劉 佳 鄧明毅 石 玲

（1.西南石油大學(xué)，成都 610500；2.重慶科技學(xué)院，重慶 400050）

廢棄鉆井液處理技術(shù)新進(jìn)展

劉 佳1，2鄧明毅1石 玲2

（1.西南石油大學(xué)，成都 610500；2.重慶科技學(xué)院，重慶 400050）

針對(duì)廢棄鉆井液處理問題，介紹固液分離法、干燥噴霧法、微波干燥法、MTC技術(shù)和新型固化技術(shù)，提出新思路。關(guān)鍵詞:廢棄鉆井液；絮凝；脫穩(wěn)；固液分離；固化；MTC技術(shù)

廢棄鉆井液是指整個(gè)鉆完井作業(yè)中產(chǎn)生的井場(chǎng)廢棄混合物，主要包括在鉆井過程中排放出來(lái)的鉆井液、巖屑、完井液，油層改造過程中排出的洗井液、壓裂液、壓井液，以及鉆完井作業(yè)中產(chǎn)生的廢水。廢棄鉆井液中含有大量不同自然降解性、不同毒性的污染物，如果處理不當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致土壤、地表及地下水的污染，對(duì)環(huán)境和人體健康造成直接或間接的危害。在此，介紹近幾年出現(xiàn)較多的廢棄處理新技術(shù)和方法。

1 固液分離法

1.1 固液分離預(yù)處理

固液分離技術(shù)是固化處理技術(shù)的關(guān)聯(lián)技術(shù)，相當(dāng)于固化前的預(yù)處理，工藝流程簡(jiǎn)單，操作方便。該技術(shù)主要內(nèi)容包括脫穩(wěn)和絮凝。

1.1.1 脫穩(wěn)

一般情況下，使用物理方法很難打破廢棄物體系的穩(wěn)定狀態(tài)，分離效果不明顯?；瘜W(xué)破膠法可以很好達(dá)到脫穩(wěn)的目的。其原理是通過消除膠體的穩(wěn)定因素，利用不穩(wěn)定因素，再通過微粒之間的范德華引力及布朗運(yùn)動(dòng)，使膠體微粒不斷長(zhǎng)大形成沉淀。

1.1.2 絮凝

（1）新型絮凝劑。新型的聚醚型高分子絮凝劑、水溶性高分子支化聚合物絮凝劑和兩性高分子絮凝劑與傳統(tǒng)的絮凝劑相比，脫水性能更加突出。聚醚型高分子絮凝劑具有毒性低、熱穩(wěn)定性好、電荷密度高等特點(diǎn)，可用于處理有機(jī)廢液［6］。水溶性高分子支化聚合物絮凝劑可在相同用量的情況下達(dá)到較大的脫水效果。兩性高分子絮凝劑兼有陰陽(yáng)離子基團(tuán)的特點(diǎn)，適于處理帶不同電荷的污染物，且在酸、堿性條件下均可使用。

（2）造粒絮凝技術(shù)。造粒絮凝技術(shù)主要是借鑒生活污水、煤氣洗滌廢水、電廠沖灰廢水等較低濁度和濃度廢液的處理技術(shù)。普通絮凝機(jī)理是顆粒隨機(jī)碰撞合并，絮凝體粒徑較大，內(nèi)部空隙含水量較多。造粒絮凝工藝通過控制物理化學(xué)條件、動(dòng)力平衡條件來(lái)改變顆粒的合并規(guī)律與絮凝體構(gòu)造形態(tài)，即在液相介質(zhì)中直接生成濕式密實(shí)彈丸絮體。目前針對(duì)高濁度、高濃度廢棄鉆井液的處理尚處在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和小型試驗(yàn)階段［10］。

1.2 固液分離設(shè)備

1.2.1 全自動(dòng)板框式壓濾機(jī)

全自動(dòng)板框壓濾機(jī)是高性能高精度化的固液分離設(shè)備。在裝置上增加了開板裝置、濾餅排出裝置，濾布自動(dòng)洗凈裝置和濾餅自動(dòng)脫落裝置。濾板材料使用性能優(yōu)越的耐腐蝕輕型聚丙烯樹脂。

1.2.2 可變室壓濾機(jī)

