川渝地区水基钻井废弃物资源化处理技术分析

谭树成，刘 颖，文 华，张显河

（1.四川蜀渝石油建筑安装工程有限责任公司，四川成都 610084；2.西南科技大学土木工程与建筑学院，四川绵阳 621010）

1 概述

钻井废弃物的环境污染风险是目前油气企业勘探开发面临的主要问题之一。针对传统钻井废弃物处置所使用的固化填埋法带来的占地面积大、费用高、对环境影响风险大的问题，钻井废弃物随钻处理技术已逐渐被推行到各大油气田勘探开发中。特别是2015年颁布的新环保法，对钻井环保作业提出新要求，优化并集成发展一套钻井废弃物从无害化到资源化再利用的技术已成为油气行业生存和发展的必然趋势[1]。

2 国内外钻井废弃物处理技术概述

现阶段，对钻井废弃物的处理技术主要归为以下几种[2]。

1）返注钻井井眼或地层中：待钻井作业完毕后，将产生的水基钻井废弃物返注至井眼或地层中，既能解决岩屑堆存问题，又填补了井眼空间，避免产生地质灾害，但此方法成本较高，因而使用受限。

2）就地填埋：直接将钻井废弃物填埋于废弃凹形坑中，操作简单，但环保风险极大，目前已被明令禁止。

3）制备水泥浆（MTC）技术：在钻井液中添加如高炉水淬矿渣等物质直接将水基钻井泥浆转化为固井液，技术难度大、成熟度低。

4）固化处理：将钻井废弃物与水泥、粉煤灰等固化剂充分拌和、压实为固化体，锁住岩屑内部有害物质，再与填埋法结合，将固化体填埋处置，目前，同样因有害重金属渗出风险增大，应用范围逐渐被限制。

5）生化法：利用微生物的新陈代谢来分解钻井废弃物中有害物的处理法。具有节约能源、成本低等优点，但是占地面积大、对工艺要求严格。

6）干燥焚烧法：通常利用水泥窑等装置将废弃物高温焚烧协同制备水泥，操作简单、经济高效。

综上所述，以上技术方法均未能解决经济效益与环境保护协调统一问题。寻求一种既能满足环保要求，又能降低成本的钻井废弃物无害化处理技术成为必然方向。

3 川渝地区水基钻井废弃物资源化处理技术

川渝地区勘探钻井工程通常地处重丘山岭地带，钻前和完井工程建筑作业任务主要涉及土石方、基础、边坡等工程。其中，挡土墙、池类、排水沟、梯步及围墙等部位主要为砖砌体结构；井场场基、路基主要为片石、砂砾石等片粒状基层建材。以“资源化再利用”为终端目标的川渝地区水基钻井废弃物处理技术是指将水基钻井废弃物无害化处理后，生产制备可回用于钻前工程的砌筑或路基等建筑材料，变废为宝，既消纳了钻井废弃物，又节约了工程投资，同时保护了生态环境，一举多得。

3.1 废弃物资源化处理技术路线

遵循废弃物的源头减少、再利用、再循环、再回收的管理原则，水基钻井废弃物资源化再利用处理方案是针对钻井过程中不同井段的废泥浆岩屑，变传统的完钻处理为随钻处理，将以往的固化填埋作资源化利用，实行分段分类的处理方式，按减量化、无害化、资源化再到效益化的技术路线，在将钻井废弃物对环境的污染降至最低的同时进一步推动废弃物从资源化到效益最大化的系统性处理。废弃物资源化处理技术路线如图1所示。

图1 废弃物资源化处理技术路线

3.1.1 减量化

在传统的钻井水基岩屑固化填埋处理中，是将钻井产生的所有水基岩屑进行固化处理后加以填埋。在此处理工艺中，水基岩屑因含水率高，且未分类收集，具有处理量大、固化效果差、岩屑成分复杂、填埋封闭要求高等缺点。因此，减量化的研究是从源头减少水基岩屑处理量，按不同井段的岩屑分类归集处理，为后续的岩屑无害化处理、资源化利用打下牢靠的基础。按此思路，岩屑的固液分离技术和分类归集处理技术是减量化研究的方向。

3.1.2 无害化

钻井水基岩屑的无害化处理，紧密结合国家、行业以及企业对钻井废弃物的处理标准及规范，水基岩屑的无害化处理环节也直接关系到后续的水基岩屑制成品的产品性能能否满足相关环保指标要求。当前石油行业参照的无害化处理规范主要有GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级要求。

3.1.3 资源化

按照对水基钻井废弃物分类分段的无害化处理方式，资源化利用亦采取分类分段的方式。清水钻或空气钻废弃物脱水后，直接作为路基填料或者砂石等骨料建材应用于井场场基或道路路基中；聚合物水基泥浆经无害化处理后作免烧砌块（砖）等建材应用至钻前工程的挡土墙、基础、梯步、排水沟等构筑物中；聚磺泥浆或水平段泥浆经无害化处理拉运至砖厂经激活处理烧结成烧结砖建材应用至钻前工程和完井工程，具体如表1所示。

表1 钻前工程和完井工程砖砌体适用位置

3.1.4 效益化

相较于固化填埋处理方式，钻井水基岩屑资源化综合利用的效益化体现在经济效益与社会效益两方面。

①经济效益方面：减少填埋池修建，节约土地费用及地方协调费用，利用废弃物改造为再生资源，用于后续场站建设或作为社会建材资源使用，降低后续项目建设成本，实现良性循环。

