国外钻井废弃物无害化处理技术现状分析

童 维

（大庆钻探工程公司钻井二公司，黑龙江 大庆 163400）

钻井废弃物危害巨大，欧美国家早在20世纪70年代已经进行系统研究，起草颁布了健全的法律法规保护环境，逐步形成了多种成熟处理技术，较好地满足了施工地环保要求。中国于2015年颁布实施的新《环境保护法》，也明确将钻井废弃物列为《国家危险废物名录》，随着国家环保法法规的不断完善和执行力度的不断加大，国内外钻井废弃物无害化处理需求得到极大释放，无害化处理业务前景广阔。对钻井废弃物无害化处理技术等进行分析，对提高钻井废弃物处理技术水平和油田可持续发展具有重要指导意义。

1 钻井废弃物危害及常用处理方法

1.1 水基钻井废弃物

水基钻井液废弃物的常用处理法是固化法，即通过物理或化学的方法将钻井废弃物中的有害成分进行束缚、稳定化，以减少有害物质毒性和溶解性。当滤液检测合格后可就地掩埋复耕等，这种处理方法成本低廉、施工简单，实用性也较强。常分为水泥基固化、石灰基固化和水玻璃固化，又以水泥基固化和石灰基固化应用最为广泛。但也存在着较多缺点，首先是不能将钻井废弃物中的固相和液相进行分离和回收，造成大量钻井液浪费；其次是固化剂与钻井液搅拌不够均匀，固化质量难以保证和控制；并且固化后对地表污染较少，但对深部地层和地下水体还会造成一定污染[1]。

1.2 油基钻井废弃物

使用油基钻井液的井，钻井废弃物油中含有的矿物油、化合物、重金属以及沥青、胶质等有毒物质属于国家明确规定的危险废弃物，在自然界中很难被降解，直接排放会对环境造成严重污染和破坏：①油基钻井液中的大量油相会在水体表面漂浮而阻绝氧气交换，影响水体生物生长；②油相含有的大量芳烃和重金属离子具有致癌、导致基因突变等作业，在土壤中富集会被农作物等植被吸收而进入食物链，最终影响人类健康；③油基钻井液中含有的各种无机盐和碱类物质会引起土壤板结，严重降低土壤质量而影响农作物和植被生长。

废弃油基钻井液处理技术较多，主要有化学破乳法、溶剂萃取法、坑内密封掩埋法、地层安全注入法等，这些方法各有优缺点。国外最早采用固化掩埋法：向废弃油基钻井液中加入固化剂，将其转化成类似于混凝土的固结体，再将其就地掩埋或者送到指定地点进行集中掩埋。这种处理方法虽然能暂时缓解油基钻井液对环境的污染，但在经过一定时间后，在雨水和地下水冲刷和浸泡作用下，固结体中的重金属离子、油相和有机物等仍然会缓慢渗透到附近的土壤中，甚至会渗透到地层深部或地下水层位，造成无法估量的损失[2]。

2 钻井废弃物处理要求

19世纪末到20世纪初的第二次工业化革命为欧美发达国家带来经济的飞速发展，但也给当地的生存环境带来巨大伤害，由此认识到环境保护的重要性。

2.1 钻井废弃物处理要求

20世纪70年代以来欧美国家开始制定环保法规，逐步实施环境保护措施，并立法保护环境。目前已经形成了完备的法律法规来约束环境污染问题，各大油田所在地方政府均要求对钻井废弃物实现“零排放”（Zero-discharge），从源头上减少到最终处理进行严格处理，环境逐步得到改善。对钻井废弃物的管理始终坚持废弃物处理数量最少化、毒性最小化的管理原则，即源头减少、再利用、再循环、再回收的“4R”原则。国外钻井废弃物无害化处理方式因技术发展差异也具有一定差异性。以美国为例，钻井废弃物中要求19%回收再利用，38%回注处理，15%集中处理，5%土壤分散处理，11%自然蒸发，2.5%道路分散处理，4%随市政府或工业垃圾填埋，0.4%热处理，09%采用现场回填等其他方式处理[3]。

