水基钻井液废弃物环保无害化处理技术研究*

高瑞亭

(中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井液公司，北京 100020)

在油气田钻井作业结束后，通常会产生大量的废弃钻井液，水基钻井液废弃物中大多含有水、无机盐、膨润土、钻屑、重晶石以及各种无机和有机处理剂，此外，还可能含有多种有毒重金属以及石油类物质，污染物成分复杂，若处置不当，会对环境造成极大的污染[1-5]。

目前，国内外针对水基钻井液废弃物的处理技术方法主要包括直接填埋法、回注地层法、循环使用法、固液分离法、化学固化法以及生物处理法等，但这些方法均存在着一定的局限性和不足，无法彻底解决水基钻井液废弃物造成的环境污染问题[6-12]。因此，需要研究出一种适合水基钻井液废弃物环保无害化的处理技术，能够减少水基钻井液废弃物可能对环境造成的损害。针对陆上M 油田水基钻井液废弃物的特点及处理现状，以该油田最典型的废弃水基钻井液为研究对象，开展了固液破胶分离处理技术研究、液相废水深度氧化处理技术研究和固相残留物高效固相处理技术研究，形成了适合该油田水基钻井液废弃物的环保无害化处理技术技术，以期为同类水基钻井液废弃物高效合理处理提供一定的借鉴和参考。

1 目标油田水基钻井液废弃物处理现状

陆上M 油田大多采用水基钻井液体系进行钻井施工，最常见的水基钻井液体系是聚磺钻井液体系，其产生的钻井液废弃物中不仅包含膨润土、重晶石和岩屑等固相物质，还含有较多的磺化类处理剂、沥青类物质以及润滑剂等，使钻井液废弃物整体呈现出深黑褐色。根据资料调研分析，M 油田5个典型井区2016 年共计产生废弃钻井液约50×104m3，其中大多为聚磺钻井液体系，废弃钻井液整体呈现出黏稠状流体状态，其组成比较复杂，稳定性较高，固液分离难度大。目前，M 油田针对水基钻井液废弃物主要采用固控处理装置和甩干固液分离等物理处理方法，仅仅对其进行了简单的固液分离，将液相回收重复利用，固相送至堆放厂进行干燥处理。随着M 油田勘探开发的继续进行，待处理的水基钻井液废弃物逐年增多，现有处理方法难以彻底消除污染隐患，因此，需要对水基钻井液废弃物开展更加高效的环保无害化处理技术研究。

2 水基钻井液废弃物环保无害化处理技术

针对M 油田水基钻井液废弃物的特点，从以下3 个方面分别开展水基钻井液废弃物环保无害化处理技术室内研究：①水基钻井液废弃物固液破胶分离处理技术；②液相废水深度氧化处理技术；③固相残留物高效固化处理技术。

2.1 钻井液废弃物固液破胶分离处理技术

2.1.1 破胶剂优选

以分离出水量和pH 值来评价不同破胶剂的处理效果，具体试验方法为：量取200 mL 废弃水基钻井液(取自M 油田现场)，分别加入不同类型的破胶剂，加量(ρ)均为5 000 mg/L，在室温下以100 r/min 的速率搅拌5 min，然后静置30 min 后观察出水量，并测定分离出水的pH 值，试验结果见表1。

由表1 可见：加入不同类型的破胶剂后，废弃水基钻井液均表现出良好的破胶效果，分离出水量均在20 mL 以上，分离出水的pH 值均为碱性。其中高分子聚合物破胶剂SPG-1 的分离出水量最大，达到了32.6 mL，且其分离出水的pH 值为7.8，因此，选择高分子聚合物SPG-1 为破胶剂。

2.1.2 絮凝剂优选

以分离出水的COD 值和色度来评价不同絮凝剂的处理效果，将经过破胶处理后的含水固相废物进一步使用絮凝剂进行处理，具体试验方法为：量取经过破胶处理后的废弃钻井液试样200 mL，分别加入不同类型的絮凝剂，加量(ρ)均为6 000 mg/L，在室温下以100 r/min 的速率搅拌5 min，然后离心分离出水，并测定分离出水的COD 值和色度，试验结果见表2。

表2 絮凝剂优选试验结果

由表2 可见：经过破胶处理后的废弃钻井液加入絮凝剂后分离出水的COD 值和色度变化差异较大，其中复合型絮凝剂XNG-3 的絮凝效果最好，分离出水的COD 值最小为2 350 mg/L，分离出水的色度最小为48 倍，因此，选择复合型絮凝剂XNG-3 作为钻井液废弃物固液破胶分离处理的絮凝剂。

综合以上研究结果，确定M 油田水基钻井液废弃物固液破胶分离处理技术处理流程为：首先使用破胶剂(高分子聚合物SPG-1)对钻井液废弃物进行初步固液分离，收集分离出水，然后再加入絮凝剂(复合型絮凝剂XNG-3)对破胶后的含水固相废弃物进行絮凝处理，收集分离出水和固相残留物，为后续液相和固相处理做准备。

