廢棄鉆井液處理技術的應用現狀

張冬林，胡繼強，李 剛，曹 進，王丹丹，岳柳青

[1.延長油田股份有限公司下寺灣采油廠，陜西甘泉 716100；2.陜西延長石油（集團）有限責任公司研究院，陜西西安 710065；3.陜西延長石油（集團）有限責任公司管道運輸第五分公司，陜西西安 710600]

1 廢棄鉆井液危害性分析

鉆井液是石油天然氣生產企業鉆井過程中必不可少的一種流體，為實現安全鉆井，通常會向鉆井液中投加多種不同的鉆井助劑；隨著鉆井深度的增大，通常鉆井難度也會隨著增大，投加鉆井助劑的種類和數量也隨之增多，從而使得廢棄鉆井液的成分更復雜，危害性變大。廢棄鉆井液對環境產生危害性的主要成分有無機/有機鹽、石油烴類、聚合物及其改性物等，表現為組成復雜、懸浮物含量高、色度深、礦化度高、COD高、污染因子種類多且含量高等特點[1]。

2 廢棄鉆井液處理技術

2.1 直接排放

對于一些低毒甚至無毒、可生物降解的廢棄鉆井液，通?？梢灾苯优欧诺阶匀画h境中，如水基/礦物油/合成基廢棄鉆井液、合成基廢棄鉆屑等。但隨著鉆井液成分越來越復雜、環境保護要求越來越嚴格，排放法使用得越來越少。

2.2 分散處理法技術

廢棄鉆井液的pH通常大于7.0，若集中堆放可使得集中堆放區域的土壤堿化，不利于土壤保護，因此，在滿足環保要求的條件下，可采用分散處理技術，將廢棄鉆井液分到酸性土壤中，不僅處理了廢棄鉆井液，避免廢棄鉆井液對環境的破壞，同時還能起到中和土壤酸性、改良土壤的作用。

2.3 循環再利用技術

鉆井液使用量大，若不對有益成分加以循環再利用，一方面造成資源浪費，另一面也會增加生產成本，因此對廢棄鉆井液中的有益成分加以循環再利用就顯得尤為重要。如：廢棄鉆井液固液分離后的廢水可清洗鉆頭；對清洗鉆頭后的加以簡單處理收集后用于鉆井液配液，實現廢棄鉆井液的循環再利用。

2.4 回收再利用技術

對于廢棄油基/酯基/合成基鉆井液，可對其進行基液的回收，或用于其他鉆井液的基液，或用于燃料。另外投加在鉆井液中的化學助劑也可以進行回收再利用。

2.5 脫水減量技術

脫水減量技術就是利用破膠、固液分離、化學混凝沉降等技術對廢棄鉆井液進行處理，從而實現廢棄鉆井液的減量化。使用該處理技術前，通常須對廢棄鉆井液進行水質指標分析，了解其水質特性，以便取得較好的處理效果[2]。

2.6 破乳處理技術

對于乳狀/半乳狀廢棄鉆井液，處理起來相當困難，在處理前須先進行破乳處理。實際生產中，使用較多的是化學破乳技術，即向廢棄鉆井液中投加適量的化學破乳劑，實現廢棄鉆井液破乳，降低廢棄鉆井液的粘，為其后續處理提供準備。需要注意的是投加化學破乳劑，不僅會增加生產成本，同時還會使得廢棄鉆井液的成分變復雜，處理更困難，因此開展破乳劑的種類篩選及加量優化就顯得尤為重要[3]。

2.7 回注技術

對于毒性較大且處理難度非常大的廢棄鉆井液，可進行回注處理。通常分兩種情況：一是將廢棄鉆井液通過井眼注入深度大于600m的地層或井眼環空；二是注入非滲透性地層，即先用壓裂液將地層壓開產生裂縫，再將廢棄鉆井液注入地層裂縫中，待壓力撤銷時，裂縫自行閉合，防止廢棄鉆井液發生遷移，避免對地層產生傷害，該處理技術多見于海上廢棄鉆井液的處理。

2.8 回填技術

回填技術是將廢棄鉆井液儲存在坑內，實現沉降分離后，上清液滿足環保要求后直接排放，剩余廢棄物經自然干燥后就地填滿，需要注意的是須保持回填坑頂部土層厚度1.0~1.5m和做好防滲處理。該技術多見于低毒、無毒廢棄鉆井液的處理，對于毒性較大的廢棄鉆井液不能使用[4]。

