废弃钻井液处理技术新进展

刘 佳 邓明毅 石 玲

（1.西南石油大学，成都 610500；2.重庆科技学院，重庆 400050）

废弃钻井液处理技术新进展

刘 佳1，2邓明毅1石 玲2

（1.西南石油大学，成都 610500；2.重庆科技学院，重庆 400050）

针对废弃钻井液处理问题，介绍固液分离法、干燥喷雾法、微波干燥法、MTC技术和新型固化技术，提出新思路。关键词:废弃钻井液；絮凝；脱稳；固液分离；固化；MTC技术

废弃钻井液是指整个钻完井作业中产生的井场废弃混合物，主要包括在钻井过程中排放出来的钻井液、岩屑、完井液，油层改造过程中排出的洗井液、压裂液、压井液，以及钻完井作业中产生的废水。废弃钻井液中含有大量不同自然降解性、不同毒性的污染物，如果处理不当，将会导致土壤、地表及地下水的污染，对环境和人体健康造成直接或间接的危害。在此，介绍近几年出现较多的废弃处理新技术和方法。

1 固液分离法

1.1 固液分离预处理

固液分离技术是固化处理技术的关联技术，相当于固化前的预处理，工艺流程简单，操作方便。该技术主要内容包括脱稳和絮凝。

1.1.1 脱稳

一般情况下，使用物理方法很难打破废弃物体系的稳定状态，分离效果不明显。化学破胶法可以很好达到脱稳的目的。其原理是通过消除胶体的稳定因素，利用不稳定因素，再通过微粒之间的范德华引力及布朗运动，使胶体微粒不断长大形成沉淀。

1.1.2 絮凝

（1）新型絮凝剂。新型的聚醚型高分子絮凝剂、水溶性高分子支化聚合物絮凝剂和两性高分子絮凝剂与传统的絮凝剂相比，脱水性能更加突出。聚醚型高分子絮凝剂具有毒性低、热稳定性好、电荷密度高等特点，可用于处理有机废液［6］。水溶性高分子支化聚合物絮凝剂可在相同用量的情况下达到较大的脱水效果。两性高分子絮凝剂兼有阴阳离子基团的特点，适于处理带不同电荷的污染物，且在酸、碱性条件下均可使用。

（2）造粒絮凝技术。造粒絮凝技术主要是借鉴生活污水、煤气洗涤废水、电厂冲灰废水等较低浊度和浓度废液的处理技术。普通絮凝机理是颗粒随机碰撞合并，絮凝体粒径较大，内部空隙含水量较多。造粒絮凝工艺通过控制物理化学条件、动力平衡条件来改变颗粒的合并规律与絮凝体构造形态，即在液相介质中直接生成湿式密实弹丸絮体。目前针对高浊度、高浓度废弃钻井液的处理尚处在室内实验和小型试验阶段［10］。

1.2 固液分离设备

1.2.1 全自动板框式压滤机

全自动板框压滤机是高性能高精度化的固液分离设备。在装置上增加了开板装置、滤饼排出装置，滤布自动洗净装置和滤饼自动脱落装置。滤板材料使用性能优越的耐腐蚀轻型聚丙烯树脂。

1.2.2 可变室压滤机

可变室压滤机(圆筒型压滤机)由两个空心同心圆筒组成，这两个圆筒水平安装在中心轴上，内圆筒带有过滤布，外圆筒带有可膨胀簿膜。其原理是，设计成活塞式过滤表面，浆料进入圆筒之间的环形部分。在过滤期间，在内圆筒的外表面上形成滤饼，当滤饼厚度或阻力达到某一值时操作停止，液压作用在薄膜上。冲洗是冲洗水由紧缩薄膜携带进入环形，然后膜的加强处受到冲洗水压而通过滤饼，再置换母液。结束时，从外壳将内部圆筒抽出，滤饼用人工卸料或用压缩空气冲洗。

1.2.3 带式压滤机

带式压滤机是将浆料夹在双层网带中，在挤压脱水辊上受挤压和剪切作用进行固液分离的。此工艺最大的特点是能够保证设备连续运行不堵塞，污泥含固量要求低，可降低前端浓缩池等预处理工艺的建设规模。该工艺适用于油田污水沉降罐和滤罐等构筑物所产生的高含水、低含固、多胶体等特性污泥的浓缩脱水。

2 废水处理法

2.1 Fenton试剂氧化结合活性炭吸附处理

利用Fenton试剂的强氧化性对钻井污水进行处理。Fenton试剂中Fe和H∶O的链反应催化生成氧化性很强的·OH自由基，·OH自由基对废水中的C—O、C=C进行加成，促成双键分裂，实现降解，从而降低了COD值和色度。技术方面应是加入催化剂氧化后立即加入活性炭柱，这比单纯氧化吸附效效果更好。用Fenton试剂氧化结合活性炭吸附处理效果好，适用于处理井深、浓度高且使用聚磺钻井液体系的废弃钻井液［4-5］。