2.2 液相废水深度氧化处理技术

经过固液破胶分离处理后的液相废水仍具有较高的污染性，主要表现为较高的COD 值、较高的色度以及较高的溶解态有机物含量等，因此，要达到废水达标排放的标准，还需要对其进行进一步的处理，分别收集2.1 步骤中经过破胶和絮凝两步操作后分离出的废水进行深度氧化处理试验。

2.2.1 氧化剂优选

将2.1 中依次经破胶和絮凝处理后的废水作为氧化处理试验用水，然后加入不同的氧化剂搅拌均匀后进行氧化处理，氧化剂加量(w)为1.0%，试验时间为2 h，试验温度为室温，试验结果见表3。

表3 氧化剂优选试验结果

由表3 可见：废水中加入不同类型的氧化剂后，COD 值和色度均出现不同程度的下降，其中双氧水的氧化处理效果最好，当其加量(w)为1.0%时，处理后的废水COD 值可以降低至175 mg/L，色度降低至69 倍。

2.2.2 氧化催化剂加量的优选

为了促进氧化反应的进行和增强氧化处理的效果，考察了氧化催化剂CF-1 不同加量对废水氧化处理效果的影响，氧化剂双氧水加量(w)为1.0%，试验时间为2 h，试验温度为室温，试验结果见图1。

图1 氧化催化剂CF-1加量优选试验

由图1 可见：随着氧化催化剂CF-1 加量的增大，废水COD 值和色度值均逐渐减小，当其加量(w)为0.5%时，废水COD 值可以降低至100 mg/L以下，色度值降低至32倍，已达到国家标准GB 18918—2016 《城市污水处理厂污染物排放标准》二级标准中对污水COD值和色度标准的要求，因此，选择氧化催化剂CF-1的加量(w)为0.5%。

综合以上研究结果，确定M 油田液相废水深度氧化处理技术处理流程为：在水基钻井液废弃物固液破胶分离收集的废水中加入(w)1.0%的双氧水和(w)0.5%的氧化催化剂CF-1，搅拌均匀后在室温下进行氧化反应2 h 即可。

2.3 固相残留物高效固化处理技术

经过固液破胶分离处理后的含水固相残留物同样仍具有较高的污染性，必须经过进一步的无害化处理后才能达到达标堆放的标准。固化剂可以起到吸附和固定废弃物中污染物的作用，并能有效降低浸出液中污染物的含量。

采用经过2.1 中固液破胶分离处理后的含水固相残留物作为研究对象，开展了固相残留物高效固化处理试验研究。试验方法为：在废弃钻井液含水固相残留物中加入不同类型的固化剂，混合均匀后加入到模具中，在室温下进行固化处理试验，试验时间为7 d，然后评价固化体的抗压强度和浸出液的COD 值、色度以及石油类物质含量等指标，试验结果见表4。

表4 不同固化剂的固化处理效果

由表4 可见：在废弃水基钻井液含水固相残留物中加入不同类型的固化剂后，固化体强度均有所增大，浸出液COD 值、色度以及石油类物质含量均有所降低，并且随着固化剂加量的增大，固化效果越来越好。其中高效复配无机固化剂WGU-1 的固化处理效果最好，当其加量(w)为10%以上时，固化体的强度可以达到1 MPa 以上，7 d 浸出液中COD 值降低至100 mg/L 以下，色度倍数为15 倍，石油类含量(ρ)降低至5 mg/L 以下，可以达到国家标准GB 18918—2016《城市污水处理厂污染物排放标准》二级标准中对污水COD 值、色度以及石油类物质含量标准的要求。因此，选择WGU-1 作为废弃水基钻井液含水固相残留物固化处理技术中的固化剂，其加量(w)为10%。

综合以上研究结果，确定M 油田固相残留物高效固化处理技术处理流程为：在水基钻井液废弃物固液破胶分离收集的含水固相残留物中加入(w)10%的高效复配无机固化剂WGU-1，搅拌均匀后，在室温下进行固化，固化时间为7 d。

3 结论

1)针对M 油田水基钻井液废弃物特点及处理现状，开展了水基钻井液废弃物环保无害化处理技术研究，主要包括固液破胶分离处理技术、液相废水深度氧化处理技术和固相残留物高效固化处理技术。

2)固液破胶分离处理技术研究结果表明：在水基钻井液废弃物中加入5 000 mg/L 的破胶剂高分子聚合物SPG-1，分离出液相后，继续加入6 000 mg/L 的复合型絮凝剂XNG-3，可以使分离出水的COD 值降至2 350 mg/L，分离出水的色度降低至48 倍。

3)液相废水深度氧化处理技术研究结果表明：在固液破胶分离出的废水中加入(w)1.0%的氧化剂双氧水和(w)0.5%的氧化催化剂CF-1 后，可以使废水的COD 值降低至100 mg/L 以下，色度值降低至32 倍，达到GB 18918—2016 二级标准的要求。

4)固相残留物高效固化处理技术研究结果表明：在固液破胶分离处理后的含水固相残留物中加入(w) 10%的高效复配无机固化剂WGU-1 后，可以使固化体的强度达到1 MPa 以上，7 d 浸出液中COD 值降低至100 mg/L 以下，色度倍数为15 倍，石油类物质含量(ρ)降低至5 mg/L 以下，达到GB 18918—2016 二级标准的要求。