水基钻井废弃泥浆处理后的固相残土资源化利用探讨

韩耀明，初冬

1.中国石油辽河油田分公司 环境工程公司（辽宁 盘锦 124010）2.中国石油辽河油田分公司 财务资产部（辽宁 盘锦 124010）

油田钻修井过程中会产生大量的泥浆和岩屑，在油井钻井过程中产生的废水和无法回收的残液，统称钻井废物。在新环境保护法和新固体废物防治法严厉实施的背景下，如何开展好泥浆不落地处理工作，以及如何解决好钻井残土的处置工作是目前油田生产面临的困难之一。

1 泥浆残土

1.1 残土的来源

辽河油田地区钻井产生的泥浆基本上都是水基泥浆，未列入《国家危险废物名录》，根据国家危险废物鉴别标准和鉴别方法认定其不具有危险特征。

这类钻井废物主要指中华人民共和国石油天然气行业标准《陆上石油天然气开采钻井废物处置污染控制技术要求》所划定的“I类一般钻井废物”和“II类一般钻井废物”[1]。这类钻井废物经过振动分离、脱水处置等过程，并加入对环境友好的调节pH药剂以及絮凝药剂，充分搅拌后进行板框压滤机固液分离，使钻井废物转变为非流动性的固态泥饼，形成紧密的固体物。将有毒有害组分转化为惰性组分或降低其溶解性、浸出率、迁移性、毒性的过程即为水基钻井泥浆及岩屑不落地处理过程[2]。处置过程中需要对液相尽可能回收利用，对固化物即泥浆残土需要进行进一步处置或者资源化利用。

1.2 泥浆残土处理的必要性

钻井泥浆在钻井作业中起到非常重要的作用，钻井废弃泥浆因其化学成分复杂，是公认的石油天然气工业的主要污染源之一，因此钻井废弃泥浆无害化、资源化处理成为石油开采过程中重要的技术难题[3]。辽河油田自2014年开始逐步实施钻井废弃泥浆及岩屑不落地处理业务，先后经历试验、推广与强制执行3个阶段。目前，辽河油田累计完成钻井泥浆不落地处理1750余口井，处理泥浆总量超180×104m3。该项业务经由多家单位实施，目前划转供水公司统一管理。通过规范泥浆不落地业务流程、优化泥浆处理方监督管理、强化环境保护理念等措施，供水公司正不断朝着专业化、规范化前进。

《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》经修订，自2020年9月1日起实施。新“固体废物污染环境防治法”中明确生产者延伸责任制，对于固废推行全方位保障措施，实施最严格的法律责任，对于泥浆残土采取资源化利用，将有利于油田公司提高固废管理水平，降低因一般工业固体废物产生的环保风险。

目前，辽河油田各采油厂都有一定存量的泥浆残土，大量的固废存储需按照GB18599—2001《一般工业固体废弃物贮存、处置场污染控制标准》的相关要求做好防扬散、防流失和防渗漏措施。从运行情况看，除少数泥浆处理站严格按照“三防”要求开展泥浆残土的存储工作，其他单位多数泥浆残土还存储在防渗基础工作较差的地面上，如按照环境保护部门要求建设“三防”标准的存储场地将需要投入大量基础建设资金。泥浆残土资源化利用将减轻油田公司的环保风险，为辽河油田各个采油厂解决泥浆固相残土存储的难题。泥浆残土资源化利用更是油田公司实现绿色发展、清洁生产的必由之路[4]。

2 泥浆残土综合检测指标

根据盘锦正能科技有限公司于2020年3月9日在堆放处东侧获取的检测的指标数据看，受检的固相泥饼浸出液检测项目共15项指标，包括pH值、石油烃、重金属镉、重金属汞等指标，各项指标均没有超出最低检测浓度（表1）。

表1 残土检测结果

根据PONY谱尼测试集团相关检测机构反馈的残土45项检测结果看，挥发性有机物和半挥发性有机物含量极低，只有常规几项重金属指标值略高于《土壤环境质量标准》中的风险管控值。因此残土常规处理工艺第一步要考虑对土壤中的重金属进行固化稳定化处理，因为重金属被固化稳定化后，游离的状态变为稳定的状态才有利于下面工艺步骤的实施。

3 泥浆残土资源化利用途径

3.1 铺垫井场路基

在残土处理站对泥浆残土进行烘干预处理，添加土壤钝化剂进行均质搅拌，对重金属进行固化稳定化。其次，经固化稳定化处理后的泥浆残土与粉煤灰、生石灰、灰渣、强度固化剂等按照一定配比，现场混合搅拌，压实养护，再行路基铺垫[5]。另一种途径是把分离出来的残土、岩屑等固相废弃物，利用专用的高温氧化设备如泥浆焚烧炉等，对其进行高温焚烧处理，废弃泥浆残土经焚烧处理后剩余无污染的固体残渣主要为陶土颗粒，这些颗粒可以实现就地固化和无害化填埋，同时达到相应资源化利用的强度等指标要求，用作铺路的基土，或进一步将陶土颗粒制作成免烧砖、免烧条石等建材[6]。此法由于使用锅炉，并且需要获取较高的温度，从安全性和节能降耗上看，不宜大面积推广。

上述工艺在沈阳采油厂静67-040井场铺垫应用。经检测弯沉代表值为175.4，满足JTJ034—2000《公路路面基层施工技术规范》，标准的要求限值（220）要求，路基质量合格，路面整体效果良好。