2.2 喷雾干燥法

喷雾干燥是把初始状态为含固的液体通过特殊设计的雾化器雾化后再与干燥介质接触，在短时间内完成蒸发干燥而获得干燥的产品。喷雾干燥分为恒速干燥阶段和降速干燥阶段2个阶段。恒速干燥阶段主要是发生在颗粒表面的蒸发过程，蒸发速度由蒸汽与颗粒之间的温度差决定。恒速干燥阶段中，水分通过颗粒的扩散速度大于或等于蒸发速度，以保持颗粒表面处于湿润状态；当水分通过颗粒的扩散速度小于蒸发速度，即不能维持颗粒表面的饱和时，内部扩散速度就成为控制因素并进入降速阶段。在此阶段，蒸发过程发生在表面的某个面上，当蒸汽扩散速率低于蒸发速率时，蒸汽便在颗粒内部生成，形成中空状喷雾干燥颗粒。该工艺喷头选择采用压力式喷头［7］。

3 固化剂与固化技术

3.1 水泥基固化

水泥基固化是利用水泥的水合和水硬胶凝作用对废弃钻井液处理的方法。水泥发生水化反应后形成坚硬的水泥石块，可以把分散的固化添料黏结成为一个整体。硅酸盐化合物与水形成水化物之后，生成一种硅酸钙水合凝胶，这种凝胶膨胀并形成由连锁的硅酸胶纤维与水合产物组成的水泥基体。目前主要是使用普通硅酸盐水泥，并配合使用添加剂来改善固化后产品的强度及降低废物的渗漏损失。此方法非常适合处理各种含有重金属的泥浆。

3.2 利用减水剂固化废泥浆

将减水剂加入含固率较高的废弃钻井液中，可以提高废泥浆固结物的抗压强度，降低浸出液的CODCr值。多数减水剂属于阴离子表面活性剂，当减水剂加入到水泥浆中，其憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶液，构成了单分子或多分子吸附膜。减水剂定向吸附在水泥颗粒表面上，使其带有相同符号的电荷，由于存在电性斥力，一方面能使水泥—水体系处于相对稳定的悬浮状态，另一方面能使水泥在水中初期形成絮凝状结构分散解体，从絮状结构内释放出游离水来，从而达到减水或增强流动性能的目的［8］。

4 废弃钻井液回收净化再利用系统的设计

废弃钻井液回收净化再利用系统是将废弃的钻井液回收、净化、干燥、粉碎和打包五个环节组成。技术核心是采用微波炉干燥系统，由槽状金属传送带将钻井液从入口输入微波干燥炉，这样可以提高干燥效率和内外均匀干燥。干燥后的固体由传送带输送到粉碎系统。通过微波炉出口处的湿度传感器监测干燥情况，采用PLC实现连续节拍控制［9］。

5 随钻固化技术

随钻固化技术的理念是降低处理废弃钻井液的成本，提高处理效率，同时是对环境的更好保护。以前的废弃液都是和从振动筛、除砂除泥器排出的泥砂混合物一同处理的，这样的处理使用的人工费和加料费都是很高的。随钻固化技术就是利用振动筛、除砂除泥器的分离效果，先进性一部分废弃物的处理。这样处理的废弃物相对成分固定，可以确定合适的药剂种类和加量，避免药多浪费和药少固化效果不好的现象。随钻固化可以很大程度的提高工作效率，同时有效的控制了废弃钻井液对环境的污染［11］。随钻固化技术可以实现废弃钻井液不落地的固化处理，减少了相应的固化剂用量，节约成本。随钻固化技术避免了以前的人工抛洒药粉固化施工对环境的污染，同时也减少了废弃泥浆坑的占用面积。

6 废液处理新思路

针对目前过于原始的搅拌固化工艺施工，建议开发研制适合废弃泥浆固化的设备体系，研制一种能够实现投料—搅拌—施工—体化的施工机具，进一步优化施工工艺。建议随钻固化技术、喷雾干燥法和回收净化再利用系统相结合的技术路线。随钻固化可以大大降低处理含固量高的废弃物，这样使用少量的固化剂固化使之排到填埋坑。对于低固含的废弃物采用喷雾干燥技术，得到的干燥固体回收再利用于附近的井场。

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Abstract：Aiming at the disposal of waste drilling fluid,this paper introduces the solid-liquid separation method,spray drying,microwave drying,MTC technology,and new curing techniques.And new ideas for curing are put forward.

Key words：waste drilling fluid;flocculation;destabilization;solid-liquid separation;curing;MTC Technology

Treatment Technology of Waste Drilling Fluid

LIU Jia1，2 DENG Minyi1SHI Ling2
(1.Southwest Petroleum University,Chengdu 610500;2.Chongqing University of Science and Technology,Chongqing 400050)

O69

A

1673-1980（2012）02-0123-03

2011-11-28

重庆市教委自然科学基金项目（KJ111420）

刘佳（1985-），女，山西大同人，西南石油大学在读硕士研究生，研究方向为钻井液化学与力学。