吳 燁，王雯璐

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉，湖北 武漢430074;2.河南工程學(xué)院，河南 鄭州451191)

0 引言

鉆探工程中，鉆井液是“鉆井的血液”，它起到平衡地層壓力、攜帶懸浮鉆屑、防止井壁塌陷、冷卻和潤(rùn)滑鉆具等作用。但在鉆探過(guò)程中，不可避免地產(chǎn)生廢棄鉆井液，它是一種含粘土、加重材料、各種化學(xué)處理劑、污水、污油及鉆屑的多相穩(wěn)態(tài)膠體懸浮體系［1，2］。由于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)境和人類帶來(lái)直接或間接的危害［3，4］，為此本文研究廢棄鉆井液處理技術(shù)，提出新進(jìn)展。

1 研究現(xiàn)狀

在鉆井工藝中，廢棄鉆井泥漿用量大、種類繁多、化學(xué)成分復(fù)雜，因此對(duì)廢棄鉆井泥漿的處理是比較困難的。我國(guó)在20世紀(jì)80年代開(kāi)始廢棄鉆井液的研究，國(guó)家環(huán)保局相繼頒布《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978－1996)、《固化物浸泡液毒性分析》(GB 5086－2－1997)。研究最早的是四川油田，1989年由四川石油管理局川西南礦區(qū)發(fā)明的廢棄鉆井泥漿固化處理技術(shù)，以水泥作為主凝劑，水玻璃為助凝劑，硫酸鹽或氯化物為催化劑［5］?，F(xiàn)階段的研究熱點(diǎn)是低毒或無(wú)毒環(huán)保鉆井液，中國(guó)石油大學(xué)于1992年對(duì)水基聚丙烯酞胺淡水鉆井泥漿的有害組分進(jìn)行分析，研究了無(wú)害化處理技術(shù)。目前，建立鉆井液體系、處理劑、廢棄物環(huán)保評(píng)價(jià)和處理方法已成為油田企業(yè)環(huán)保工作的主要內(nèi)容。

國(guó)外在20世紀(jì)50年代開(kāi)始對(duì)廢棄鉆井液進(jìn)行無(wú)害化處理，主要是對(duì)鉆井液處理劑和鉆井液體系進(jìn)行生物降解和生物毒性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，研究廢棄鉆井液對(duì)環(huán)境造成的危害和相應(yīng)治理的技術(shù)手段。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)在1982年針對(duì)墨西哥海灣的水基鉆井液制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)(NPDES)，為環(huán)境保護(hù)和排放廢棄鉆井液提供了環(huán)境法律基礎(chǔ)。在美國(guó)，陸上鉆井污物處理方法主要是采用地下深埋處理或循環(huán)利用，并正在研究新的適用于不同地層情況的鉆井泥漿。

2 廢鉆井液處理技術(shù)

2.1 固化處理方法

固化處理是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的處理方法。具體做法是在廢棄鉆井液中投入固化材料，使其轉(zhuǎn)化為土壤或膠結(jié)強(qiáng)度較大的固化體，然后就地填埋或用作建筑材料［6］。原理是鉆井液中的固相與固化劑發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，其中的有害成分如重金屬、高聚物、油類等被包裹起來(lái)，其它的污染物也因?yàn)檫w移通道的縮小而減小了向周圍土地的遷移擴(kuò)散［7］。適用于油含量 ＜50000 mg/L，鹽含量 ＜20000 mg/L的廢棄鉆井液。該方法不僅可以明顯減少重金屬離子和有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤、水體和環(huán)境的污染和破壞，還可以有效回填還耕，提高土壤的肥力。

2.2 固液分離技術(shù)

固液分離技術(shù)是固化前的預(yù)處理，工藝流程簡(jiǎn)便，主要內(nèi)容包括脫穩(wěn)和絮凝。

2.2.1 固液分離預(yù)處理

2.2.1.1 脫穩(wěn)

化學(xué)破膠法可有效打破廢棄物體的穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到脫穩(wěn)的目的。原理是通過(guò)消除膠體的穩(wěn)定因素，利用不穩(wěn)定因素，再通過(guò)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。

2.2.1.2 絮凝

在廢棄鉆井液中加入適當(dāng)?shù)幕炷齽?絮凝劑和凝聚劑的混合液)，改變鉆井液體系的物理化學(xué)性質(zhì)，破壞其膠體體系，改變其中粘土顆粒的表面性質(zhì)，讓更細(xì)的顆粒產(chǎn)生聚結(jié)，使其在機(jī)械輔助分離條件下實(shí)現(xiàn)固液分離。分離出的液體，經(jīng)過(guò)二級(jí)絮凝過(guò)濾處理后達(dá)標(biāo)就可外排，固相進(jìn)行掩埋或固化處理［8］。

