废弃钻井液处理技术的应用现状

张冬林，胡继强，李 刚，曹 进，王丹丹，岳柳青

[1.延长油田股份有限公司下寺湾采油厂，陕西甘泉 716100；2.陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西西安 710065；3.陕西延长石油（集团）有限责任公司管道运输第五分公司，陕西西安 710600]

1 废弃钻井液危害性分析

钻井液是石油天然气生产企业钻井过程中必不可少的一种流体，为实现安全钻井，通常会向钻井液中投加多种不同的钻井助剂；随着钻井深度的增大，通常钻井难度也会随着增大，投加钻井助剂的种类和数量也随之增多，从而使得废弃钻井液的成分更复杂，危害性变大。废弃钻井液对环境产生危害性的主要成分有无机/有机盐、石油烃类、聚合物及其改性物等，表现为组成复杂、悬浮物含量高、色度深、矿化度高、COD高、污染因子种类多且含量高等特点[1]。

2 废弃钻井液处理技术

2.1 直接排放

对于一些低毒甚至无毒、可生物降解的废弃钻井液，通常可以直接排放到自然环境中，如水基/矿物油/合成基废弃钻井液、合成基废弃钻屑等。但随着钻井液成分越来越复杂、环境保护要求越来越严格，排放法使用得越来越少。

2.2 分散处理法技术

废弃钻井液的pH通常大于7.0，若集中堆放可使得集中堆放区域的土壤碱化，不利于土壤保护，因此，在满足环保要求的条件下，可采用分散处理技术，将废弃钻井液分到酸性土壤中，不仅处理了废弃钻井液，避免废弃钻井液对环境的破坏，同时还能起到中和土壤酸性、改良土壤的作用。

2.3 循环再利用技术

钻井液使用量大，若不对有益成分加以循环再利用，一方面造成资源浪费，另一面也会增加生产成本，因此对废弃钻井液中的有益成分加以循环再利用就显得尤为重要。如：废弃钻井液固液分离后的废水可清洗钻头；对清洗钻头后的加以简单处理收集后用于钻井液配液，实现废弃钻井液的循环再利用。

2.4 回收再利用技术

对于废弃油基/酯基/合成基钻井液，可对其进行基液的回收，或用于其他钻井液的基液，或用于燃料。另外投加在钻井液中的化学助剂也可以进行回收再利用。

2.5 脱水减量技术

脱水减量技术就是利用破胶、固液分离、化学混凝沉降等技术对废弃钻井液进行处理，从而实现废弃钻井液的减量化。使用该处理技术前，通常须对废弃钻井液进行水质指标分析，了解其水质特性，以便取得较好的处理效果[2]。

2.6 破乳处理技术

对于乳状/半乳状废弃钻井液，处理起来相当困难，在处理前须先进行破乳处理。实际生产中，使用较多的是化学破乳技术，即向废弃钻井液中投加适量的化学破乳剂，实现废弃钻井液破乳，降低废弃钻井液的粘，为其后续处理提供准备。需要注意的是投加化学破乳剂，不仅会增加生产成本，同时还会使得废弃钻井液的成分变复杂，处理更困难，因此开展破乳剂的种类筛选及加量优化就显得尤为重要[3]。

2.7 回注技术

对于毒性较大且处理难度非常大的废弃钻井液，可进行回注处理。通常分两种情况：一是将废弃钻井液通过井眼注入深度大于600m的地层或井眼环空；二是注入非渗透性地层，即先用压裂液将地层压开产生裂缝，再将废弃钻井液注入地层裂缝中，待压力撤销时，裂缝自行闭合，防止废弃钻井液发生迁移，避免对地层产生伤害，该处理技术多见于海上废弃钻井液的处理。

2.8 回填技术

回填技术是将废弃钻井液储存在坑内，实现沉降分离后，上清液满足环保要求后直接排放，剩余废弃物经自然干燥后就地填满，需要注意的是须保持回填坑顶部土层厚度1.0~1.5m和做好防渗处理。该技术多见于低毒、无毒废弃钻井液的处理，对于毒性较大的废弃钻井液不能使用[4]。

