒有機污染土壤。

3.5 汽提法

汽提法是一種物理處理方法，將高溫高壓蒸氣充入到廢棄油基鉆井液中，將油基鉆井液中的油相變成油蒸氣隨著水蒸氣一起帶出，然后對油水蒸氣的混合物進行冷凝而將油相回收。這種處理方法的最大優點就是廢棄油基鉆井液中的油相清除徹底，不會二次污染環境，但該方法對處理設備要求較高，且成本也一直居高不下，所以應用較少。國內冀東油田設計了一套裝置，應用該方法處理后的鉆屑呈細粉末狀，含油率小于0.3%，運輸裝卸都非常方便，達到直接排放標準[5]。

3.6 化學破乳法

油基鉆井液在配制過程中，會加入一種或兩種乳化劑，以提高乳狀液的穩定性和抗高溫性能，這種乳狀液在完井后很長時間都難以自動破乳降解。化學破乳法就是通過在廢棄油基鉆井液中加入化學藥劑達到破乳的目的，這種化學破乳劑一般采用油溶性破乳劑或者酸、高價金屬鹽等。對廢棄油基鉆井液破乳以后，對其進行高速離心，頂層的油相可直接回收。

這種方法工藝簡單、設備要求不高、油相回收率高，已經成為目前處理廢棄油基鉆井液的主要手段，國內許多學者都早已著手進行研究。在化學破乳的基礎上，通過加入清油劑、絮凝劑或凝聚劑等，可用于成分更加復雜的廢棄油基鉆井液的處理；或者將化學破乳法與超聲波法相結合，油相回收率可高達96%以上。但所有處理方法和工藝都是建立在化學破乳基礎上，因此，研究一種高效能的破乳劑已經成為該方法的重點和難點。

3.7 生物修復法

微生物降解法和生物絮凝法都屬于生物修復法處理廢棄油基鉆井液。兩種方法的共同之處是都需要培養微生物，可以在自然環境優選出合適的菌種進行培養，也可以通過基因工程人工培養出需要的特殊菌種；不同之處在于微生物降解法是利用微生物將長鏈烴類物質降解成低分子量的物質，生物絮凝法是通過特殊微生物在代謝過程中產生的高分子化合物來對油基鉆井液進行破乳，達到分解油相的目的。

微生物修復法的最大優點就是不需要添加化學處理劑，避免對環境造成二次傷害，同時，不需要配套專業設備而增加成本投入。缺點就是微生物菌種優選和培養周期長，廢棄油基鉆井液處理時間也較長，不適合較大量的油基鉆井液處理。

4 發展趨勢

（1）油基鉆井液廢棄物油相含量高、成分復雜，具有環境污染嚴重、難處理等特點，為提高油基鉆井液環境兼容性和回收再利用率，相繼形成了一系列處理工藝和技術，為緩解油基鉆井液的環保壓力提供了技術支持。

（2）油基鉆井液處理方法較多，各有優點和缺點，單獨一種方法處理效果通常都不太理想，要達到最好的處理效果，應該從以下幾點加強研究和攻關：①在油基鉆井液處理劑研究與合成的過程中，應充分考慮環保因素，在保證性能指標的同時，盡可能多選用能夠自然降解的原材料，比如選用生物柴油替代柴油就能大大減少后期處理難度；②油基鉆井液使用單位因地制宜，根據各油田實際情況考慮將兩種或多種處理方法結合、配套使用，比如將化學破乳法配合使用離心、甩干等設備，能將鉆屑含油率降到最低，油相回收率能夠進一步提高；③各油田應該從可持續發展角度考慮，適當加大油基鉆井液回收再利用技術研究和設備改造升級，進一步提高處理能力。