可變室壓濾機(jī)(圓筒型壓濾機(jī))由兩個(gè)空心同心圓筒組成，這兩個(gè)圓筒水平安裝在中心軸上，內(nèi)圓筒帶有過濾布，外圓筒帶有可膨脹簿膜。其原理是，設(shè)計(jì)成活塞式過濾表面，漿料進(jìn)入圓筒之間的環(huán)形部分。在過濾期間，在內(nèi)圓筒的外表面上形成濾餅，當(dāng)濾餅厚度或阻力達(dá)到某一值時(shí)操作停止，液壓作用在薄膜上。沖洗是沖洗水由緊縮薄膜攜帶進(jìn)入環(huán)形，然后膜的加強(qiáng)處受到?jīng)_洗水壓而通過濾餅，再置換母液。結(jié)束時(shí)，從外殼將內(nèi)部圓筒抽出，濾餅用人工卸料或用壓縮空氣沖洗。

1.2.3 帶式壓濾機(jī)

帶式壓濾機(jī)是將漿料夾在雙層網(wǎng)帶中，在擠壓脫水輥上受擠壓和剪切作用進(jìn)行固液分離的。此工藝最大的特點(diǎn)是能夠保證設(shè)備連續(xù)運(yùn)行不堵塞，污泥含固量要求低，可降低前端濃縮池等預(yù)處理工藝的建設(shè)規(guī)模。該工藝適用于油田污水沉降罐和濾罐等構(gòu)筑物所產(chǎn)生的高含水、低含固、多膠體等特性污泥的濃縮脫水。

2 廢水處理法

2.1 Fenton試劑氧化結(jié)合活性炭吸附處理

利用Fenton試劑的強(qiáng)氧化性對(duì)鉆井污水進(jìn)行處理。Fenton試劑中Fe和H∶O的鏈反應(yīng)催化生成氧化性很強(qiáng)的·OH自由基，·OH自由基對(duì)廢水中的C—O、C=C進(jìn)行加成，促成雙鍵分裂，實(shí)現(xiàn)降解，從而降低了COD值和色度。技術(shù)方面應(yīng)是加入催化劑氧化后立即加入活性炭柱，這比單純氧化吸附效效果更好。用Fenton試劑氧化結(jié)合活性炭吸附處理效果好，適用于處理井深、濃度高且使用聚磺鉆井液體系的廢棄鉆井液［4-5］。

2.2 噴霧干燥法

噴霧干燥是把初始狀態(tài)為含固的液體通過特殊設(shè)計(jì)的霧化器霧化后再與干燥介質(zhì)接觸，在短時(shí)間內(nèi)完成蒸發(fā)干燥而獲得干燥的產(chǎn)品。噴霧干燥分為恒速干燥階段和降速干燥階段2個(gè)階段。恒速干燥階段主要是發(fā)生在顆粒表面的蒸發(fā)過程，蒸發(fā)速度由蒸汽與顆粒之間的溫度差決定。恒速干燥階段中，水分通過顆粒的擴(kuò)散速度大于或等于蒸發(fā)速度，以保持顆粒表面處于濕潤(rùn)狀態(tài)；當(dāng)水分通過顆粒的擴(kuò)散速度小于蒸發(fā)速度，即不能維持顆粒表面的飽和時(shí)，內(nèi)部擴(kuò)散速度就成為控制因素并進(jìn)入降速階段。在此階段，蒸發(fā)過程發(fā)生在表面的某個(gè)面上，當(dāng)蒸汽擴(kuò)散速率低于蒸發(fā)速率時(shí)，蒸汽便在顆粒內(nèi)部生成，形成中空狀噴霧干燥顆粒。該工藝噴頭選擇采用壓力式噴頭［7］。

3 固化劑與固化技術(shù)

3.1 水泥基固化

水泥基固化是利用水泥的水合和水硬膠凝作用對(duì)廢棄鉆井液處理的方法。水泥發(fā)生水化反應(yīng)后形成堅(jiān)硬的水泥石塊，可以把分散的固化添料黏結(jié)成為一個(gè)整體。硅酸鹽化合物與水形成水化物之后，生成一種硅酸鈣水合凝膠，這種凝膠膨脹并形成由連鎖的硅酸膠纖維與水合產(chǎn)物組成的水泥基體。目前主要是使用普通硅酸鹽水泥，并配合使用添加劑來(lái)改善固化后產(chǎn)品的強(qiáng)度及降低廢物的滲漏損失。此方法非常適合處理各種含有重金屬的泥漿。