在众多国家的立法中以美国最严格，在1972年颁布《清洁水体条件》基础上，根据水质标准及控制污染技术的发展，结合国家污染排放消除系统又相继制定了一系列排放法律，明令禁止油基钻井液、含油钻屑直接排放，对于水基钻井液及其废弃物则需要通过生物毒性评价及游离油评价后方可排放。钻井/完井液及其废弃物对环境的影响及能否向海洋环境排放，必须通过糠虾生物实验和静态发光试验才能向外排放。

2.2 不同国家立法要求

美国不仅立法严格，在执法方面也十分严格。有关法律规定，在钻井过程中，施工单位必须在每月和全井完钻时提供所使用钻井液的生物毒性数据。钻井液及其废物必须达标后才能排放，对于超标排放者，处以100美元/d的罚款，对于蓄意或无视规定的施工单位处以罚款，罚款标准在2500～25000美元/d不等，甚至会因为情节严重处以一年监禁[3]。

加拿大最为关注的是含油量及生物毒性，制定的相关法律明确规定，含高芳香烃原油及柴油的钻屑禁止向大海中排放；钻井液使用的基础油必须要通过沉淀油与水混合的水溶液组分进行生物毒性试验；各种钻井液添加剂必须要提供有关试验数据（如生物毒性数据必须满足当地法律要求）。

英国禁止任何含有毒及难生物降解的、稳定的化学剂的钻井液直接向自然界排放，还禁止含有汞、锡、铬等金属和有机卤素和氯酚类等有机物的产品排放。采用棕虾进行油类及油基钻井液试验，其LC50（半数致死量）必须大于1000mg/kg。

挪威现行法律规定，只有通过生物毒性试验检测才可排海，这种生物毒性检测试验使用的物种主要是海藻和贝属动物。其毒性分类划分如下：使藻类等发光菌发光能力降低一半时的试验溶液浓度EC50必须大于1000mg/kg，双壳贝EC50大于1mg/kg。

荷兰对钻井液及其废弃物也要求进行生物毒性试验和生物可降解性试验。生物毒性试验所用物种为藻类和甲壳动物[4]。

另外，国外许多地区对钻井废弃物含油量指标也进行了明确规定：北美要求小于3%；委内瑞拉陆上要求小于10%，海上小于5%；阿尔及利亚陆地上要求小于2%；英国要求小于1%；厄瓜多尔工业用地要求小于0.4%，农业用地小于0.25%，敏感地区小于0.1%。

3 钻井废弃物无害化处理技术现状

钻井废弃物按照钻井液体系不同，可以分为水基钻井液废弃物和油基钻井液废弃物两大类，二者因组成成分不同，处理技术和工艺也存在较大差别。

3.1 国外水基钻井液钻井废弃物无害化处理技术

国外对水基钻井液废弃物无害化处理技术研究较早，自20世纪70年代就开展了技术研究，并进行了现场应用，采用破胶絮凝、固液分离、固液相分别再处理实现达标排放，较好地解决了浸出液中重金属离子含量超标、废弃水基钻井液COD值高的难题。

3.1.1 哈里伯顿公司

哈里伯顿公司研究了一套水基钻井废弃物处理系统，即固液分离脱水系统，其工作原理是通过加入化学处理剂对废弃泥浆进行脱稳和絮凝处理，然后对絮凝的废弃泥浆进行机械离心处理的工艺。主要设备包括沉淀及絮凝设备（罐）、离心机、加药漏斗、液相转运泵和固相传送泵。在处理前，在通过室内试验确定絮凝剂种类和加量后，将废弃泥浆转入设备中，用加药漏斗按室内试验确定的加量比例，加入足够的絮凝剂，用搅拌泵充分搅拌，然后沉淀，最后用离心机进行高速离心后，就能完成钻屑的脱水过程。在现场试验中这套设备可以一次性处理14m3钻井废弃物，离心出来的清水可以全部返回循环系统进行重复使用[5]。

