油田废弃钻井液无害化处理技术的研究

李月龙

（大庆钻探工程公司钻井一公司，黑龙江大庆 163000）

石油工业飞速发展，在油气田勘探开发钻井过程中，为了钻井施工的需要会使用大量的钻井液，这些钻井液在施工完成之后如果直接排放会造成环境污染，破坏生态环境。为了钻井过程的需要，钻井液和添加剂的种类和数量随之增加。钻井液的成分非常复杂，其中一些对人类和环境有毒害作用[1]。据相关资料统计，钻井液化学品有25种，原料和添加剂1000多种，水泥添加剂10多种[2]。废钻井液会随着钻井液总量累加而累加，3000～4000m 普通油气井的废弃钻井液含量可达到300m3。依据国内外石油污染源的调查结果显示，每年在中国油田钻探生产的废钻井液超过100×104m3直接排放到周围环境中[3]。没有安全无害的处理，就必然对生态环境造成严重影响，造成更大的潜在环境污染危害。

绿色环保是时代不变的主题，维护社会稳定，保障经济和环境的可持续协调发展更是国家的战略任务和目标，是我们要长期坚持的。在油气田开发过程中，要以环境保护和人与自然协调发展为立脚点，理性对待废弃钻井液对周围环境的危害；深层次钻研废弃钻井液无害化处理技术，实现人与自然和谐共处。

1 废弃钻井液的来源及特点

1.1 废弃钻井液的成分

钻井液是石油钻井生产的工作流体。不同的钻井技术所添加各种化学处理剂存在一定差异，总量会维持在300m3左右[4]。陆上钻井中，废钻井液一般会存放在泥坑内，经沉淀后表面会产生废钻井液，它和内部的钻屑统称为废钻井液。它所包含的油、盐、化学添加剂、重金属和碱性物质会给环境造成一定的污染[5]。在油气田开发过程中，要以环境保护和人与自然协调发展为立脚点。废弃钻井液的主要成分见图1。

1.2 废弃钻井液的特点

废钻井液含有大量的粘土、添加剂，导致其固体含量较高。通过相关的实验验证，对环境危害最大的是降解后的小分子有机物质[6]。废钻井液是石油勘探开发过程的主要污染物之一，处理不当将污染环境，酿成灾难事故。其中铬、有机汞、镉、砷为高毒性元素，并且长期积累，严重地危害环境和身体健康。钻井液和处理剂的种类决定污水的成分、性质和危害程度。钻井废水特点如下：

（1）pH值较高。通常情况下，钻井液的pH值都会高于7，介于7.5～10，而且经过处理的钻井液会超过11。按照不同的油气田、钻井区和井深、钻井过程划分，它们所产生的污水的性质也不近相同[7]。

（2）高浓度的悬浮固体。钻井废水中悬浮物含量超过2000～2500mg/L，包括胶体颗粒、粘土和其他废水流经地面、泥土、沙土、表土等。

（3）污染物。由于钻井废水一般会和钻井液混合，因此钻井液处理剂和钻井液本身所包含的物质会导致严重污染。

2 废弃钻井液环境污染研究

2.1 国内外研究现状

国外对废钻井液的研究较早，一些科研机构对废钻井液的毒性分析、环境影响评估和处理技术做了许多深入的研究。废钻井液和钻井废水污染源基本相同，污染物种类相同，除了浓度和外观存在差异外，本质上是相同的，都会对环境造成同等程度的污染。20世纪80年代中期，国内开始开展胜利、江汉、江苏、中原油田等油气勘探开发的环保研究工作[8]。在研究的基础上，开展了一些实地工作；国内很多高校和科研院所都在开展钻井废弃物污染安全排放的研究。获得了大量的实验数据和详细的调查数据，引入了相关的处理过程，并在石油化工领域中进行测试使用。

2.2 油田废弃钻井液对环境污染方式

废钻井液和钻井废水污染源基本相同，污染物种类性质相同，除了浓度和外观存在差异外，本质上是相同的，都会对环境造成同等程度的污染。以环境保护和人与自然协调发展为立脚点，在油气田开发过程中，理性对待废气钻井液对周围环境的危害。废钻井液中的高浓度盐溶液对环境危害巨大。同时，它们也会导致土壤压实，使植物难以从土壤中吸收水分，抑制植物的生长。土壤中废弃钻井液中重金属的扩散和迁移会给地下饮用水带来一定程度的危害。

目前油田相关规定是不允许将废钻井液直接排放到海水中。因为，废钻井液对浮游生物的作用复杂，它会随着浓度的不同抑制或者促进浮游生物的生长，而且这种作用是人类无法人为控制的。

3 废弃钻井液无害化处理技术及存在问题

目前国内外废弃钻井液处理技术方法很多，常见的处理方式有：土地耕作、安全注入、坑道填埋、坑封、固化处理等。

3.1 垃圾填埋场

废弃钻井液的排放必须符合石油部门一定标准的，首先要在储存坑中进行沉淀分离，达标后才能排放，否则会给环境带来很大的危害。经过上一过程后，还需要进行干燥处理，并将遗留废物填埋到储存坑，需要重点强调的是顶部土层要控制在1.0～1.5m 范围内才能恢复地形。