2.9 填埋冷冻技术

对于温度极低，极其寒冷的区域，处理废弃钻井液可使用填埋冷冻法，即将废弃钻井液注入冻土层，实现废弃钻井液的永久冷冻封埋，避免了废弃钻井液对环境产生严重污染，如美国阿拉斯加州北斜坡地区就是使用填埋冷冻技术处理废弃钻井液，取得了较为理想的效果。

2.10 集中处理技术

对于钻井现场空间和处理设备有限不能现场处理，且不能直接排放的废弃钻井液须转运至集中处理站进行处理，这主要是针对毒性较大，用常规处理工艺处理后仍难以达标的废弃钻井液。

2.11 化学混凝技术

化学混凝技术具有较强的适用性，对于各种工业废液均有较好的处理效果，因工艺简单、操作灵活易实现、生产成本低、处理效果好等优点而被广泛使用，是废弃钻井液最常用的处理方法之一。化学混凝技术即向废弃钻井液中投加适量的混凝剂和絮凝剂，实现胶体、悬浮物的去除，但对废液中溶解性有机物的去除效果有限，因此化学混凝技术通常作为废弃钻井液的预处理技术使用。

2.12 化学氧化技术

化学氧化技术即向废弃钻井液中投加适量的氧化剂，氧化降解废液中的高分子化合物、有机物等，达到降黏降浊降COD等作用。常用的化学氧化技术有Fenton氧化技术、次氯酸氧化技术、臭氧氧化技术和二氧化氯氧化技术等。Fenton氧化技术即向废弃钻井液中引入Fe2+和H2O2，实现高分子化合物、有机物等的降解，国内外对其处理废弃钻井液的研究和应用较多，也取得了较好的处理效果，研究表明Fenton氧化技术可显著降低废弃钻井液的COD和提高废弃钻井液的可生化性；臭氧氧化技术具有降解彻底、氧化能力强、不产生二次污染等优点，但能耗高且生产成本偏高，一定程度上限制了其使用；二氧化氯催化氧化技术运用废弃钻井液的处理较少，有研究表明处理混凝后的废弃钻井液，可使出水的COD降低至100mg/L以下。

2.13 生物处理技术

生物处理技术即向废弃钻井液中投加适量的微生物，利用微生物分解废液中的有机污染物。其原理为利用微生物的代谢作用，将废液中的污染物转移到微生物体内进行代谢，分解为无害的物质，达到净化废弃钻井液的目的。运用微生物处理废弃钻井液，其研究的重点是筛选并培养合适的微生物菌种及载体[5-6]。该处理技术具有污染区处理彻底、出水效果好、处理成本低等优点，但微生物菌种筛选和培养难度大，且处理周期长，因此大规模推广使用受到一定限制。目前，用于处理废弃钻井液的生物技术主要有活性污泥技术、生物膜技术、生物转盘技术、人工湿地技术和氧化塘技术等。

活性污泥技术以活性污泥为主体，通过对废弃钻井液进行曝气，利用自然产生的微生物对钻井废液进行处理，达到净化废弃钻井液的目的。有研究表明，利用序批式活性污泥技术（即SBR技术）对预处理后的钻井废水进行处理，可极大提高钻井废水的可生化性，出水达到国家排放三级标准；另外，采用微电解-活性污泥联合技术处理废弃钻井液，不仅可极大提高废弃钻井液的可生化性，同时还能极大提高污泥的沉降性能。

2.14 固化技术

固化技术即向废弃钻井液中投加适量的固化剂，使废弃钻井液胶结固化，固化后可填埋或者作为建筑材料使用。该处理技术是目前公认较为理想，在石油天然气生产企业使用最为广泛的废弃钻井液处理技术。该处理技术可很好地消除有机物、金属离子对水体、土壤等生态环境的危害和不利影响，且对COD、pH和总铬等处理难度大的处理效果较好。当废弃钻井液含水量较高时（如油基钻井液/膨润土型部分水解聚丙烯酰胺/木质素磺酸铬等），可联合固液分离技术使用，能够取得较理想的处理效果[5-7]。

2.15 焚烧

焚烧即在高温条件下（一般为1 200~1 500℃）对废弃钻井液进行燃烧处理，焚烧炉内安有除尘/回收/ 气体吸收等装置，具有清洁、对环境不良影响小等优点，焚烧回收的油可用作油基钻井液基液，灰烬可燃料化使用[7]。

