废弃钻井液分类处理及其效能探讨

刘海水

中海油田服务股份有限公司 天津 300459

废弃钻井液的组成成分较为复杂，包括了原油、污水、岩屑、化学添加剂、重金属等等，也正是基于其物质组成的复杂性，使得废弃钻井液毒性比较大，直接排放会对环境造成很不好的影响。从钻井液体系进行划分，可以将其分为废弃水基钻井液和废弃油基钻井液，这些废弃钻井液中包含的成分比较多，不处理好直接排放，就会浸入到土壤和海洋中，对生态系统造成严重破坏[1]。这几年的快速发展，人们也逐渐意识到了环境保护的重要性，在环境保护方法国家也颁布了相关的法律法规，逐渐完善法律体系，从而确保了环境保护的有力性。

1 废弃水基钻井液处理分析

1.1 直接排放法

少数的淡水基钻井液，由于其对周围的环境影响不大，易于被环境净化，因此可以采取沉降、机械脱水等方法，将其排出。该方法具有操作简便、方便易行、造价低廉等优势，但其“无毒无害”的界线不易界定，而且其应用范围狭窄，不易普及。

1.2 循环使用法

对含少量污染的废弃水基钻井液、废水等进行直接或简易的处理后循环使用。例如，从钻井液中提取的废水，可以用来清洁钻具，也可以回收利用，在对生产水进行加工后进行再注入或使用在重油中。采用外输或回注的方式，将高矿化程度的污水进行再调配，而将污染的原油输送到邻近的联合站进行处理。再利用循环使用法对废弃钻井液进行治理，既能有效地维护油气田的环境，又能达到废弃物资源化利用的目的。

1.3 固液分离法

固液分离法包括脱稳、絮凝、分离三个阶段，是对废弃钻井液进行固化处理的一项相关技术，其工艺过程简单易行，易于掌握。一般情况下，采用物理技术难以突破已有的稳定体系，且不能有效地进行直接分离。首先要进行化学破胶解稳，它的基本原理是：打破胶体的稳定性，然后利用微粒之间的范德华重力和布朗运动，让胶体颗粒不断膨胀，最终生成沉积物；与常规的絮凝（粒子的任意撞击和混合，使其具有更大的粒度和更高的孔隙度）相比较，造粒絮凝技术可以通过对物理化学和动态平衡条件来改变粒子的合并规律和结构形态，也就是在液相介质中直接形成湿式密实的弹丸絮体。完成脱稳、絮凝后，采用固液相分离设备进行脱水，其中包括滤带压滤机、卧式螺旋离心机、新型板框压滤机等[2]。

1.4 固化法

固化法是将固化剂加入到脱水后的废弃水基钻井液或钻井液沉淀物中，将其转变为类似于土壤的固体，再将其用于其它用途或将其掩埋于土中。因此，能够在一定程度上减少对周围土壤环境造成的伤害。固化法作为一种较为安全的处理废弃钻井液的方式，在油田得到广泛的使用。根据使用的固化剂和固化过程的差异，对废弃钻井液进行固化的方法有：水泥固化法、粉煤灰固化法、石灰石固化法、水玻璃固化法等等。

通过对硅酸盐水泥、高铝水泥、页岩等矿物成分的分析，潘宝风等人对其进行了综合评价，并对其性质进行了研究。利用热差值分析、 X射线衍射、 扫描电镜等方法对废弃钻井液的固化和烧结机制进行了研究。研究发现，固化剂可使水泥基碳凝胶、水化铝酸钙等水化物，在一定程度上构成了一种新型的网状结构。采用特殊的烧结制度，可以使废弃钻井液中的固化剂成分在一定程度上发生固相反应，从而形成强度等级超过MU20的高强度烧结砖，有效地防止废弃钻井液体的长期泄漏和环境污染等问题[3]。

1.5 MTC 技术

将废弃钻井液中的废油和炉渣进行掺杂，再通过活化剂使其凝固组份活化，然后加入其他的助剂，可以生产出多种不同的固井液。它与水泥砂浆的相容性好，紊流排量低，粘稠过渡期缩短，在防止钻探、固井、提高顶替效果等方面比普通水泥具有明显的优越性。

