川渝地區(qū)水基鉆井廢棄物資源化處理技術(shù)分析

譚樹成，劉 穎，文 華，張顯河

（1.四川蜀渝石油建筑安裝工程有限責任公司，四川成都 610084；2.西南科技大學土木工程與建筑學院，四川綿陽 621010）

1 概述

鉆井廢棄物的環(huán)境污染風險是目前油氣企業(yè)勘探開發(fā)面臨的主要問題之一。針對傳統(tǒng)鉆井廢棄物處置所使用的固化填埋法帶來的占地面積大、費用高、對環(huán)境影響風險大的問題，鉆井廢棄物隨鉆處理技術(shù)已逐漸被推行到各大油氣田勘探開發(fā)中。特別是2015年頒布的新環(huán)保法，對鉆井環(huán)保作業(yè)提出新要求，優(yōu)化并集成發(fā)展一套鉆井廢棄物從無害化到資源化再利用的技術(shù)已成為油氣行業(yè)生存和發(fā)展的必然趨勢[1]。

2 國內(nèi)外鉆井廢棄物處理技術(shù)概述

現(xiàn)階段，對鉆井廢棄物的處理技術(shù)主要歸為以下幾種[2]。

1）返注鉆井井眼或地層中：待鉆井作業(yè)完畢后，將產(chǎn)生的水基鉆井廢棄物返注至井眼或地層中，既能解決巖屑堆存問題，又填補了井眼空間，避免產(chǎn)生地質(zhì)災害，但此方法成本較高，因而使用受限。

2）就地填埋：直接將鉆井廢棄物填埋于廢棄凹形坑中，操作簡單，但環(huán)保風險極大，目前已被明令禁止。

3）制備水泥漿（MTC）技術(shù)：在鉆井液中添加如高爐水淬礦渣等物質(zhì)直接將水基鉆井泥漿轉(zhuǎn)化為固井液，技術(shù)難度大、成熟度低。

4）固化處理：將鉆井廢棄物與水泥、粉煤灰等固化劑充分拌和、壓實為固化體，鎖住巖屑內(nèi)部有害物質(zhì)，再與填埋法結(jié)合，將固化體填埋處置，目前，同樣因有害重金屬滲出風險增大，應用范圍逐漸被限制。

5）生化法：利用微生物的新陳代謝來分解鉆井廢棄物中有害物的處理法。具有節(jié)約能源、成本低等優(yōu)點，但是占地面積大、對工藝要求嚴格。

6）干燥焚燒法：通常利用水泥窯等裝置將廢棄物高溫焚燒協(xié)同制備水泥，操作簡單、經(jīng)濟高效。

綜上所述，以上技術(shù)方法均未能解決經(jīng)濟效益與環(huán)境保護協(xié)調(diào)統(tǒng)一問題。尋求一種既能滿足環(huán)保要求，又能降低成本的鉆井廢棄物無害化處理技術(shù)成為必然方向。

3 川渝地區(qū)水基鉆井廢棄物資源化處理技術(shù)

川渝地區(qū)勘探鉆井工程通常地處重丘山嶺地帶，鉆前和完井工程建筑作業(yè)任務主要涉及土石方、基礎、邊坡等工程。其中，擋土墻、池類、排水溝、梯步及圍墻等部位主要為磚砌體結(jié)構(gòu)；井場場基、路基主要為片石、砂礫石等片粒狀基層建材。以“資源化再利用”為終端目標的川渝地區(qū)水基鉆井廢棄物處理技術(shù)是指將水基鉆井廢棄物無害化處理后，生產(chǎn)制備可回用于鉆前工程的砌筑或路基等建筑材料，變廢為寶，既消納了鉆井廢棄物，又節(jié)約了工程投資，同時保護了生態(tài)環(huán)境，一舉多得。

3.1 廢棄物資源化處理技術(shù)路線

遵循廢棄物的源頭減少、再利用、再循環(huán)、再回收的管理原則，水基鉆井廢棄物資源化再利用處理方案是針對鉆井過程中不同井段的廢泥漿巖屑，變傳統(tǒng)的完鉆處理為隨鉆處理，將以往的固化填埋作資源化利用，實行分段分類的處理方式，按減量化、無害化、資源化再到效益化的技術(shù)路線，在將鉆井廢棄物對環(huán)境的污染降至最低的同時進一步推動廢棄物從資源化到效益最大化的系統(tǒng)性處理。廢棄物資源化處理技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 廢棄物資源化處理技術(shù)路線

