摘要：随着世界各国环保意识的不断提高及环保法律法规的日益严格，钻井液及其废弃物对环境的影响已引起环保界、石油工业界和公众的广泛关注。本文详细论述了钻井废弃物无害化处理技术及其应用。
关键词：钻井废弃物；无害化处理；应用
在石油勘探开发生产过程中，产生了大量的废钻井液、钻屑等。因大多数油气田井位具有分布广、钻井作业分散、施工开放和季节性影响等特点，储存池常会发生渗漏、溢流等事故，易对周围环境中的地下水、地表水和土壤等造成危害，甚至造成污染事故。而随着环境保护标准的日益严格，开展废弃钻井液处理技术的研究已成为石油工业环境保护的重要课题之一。
一、钻井废弃物成分及其对环境的影响
钻井废弃主要由粘土、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,含有很多对环境有害的物质,如油类、化学添加剂、重金属、高分子有机化合物、碱性物质等。其对环境造成的影响表现在:①对地表水和地下水资源产生污染；②导致土壤的板结对植物生长不利,甚至无法生长,致使土壤无法返耕；③各种重金属和化学添加剂对动物及植物生长产生影响,甚至富集在动植物中进而危害人类健康。实验表明钻井液中的铬、铅、砷、镉、苯、氯化物对人的健康和环境的损害最大。所以废钻井液及岩屑不经处理直接排放会对环境造成严重影响和破坏,直接或间接对动物、植物及人类健康产生危害，不利于人类对环境和经济实施可持续发展的战略目标,因此应在钻井完成后对钻井液进行无害化处理。
二、钻井废弃物无害化处理技术思路
1、废弃水基钻井液破胶技术：由于废弃钻井液中的有机类和其它化学物质以分子和离子状态存在，并吸附在固相、胶体粒子上，也存在于液相中，固相和胶粒上的有机类和其它化学物质用常规方法很难脱去，因此，需要一种废弃钻井液的破胶技术。
2、破胶后的钻井液脱液相技术：在负压状态下，对破胶后的废弃钻井液脱液相、过滤，把钻井液中对环境有污染的化学物质从钻井液中脱离出来的技术。
3、钻井液脱出水中的化学物质与水的分离工艺技术：采用复合过滤、精密过滤等工艺技术除去水中的化学物质。
4、废弃水基钻井液岩屑无害化处理配套工艺技术。
三、废弃水基钻井液常用处理方法
1、破乳法。钻井液本身是复杂的胶体稳定体系，根据形成机理，破胶剂的选择一般是阳离子型强电解质，阳离子型电解质加入钻井废液后，①电离出阳离子对颗粒表面的负电荷有中和作用，可降低粘土颗粒表面的负电荷，降低Zeta电位，减少颗粒间的斥力，使其稳定性减弱或失去稳定性；②阳离子可被高分子材料的阴离子基团吸附，降低高分子链内的斥力，使高分子链发生卷曲，将失稳的粘土颗粒包裹起来并从钻井液中分离出来；③通过加入化学药剂降低钻井液的粘度等。这样相当大部分的高分子及几乎所有的粘土成分即从钻井液废弃液中被除去。
2、絮凝沉降法。它在对钻井废液经过破胶后，利用化学助凝剂絮凝、沉降和机械分离等强化措施，使废弃钻井液中的固液两相得以分离。由于钻井液体系的不同，一种助凝剂不可能使各种钻井液的固液分离，对不同的废弃钻井液应使用不同的助凝剂。使用该方法进行钻井液废液的脱水处理，其效果好，但必须了解钻井液的特性，选择合适的助凝剂。
3、固化法。废弃钻井液无害化处理时基于废弃钻井液中含有一定数量的固体颗粒，当向废弃钻井液中加入相应的固化剂、破乳剂、吸附剂时，使其与废弃钻井液发生一系列的化学、物理反应，将有害物质封固起来，使其转化为胶结很大的固体，就地填埋，从而使其不再扩散到环境中。当加入磷酸盐时，与废弃钻井液中的钙离子形成磷酸钙，改变土壤肥力；粉煤灰是很强的吸附剂，吸附废弃钻井液中大量的有机物及金属离子；用硫酸盐、硅酸盐将废弃钻井液中的水分离出来，使废弃钻井液很快形成相似土壤的具有一定强度的网状结构物质并封固起来，使有害物质不能溶解，防止对环境的二次污染，达到使废弃钻井液中的有害成分无害化处理的目的。