3.2 改良绿植土壤

从泥浆残土检测结果看，除了几项重金属参数超标外其他数值均在各项要求范围内，大量的残土不宜长期只应用于某一项工艺。该技术原理是指通过重金属钝化剂将残土中的少量重金属永久固化稳定化，再通过微生物菌剂和生物肥改变土壤间的空隙，使其增加吸收营养的表面积，同时也增加土壤中氮、磷、钾的成分，在土上再辅以种植植物，植物生长过程中自然降解重金属等有害物质，通过长时间养护土壤逐年提高土的肥力和养分，最终满足市政绿化用土要求。根据试验治理效果，微生物菌剂和重金属钝化剂以及生物肥的结合可从根源治理污染土壤；根据植物长势可以证明原土壤中养分的缺失可以由微生物菌剂和生物肥来充分调节，通过逐年种植植物，能使土壤质量逐年提升。此举可为市政部门提供廉价的绿化土，油田泥浆残土将得到有效解决[7]。

上述工艺在兴隆台采油厂洼9-36块泥浆残土治理项目应用。通过泥浆残土施加微生物菌剂、生物有机肥和重金属钝化剂以及机械松土施工，试验后，土壤检测石油烃和金属汞含量均降低到GB 4284—2018《农用污泥污染物控制标准》规定的理想数值（表2），土壤质量明显改善。

表2 土壤检测数值对比 mg/kg

3.3 高温煅烧制砖

对传统制砖工艺的原料制备和成型技术稍作改进，可以尝试将钻井残土高温煅烧制砖。高温烧砖生产技术较为符合环保形势和新固废法的要求，目前，该工艺在国内多家油田和企业得到了应用。通过先期试验，将不同比例的残土泥饼、干化剂、矿渣等进行混合搅拌固化。制砖过程同黏土制砖工艺，通过制砖机压制成型，入窑高温煅烧足够的时间，最后出窑阴干[8]。经过残土烧制砖小试，按照高温煅烧制砖的技术方法，将泥浆残土制作烧结普通砖。经检测产品完全符合GB/T 5101—2017《烧结普通砖国家标准》，可以应用建筑工程、甬路铺设和砌筑围墙等。在砖块的稳定性方面，为了避免泥浆残土制成砖以后某些成分造成二次氧化污染，特委托检测机构测定了模拟酸雨环境，将红砖置于酸性液体中浸泡30天后，对浸出液浓度对比进行专项分析，结果显示浸出液指标满足GB8978—2019《污水综合排放标准》中的相关要求，环保指标较为理想。

按照上述工艺，曙光采油厂杜85块泥浆处理后的残土烧结制作一批普通红砖，产品经盘锦市产品质量监督检验所检验，检验结果完全符合《烧结普通砖国家标准》，可以应用建筑工程。

4 效果和展望

4.1 残土资源化利用效果

上述3种残土资源化利用途径中所需材料和机械设施明细见表3。

表3 残土资源化利用材料对比

结合数据和现场总结，所需要的资源化处置费用见表4。

表4 残土资源化利用费用 元/t

目前，市面上存在泥浆残土免烧砖处理技术，由于材料和添加物质所限，泥浆残土制作不经过高温煅烧的免烧砖每吨成本逾370元，高于表4所列成本；另外，如果采取填坑或者填埋的方式，油田公司将缴纳一定的排污费（或环保税）和填埋费用，根据《辽宁省排污费征收标准》排污费不低于200元/t，填埋费按照盘锦市北京环卫集团的收费标准，不同土壤环境质量费用不确定，一般400～900元/t，折合成综合残土填埋费用约600～1100元/t，也高于表4所列成本。

通过实验数据比对，铺垫井场路基、改良绿化土和高温煅烧制砖等泥浆残土处理工艺能够为辽河油田节省铺垫井场所用山皮石、毛石、矿渣等材料费用，也为砌筑井场围墙和改造站容站貌提供了建材来源。因此，上述3种泥浆残土资源化利用技术的推广可以为油田公司节省大量的环保费用，缓解油田环保压力。

4.2 残土资源化利用的不足和展望

目前，钻井废弃泥浆残土资源化利用面临严重的环保形势和压力，需要得到行业重视和政策引导。首先，残土资源优化利用基础弱，缺少标准指导和管理体系；其次，泥浆残土作为建筑材料的原材料供应，市场认可度不够，也容易受到政策限制；最后，泥浆残土利用需要持续监测土壤指标，避免环境污染。将钻井废弃泥浆固化残土作为建材原料是其资源化利用的重要参考方向。随着城市化进程加快，人们对于建筑原材料的需求加大，将钻井泥浆残土用作建材原料不仅可以促进一般工业固体废物的资源化利用，还能在一定程度上减少对自然资源开发，具有良好的实践价值和社会效益。

5 结束语

随着国家对环境保护工作的不断重视，石油企业面临的环境保护要求不断提高，有效解决各类环保问题是石油企业各项业务之首。随着科技进步与技术的发展，钻井泥浆资源化利用途径不断增多，资源化利用的手段也越来越贴近环保实际。铺垫井场路基、改良绿化土和高温煅烧制砖等处置工艺技术及新技术发展，水基钻井泥浆处理后的残土资源化利用将会呈现出更多的途径，发挥出更大的利用价值，进一步缓解石油企业的环保压力。