3.1.1 減量化

在傳統(tǒng)的鉆井水基巖屑固化填埋處理中，是將鉆井產(chǎn)生的所有水基巖屑進行固化處理后加以填埋。在此處理工藝中，水基巖屑因含水率高，且未分類收集，具有處理量大、固化效果差、巖屑成分復雜、填埋封閉要求高等缺點。因此，減量化的研究是從源頭減少水基巖屑處理量，按不同井段的巖屑分類歸集處理，為后續(xù)的巖屑無害化處理、資源化利用打下牢靠的基礎。按此思路，巖屑的固液分離技術(shù)和分類歸集處理技術(shù)是減量化研究的方向。

3.1.2 無害化

鉆井水基巖屑的無害化處理，緊密結(jié)合國家、行業(yè)以及企業(yè)對鉆井廢棄物的處理標準及規(guī)范，水基巖屑的無害化處理環(huán)節(jié)也直接關系到后續(xù)的水基巖屑制成品的產(chǎn)品性能能否滿足相關環(huán)保指標要求。當前石油行業(yè)參照的無害化處理規(guī)范主要有GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級要求。

3.1.3 資源化

按照對水基鉆井廢棄物分類分段的無害化處理方式，資源化利用亦采取分類分段的方式。清水鉆或空氣鉆廢棄物脫水后，直接作為路基填料或者砂石等骨料建材應用于井場場基或道路路基中；聚合物水基泥漿經(jīng)無害化處理后作免燒砌塊（磚）等建材應用至鉆前工程的擋土墻、基礎、梯步、排水溝等構(gòu)筑物中；聚磺泥漿或水平段泥漿經(jīng)無害化處理拉運至磚廠經(jīng)激活處理燒結(jié)成燒結(jié)磚建材應用至鉆前工程和完井工程，具體如表1所示。

表1 鉆前工程和完井工程磚砌體適用位置

3.1.4 效益化

相較于固化填埋處理方式，鉆井水基巖屑資源化綜合利用的效益化體現(xiàn)在經(jīng)濟效益與社會效益兩方面。

①經(jīng)濟效益方面：減少填埋池修建，節(jié)約土地費用及地方協(xié)調(diào)費用，利用廢棄物改造為再生資源，用于后續(xù)場站建設或作為社會建材資源使用，降低后續(xù)項目建設成本，實現(xiàn)良性循環(huán)。

②社會效益方面：改造的建材制品用于工程建設，減少天然石材的開采，保護了植被，利于水土保持。

③環(huán)保效益：實現(xiàn)資源化綜合利用，消除后期填埋環(huán)保隱患，杜絕環(huán)保風險。

3.2 水基鉆井廢棄物的來源和分類

水基鉆井廢棄物主要來源于鉆井過程產(chǎn)生的鉆屑、廢棄泥漿和設備清洗廢水等。根據(jù)來源、組成物性與污染物特征等，可分為水基鉆屑和水基廢泥漿，而水基泥漿應用最為廣泛占比達98%左右。此外，泥漿體系材料主要有聚合物泥漿體系、聚磺泥漿體系等傳統(tǒng)泥漿體系以及新型高性能水基泥漿體系[3]。

3.3 水基鉆井廢棄物資源化再利用工藝流程

以四川長寧地區(qū)油氣勘探開發(fā)為例，針對不同井段的不同泥漿體系的資源化再利用技術(shù)處理路線示范如下：一開和表層井段，采用空氣鉆和清水鉆鉆井、二開采用水基聚合物鉆井液技術(shù)，三開采用高性能水基鉆井液技術(shù)。針對以上不同井段的鉆井泥漿廢棄物的處理工藝流程如下。

在一開清水鉆井時，產(chǎn)生的巖屑經(jīng)高頻振動篩脫水后由巖屑輸送泵輸送到清潔巖屑儲存罐，作路基填料使用；清水進入廢液儲存罐供井隊鉆井回用?？諝忏@進時，巖屑經(jīng)空氣鉆屑排空管到應急池分離沉淀后，分離后的清水供井隊鉆井隊回用；空氣鉆屑同樣可作路基填料使用。具體如圖2所示。

圖2 一開水基鉆井清潔巖屑資源化利用工藝流程圖

二開正常鉆井巖屑處理工藝流程。正常鉆井過程中，鉆井液廢棄物來自循環(huán)系統(tǒng)的振動篩、除砂除泥器、離心機排出的鉆屑。泥漿轉(zhuǎn)換和完鉆時，鉆井廢棄物來自循環(huán)系統(tǒng)的泥漿罐。循環(huán)系統(tǒng)振動篩排出的鉆屑和泥漿先經(jīng)不落地處理裝置的高頻振動篩分離成干鉆屑和稀泥漿，干鉆屑的含水率控制在30%~40%。干鉆屑經(jīng)巖屑輸送泵收集轉(zhuǎn)運至巖屑處理撬處理，先利用加藥裝置加入處理后的鉆屑，由檢測撬檢測相關化學指標后，動態(tài)調(diào)整加藥比例，處理合格后的巖屑進入資源化處理撬加入輔料。經(jīng)強制攪拌機攪拌后制作為免燒砌塊資源再利用，稀泥漿則排入廢液儲存罐緩存沉淀，然后泵入鉆進儲液罐供井隊鉆井回用，沉渣再進入高頻振動篩進行固液分離。具體如圖3所示。三開鉆井時，泥漿體系為聚磺泥漿或頁巖氣水平段高性能泥漿，資源化工藝流程與二開一致。

