油田企业含油污泥处理技术研究

陈明(克拉玛依市安迪注册安全工程师事务所有限公司，新疆 克拉玛依 834000)

0 引言

根据生态环境部污染控制规定，“石油开采和联合站贮存产生的油泥和油脚”“以矿物油为连续相配制钻井泥浆用于石油开采所产生的钻井岩屑和废弃钻井泥浆”属于《国家危险废物名录》(2021版)中“HW08废矿物油与含矿物油废物”类，油田含油污泥若处理不当，会产生严重的环境污染问题。鉴于此，各油田均在尝试开发含油污泥处理技术，由于含油污泥种类及油田环境的差异，采取的含油污泥措施也不尽相同。

1 国内油田含油污泥处理技术现状及存在的问题

1.1 油田含油污泥处理技术现状

(1)钻井废弃泥浆处理技术。在油田勘探开发过程中，钻井废弃泥浆的产生量较大，不同的钻井废弃泥浆成分的差别也非常大。常用的各类处理方法各有优缺点[1-3]，均没有彻底解决钻井废弃泥浆或占地问题，存在污染物转移或隐患等问题。固化处理工艺可以在短期内取得令人满意的效果，但是由于各种原因比如外界环境的侵蚀，会使得稳定性变差，导致污染物质浸出，对环境造成危害[4]。

(2)含油污泥处理技术。目前国内各油田对含油污泥的处理方法主要有高温处理法、低温冷处理法、萃取法、调质-脱水法、调剖回注法、生物处理法、微波处理法、超声波处理法、化学氧化法+微生物法修复技术等。每种处理方法都有各自的优缺点和适用范围[5-6]，且由于含油污泥成分复杂，理化性质存在差异性，在实际应用中，处理处置要结合自身的经济技术条件来选择处理方式。

1.2 存在的问题

(1)近年来，我国颁布了多部技术规范，对陆上油气田企业含油污泥处理处置及污染控制提出了较高的要求，油田及相应的技术服务企业需通过较长时间学习、理解、消化相应的技术条款[7]。

(2)当前国内的研究较多集中在单一含油污泥处理技术上，但对分离后剩余的仍含有一定油类物质的泥渣处理研究较少，再加上含油污泥处理成本普遍偏高，缺少对利用技术的深入探索和高附加值的深度处理，致使国内含油污泥的处置程度普遍较低。

2 油田含油污泥特点及处理现状

2.1 钻井废弃泥浆处理现状

钻井泥浆中以COD、重金属铬、pH值和石油对环境影响较大，其他污染物基本不超标，主要采用常规固化处理工艺，堆存量较大。对接收的废弃优质钻井泥浆进行分类处理，经振动筛、离心机过滤后储存作为可回用钻井液使用；对接收的废弃不可回收钻井泥浆进行固液分离，液相部分处理达标后就地回注处理，固相部分制成免烧砖，用于井场建筑和铺路。但由于固相含量较大，制砖、垫井场也只能利用一部分。

2.2 井下作业含油污泥处理现状

井下作业含油污泥成分复杂，处理难度较大。

3 含油污泥处理技术研究

通过对国内油田企业含油污泥处理技术进行研究与对比，提出了热相分离技术、“预处理+调质+离心分离”减量化处理技术和“污油泥-氧化钙”调剖体系处理工艺，仅供探讨。

3.1 物理法

含油污泥拉运至处理站后分类存放于固体接收池和流体污油池，其中流体含油污泥通过油泥输送泵进入油泥分离机进行处理，固体含油污泥通过行吊和刮板输送机进入油泥分离机进行处理。

3.2 焚烧处理工艺

焚烧处理工艺主要处理含油率小于5%的含油污泥，含油污泥经预处理后运至焚烧站晾晒场，进行自然晾晒，待水分蒸发至含水率小于40%后输送至筛分装置进一步筛分，筛分出的少量砂石和杂物运送至暂存池。筛分出的含油污泥加入粘合剂搅拌均匀后，经输送装置进入成型机压制成3～5 cm的椭圆球状体后，进入焚烧炉焚烧。