3.2 利用減水劑固化廢泥漿

將減水劑加入含固率較高的廢棄鉆井液中，可以提高廢泥漿固結(jié)物的抗壓強(qiáng)度，降低浸出液的CODCr值。多數(shù)減水劑屬于陰離子表面活性劑，當(dāng)減水劑加入到水泥漿中，其憎水基團(tuán)定向吸附于水泥顆粒表面，親水基團(tuán)指向水溶液，構(gòu)成了單分子或多分子吸附膜。減水劑定向吸附在水泥顆粒表面上，使其帶有相同符號(hào)的電荷，由于存在電性斥力，一方面能使水泥—水體系處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，另一方面能使水泥在水中初期形成絮凝狀結(jié)構(gòu)分散解體，從絮狀結(jié)構(gòu)內(nèi)釋放出游離水來(lái)，從而達(dá)到減水或增強(qiáng)流動(dòng)性能的目的［8］。

4 廢棄鉆井液回收凈化再利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

廢棄鉆井液回收凈化再利用系統(tǒng)是將廢棄的鉆井液回收、凈化、干燥、粉碎和打包五個(gè)環(huán)節(jié)組成。技術(shù)核心是采用微波爐干燥系統(tǒng)，由槽狀金屬傳送帶將鉆井液從入口輸入微波干燥爐，這樣可以提高干燥效率和內(nèi)外均勻干燥。干燥后的固體由傳送帶輸送到粉碎系統(tǒng)。通過微波爐出口處的濕度傳感器監(jiān)測(cè)干燥情況，采用PLC實(shí)現(xiàn)連續(xù)節(jié)拍控制［9］。

5 隨鉆固化技術(shù)

隨鉆固化技術(shù)的理念是降低處理廢棄鉆井液的成本，提高處理效率，同時(shí)是對(duì)環(huán)境的更好保護(hù)。以前的廢棄液都是和從振動(dòng)篩、除砂除泥器排出的泥砂混合物一同處理的，這樣的處理使用的人工費(fèi)和加料費(fèi)都是很高的。隨鉆固化技術(shù)就是利用振動(dòng)篩、除砂除泥器的分離效果，先進(jìn)性一部分廢棄物的處理。這樣處理的廢棄物相對(duì)成分固定，可以確定合適的藥劑種類和加量，避免藥多浪費(fèi)和藥少固化效果不好的現(xiàn)象。隨鉆固化可以很大程度的提高工作效率，同時(shí)有效的控制了廢棄鉆井液對(duì)環(huán)境的污染［11］。隨鉆固化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)廢棄鉆井液不落地的固化處理，減少了相應(yīng)的固化劑用量，節(jié)約成本。隨鉆固化技術(shù)避免了以前的人工拋灑藥粉固化施工對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)也減少了廢棄泥漿坑的占用面積。

6 廢液處理新思路

針對(duì)目前過于原始的攪拌固化工藝施工，建議開發(fā)研制適合廢棄泥漿固化的設(shè)備體系，研制一種能夠?qū)崿F(xiàn)投料—攪拌—施工—體化的施工機(jī)具，進(jìn)一步優(yōu)化施工工藝。建議隨鉆固化技術(shù)、噴霧干燥法和回收凈化再利用系統(tǒng)相結(jié)合的技術(shù)路線。隨鉆固化可以大大降低處理含固量高的廢棄物，這樣使用少量的固化劑固化使之排到填埋坑。對(duì)于低固含的廢棄物采用噴霧干燥技術(shù)，得到的干燥固體回收再利用于附近的井場(chǎng)。

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Abstract：Aiming at the disposal of waste drilling fluid,this paper introduces the solid-liquid separation method,spray drying,microwave drying,MTC technology,and new curing techniques.And new ideas for curing are put forward.

Key words：waste drilling fluid;flocculation;destabilization;solid-liquid separation;curing;MTC Technology

Treatment Technology of Waste Drilling Fluid

LIU Jia1，2 DENG Minyi1SHI Ling2
(1.Southwest Petroleum University,Chengdu 610500;2.Chongqing University of Science and Technology,Chongqing 400050)

O69

A

1673-1980（2012）02-0123-03

2011-11-28

重慶市教委自然科學(xué)基金項(xiàng)目（KJ111420）

劉佳（1985-），女，山西大同人，西南石油大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)殂@井液化學(xué)與力學(xué)。