垃圾填埋场处理方式也是具有一定局限性的，因为盐量低的水基钻井液处理成本低，对周围地下水污染程度小，容易掌控，渗滤液浓度可控制在可接受的范围内，在此方面还是具有一定优势的。重点强调，它不能用于处理高毒性的废钻井液，尤其是当氯离子浓度超过5000mg/L时。

3.2 坑内密封方法

就是采取塑料膜和有机土相互铺垫的方式用干燥的废钻井液填充，同时用土密封上表面，恢复地形。必要时，可以适当地处理排出的废物，例如固化、固液分离、然后关闭。常用的坑内密封法有膜料防渗和混凝土防渗两种方式（表1）。

表1 膜料防渗和混凝土防渗方式比较

该方法适用于钻井的高毒性流体，还必须进行压滤处理（图2），如盐基和油基钻井液废物。该方法在中国中原油田得到广泛应用。但是，必须确保密封紧密且不会丢失，因此处理成本高。

3.3 土地耕作

用土壤混合一定比例的废弃钻井液之后，在进行一系列处理可以降解里面的有机物。国外的土地耕作研究较早，已被广泛使用，但对其合理性各持己见。

美国限制使用此方法，而有些州则禁止安全使用。阿尔伯塔省政府和加拿大土地管理局确认这种方法，并主张在可能的情况下应采用这种方法，前提是所处理的废钻井液必须是淡水基钻井液。不同国家对施盐量有不同的规定，例如美国俄克拉荷马州，其规定施用于土壤中盐量应小于670g/m2，而加拿大艾伯塔省则需要氯离子含量小于45g/m2。

3.4 注入安全地层或环形空间法

注射层通常具有低压力梯度和低渗透性。上盖层和下盖层必须紧凑而坚固。此方法不仅对形成有严格的要求，而且对设备和处理成本也有很高的要求，很难在大范围投入使用，对地下水和油藏的污染更是难以人为把控。废弃钻井液的排放石油一定标准的，首先要在储存坑中进行沉淀分离，达标后才能排放，否则会给环境带来很大的危害。多数情况下会选择符合注射标准的废弃井进行处理。

3.5 固化方法

固化方法能很好地消除钻井液中有害的金属离子和有机物，进而达到对水、土壤和生态环境的保护和净化。迄今为止，它是控制废钻井液污染的最有效、最可靠的办法。废钻井液固化技术方面的研究已经很成熟，可用于不同废钻井液的固化。固化是国内外最广泛使用的方法之一，特别适用于不适合土地耕作处理的废钻井液。

废钻井液的凝固技术材料运输少、施工速度快、经济效益好、处理量大。但由于它们的局限性，不能被广泛使用，仍处于研究的初级阶段。目前，凝固技术是最重要的技术，大多数国家投入研究工作和资金。它是废钻井液无害化处理技术的发展方向。

3.6 钻井废水絮凝—沉降法

因为不同油藏的储层特点不同，钻井时产生的污水种类也很多样，所以处理起来的方式方法也不一样，一般说来化学法、物理法和生物法使用比较广泛。目前，由于处理剂来源广泛、价格低廉、过程简单，处理油田钻井废水多使用絮凝—沉淀法，它适用于钻井成分较少的废水。絮凝是指“凝结”和“絮凝”的两个过程。通常认为水中胶体的去稳定化过程称为“凝结”，而颗粒和微悬浮颗粒在不稳定胶体中聚集的过程称为“絮凝”。在实际生产中，难以将絮凝与凝结分离，从概念上阐述会使人更容易理解，絮凝剂在水中絮凝胶体颗粒有四种。当絮凝剂与废水混合时，悬浮液和胶体颗粒失去稳定性，胶体颗粒相互凝聚。现在新技术主要是结合其他机械和化学方法，如分批化学絮凝沉淀工艺、连续絮凝—沉淀—离心脱水工艺、钻井废水处理、化学絮凝—催化氧化工艺钻井废水处理、酸化—中和—钻井废水处理的絮凝工艺等。

4 结语

针对废钻井液的特性查阅文献并总结，从对环境的角度详细阐述废钻井液和钻井废水危害程度。废钻井液固化处理技术相比于其他处理方法优势明显，不仅固化处理技术简便易行、成本相对较低、处理效果较好，而且能够适用于水基、油基、盐基钻井液。

同时，废钻井液和钻井废水有其自身的特点。废钻井液固含量高，流动性差，适合固化处理；钻井废水固含量低，含水量高，适用于絮凝—沉淀法。如果两者都采用凝固法，由于钻井废水含水量高，会消耗大量固化剂，处理效果不好，成本高。如果使用絮凝—沉降技术，则凝固含量相对较高，需要稀释预处理，并辅以必要的机械方法。因此，废钻井液和钻井废水不应采用相同的方法处理，应逐步处理。