王玉霞等人根据西部地区的废弃钻井液特点，进行了多次试验，筛选出了优质的优质高炉矿渣，并进行了性能稳定的配制，适用于现场作业的 MTC低浓度矿渣固井系统，其组合物的综合特性较好。利用这种新型的 MTC单级固井技术替代了双级固井技术，已在三口技术上实现了三口技术的套固，有效地克服了新区高温差、易漏失等固井技术问题，克服了双级固井存在的循环孔、泵压高、关闭不严等问题[4]。

1.6 土地耕作法

土地耕作法是利用土壤吸附、吸收、生物分解废弃钻井液中的有机物物质，将其转化成水和二氧化碳。钻井液中含有多种添加剂，对农作物的生长发育有一定的危害，而氯离子一旦进入土壤，就会导致土壤的养分流失，而且有些重金属的浓度超过了土壤的净化，因此，耕作方法并没有得到广泛的应用。在目前无毒无害钻井液大力研发的形势下，采用土壤耕作法对废旧钻井液进行治理仍具有广阔的发展空间[5]。

1.7 回注法

回注法是指利用某种方法和技术，将废弃钻井液注入到安全地层、井内的环状区域，或者在未渗透的情况下，重新进行密封。回注法对地层有很高的要求，绝不能让废弃钻井液逸出，以免对地下水造成严重的污染。海上平台在钻探采油生产中，将无毒性的钻井液直接排出，对于某些严重污染的废弃钻井液，通常采取回注法进行处理。一般情况下，在回注之前，要对废弃钻井液进行预处理，使液体内的固相物破碎、混合均匀，以调整回注废液的流率和流量。通过对废弃钻井液进行回注，可以提高其工作寿命和保证其回注率，可以获得更好的注入效果。

1.8 填埋法

填埋法包括：封闭坑填埋、盐穴填埋、冻结填埋等。封闭坑道填埋是在基坑周围和基底底部覆盖一种有机质土壤，再用塑料板覆盖，或在基底和周围进行强化处理，防止渗水；在水池中填入废弃钻井液（基本上是干燥的），并用土壤进行封堵，恢复地貌。采用盐穴填埋技术，是通过对地下盐穴（1000米以下）自身的密闭和防漏能力，对废弃钻井液进行深埋，治理效果比较好，其特点是安全系数高，占地面积小，容量大，成本低廉。冻结填埋适合于温度较低的地区，将废弃钻井液（包括钻屑）注射到冻土层中，使其永久性冻结，避免了因移动引起的环境污染，从而节约大量土地面积。

1.9 复合混合法

复合混合法也被称作污泥干燥场处理法，其原料是以粉末、木屑为主，其粉末要具有吸油性能、固氮性能、臭味保护、气味跟踪、降解能力等性能；木屑是木材加工过程中产生的一种具有疏松、透气、均匀作用的副产物。采用此方法对废弃钻井液进行固、液两相分离，提取出钻井液中的基液后，再与混合料（粉末、木屑）进行充分的搅拌。然后平辅于一块大场地上，但不可压缩，要使其高度松散，使其充满充足的氧气和水分。在此过程中，它会很快生物降解，使其渗入到土壤的表面和底层，供作物所吸收。通过这种方法进行分解，其残留物质就会丧失毒性，不会对周围的生态环境产生任何的影响。它具有操作简便、快速、劳动量小、节省费用的优点，可用于处理单井废弃钻井液。

2 废弃油基钻井液处理分析

2.1 回收利用法

对废弃的钻井液进行回收再利用，不仅具有一定成本效益，而且也对环境十分友好。油基、酯基和合成基的钻井液可以将它们的基液提取出来，然后用来做其他油井的钻井液，或者用作其他油井的燃料，也可以再添加一些外加剂，采取合适的方法回收再利用。

2.2 化学破乳法

所谓的“化学破乳”，就是将破乳剂、絮凝剂等与之相配的化学助剂加入到废弃钻井液中，将其分解成油、水和固三相。在此基础上，油液沉淀后可作基础油和燃料，经水处理后可再利用，或可直接排出。采用化学破乳工艺对废弃钻井液进行治理，设备简单，能耗低，工艺条件温和，可将油、水、固三相进行综合回收，能够取得较好的经济效益及推广应用效果，是确保国家可持续发展的重要措施。但由于所用药剂的选择性高，且不具备广泛的应用性，从而制约了它的进一步发展。