②社会效益方面：改造的建材制品用于工程建设，减少天然石材的开采，保护了植被，利于水土保持。

③环保效益：实现资源化综合利用，消除后期填埋环保隐患，杜绝环保风险。

3.2 水基钻井废弃物的来源和分类

水基钻井废弃物主要来源于钻井过程产生的钻屑、废弃泥浆和设备清洗废水等。根据来源、组成物性与污染物特征等，可分为水基钻屑和水基废泥浆，而水基泥浆应用最为广泛占比达98%左右。此外，泥浆体系材料主要有聚合物泥浆体系、聚磺泥浆体系等传统泥浆体系以及新型高性能水基泥浆体系[3]。

3.3 水基钻井废弃物资源化再利用工艺流程

以四川长宁地区油气勘探开发为例，针对不同井段的不同泥浆体系的资源化再利用技术处理路线示范如下：一开和表层井段，采用空气钻和清水钻钻井、二开采用水基聚合物钻井液技术，三开采用高性能水基钻井液技术。针对以上不同井段的钻井泥浆废弃物的处理工艺流程如下。

在一开清水钻井时，产生的岩屑经高频振动筛脱水后由岩屑输送泵输送到清洁岩屑储存罐，作路基填料使用；清水进入废液储存罐供井队钻井回用。空气钻进时，岩屑经空气钻屑排空管到应急池分离沉淀后，分离后的清水供井队钻井队回用；空气钻屑同样可作路基填料使用。具体如图2所示。

图2 一开水基钻井清洁岩屑资源化利用工艺流程图

二开正常钻井岩屑处理工艺流程。正常钻井过程中，钻井液废弃物来自循环系统的振动筛、除砂除泥器、离心机排出的钻屑。泥浆转换和完钻时，钻井废弃物来自循环系统的泥浆罐。循环系统振动筛排出的钻屑和泥浆先经不落地处理装置的高频振动筛分离成干钻屑和稀泥浆，干钻屑的含水率控制在30%~40%。干钻屑经岩屑输送泵收集转运至岩屑处理撬处理，先利用加药装置加入处理后的钻屑，由检测撬检测相关化学指标后，动态调整加药比例，处理合格后的岩屑进入资源化处理撬加入辅料。经强制搅拌机搅拌后制作为免烧砌块资源再利用，稀泥浆则排入废液储存罐缓存沉淀，然后泵入钻进储液罐供井队钻井回用，沉渣再进入高频振动筛进行固液分离。具体如图3所示。三开钻井时，泥浆体系为聚磺泥浆或页岩气水平段高性能泥浆，资源化工艺流程与二开一致。

图3 二开、三开水基钻井废弃物资源化利用工艺流程图

3.4 水基钻井废弃物资源化再利用处理技术的优点

3.4.1 避免了挖掘储存池和固化填埋池

现有钻井废弃物处理工艺需在钻井现场挖掘废弃物（废弃泥浆、钻井废水）储存池，进行终端处置时还需开挖固化填埋池进行填埋。由于从开钻到完井这段时间较长，废弃泥浆可逐渐渗入到地层，并随着时间推移可能带来渗出隐患，对周边环境造成危害。“水基钻井废弃物资源化再利用”处理技术实现了随钻处置，采用可拆卸式软体池或可移动式钻井液储存池，无须再开挖废弃钻井液储存池和固化填埋池（1 500~2 000 m3井）。同时钻屑无害化处理后制成了铺路基土、免烧砖/砌块等资源化产品，减少了占地，降低了环保风险。

3.4.2 实现了废泥浆和钻屑无害化处理及资源化利用

传统处置方式直接将废弃泥浆、钻屑拉至储存池储存，经自然沉淀和机械甩干步骤实现固液分离。分离出的废水继续转运至专业污水厂进行特殊处理，而剩余固相则进行固化填埋处置，整个处置程序未能实现废泥浆和钻屑等废弃物的资源化利用，成本高昂，同时造成了环境隐患。现通过“水基钻井废弃物资源化再利用工艺流程”可直接实现废水洁净处置，并继续回用于井场清洁工作；钻屑则直接制备成免烧砌块/砖，以建材产品形式用于修建井场围墙、池类、排水沟、梯步等部位，变废为宝，产生极大经济社会效益[4]。

3.5 川渝地区水基钻井废弃物资源化再利用处理技术的不足

钻井废弃物处理方式从早期的简单回填到固化处置再到当前推行的“资源化再利用”处理技术，体现了国家和石油行业对钻井废弃物环保问题的高度重视。从完钻处理到随钻处理，资源化利用的技术路线已在石油行业中达成共识。然而，该技术仍未全面成熟。包括川渝地区在内的国内处置方式仍较单一，配套设备研发力度仍然不够，各油田应用或现场试验的设备技术功能、处理效果和处置成本均差异显著。

4 结语与建议

1）创新发展新型环境友好型钻井液体系。基于现有钻井液体系或另辟蹊径开发一款绿色环保的钻井液，根除钻井废弃物内有害物质成分，从源头实现绿色清洁钻井目标。

2）针对不同废弃水基钻井液特点，提高处置技术与工艺，包括钻井液与岩屑的高效分离技术；低成本废水回收与洁净技术；高掺量水基岩屑制备免烧砖/砌块、场/路基填料、水泥窑协同生产水泥等技术，真正做到变废为宝，物尽其用。

3）进一步完善石油钻井废弃物排放行业标准。现阶段，包括川渝地区在内的国内钻井废弃物排放标准欠缺，通常依照《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）[5]相关规定来判断重金属浸出物中铜、镍、铬、石油类、锌、锰等物质是否满足标准要求，从而决定能否排放。但因其检测指标过少且该标准颁布时间过早，已明显跟不上石油开采行业发展现实需要，因此，有必要制定钻井废弃物专门排放处置标准。