3.3 热解吸处理工艺

热解吸技术是指通过热交换的方式将污染介质及其所含的污染物加热到足够的温度(450～550 ℃)，以使污染物从污染介质上得以挥发或分离的过程。热解吸过程中发生蒸发、蒸馏、沸腾和热解等作用，通过调节温度可以选择性的移除不同的污染物。

3.4 “预处理+超声-化学热洗+脱水”处理工艺

井下作业含油污泥处理工艺采用“预处理+超声-化学热洗+脱水”处理工艺，但处理量较小，每小时处理含油污泥1 m3左右，且对于复杂的污油泥，达不到预期处理效果。

3.5 “螺压脱水+超热蒸汽干化”处理工艺

油气集输污油泥处理工艺采用“螺压脱水+超热蒸汽干化”处理工艺，螺压脱水机的处理能力为15 m3/h，超热蒸汽干化装置的处理能力为600 kg/h，处理后的干化残渣含水率小于5%，含油率小于1%。但该设备运行过程中故障率较高，且该工艺未在密闭空间中运行，会产生挥发性有机物。

3.6 热相分离技术

3.6.1 原理

热相分离技术是指通过热交换的方式，将污染介质及其所含的污染物加热到足够的温度，以使污染物从污染介质上得以挥发或分离的过程。

3.6.2 处理流程

污油泥经过破碎筛分的物料，用工程车辆运送至进料橇，通过输送机进入核心热相分离装置。通过高温间接加热，使物料中的液相气化，经冷凝液化得到的油水混合物进行油水分离，水相进入水缓存箱，用作循环冷却水使用，油相进入油品储存箱，固相排入还原土临时堆场，定期进行回填处理。

3.6.3 先导实验效果

(1)先导实验装置连续运行8个月，设备运行正常，向采油厂交油约2 000 t。

(2)处理后产生的残渣交第三方检测，其石油类含量为1.07 g/kg，重金属因子含量满足相关标准要求。

3.6.4 评价

(1)环境评价：①经过热相分离技术处理后的固相含油率达0.3%～2.0%，废气通过净化设备处理后，满足相关标准的要求。②节约了暂存、堆放含油污泥所需的土地资源。③含油污泥通过热相分离技术处理后，分解为原油、水和残渣三部分物质。水进入系统回用；原油进入集输管道销售；残渣符合相关环保要求，可用于通井修路等，既节约了购买砂石料费用，又实现了固体废弃物的“减量化、资源化、无害化”处置要求。

(2)经济效益：经济效益主要包括环保节约费用和原油回收效益两个部分，按年处理63 000 t含油污泥计算，该技术产生的年经济效益约为3 411.45万元。

(3)技术评价：热相分离技术已在油田公司进行先导试验，期间主要处置含油率大于5%的管线刺漏产生的污油泥，从处置效果看，该技术很适用此种污油泥。

3.7 “预处理+调质+离心分离”减量化处理技术

在分析油田公司含油污泥组分特点的基础上，针对性地进行实验，根据室内研究结果提出了“预处理+调质+离心分离”的技术路线，设计出中试设备并进行中试试验，通过处理油泥砂脱水达到75%以下。经脱水后的污油泥量减少到原来的1/3左右，为后续的资源化利用和无害化处置提供了条件。

3.7.1 油泥组分

在油田企业多个污水罐、污水池提取含油污泥，外观呈黑色的黏稠液体，经多次取样分析油泥pH值7～8，密度为1.03 g/cm3，含水率85%～95%，固含率2%～7%，含油3%～8%。

3.7.2 室内实验情况

室内试验用污油泥取自油田公司联合站，含液相(油、水)95%，当温度在65℃，加药量在300～600 mg/L的情况下，NYTS-Ⅱ高效老化污油脱水剂完全适用于目前罐底污油泥处理的要求，可以有效地将油从含油污泥中分离开，还可以把泥砂减量化处理，具有处理效率高、速度快等特点。

3.7.3 中试试验

(1)工艺原理。本技术的基本原理是通过加热、加药、均相气浮和高速离心等方法，改变油、水、砂的分布状态，降低原油对泥砂的包结黏度。通过机械筛选，使其大颗粒等杂物在进入离心机前得以分离，减轻高速离心机的负荷，提高装置的处理量，降低单位能耗，同时使被分离出来的泥砂含油量、含水率、污水含油率、净化油含水率达到设计指标。