圖3 二開、三開水基鉆井廢棄物資源化利用工藝流程圖

3.4 水基鉆井廢棄物資源化再利用處理技術(shù)的優(yōu)點

3.4.1 避免了挖掘儲存池和固化填埋池

現(xiàn)有鉆井廢棄物處理工藝需在鉆井現(xiàn)場挖掘廢棄物（廢棄泥漿、鉆井廢水）儲存池，進行終端處置時還需開挖固化填埋池進行填埋。由于從開鉆到完井這段時間較長，廢棄泥漿可逐漸滲入到地層，并隨著時間推移可能帶來滲出隱患，對周邊環(huán)境造成危害?！八@井廢棄物資源化再利用”處理技術(shù)實現(xiàn)了隨鉆處置，采用可拆卸式軟體池或可移動式鉆井液儲存池，無須再開挖廢棄鉆井液儲存池和固化填埋池（1 500~2 000 m3井）。同時鉆屑無害化處理后制成了鋪路基土、免燒磚/砌塊等資源化產(chǎn)品，減少了占地，降低了環(huán)保風險。

3.4.2 實現(xiàn)了廢泥漿和鉆屑無害化處理及資源化利用

傳統(tǒng)處置方式直接將廢棄泥漿、鉆屑拉至儲存池儲存，經(jīng)自然沉淀和機械甩干步驟實現(xiàn)固液分離。分離出的廢水繼續(xù)轉(zhuǎn)運至專業(yè)污水廠進行特殊處理，而剩余固相則進行固化填埋處置，整個處置程序未能實現(xiàn)廢泥漿和鉆屑等廢棄物的資源化利用，成本高昂，同時造成了環(huán)境隱患?，F(xiàn)通過“水基鉆井廢棄物資源化再利用工藝流程”可直接實現(xiàn)廢水潔凈處置，并繼續(xù)回用于井場清潔工作；鉆屑則直接制備成免燒砌塊/磚，以建材產(chǎn)品形式用于修建井場圍墻、池類、排水溝、梯步等部位，變廢為寶，產(chǎn)生極大經(jīng)濟社會效益[4]。

3.5 川渝地區(qū)水基鉆井廢棄物資源化再利用處理技術(shù)的不足

鉆井廢棄物處理方式從早期的簡單回填到固化處置再到當前推行的“資源化再利用”處理技術(shù)，體現(xiàn)了國家和石油行業(yè)對鉆井廢棄物環(huán)保問題的高度重視。從完鉆處理到隨鉆處理，資源化利用的技術(shù)路線已在石油行業(yè)中達成共識。然而，該技術(shù)仍未全面成熟。包括川渝地區(qū)在內(nèi)的國內(nèi)處置方式仍較單一，配套設備研發(fā)力度仍然不夠，各油田應用或現(xiàn)場試驗的設備技術(shù)功能、處理效果和處置成本均差異顯著。

4 結(jié)語與建議

1）創(chuàng)新發(fā)展新型環(huán)境友好型鉆井液體系。基于現(xiàn)有鉆井液體系或另辟蹊徑開發(fā)一款綠色環(huán)保的鉆井液，根除鉆井廢棄物內(nèi)有害物質(zhì)成分，從源頭實現(xiàn)綠色清潔鉆井目標。

2）針對不同廢棄水基鉆井液特點，提高處置技術(shù)與工藝，包括鉆井液與巖屑的高效分離技術(shù)；低成本廢水回收與潔凈技術(shù)；高摻量水基巖屑制備免燒磚/砌塊、場/路基填料、水泥窯協(xié)同生產(chǎn)水泥等技術(shù)，真正做到變廢為寶，物盡其用。

3）進一步完善石油鉆井廢棄物排放行業(yè)標準?，F(xiàn)階段，包括川渝地區(qū)在內(nèi)的國內(nèi)鉆井廢棄物排放標準欠缺，通常依照《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）[5]相關規(guī)定來判斷重金屬浸出物中銅、鎳、鉻、石油類、鋅、錳等物質(zhì)是否滿足標準要求，從而決定能否排放。但因其檢測指標過少且該標準頒布時間過早，已明顯跟不上石油開采行業(yè)發(fā)展現(xiàn)實需要，因此，有必要制定鉆井廢棄物專門排放處置標準。