钻井固废资源化利用现状

＊弭如梦 刘考静,2* 张嫣然 王家乐 盛考晓 胡海南

（1.山东石油化工学院 化学工程学院 山东 257000 2.东营市康元司法鉴定所 山东 257000）

钻井固废是钻井过程中产生的废液经过一系列处理后得到固相废弃物。根据不同油田钻井废液的不同性质及组成，通常因地制宜的使用多种组合技术进行处理，从而得到钻井固废。

对于钻井废液的处置，国外报导主要集中在自然风干、化学固化、钻井泥浆的回收利用技术。国内对钻井废液的处理主要包括固化法、固液分离法、资源化利用技术等。

经处置后得到的固体废物仍有一定的污染性。若不经处理而丢弃，对水质、土壤、生物等环境生态造成严重影响。钻井固废中有毒、有害的物质会经过自然降雨冲刷而渗入地下，对地表水、地下水以及土壤造成污染；并在土壤中富集，不仅会对土壤中的大量微生物产生不良影响；若被植被吸收，将会对其产生毒害作用，甚至危害人畜。

钻井固废资源化将钻井固体废物再利用，在优化环境的同时促进了社会经济的发展。本文详细介绍了钻井固废三种主要的资源化途径。

1.钻井固废制砖

免烧砖和烧结砖的主要原料相似，基本都为黏土、沙土、页岩、炉渣、煤矸石或粉煤灰。

(1)钻井固废制免烧砖

①制免烧砖的可行性分析

免烧砖一般以劣质黏土、沙土、花岗岩和煤矸石等为原料，加入适量胶合剂，经过一系列处理加工后制成新一代墙体材料。

免烧砖技术要求较烧结砖较低，主要技术难点是使废泥浆胶结形成密实的固结物，从而将有害物质封存起来，保证产品的无害性。

添加适当的泥浆胶结剂后，废泥浆中的硅质、铝质等化学元素可以发生水化反应，反应如下：

由此可见，水化过程中所生成的钙矾石和硫铁酸钙可以作为钻井废泥浆固结体的基本骨架，其他没有发生水化的物质及不溶性颗粒填充在其中的空隙中，又因为生成的钙矾石和硫铁酸钙具有粘结剂的作用，又可将各项粘合成一个整体，最终形成有一定抗压强度的固结体。因此，钻井废泥浆满足生产免烧砖的要求。

②研究现状

关举忠等以中国石化华北分公司某钻井废泥浆为原料，研究不同的水泥投加量对免烧砖抗压强度的影响，通过试验结果分析，初步确定投料比为：钻井废泥浆:水泥:河沙:黏土:碎石料=3:1.2:2:1:4，养护4天后，其抗压强度可达到21.2MPa，并且产品浸渍液主要污染指标满足国家污水排放标准一级标准。

免烧砖与烧结砖相比，生产成本更低，废渣消耗量更大，不需要烧结和蒸养，没有废气排放，环境效益更加突出。但免烧砖没有像烧结砖一样经过高温焙烧，其中所含有的挥发性有害组分无法实现“无害化”，所以应用过程中要加强有害成分的监测，对其应用的场所也要严加筛选。

③技术路线

将按照研究设计的固废材料，配料和泥胶剂人工拉运至升降料斗，通过升降料斗提升至搅拌器中进行机械搅拌，通过搅拌器下放混合物，经输送带进入砖机料箱，压砖机自动或手动作业将含泥浆的混合材料挤压成型，废料经人工斗车带再运至升降料斗，经养护期后获得成品。

(2)钻井固废制烧结砖

①制烧结砖的可行性分析

毛培海等[5]把钻井岩屑作为主要原料，并添加适量当地荒山土或煤矸石，研究烧结砖制备是否可行。从对钻井固废中SiO2、Al2O3、以及在焙烧砖时会起到助溶剂的作用的Fe2O3、CaO、K2O、Na2O和MgO进行分析发现，钻井岩屑化学成分中Al2O3含量偏低，其余皆与黏土、页岩等原料的成分类似。物理性能分析的粒径、塑性指数、干燥性能、低位发热量、放射性核素限量等指标可以满足烧结砖制备要求。

②研究现状

毛培海等[6]分别以宁夏盐池和陕西榆林的钻井岩屑为原料，掺配当地的荒山土或煤矸石制备烧结砖。经试验研究确定，陕西榆林钻井岩屑、荒山土、煤矸石的最佳投料比为75:15:10；宁夏盐池钻井岩屑、煤矸石的最佳投料比为70:30。在制备时最高烧成温度最大不应超过1070℃，最佳烧成温度为970～980℃。最佳烧成温度下烧制的产品表面较光滑，无裂纹出现。