2.16 坑内密封技术

坑内密封技术是一种特殊的填埋处理技术，即在填埋坑的底部和周围依次铺上有机土、塑料垫层，或者在填埋坑的底部和周围进行固化处理，以防废弃钻井液渗漏；再将干燥系数较大（即基本干燥）的废弃钻井液填埋在坑内，坑上部按照前述方法进行有机土、塑料垫层覆盖密封；最后恢复地貌。该处理技术主要用于毒性较大的废弃钻井液处理，但需要注意的是必须做好密封防渗处理，以避免废弃钻井液渗漏对土壤产生不利影响[8]。

2.17 钻屑的综合利用

（1）用作建筑材料。有研究表明将废弃钻井液进行固化处理、胶结用于制造泵房，实现了废弃钻井液的循环再利用。

（2）用作水泥原材料。钻屑一般由矿石、黏土等组成，主要成分包括SiO2、Al2O3、CaO等，这些成分正是水泥的主要成分，因此可提炼废弃钻井液中的SiO2、Al2O3、CaO等有效组分用作水泥原材料。实际生产中，水基废弃钻井液、油基废弃钻井液均可实现钻屑的有效成分提炼再利用。

（3）用于改善湿地。国内曾对废弃钻井液用于改善湿地进行了可行性研究，取得了一定的成果，研究以某油田采油区周围的芦苇为实验介质，移位处理从钻井现场拉运过来的废弃钻井液，取得了较好的处理效果，结果表明湿地芦苇对废弃钻井液中的矿物油具有较高的净化率，且一定范围内废弃钻井液的投加量越大，矿物油的净化率越高；同时发现使用该处理技术对该区域深层土壤的理化性质无明显影响，对深层地下水的水质影响较小，对浅层地下水的水质影响可通过防渗处理而加以避免；但对湿地芦苇的发芽率、生物量及叶龄指数产生一定的不利影响，对芦苇的品质基本不产生不利影响，因此废弃钻井液用于改善湿地不失为一种好的处理方法，既实现了废弃钻井液的处理，又保护了土壤环境及自然湿地。

（4）用于MTC技术。MTC技术即废弃钻井液转化为固井液技术，其原理是将矿渣与废弃钻井液有效混合，通过投加激活剂来激活矿渣中的固化剂，再根据生产需要投加适宜的固井液助剂，从而制备成固井液而实现废弃钻井液的再利用。MTC技术具有泵入性好、水滤失量低、适用性强、生产成本低、易生成井壁滤饼、易配制低密度固井液等优点，目前国内外均开展了大量相关研究，并且在石油天然气生产企业得到了广泛应用[9]。

3 废弃钻井液处理工艺目前存在的问题与设计原则

3.1 存在的问题

（1）流程复杂，操作不方便；（2）技术单一，不具备广阔的适应性，应用效果有限；（3）投资和运行费用高，且处理效率较低；（4）设备体积庞大，操作灵活性较低，且安全系数不高。

3.2 设计原则

目前国内外车载移动式废弃钻井液处理站通常采用物理+化学联合处理技术，而废弃钻井液固定式处理站多采用生物处理技术，但由于其处理流程长、处理设备多而复杂，通常会受限于空间的大小，因此生物处理技术的应用受到较大限制。未来，废弃钻井液处理技术的研究重点是如何将物理和化学处理技术很好地结合起来，尽可能发挥最大处理效果。另外，车载可移动式废弃钻井液处理技术的研究重点主要有以下几个方面。

（1）技术可行、设备制造成本低；（2）流程简单、操作方便、安全系数高；（3）设备占地面积小，搬运维修方便；（4）处理效率高、效果好；（5）运行成本低。

4 需要解决的技术难题

不同处理工艺具有不同的特点，不同处理设备具有不同的适用范围，同时不同油气田区域的废弃钻井液水质特性也有较大差异，因此正确选择适用的处理工艺和设备就显得尤为重要。分析总结目前国内外现用的废弃钻井液处理技术，得出处理废弃钻井液需解决的主要技术难题如下。

1）研发“一剂多效”的废弃钻井液化学处理药剂，提高废弃钻井液的沉降性能，实现短时间高效率沉降；

2）深度处理技术（主要是废弃钻井液高COD的降解）；

3）可移动式废弃钻井液处理工艺的研究及集成优化；

4）多功能、可移动污水处理设备的研制。