吐哈油田技术监测中心环境监测站
摘要：钻井施工过程中的废弃钻井液，其中含有有毒有害重金属等多种污染物质。直接排放或掩埋会导致土壤板结，重金属扩散到土壤中，影响植物的生长，同时植物吸收富集，甚至危害到人畜的健康。废弃钻井液固化或无害化处理后，消除了污染源，缓解了污染引起的工农矛盾，减少了钻井开发引起的污染赔款，实现了社会、经济和环保效益的统一。
关键词：钻井液；固化；无害化；环境保护
油田钻井作业过程中有大量废弃泥浆没有进行处理直接埋藏在地下。钻井液在石油和天然气钻井过程中必不可少。为达到安全、快速钻井的目的，使用了各种类型的钻井液添加剂，而且随着钻井深度增加和难度加大，钻井液中加入的化学添加剂的种类和数量也越来越大。
废弃钻井泥浆主要是由粘土、钻屑、加重材料、化学添加剂、无机盐、油组成的多相稳定悬浮液，PH值较高。对环境造成水资源的污染、土壤的板结；重金属滞留富集还危害人畜健康等。
1、废弃泥浆无害处理的原则：（1)阳离子沉淀剂是一种含磷酸盐的无机物，沉淀重金属离子，降低其活性，同时赋予固化物一定的肥效。（2)阴离子沉淀剂能将可溶性阴离子有机污染物变成不溶物，降低其毒性，并调节废弃物的PH值，同时与阳离子沉淀剂协同其破乳作用。（3)吸附剂具有很大的比表面积，可吸附有机物和金属离子。（4)硬化剂通过化学反应可形成立体构架的无机聚合物包裹和固定污染物，使其在外力作用下不能游离出来，降低其迁移能力，以提高无害化处理效果。
2、固化处理机理及作用：（1)向水基废钻井液或钻井液沉积物中加入固化剂，使之转化成象土壤一样的固体(假性土壤)填埋在原处。这种方法能较大程度地减少废钻井液中的金属离子和有机物对土壤的侵蚀，从而减少废钻井液对环境的影响与危害。（2)根据水硬材料的凝结机理，纯水硬材料遇水会发生水化反应，水化初期以凝聚网状结构为主，使水硬材料浆液失去流动性和部分可塑性，导致凝结；而水化后期则以晶体结构网为主，已微晶体的相互接触连生，并贯穿于整个浆体。由于接触连生是依靠结合力比较强的化学键来进行的，因此具有比初期高得多的强度，水硬材料结石的强度主要在该阶段产生。（3)根据水硬材料水化理论，水化材料的水化程度(最终强度效果)取决于一种被称为“钙矾石”的晶体矿物形成的数量和质量。水硬材料中一般含有大量的Ca2+，与废浆液混合后，浆液中的活性土一小部分作为生料参与水硬材料的水化反应，其余大部分被彻底钙化，失去水敏性，并成为整个固结体的一部分，转变为永久惰性物质。
3、固化工艺及固化剂：固化处理的基本原理是向钻井废弃液或沉积物中加固化剂，使其转化为固态，就地覆埋或在利用，有效地抑制钻井废液中金属离子及有机物质对土壤等的侵蚀及滤沥程度，从而减少环境的污染，有利于土壤的再耕作。
一、现状
吐哈油田每年产生大量废弃钻井液。公司根据油田区域环境特征和保护对象的不同，将钻井生产施工现场划分为一、二、三类区域。在一类区域钻井必须打水泥防渗池贮存施工中产生的废弃钻井液，完钻后将废弃钻井液及钻井液池清运到油田公司渣场，恢复地貌；二类区域钻井污水池用塑胶板或塑料布防渗，完钻后将废弃钻井液及防渗材料清运到油田公司渣场，并恢复地貌；三类区域钻井污水池采用铺土粉等防渗措施，完钻30日后，将自然干化的废弃钻井液就地掩埋。
二、存在问题
目前，油田废弃钻井液处置存在五个方面的问题。一是自然干化时间长。废弃钻井液完全干化大约需要一年的时间，六个月后泥浆池表面泥浆已结块，中下部的泥浆仍为液态、半固态，人和机械无法进入池内施工。二是由于泥浆池长时间不能恢复地貌，个别施工单位将井下作业废水、废液和垃圾偷排到泥浆池内，又延长了泥浆池的干化时间。三是在掩埋泥浆池时，池底的液态泥浆集中在一起，形成5-8m3的泥浆暗坑，而表面是浮土，常有车辆、机械设备掉入泥浆坑的事故发生。四是泥浆自然干化期间，其中的有毒有害物质会不断迁移到周边环境而造成污染。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆五是废弃钻井液拉运途中易洒落造成二次污染，常有部分拉运车辆乱排乱放，造成重大环境污染隐患。