这套处理系统自2002年研发以来，分别在美国、中东地区、北海等国家和地区，为40多个业主提供钻井废弃物无害化处理技术服务。经其处理后的固相可以应用于其他工业领域，回收的液相可用于配浆重复利用，由于液相中含有一定的钻井液处理剂，所以重复使用会减少处理加量，节约成本。

3.1.2 其他公司

除哈里伯顿公司以外，斯伦贝谢MI-SWACO公司和贝克休斯公司也对水基钻井液废弃物无害化处理技术进行了系统研究，形成的处理设备也分为混合与存储系统、传送系统和分离系统，处理工艺和步骤都是分为化学脱稳、高速离心等步骤以达到固液分离的目的。MI-SWACO公司钻井废弃物无害化管理思路为：减少生成、循环利用、适当处理和最终排放。

3.2 国外油基钻井液钻井废弃物无害化处理技术

自20世纪90年代开始，热解析技术逐步取代了部分传统工艺技术，因为这套技术具有高效、稳定、资源可回收等技术优势，也代表着国际上技术最先进、应用最广的废弃油基钻屑处理技术。哈里伯顿、MISWACO等知名石油公司相继研究热解析技术和工艺，以提高废弃油基钻井废弃物的处理能力。

3.2.1 哈里伯顿

哈里伯顿公司研制的油基钻屑的处理系统，主要由机械甩干设备和机械锤磨热脱附处理设备（TCC）两部分组成。

（1）机械甩干设备。机械甩干设备由4个振动筛、1台除泥器、1台液体分配器、进料泵、1台V-133甩干机和回收罐组成。油基钻屑经过螺旋输送机收集，送入垂直甩干机进行固液分离。经过离心机处理后的钻屑含油率由12.9%降至5%左右，分离出的油基泥浆固相含量降低，性能达标后可返井继续使用，也可通过变频高速离心机继续分离。

（2）热脱附处理设备（TCC）。经离心机离心处理后的钻屑加入密闭减压系统中，通过机械摩擦产生热量，使油基钻井液和钻屑中的烃类成分挥发，挥发的烃类经冷凝得以回收，回收的油可用于继续配制油基钻井液、用作燃料或者其他用途，最后剩下的固体废物固化后可用于工程建设，如修路、建筑等用途。经过热脱附处理后的钻屑含油量可降至1%以下。

这套处理系统处理的钻屑含油量能达到要求，但是设备运行费用高昂，难以实现随钻处理，往往需要建站集中处理，将油基钻屑回收至处理站进行统一处理。

3.2.2 斯伦贝谢MI-SWACO公司

MI-SWACO公司研制的油基钻井废弃物处理设备与哈里伯顿公司设备相比，多了一套二次高速离心设备。油基钻屑经垂直甩干机高速离心后，实现固液初步分离；初步分离的固相经螺旋输送机送至热脱附系统进行油相热脱附处理，最后得到的油基泥浆会被送入另外一套高速离心系统，经变频高速离心机进行二次固液分离，经甩干系统处理可使油基钻屑含油量降至6%，二次固液分离后钻屑含油量降至1%以下。

4 结论

在欧美等国家对环境保护高度重视情况下，国外各专业化泥浆服务公司在钻井液技术研究和应用过程中，也一直注重钻井废弃物处理技术的研究与投入。哈里伯顿、贝克休斯、斯伦贝谢MI-SWACO等公司相继形成了水基和油基钻井废弃物无害化处理特色技术，并实现了产业化，不仅减少了环境污染，还从钻井废弃物中回收了油相等能够继续循环利用的有用物质，节约了大量钻井总成本。国外钻井废弃物无害化处理技术的研究和应用，对国内石油石化行业相关技术发展和油田可持续发展具有重要参考意义。