4、氧化处理法。对污水进行氧化处理降低COD值，使其达到外排要求。
①臭氧氧化法：臭氧氧化性很强，能氧化或分解一些有害物质，且不会产生二次污染，但成本高。
②光催化法：一种典型的高级氧化技术，近年来在难降解污染物的处理方面得到了广泛的研究与应用。它不但能在常温常压下进行，而且反应速度快，有机污染物可能在很短时间内被分解成二氧化碳和水，且不会产生二次污染。
③双氧水氧化法：加入氧化剂的同时，再升高反应温度，使氧化剂快速释放活性氧原子，利用其氧化性迫使钻井废液中的有机物、生物聚合物等还原性物质与其反应，反应生成物还能将钻井液中的悬浮物沉降，这种方法见效快、效率高、操作简单，但氧化剂的反应效率低。
四、工艺流程及技术要求
废弃钻井液无害化处理工艺流程及技术要求见表1。
五、现场应用
1、钻井液体系的特点。因某油田平均井深较深,地层中含有多套盐膏层,因此,钻井液体系多采用聚合物混油钻井液与饱和(或欠饱和)盐水钻井液。废弃钻井液对环境的污染主要表现在:COD高、含盐量高、含膏量高、油污多、重金属离子多等。
2、施工过程中遇到的问题及解决办法。废弃钻井液无害化处理现场施工中,部分井出现了废水较多、固化配方不够完善、承压能力差等问题。针对上述情况,结合现场实际,采取相应对策:
1)对废水进行先期处理,提高处理效率,降低处理成本。钻井废弃物中因工艺的差异,钻井液的数量、类型、废水量也不同,废水含量的增加导致投料数量增加,增大固化处理成本,对固化施工造成以下不利因素:废水中含有大量的有机物,增加了COD含量指标,对周边环境及土地复耕极为不利；废水对及时投料形成不利影响,延迟固化周期,易发生二次污染；采用多投料的方法固化,增加了固化成本,提高了固化平面,削减了回填土层厚度,不利于复耕后的植被生长。
针对以上情况,首先要将污水抽送到废水处理站,最大限度地减少废水含量,然后投入药品固化施工,可收到较好的效果,固化施工均能在设计周期内完工。
2)调整固化剂配比,提高固化后土池承压强度。根据废弃钻井液中岩屑数量和含水情况,对设计配方进行微调,有利于提高固化质量；适当提高硅酸盐、氧化物成分的含量,有利于提高固化剂的亲水性能,增强固化后土池的承压强度,为下一步复耕创造条件。比如增加10%～20%的硅酸盐、氧化物含量,减少10%～30%的吸附剂含量,能提高固化强度且化验结果合格；增加投料总量10%,承压强度有所提高。因此，通过调整能取得良好的效果。
3、应用效果。随着环保工程的进展,政府对环境保护的要求越来越严,该地区油田勘探局技术安全监督处也对废弃钻井液无害化处理技术提出了更高的要求。废弃钻井液无害化处理技术应用率为100%,固化后的废弃物浸出液指标达标率100%。由部分井无害化处理前后废弃物浸出液指标可知,无害化处理后的废弃物有害成分COD、六价铬、总铬及pH值等都有较大幅度的降低,符合国家环保标准的要求。
参考文献：
[1]张新发.钻井液无害化处理技术研究[J].石油天然气学报，2014，30(02):267-270.
[2]杨金荣.油基钻井液岩屑无害化处理技术研究[C]//全国钻井液完井液学组工作会议暨技术交流研讨会论文集.石油工业出版社，2014:888-895.
论文作者:田青
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年12期
论文发表时间:2019/8/23
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