2.3 生物修复处理法

利用生物修复处理法对废弃油基钻井液进行生物修复，可分为微生物降解和生物絮凝两种。微生物降解法是通过微生物将废油基钻井液中的长链烃类或有机物分解成二氧化碳和水等，从而使其在一定程度上适应于环境需求。生物絮凝原理是将特定的微生物添加到废弃钻井液中，利用其在代谢中所生成的一种物质（即一种具有表面活性的高分子化合物），从而使得废弃油基钻井液发生破乳，油类物质形成絮凝沉淀，然后回收利用。不过，由于采用的微生物都是经过基因工程和细胞工程技术而得到的，因此，生物讲解法在实践中应用的比较多。

2.4 蒸馏法

热蒸馏法是将废弃油基钻井液加入一个密封的减压容器中，然后加入高温和高压的水蒸气，使整个容器内部达到一定温度，废弃物中的烃类物质挥发后可以冷凝回收。废油可以再作基础油基、燃料等，固体残渣后可以用作硬化铺路和建筑材料。AJ. Murray等对哈萨克斯坦 Koshken油田的废弃油基钻井液进行了热蒸馏法处理，发现在高温下，尤其是在260～300℃的高温下，废弃油基钻井液中的油和水相挥发，并通过凝结和浓缩后得到回收。热蒸馏法是一项较为完善、能够大规模处理废弃油基钻井液的工艺，目前已在很多油田中得到推广使用。

2.5 溶剂萃取法

溶剂萃取方法是利用低沸点的有机溶剂，如乙酸乙酯、正己烷、四氯化碳，将废弃油基钻井液中的油质提取出来，萃取液再通过闪蒸，蒸发溶剂，获得可再生石油，利用该方法可以回收利用的有机溶剂。溶剂萃取方法简单，但挥发性强，试剂价格昂贵，而且有一定的危险性（所用的有机溶剂都是有毒的）。挪威一家钻井废弃物处理厂曾经采用这种技术对石油类钻井液进行了处理，其原=油的回收率率达到94.56%，但出于对环境的保护和人类的健康考虑，不得不暂时停止了这种方法对钻井液的处理。

2.6 超临界流体萃取技术

超临界流体萃取技术是目前世界上最成熟的一种物理萃取技术，目前国内外对其进行了大量的研究和开发。利用超临界流体在临界点附件的特殊性，使其具有强扩散能力、低粘度和强溶解性，从而使废弃钻井液中的可溶性成分从固相或乳液中溶入到超临界流体中。超临界流体萃取技术在钻井过程中对废弃钻井液进行了预处理，将其与废液进行混合，将废液中的油萃取到该溶剂中，通过减压后再进行重新分离，可以对污油和有机溶剂进行再回收利用，而多余的废液则可以通过固、液分离等进一步工艺来处理。C. G. Street等对以二氧化碳为基础的废弃油基钻井液和废弃合成基钻井液进行超临界萃取，其萃取率可达98%以上。魏清平等人对废弃合成基钻井液进行了研究，重点探讨了在超临界二氧化碳中，怎样提高其与钻井废弃物的接触，消除废弃固相的阻塞，降低其固相量等问题。采用同样的溶剂，将相同含量的溶剂添加到废弃钻井液中，或者将废弃钻井液置于特定的容器中，都可以提高其处理能力。经过改进优化，该工艺的处理效果达到97%，而且经过进一步的验证，超临界流体萃取物不会对其产生影响，可以作为钻井液的基础液体，降低了钻井费用。

3 结束语

废弃钻井液具有一定的综合性，组成成分较为复杂，性质较为稳定，基于我国石油开发力度的加大，废弃钻井液形成了庞大的数值，加上废弃钻井液对环境的危害程度较重，所以必须重视对废弃钻井液的综合处理。对于废弃钻井液的处理，要结合具体情况出发，考虑到钻井液的性质特点，采取最为恰当合适的处理方法和工艺技术。进一步优化与完善废弃钻井液的相关处理技术，整合现代化技术手段，形成完善的多处理方法系统。对于废弃钻井液的处理，重点在于固液分离，加强脱水废弃物综合技术的研发力度。同时考虑到钻井液毒性特点，大力研发新型无毒钻井液体系，将其尽量推广应用到开发现场，从根源上减少或降低废弃钻井液的污染问题，推动我国石油行业的稳定发展。