废弃钻井泥浆处理对策研究
2015-09-30王瑶白昭
王瑶 白昭
摘 要：废弃钻井泥浆是油田企业钻井过程中的主要污染源之一。该文通过对废弃钻井泥浆的来源、组成及危害的分析，了解废弃钻井泥浆的潜在污染状况，针对该种废物处置的常用工艺和污染防治情况提出了相关的对策建议。
关键词：废弃钻井泥浆；处置；工艺；对策
中图分类号 X74 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）17-80-03
废弃钻井泥浆是油田企业钻井过程中的主要污染物之一，它是一种含粘土、加重材料、各种化学处理剂，污水、污油及钻屑的多相稳态胶体悬浮体系，其主要成分是烃类、盐类及各种聚合物等。在石油与天然气勘探开发过程中，会产生大量的废弃钻井泥浆，这一类污染物对环境的危害很大，如果不对其加以处理，使其任意排放，或者管理、处理不当，长期堆积经雨水淋滤深入地下，将对周边的土壤、植被、地表水和地下水造成严重污染，给人类的生产生活带来潜在的危害，而且环境污染反过来也会制约石油工业的发展。
1 废弃钻井泥浆简介
1.1 来源 在石油和天然气的勘探开发钻井过程中，钻井泥浆是提高钻井效率的重要保障，在钻井过程中有着提升岩屑、冷却钻头的作用，同时还起到了润滑钻具、提高钻速、防止井塌和井漏、评价生产层等作用，是保证钻井工作顺利进行必不可少的物质。为了达到安全、快速的钻井目的，使用的钻井液类型及化学药品的种类、数量越来越多，由此不可避免的地会产生大量的废弃物。钻井固体废物包括废弃钻井泥浆和钻井过程中抽取上来的岩屑，其中的废弃泥浆是钻井废物中产生量最大的物质。
1.2 特点 废弃钻井泥浆大多属于粘土-水分散体系-水基泥浆的范围，有的也属于油基或聚合物泥浆。废弃钻井泥浆组成复杂，一般呈碱性，pH值在8.5～12，有的可达13以上，其外观一般呈粘稠流体或半流体状态，具有颗粒细小、级配差不大、粘度大、含水率高不易脱水等特征，是一种有典型流变学特征的胶体。其自然干结过程缓慢，干结物遇水浸湿后易再度形成废弃钻井泥浆，会对排放点及附近地带的土壤产生长期的不良影响。
1.3 危害 由于废钻井液成分复杂，所以废弃钻井泥浆对环境的影响也是多方面的：（1）污染面积大，区域广。这是由钻井生产流动性大等特点决定的。（2）废钻井液中的盐、碱和岩石层钻屑不仅造成土壤板结，会抑制农作物对氮磷的吸收，可溶性盐的迁移还会对地下水造成污染。（3）有害的重金属离子如Cr6+、Hg2+、Pb2+及不易被动植物降解的有机物、分子聚合物、滞留于土壤中，会影响植物的生长和土壤中微生物的繁殖，并且这些物质容易进入食物链，并在环境或者动植物体内蓄积，危害人类的生命健康及安全。（4）油类物质进入水体后，形成浮油，影响空气与水体界面上氧的交换。
2 处理方法比较
在不同钻井废物对环境的影响及评价各不相同，泥浆的处理方法比较如表1。
表1 泥浆处理方法
[处理方法＼&适用对象＼&工艺流程或处理原理＼&优点＼&缺点＼&直接填埋法＼&适用于盐类、有机物、油、重金属含量低的废钻井液＼&自然蒸发风干到一定程度，待固相干化后就地填埋＼&处理费用低，操作简便＼&不适于油类、COD、重金属含量高的废钻井液；自然状态下脱水极慢，遇降雨天气污染物易扩散迁移，污染环境＼&固液分离法＼&适用于不同类型的废钻井液＼&在废钻井液中加入一定量的混凝剂（絮凝剂和凝聚剂的混合液），实现固液分离，分离出的水经处理达标后排放，污泥直接填埋处理＼&分离后的污泥可直接掩埋，不需要长时间干化，占用土地时间短＼&混凝剂用量较大，污泥中的污染物易被水浸泡流失，污染环境；固液分离装置操作复杂，不便于搬运和组装＼&固
化
法＼&水泥
固化＼&适用于含重金属废钻井液的处理＼&通过固化包容，减少有害固体废物的表面积和降低其可渗透性＼&方法成熟，工艺设备简单，操作方便，价格便宜，固化体强度高＼&固化体体积较大，使最终处置的费用增加＼&石灰
