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1、废弃钻井液处理技术现场实验应用陈建新 大港油田摘要：随着石油工业的发展，由钻井作业排放废弃物导致的环境污染问题也越来越严重，相应地对环境和地层表面都造成了不同程度的污染。我公司应用最新研制开发的随钻废弃钻井液一体化处理装置,通过对钻井废弃钻井液的收集、化学预处理、压滤、氧化、污水处理以及达标后的回收利用等一系列处理过程，取得了较为良好的环保效果。本文对该处理装置的技术原理、工艺流程以及在张27-34井的试验过程、试验效果进行了较为全面地介绍。关键词：废弃钻井液 设备工艺 现场试验 固液分离1前言1.1废弃钻井液环保处理的重要意义环境是人类生存和发展的基本前提，随着社会经济的发展，环境问题已经作
2、为一个不可回避的重要问题。保护环境、减轻环境污染、遏制生态恶化趋势，已经成为政府社会管理的重要任务。在我国，保护环境是一项基本国策，解决全国突出的环境问题，促进经济、社会与环境协调发展和实施可持续发展战略是政府面临的重要而又艰巨的任务。1.2废弃物污染的危害性随着石油工业的发展，由钻井导致的环境污染问题也越来越严重。我国油田每年钻井产生的废弃钻井液约九十多万立方米，其中有三分之一直接排放到环境中，对环境和地层都造成了不同程度的污染。钻井污染主要以废弃钻井液和废水污染为主。若不采用适当的方法来处理这些钻井废液，它将对环境造成极大的危害，且对环境的影响也是多方面的，主要表现在：（1）污染面积大、区
3、域广。这是由钻井液的流动性、分散性及沥滤性等特点决定的。（2）高pH值、高浓度的可溶性盐及石油类物质等会影响土壤的结构，使得附近土地呈现为棕褐色龟裂板结，影响了植物的正常生长。（3）若废弃钻井液冲入河流、海洋或渗入地层，将会使水体的COD值、色度、悬浮物、石油类、挥发酚、硫化物、金属离子等严重超标，影响水生生物的正常生长，也会污染地下水源等。2废弃钻井液处理装备2.1 随钻处理设备简介全套设备分固废处理、污水处理两个模块；主要设备包括两套岩屑收集装置、一套污水脱稳气浮装置、一套氧化过滤装置、一套泥浆脱稳固液分离、一套污水脱稳压滤装置、两套缓冲存储装置，总计8个橇装装置和一套岩屑传输系统。通过泥
4、浆破胶脱稳和固液分离、污水脱稳气浮、污水高效絮凝及氧化、污水精细过滤等多级处理工艺逐步去除分离出的液体中有毒有害化学成分。主要设备如下：（1）岩屑收集传输装置。该装置摆放在振动筛、离心机、除砂器等固控设备的导沙槽出口，把岩屑收集起来，传输进入固化混拌机，与各种固化剂进行充分混拌反应、固化处理、转运堆放。处理能力：20方/小时。（2）泥浆破稳机械分离装置。将废弃钻井液导入此装置，先对废弃钻井液进行破胶处理，然后通过离心机进行固液分离，分离后的液相进入污水处理流程，分离后的固相进入固化系统，固化处理后集中堆放。处理能力：20方/小时。（3）气浮装置。加入破稳剂对含油污水破稳，然后通过溶气泵注入微气
5、泡，利用微气泡的吸附与悬浮作用进行油水分离，去除污水中的原油。处理后污水石油类含量10mg/L，处理能力：10方/小时。（4）压滤装置。加入混凝剂、絮凝剂等对污水进行处理，然后通过固液压滤机进行固液分离；分离出的泥饼固化转运至堆放场，污水进入下步处理。处理能力：20方/小时。（5）污水氧化、过滤装置。对混凝反应处理后的污水进行深度氧化处理，氧化后的污水再通过组合过滤装置砂滤、吸附、膜过滤，达标回用或排放。处理能力：20方/小时。 2.2 设备特点（1） 随钻时使用和完井后均可使用；（2） 节约井场污水池的占地面积和开挖泥浆池的工作量（3） 装置采用橇装设计，拆装方便；各单元组装灵活 便于转运；