2.9 填埋冷凍技術

對于溫度極低，極其寒冷的區域，處理廢棄鉆井液可使用填埋冷凍法，即將廢棄鉆井液注入凍土層，實現廢棄鉆井液的永久冷凍封埋，避免了廢棄鉆井液對環境產生嚴重污染，如美國阿拉斯加州北斜坡地區就是使用填埋冷凍技術處理廢棄鉆井液，取得了較為理想的效果。

2.10 集中處理技術

對于鉆井現場空間和處理設備有限不能現場處理，且不能直接排放的廢棄鉆井液須轉運至集中處理站進行處理，這主要是針對毒性較大，用常規處理工藝處理后仍難以達標的廢棄鉆井液。

2.11 化學混凝技術

化學混凝技術具有較強的適用性，對于各種工業廢液均有較好的處理效果，因工藝簡單、操作靈活易實現、生產成本低、處理效果好等優點而被廣泛使用，是廢棄鉆井液最常用的處理方法之一。化學混凝技術即向廢棄鉆井液中投加適量的混凝劑和絮凝劑，實現膠體、懸浮物的去除，但對廢液中溶解性有機物的去除效果有限，因此化學混凝技術通常作為廢棄鉆井液的預處理技術使用。

2.12 化學氧化技術

化學氧化技術即向廢棄鉆井液中投加適量的氧化劑，氧化降解廢液中的高分子化合物、有機物等，達到降黏降濁降COD等作用。常用的化學氧化技術有Fenton氧化技術、次氯酸氧化技術、臭氧氧化技術和二氧化氯氧化技術等。Fenton氧化技術即向廢棄鉆井液中引入Fe2+和H2O2，實現高分子化合物、有機物等的降解，國內外對其處理廢棄鉆井液的研究和應用較多，也取得了較好的處理效果，研究表明Fenton氧化技術可顯著降低廢棄鉆井液的COD和提高廢棄鉆井液的可生化性；臭氧氧化技術具有降解徹底、氧化能力強、不產生二次污染等優點，但能耗高且生產成本偏高，一定程度上限制了其使用；二氧化氯催化氧化技術運用廢棄鉆井液的處理較少，有研究表明處理混凝后的廢棄鉆井液，可使出水的COD降低至100mg/L以下。

2.13 生物處理技術

生物處理技術即向廢棄鉆井液中投加適量的微生物，利用微生物分解廢液中的有機污染物。其原理為利用微生物的代謝作用，將廢液中的污染物轉移到微生物體內進行代謝，分解為無害的物質，達到凈化廢棄鉆井液的目的。運用微生物處理廢棄鉆井液，其研究的重點是篩選并培養合適的微生物菌種及載體[5-6]。該處理技術具有污染區處理徹底、出水效果好、處理成本低等優點，但微生物菌種篩選和培養難度大，且處理周期長，因此大規模推廣使用受到一定限制。目前，用于處理廢棄鉆井液的生物技術主要有活性污泥技術、生物膜技術、生物轉盤技術、人工濕地技術和氧化塘技術等。

活性污泥技術以活性污泥為主體，通過對廢棄鉆井液進行曝氣，利用自然產生的微生物對鉆井廢液進行處理，達到凈化廢棄鉆井液的目的。有研究表明，利用序批式活性污泥技術（即SBR技術）對預處理后的鉆井廢水進行處理，可極大提高鉆井廢水的可生化性，出水達到國家排放三級標準；另外，采用微電解-活性污泥聯合技術處理廢棄鉆井液，不僅可極大提高廢棄鉆井液的可生化性，同時還能極大提高污泥的沉降性能。

2.14 固化技術

固化技術即向廢棄鉆井液中投加適量的固化劑，使廢棄鉆井液膠結固化，固化后可填埋或者作為建筑材料使用。該處理技術是目前公認較為理想，在石油天然氣生產企業使用最為廣泛的廢棄鉆井液處理技術。該處理技術可很好地消除有機物、金屬離子對水體、土壤等生態環境的危害和不利影響，且對COD、pH和總鉻等處理難度大的處理效果較好。當廢棄鉆井液含水量較高時（如油基鉆井液/膨潤土型部分水解聚丙烯酰胺/木質素磺酸鉻等），可聯合固液分離技術使用，能夠取得較理想的處理效果[5-7]。

2.15 焚燒

焚燒即在高溫條件下（一般為1 200~1 500℃）對廢棄鉆井液進行燃燒處理，焚燒爐內安有除塵/回收/ 氣體吸收等裝置，具有清潔、對環境不良影響小等優點，焚燒回收的油可用作油基鉆井液基液，灰燼可燃料化使用[7]。