刘涛等尝试以钻井泥浆为原料，经过分析钻井泥浆的物理性能和化学组分后，发现钻井泥浆含水率较高，提出在钻井泥浆里加入页岩以降低脱水量，研究后发现，将页岩与钻井泥浆以17:8的比例混合均匀，所制成的产品强度等级可达MU15，剩余指标也可满足国标优等品要求。

目前一般以GB 8978-1996《污水综合排放标准》为烧结砖的浸出液环保指标，但该指标未考虑产品对人体健康的影响，因此无法满足于人们日常生活、工作场所的要求。其次，环境安全控制指标方面也存在空缺。

③技术路线

将物料粉碎后进行干燥，然后陈化、制坯后再进行搅拌、烧制、塑形即可得成品。

2.钻井固废制水泥

(1)制水泥的可行性分析

水泥的主要化学成分为SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3，而钻井固废组成中的页岩钻屑组分（含有SiO2为45%～ 80%，Al2O3为12%～25%，Fe2O3为2%～10%，CaO为0.2%～ 12%），两者较为类似，对其进行脱油预处理后，可作为生产水泥的原料。张健等对油基钻井固废进行了物化性质分析，确定了钻井固废制备水泥的可行性。

(2)研究现状

王朝强等提出页岩气钻井固废制备水泥的新方法：将30%～75%的固废与10%～35%的硅藻土破碎后，加入1%～5%的硫酸渣混合研磨，过方孔筛（53～ 75μm），筛余在8%～15%，即可得水泥生料；取10%～ 35%的贝壳粉研磨后过方孔筛（53～75μm）筛余制浆，加入水泥生料后，于1300～1700℃下煅烧35～ 50min得水泥熟料。此方法制得的水泥各项检测指标与通常石灰石黏土原料煅烧的普通熟料相当。

综上所述，目前国内在钻井固废制备水泥方向上仍处于发展阶段，以固废充当辅料制备水泥这一资源化途径，既消除了其对于环境的隐患，也在一定程度上提高了企业的利润。

(3)工艺路线

在钻井固废中加入非氯化物脱稳剂和固化剂进行改性脱水，加入石灰石和砂岩混合干燥，制得一次生料；再加入钙质原料、铁质原料进行配料；磨粉烘干后过筛；经煅烧后得到水泥熟料。

3.钻井固废制路基填料

(1)作路基材料的技术可行性分析

钻井固废的主要成分是黏土，与路基材料的成分十分相似。李相国、杨海涛等人采用大港油田钻井固废泥浆，添加改良材料进行固化实验，最终确定选取一般水泥、硫铝酸盐水泥、石灰、石膏以及粉煤灰作为改良材料，其最佳配比范围为：吸水膨胀组分20%～ 30%，胶凝组分65%～75%，增强组分5%～10%，载体0～ 5%；实验表明，采用该改良材料，钻井固废代替底基层土时，28天强度最低1MPa，最高2.66MPa，水稳定性较高，浸出液重金属离子低于规范限制，且符合国家标准要求。

(2)研究现状

金更新研究了以复合硅酸盐水泥、粗砂、碎石及经过处理后的钻井岩屑为原料所制备出的路基材料的性能。实验发现，增大钻井岩屑的加入量，产品的干密度、劈裂抗拉强度、回弹模量、7天无侧限抗压强度可观察到明显下降。且当水泥为6%时，钻井岩屑增加了14%，回弹模量下降了531MPa，7天无侧限抗压强度降低了1.64MPa，但均满足我国规定的路基填料的要求。

表1 钻井固废的资源化途径及优缺点

钻井固废制备路基填料的这一资源化方式，降低了钻井固废的处理成本，工艺处理设备简单，便于实现工业化；但对于细小颗粒需要进行稳定处置来提高产品的力学性能，同时需要固化有害组分，减少产品中有害组分的浸出量。

4.不同资源化途径的比较

基于以上对钻井固废资源化处理方式的分析，归纳钻井固废制砖、制水泥、作路基材料三种资源化途径的优缺点。

目前对钻井固废资源化的研究较多，但工业应用还不完善：目前国内外关于钻井固废资源化产品的安全指标及使用标准不够完善；钻井固废资源化的工艺研究尚处于研究和小试阶段，离实现产业化还有较大的距离；产品的适用范围较窄，钻井固废的消纳程度较低、转化后的产品具有一定的环境风险。

5.结束语

目前国内外钻井固废的资源化途径相对较少，未来应进一步拓宽其资源化途径，制备附加值更高的材料，并降低环境健康风险，拓宽其应用范围。