6、（4）固液分离效果好，优于国内常用孔板压滤机（5）废弃物不落地，有效地避免了对环境的二次污染。3随钻处理工艺技术3.1 工艺流程图3.2 工艺流程平面图岩屑传输装置污水收集池.收集储存装置.泥浆脱稳固液分离.泥浆脱稳气浮装置.污水混凝分离装置.污水氧化过滤装置.储存罐固化处理排放或回收3.3 工艺技术简介3.3.1固化处理技术向钻屑和废浆中加入主固结剂、破胶剂、催化剂、促凝剂、性能调整剂等复合固化剂。通过固化剂自身水解和水化反应、固化剂和粘土化合作用、固化剂和粘土离子交换作用及激发固化剂和粘土中离子作用机理等四种固化机理综合作用，使钻井废弃物转化为具有硅酸盐凝胶结构或钙矾石结构的高强度固化体。
7、3.3.2污水处理技术水处理设备为34个橇装（2.5mx4m），日处理量50200m3。钻井废液进一次混凝罐加药脱稳后进行固液分离，除去80的悬浮物，分离后的水进行二次混凝，上清液进入调节池后再进行微电解和深度氧化池，达到外排标准则排放；否则进行深度氧化后的污水经组合过滤后外排、现场回用。4现场试验过程4.1现场实验准备实验地点：澄海2号人工岛，张27-34井。 实验时间：2010年10月9 日至11月2日。实验设备对现场的要求：供电负荷为75kw，电压为380v，50Hz。4.2配方选取4.2.1固液分离及液体处理配方试验在试验过程中，废弃有机盐泥浆经过脱稳和固液分离后，废弃液相的色度仍然很
8、高，为达到排放标准，我们对此情况进行了氧化剂的重新筛选。从试验结果来看，2#氧化剂的处理效果最佳。表1氧化剂性能对比样品空白12345pH699889色度501510205030COD/mg.L-167021671411802569146由于有机盐泥浆氧化后色度和COD仍然比较高，我对此氧化液进行了活性炭吸附过滤，最终处理废液结果：色度0倍；浊度：0FTU；COD：105mg/L,达到了国家二级排放标准。表2 处理前后性能对比样品国家二级标准压滤液氧化后过滤后色度8050100COD(mg/L)1506702141105最终选出配方为：(1) 第一次破稳：硫酸铝0.5% +破胶剂1%+聚合物0
9、.001%（2）第二次破稳：硫酸铝1%+SAL-1 0.5%+破胶剂1%4.2.2固化处理配方试验表3 固化原料配方序号固化药剂加量污水处理剂加量1主固化剂XL-16-8g/L混凝剂MLX-15-8g/L2助凝剂XL-21g/L氧化剂ML-81-2g/L3破胶剂XLA-11-2g/L固体废弃物经固化处理后，其浸出液能达到国家三级排放标准要求，下面为固体浸出液分析结果。表4 固体废物浸出液分析结果检测项目执行方法排放标准检测结果PH值玻璃电极法698.72 mg/L化学需氧量重铬酸盐法150mg/L310 mg/L石油类红外光度法 10.0 mg/L2.0 mg/L动植物油红外光度法 15.0
10、mg/L1.8 mg/L硫化物亚甲基蓝分光光度法 1.0 mg/L0.015 mg/L悬浮物重量法 150 mg/L9 mg/L色度 808氨氮 25 mg/L0.685 mg/L砷 0.5 mg/L0.01 mg/L铜原子吸收光度法 1.0 mg/L0.023 mg/L锌原子吸收光度法 5.0 mg/L0.039 mg/L铅原子吸收光度法 1.0 mg/L0.038 mg/L隔原子吸收光度法 0.1 mg/L0.024 mg/L镍原子吸收光度法 1.0 mg/L0.486 mg/L锰原子吸收光度法 5.0 mg/L未检出 4.3现场实验情况由于井场空间限制，本次试验没有将岩屑传输机，固化搅拌
11、机摆放到井场，故此本次试验重点是对废弃泥浆固液分离技术和液体处理技术的学习与掌握，以及通过实验结果来验证设备和工艺，检验其是否能将废弃钻井液处理达到排放要求。4.3.2固液分离施工（1）通过工业泵将泥浆坑中废弃钻井液和岩屑送到泥浆一级破稳罐中，进行均匀搅拌。考虑到药剂不能混合使用（易产生自絮凝沉淀）的问题，在加药的时候需分出加药顺序和投放时间，药剂罐和配料罐需随时进行搅拌。（2）根据处理工艺在泥浆一级破稳罐中加入破胶剂、絮凝剂、调节剂等等，搅拌均匀，则停止搅拌器。（3）停止搅拌器后，打开离心机，运行正常，打开供液泵，对废弃钻井液进行第一次固液分离，分离出的固相直接进入固化系统，液体进入泥浆二级