2.16 坑內密封技術

坑內密封技術是一種特殊的填埋處理技術，即在填埋坑的底部和周圍依次鋪上有機土、塑料墊層，或者在填埋坑的底部和周圍進行固化處理，以防廢棄鉆井液滲漏；再將干燥系數較大（即基本干燥）的廢棄鉆井液填埋在坑內，坑上部按照前述方法進行有機土、塑料墊層覆蓋密封；最后恢復地貌。該處理技術主要用于毒性較大的廢棄鉆井液處理，但需要注意的是必須做好密封防滲處理，以避免廢棄鉆井液滲漏對土壤產生不利影響[8]。

2.17 鉆屑的綜合利用

（1）用作建筑材料。有研究表明將廢棄鉆井液進行固化處理、膠結用于制造泵房，實現了廢棄鉆井液的循環再利用。

（2）用作水泥原材料。鉆屑一般由礦石、黏土等組成，主要成分包括SiO2、Al2O3、CaO等，這些成分正是水泥的主要成分，因此可提煉廢棄鉆井液中的SiO2、Al2O3、CaO等有效組分用作水泥原材料。實際生產中，水基廢棄鉆井液、油基廢棄鉆井液均可實現鉆屑的有效成分提煉再利用。

（3）用于改善濕地。國內曾對廢棄鉆井液用于改善濕地進行了可行性研究，取得了一定的成果，研究以某油田采油區周圍的蘆葦為實驗介質，移位處理從鉆井現場拉運過來的廢棄鉆井液，取得了較好的處理效果，結果表明濕地蘆葦對廢棄鉆井液中的礦物油具有較高的凈化率，且一定范圍內廢棄鉆井液的投加量越大，礦物油的凈化率越高；同時發現使用該處理技術對該區域深層土壤的理化性質無明顯影響，對深層地下水的水質影響較小，對淺層地下水的水質影響可通過防滲處理而加以避免；但對濕地蘆葦的發芽率、生物量及葉齡指數產生一定的不利影響，對蘆葦的品質基本不產生不利影響，因此廢棄鉆井液用于改善濕地不失為一種好的處理方法，既實現了廢棄鉆井液的處理，又保護了土壤環境及自然濕地。

（4）用于MTC技術。MTC技術即廢棄鉆井液轉化為固井液技術，其原理是將礦渣與廢棄鉆井液有效混合，通過投加激活劑來激活礦渣中的固化劑，再根據生產需要投加適宜的固井液助劑，從而制備成固井液而實現廢棄鉆井液的再利用。MTC技術具有泵入性好、水濾失量低、適用性強、生產成本低、易生成井壁濾餅、易配制低密度固井液等優點，目前國內外均開展了大量相關研究，并且在石油天然氣生產企業得到了廣泛應用[9]。

3 廢棄鉆井液處理工藝目前存在的問題與設計原則

3.1 存在的問題

（1）流程復雜，操作不方便；（2）技術單一，不具備廣闊的適應性，應用效果有限；（3）投資和運行費用高，且處理效率較低；（4）設備體積龐大，操作靈活性較低，且安全系數不高。

3.2 設計原則

目前國內外車載移動式廢棄鉆井液處理站通常采用物理+化學聯合處理技術，而廢棄鉆井液固定式處理站多采用生物處理技術，但由于其處理流程長、處理設備多而復雜，通常會受限于空間的大小，因此生物處理技術的應用受到較大限制。未來，廢棄鉆井液處理技術的研究重點是如何將物理和化學處理技術很好地結合起來，盡可能發揮最大處理效果。另外，車載可移動式廢棄鉆井液處理技術的研究重點主要有以下幾個方面。

（1）技術可行、設備制造成本低；（2）流程簡單、操作方便、安全系數高；（3）設備占地面積小，搬運維修方便；（4）處理效率高、效果好；（5）運行成本低。

4 需要解決的技術難題

不同處理工藝具有不同的特點，不同處理設備具有不同的適用范圍，同時不同油氣田區域的廢棄鉆井液水質特性也有較大差異，因此正確選擇適用的處理工藝和設備就顯得尤為重要。分析總結目前國內外現用的廢棄鉆井液處理技術，得出處理廢棄鉆井液需解決的主要技術難題如下。

1）研發“一劑多效”的廢棄鉆井液化學處理藥劑，提高廢棄鉆井液的沉降性能，實現短時間高效率沉降；

2）深度處理技術（主要是廢棄鉆井液高COD的降解）；

3）可移動式廢棄鉆井液處理工藝的研究及集成優化；

4）多功能、可移動污水處理設備的研制。