固化＼&适用于含重金属废钻井液的处理＼&根据石灰和活性硅酸盐物料可与水反应生成坚硬的物质，达到包容废物的目的＼&源广价廉，工艺设备简单，操作方便＼&固化体体积增大，固化体抗水浸出性不好，容易受到水和酸性溶液的侵蚀，固化有机物较困难＼& 双重
固化＼&适用于不同类型含有毒有害物质的废钻井液处理＼&配制与废弃钻井泥浆相适应的固化剂，与泥浆搅拌混合，使其失稳脱水，固化剂与其中的水发生水化反应，并通过自胶结和包胶作用将泥浆中的有害成分圈闭、包裹起来；按设计用量再次投入固化剂，待固化体达到一定承载能力后覆土掩埋＼&限制了有毒有害物质的迁移、扩散，避免和减轻了对环境的影响，固化体浸出液中污染物浓度较小＼&处理费用较高＼&]
3 固化无害化工艺流程
3.1 工艺流程 其工艺流程见图1。
图1 工艺流程量
3.2 工艺说明 （1）到现场取样分析，根据泥浆成分确定破胶剂、胶结剂用量，确保废弃钻井泥浆固化处理后；（2）用挖掘机对泥浆池中的泥浆进行预搅拌，使其上下干湿固相含量均匀，便于固化材料的快速充分反应；（3）按照设计用量向废弃泥浆中投放破胶剂UP-A或UP-A、UP-B同时使用，搅拌过程中UP-A、UP-B与废弃泥浆反应剧烈，约3min废弃泥浆失稳脱水；（4）失稳脱水后，在重力作用下，泥浆底部固体含量高，中层为泥水过渡带，上部为清液，为防止后来投料形成团状影响固化效果，对其再次进行搅拌；（5）按照设计用量向泥浆中投放UP-C、UP-D胶结剂，搅拌均匀，随着胶结剂的投入，水色更加清澈。利用胶结剂的吸附包裹作用，形成具有抗水浸泡能力和一定强度的固化体；（6）将上清液用泵抽入二次沉淀池，按照设计用量向剩余的废弃泥浆投放固化剂后搅拌均匀，增加废弃钻井泥浆的固相含量，达到一定承载能力，便于及时掩埋；（7）当反应在敞开条件下时，固化24h后，固化体的结构完全具有稳定的固态性质，固化120h后，固化物就形成一定强度的固态结构；（8）取样检测处理效果，环境保护主管部门验收；（9）固化体掩埋，用装载机运土至废弃泥浆池旁，用挖掘机在固化体表面均匀覆土。为了便于复耕，固化体掩埋厚度应大于50cm，掩埋后井场进行平整压实。
3.3 实际废弃钻井泥浆处置工艺 实际上，各废弃钻井泥浆处理企业并未按照上述成熟的工艺对废弃钻井泥浆实施无害化处置，其工艺流程见图2。
图2 实际废弃钻井泥浆处置工艺流程
实际废弃钻井泥浆处置工艺常用的固（下转114页）（上接81页）化方法为直接固化法，该方法是常规的固化处理方法，即在钻井废液中直接加入水泥、石灰等固化剂进行固化。但过量加入水泥不仅增加固化成本，而且使固化之后土地难以耕种。
4 对策建议
4.1 管理方面 （1）严格落实企业环境保护主体责任。按照“谁污染，谁治理”的原则，进一步落实企业污染防治的主体责任，逐步建立健全危险废物污染防治责任延伸和终身追究机制，加大对企业索赔、罚款和刑事处罚力度。（2）严格企业内部管理。企业需建立健全内部管理制度和环境突发事件应急预案，并严格执行。规范井场建设，做到从钻井泥浆产生到固化全过程记录，设立警示标识，永久保存泥浆固化资料，不断加大固体废物环境执法力度。（3）加大环境执法力度，规范相关危险废物处置。严厉查处和打击违反固体废物管理法律法规的各类违法行为。企业应建立泥浆固化池上清液、污油泥等危险废物管理台账，交给有资质的危废经营单位进行安全处置，执行危险废物转移联单制度，保存相关资料。
4.2 技术方面 （1）钻井废液的毒性主要取决于钻井液中添加的各种化学处理剂的毒性。因此，开发并尽量选用低毒或相对无毒的钻井液体系，是降低废弃钻井泥浆处理难度的根本措施。（2）钻井废液处理剂应减少废液中有机物、重金属离子和可溶性盐的含量，从而实现钻井废液处理后达到覆土复耕的目的。（3）鼓励产废企业拓展钻井废液的综合利用领域，实现废弃钻井泥浆的零排放。（4）推广废弃钻井泥浆的生物处理技术。培养既能够破稳又能降解的有机成分，又能将有害的金属离子转化为无害的不溶物的微生物，最大限度降低钻井废液的毒害性。
参考文献
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（责编：张宏民）