12、破稳罐，进行二次破稳。（4）第二次破稳原理与第一次相似，待将药液搅拌均匀后，打开液动压滤机，进行固液彻底分离，分离出的液体可以供钻井液体系使用，也可进入下一级氧化过滤装置，进行进一步处理，固相进入固化系统。4.3.3液体氧化施工（1）经过压滤机将固液彻底分离，液体还没有达到排放要求，必须经过氧化处理。（2）将液体送至氧化罐，然后加入提前配好的氧化处理剂，经过24小时静止氧化处理。（3）氧化处理完后，液体进入三级过滤罐，经过吸附过滤，最终排出达到国家排放要求的水。4.3.4岩屑固化处理（1）由于现场空间限制，本次固化作业直接在岩屑坑中进行。(2) 按照比例将各种处理剂均匀撒在岩屑中，撒放处理剂同
13、时用挖掘机搅拌，直到各种处理剂均匀。（3）用挖掘机搅拌完后，静止12小时，固体固化充分，达到排放要求。5现场试验结果测试根据实验室配方，在现场进行废弃钻井液处理，设备运转正常，过程十分顺利，液体经氧化过滤后，以及固体固化后，经检测得出下表：表5 现场废弃物处理检测结果检测项目排放标准氧化过滤液固化浸出液PH值6988化学需氧量150mg/L147 mg/L290 mg/L石油类 10.0 mg/L0.1 mg/L3.5mg/L动植物油 20.0 mg/L0.1 mg/L2.0 mg/L硫化物 1.0 mg/L0.025 mg/L0.04 mg/L悬浮物 200 mg/L26 mg/L50 mg
14、/L色度 805氨氮 25 mg/L13.3mg/L22.5mg/L砷 0.5 mg/L0.013mg/L0.01 3mg/L铜 1.0 mg/L0.194 mg/L0.201mg/L锌 5.0 mg/L0.236mg/L0.260 mg/L铅 1.0 mg/L0.826 mg/L0.765 mg/L隔 0.1 mg/L0.024 mg/L0.024 mg/L镍 1.0 mg/L0.652 mg/L0.567 mg/L锰 2.0 mg/L未检出 未检出 6结论认识综合以上现场实施结果，对该废弃钻井液环保处理一体化装置总体评价如下：（1） 装备平均废弃物处理量为20m3/h，当311mm钻头以2
15、0m/h速度钻进时，废弃物产生速率大约15-20m3/h，一套装备可以满足现场随钻处理要求；当444mm钻头以25m/h速度钻进时，废弃物产生速率大约30-40m3/h，此时需要两套装备同时运转才能满足现场随钻处理要求；（2） 处理技术成熟，工艺可行，实施效果良好，但处理有机盐体系的钻井液其COD比较高，只能达到国家二级排放要求；（3）整套装置结构紧凑，转运方便；但自动化水平一般，占地空间较大，这些都是有待优化升级；（4）处理后的废水满足国家污水综合排放标准二级要求，可以作为工业用水；处理得到的泥饼，浸出液能达到国家三级排放标准要求，需要进一步优化固化配方研究。（5）此设备与工艺仅用于处理废弃水基钻井液，还不能处理废弃油基钻井液，下一步应该考虑怎样优化升级，达到处理废弃油基钻井液的要求；（5）经文献查新，整体工艺技术与设备在国内行业领域算是走在前列，具有行业排头兵性质，达到了行业要求。7参考文献1 赵雄虎, 王风春. 废弃钻井液处理研究进展 J . 钻井液与完井液, 2004, 21( 2) 2 王眉山. 石油钻井废弃钻井液处理的环境问题 R . 石油工业出版社, 2008 年钻井技术论文3 Sor heim R, et al. Oily Dr illCuttings2From Waste to Re2 sourceR . SPE 61273