三、废弃钻井液处理技术路线
（一）废弃钻井液处理技术试验情况
废弃钻井液固化及无害化处理技术始于80年代末，目前，主要由中国石油天然气集团公司环境工程技术中心研究的化学脱稳及固液分离处理技术，已在大庆、四川、新疆等油气田得到应用。该技术能将废弃钻井液中的有害物质固定或密封在惰性固体基材产物中，包含稳定化和固化两种过程。稳定化是指将废弃钻井液中的有害成分通过化学变化去除或引入到某种稳定的晶格中的过程；固化是指将废弃钻井液中的有害成分加以束缚的过程。近年吐哈油田废弃钻井液进行了无害化（固化）处理试验。通过对泥浆进行室内研究，完成了处理吐哈油田废弃钻井液的固化处理剂和无害化处理剂的配方研究，得到了固化和无害化处理优化配方；并对油田4口完钻井的废弃钻井液进行了现场应用试验，现场固化和无害化处理效果达到了预期目标，处理后泥浆的浸出液满足国家《危险废弃物鉴别标准》（GB5085-96）和《污水综合排放标准》（GB8978-1996）二级标准的要求。
（二）施工程序
在开始进行钻井液固化或无害化作业时，将固化剂或无害化剂直接加入被处理的废弃钻井液的表面，靠近泥浆池边缘可以人工直接倾倒，较远地带借助挖掘机的铲将固化剂或无害化剂均匀撒开。
废弃钻井液固化或无害化处理工作程序如下:
1.依照室内实验配方，进行现场配料。人工将药剂HJ-1（固化）或HJ-4（无害化）按规定的数量均匀洒在钻井液池内。
2.挖掘机在五分钟内开始挖掘搅拌，要反复均匀搅拌，时间为三十分钟。
3.人工将药剂HJ-2（固化）或HJ-5（无害化）按规定数量均匀洒在钻井液池内。
4.挖掘机在五分钟内开始挖掘搅拌，要反复均匀搅拌，时间为三十分钟。
5.人工将药剂HJ-3（固化）或HJ-6（无害化）按规定的数量均匀洒入钻井液池中。
6.人工将药剂HJ-7（无害化）按规定的数量均匀洒入钻井液池中。
7.根据现场情况,人工将水泥、粉煤灰等按规定的数量均匀洒入钻井液池中。
8.挖掘机开始挖掘搅拌，要反复均匀搅拌，搅拌三十分钟后将钻井液池平整。
（三）现场推广应用计划
吐哈油田推广废弃钻井液固化及无害化处理技术要达到以下三个目标：一是解决废弃钻井液就地、快速无害化（固化）处理问题，从时间上达到地方环保部门的要求，避免长时间的自然干化；二是经无害化（固化）处置，降低废弃钻井液的污染物浓度，达到无害化的标准；三是节约泥浆拉运成本，项目实施后一类、二类区域的废弃钻井液不需拉运到指定地点存放，可在处置后就地掩埋，从而大幅减少废弃钻井液的产生量及所需的存储成本。
四、应用总结
近年来，环境保护重要性日益凸显，国家对企业的环保工作不断提出新的要求，吐哈油田对钻井过程中产生的废弃钻井液的处置方式已不适应当前环境保护工作的要求。因此，研究并形成一套废弃钻井液的无害化处理方法、处理工艺有着重要的现实意义。
以废弃钻井液处理为代表的固化及无害化处理技术是有效治理矿场废弃物的一种新技术，废弃钻井液固化或无害化处理后，消除了污染源，有利于保护环境；缓解了因污染引起的工农矛盾，减少了由钻井开发引起的污染赔款，实现了社会效益、经济效益和环保效益的统一。
参考文献：
[1]高延耀.水污染控制工程［M］.北京：化学工业出版社，2002，202～235
[2]胥尚湘.气田开发对环境的影响.油气田环境保护，1995，5（1）
作者简介：张斌（1978-），男，主要从事环境保护与水质监测工作。
论文作者:张斌,杜远丽
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/20
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