(2)设备研制。根据室内试验结果和工艺技术路线，设计出一套撬装式污油泥处理设备，以满足工业化生产的需要。

(3)污油池中上部悬浮油泥处理。对油田公司采油厂污油池中上部悬浮油层进行处理，其中悬浮油层多为水和油泥聚合物组成，油质黏度大，固相含量为3%。

3.8 “污油泥-氧化钙”调剖体系

3.8.1 调剖体系主要原料

固化颗粒与水混合后，在缓凝剂影响下，与水发生水化反应，生成各种水化产物，由液态转变为固态，主要形成硅酸盐、铝酸盐和铁铝酸盐。

水泥要选择性能稳定，抗硫耐高温的水泥。膨润土具有规则的层状结构，层与层之间可以吸附大量的水，使其体积膨胀15倍以上，吸水后的自身悬浮、分散支撑沉降的水泥颗粒，保持水泥体系的稳定性。结合油田地层温度高的特点，单纯用水泥与膨润土配合使用，调剖剂固化后在高温下会发生强度减弱，需向其中加入二氧化硅防止固化后强度减弱，提高调剖剂抗高温性能。粉煤灰也是理想的抗高温填充剂。另外，氧化钙固化后具有一定的膨胀性能，能防止调剖体系收缩，也能增强调剖体系与地层的胶结作用。

3.8.2 调剖体系基础配方实验

在研发实验中，确定调剖体系的基础配方为：清水500 g+膨润土100 g+氧化钙80 g+水泥80 g+粉煤灰80 g+GH-8缓凝剂8～9 g。该调剖剂1 m3的成本约为621元。该体系的稠化时间可调节，固化后的抗压强度达到2.5 MPa以上。

在“污油泥-氧化钙”调剖体系稠化时间达到要求的基础上，观察添加不同含量污泥对固化强度的影响。从实验数据得出：污油泥添加量越大，调剖体系固化后的抗压强度越低。当添加160 g污油泥时体系的抗压强度为1.3 MPa，满足调剖剂固化后的强度要求，最后确定“污油泥-氧化钙”调剖体系配方为：清水500 g+膨润土100 g+氧化钙80 g+水泥80 g+粉煤灰80 g+ GH-8缓凝剂9 g+含油污泥160 g。按照该配方计算1 m3调剖剂的成本为635元左右。

3.8.3 实验结论及建议

(1)污油泥的平均固含量为62.8%，粒径主要分布区间为0.9～1.6 mm。大于1.6 mm粒径的颗粒占污油泥质量的9.68%，大颗粒会影响泵注，在施工作业前对污油泥进行过滤处理。

(2)污油泥中固含量高，对于严重漏失的溶洞型调剖井，堵漏阶段可以考虑将过滤后的污油泥直接作为廉价调剖剂使用，1 m3污油泥成本约为50元；在注入过程中起压后根据本井地质情况注入“污油泥-氧化钙”调剖剂。

4 油田企业含油污泥处理思路

油田企业含油污泥来源和成分复杂，处理难度较大，成熟的油田含油污泥综合处理技术亟待开发推广，油田企业含油污泥处理技术研究思路应向减量化、无害化、资源化、综合利用方向发展。

(1)由于各种处理工艺技术都有一定的适应性和局限性，仅选用单一的技术很难使含油污泥处理达标，应根据含油污泥的不同特性、含油量、来源及处理的难易程度，加以对比筛选和综合考虑，将几种技术联合应用，以提高处理的效果。

(2)拓展含油污泥的综合利用领域，推广含油污泥的生物处理技术，培养既能破稳又能降解的有机成分，还能将有害的金属离子转化为无害的微生物，降低含油污泥的毒害性。

(3)由于油田企业含油污泥具有临时性和批量性的特点，且收集、运输、除油和处理操作难度大，从经济效益的角度考虑，依托专业承包商处理含油污泥也是近年来利用比较多的处理模式。