2.2.2 固液分離設(shè)備

2.2.2.1 全自動(dòng)板框式壓濾機(jī)

全自動(dòng)板框式壓濾機(jī)性能優(yōu)良，精度較高，使用方便。增加了開(kāi)板裝置、濾餅排出裝置、濾布自動(dòng)清洗裝置和濾餅自動(dòng)脫落裝置。濾板材料多采用輕型聚丙烯樹(shù)脂。

2.2.2.2 帶式壓濾機(jī)

帶式壓濾機(jī)將漿料夾在雙層網(wǎng)中，擠壓時(shí)受擠壓和剪切作用進(jìn)行固液分離。該工藝能夠保證設(shè)備連續(xù)運(yùn)行，杜絕堵塞，污泥含固量要求低。適用于含水量高、含固量低、多膠體特點(diǎn)的污泥的脫水。

該方法是廢棄鉆井液處理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單靈活，對(duì)懸浮物，膠體物質(zhì)去除率高。缺點(diǎn)是絮凝劑和凝聚劑用量較大，且絮凝效果有待提高;固液分離裝置昂貴，操作復(fù)雜，在山區(qū)丘陵地區(qū)搬運(yùn)不方便;分離出的污水還達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，還需再次處理使其達(dá)標(biāo)。只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家采用固液分離技術(shù)對(duì)水基泥漿進(jìn)行了工業(yè)化處理，如何選用有效的混凝劑使水基廢棄鉆井液脫穩(wěn)是該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵。

2.3坑內(nèi)填埋或密封

坑內(nèi)填埋處理技術(shù)比較原始，主要適用于淡水基鉆井液［9］。當(dāng)廢棄鉆井液中的有害指標(biāo)大部分低于排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可直接排放到環(huán)境。通常的做法是完井后用土方填埋存放廢棄鉆井液的土坑，既有效利用了挖坑時(shí)產(chǎn)生的土方，又恢復(fù)了地貌原狀，簡(jiǎn)單易行。當(dāng)鉆井液中氯離子含量大于5000 mg/L時(shí)不宜采用此方法，鹽基和油基廢棄鉆井液也禁止使用此方法。

坑內(nèi)密封實(shí)質(zhì)上是一種特殊的回填處理方法。具體做法是先在挖好的儲(chǔ)存坑的底部和四周鋪墊一層有機(jī)土(用量為21～28 kg/m3)，然后在其上面鋪一層厚0.5～0.7 mm的塑料膜作為墊層，再蓋一層有機(jī)土來(lái)保護(hù)塑料膜。生產(chǎn)時(shí)將基本干燥的廢棄鉆井液排放在池內(nèi)，完井后用土將上表面覆蓋密封，然后上覆土體，恢復(fù)地貌原狀［10］。此方法適用于如鹽基和油基等毒性較大的鉆井液。國(guó)內(nèi)中原油田采用此法處理鉆井液。此法的最大缺點(diǎn)就是未能有效回收廢棄油基鉆井液中的油(油基鉆井液中含油率大約40%)，浪費(fèi)了大量的石油資源。

2.4 注入安全地層或環(huán)形空間

注入法是將廢棄油基鉆井液通過(guò)井眼注入地層中或保留在井眼環(huán)空中。該方法對(duì)地層有嚴(yán)格的要求，深度必須大于600 m。同時(shí)為了保護(hù)地下水和油層，關(guān)鍵是選擇合適的安全地層。注入層常常選擇壓裂梯度較低，地層滲透性較差，而且上下蓋層必須致密、強(qiáng)度高［11］。此方法對(duì)設(shè)備和地層的要求較高，適用范圍有限。我國(guó)新星石油公司華東局曾試用該方法，效果并不理想。

2.5 再循環(huán)使用

當(dāng)井距較近時(shí)，可在完井排放的鉆井液中加入一定的處理劑改良其性質(zhì)，然后運(yùn)用到新井。既可以降低鉆井液的排放，保護(hù)環(huán)境，又可以減少鉆井液的使用成本。一般用于大規(guī)模開(kāi)采的井位比較集中的油田［12］。

2.6 特殊處理方法

高含鹽和高含油類廢棄鉆井液使用常規(guī)處理技術(shù)(如固化和填埋)不易達(dá)到理想的環(huán)保要求，一般要對(duì)這兩種排放物進(jìn)行清洗脫鹽和除油處理才可排入環(huán)境。多采用以下技術(shù)進(jìn)行處理。

2.6.1 生物修復(fù)法

生物修復(fù)法主要包括微生物降解法和生物絮凝法。微生物降解法是利用微生物將廢棄油基鉆井液中長(zhǎng)鏈烴類物質(zhì)或有機(jī)高分子降解成為環(huán)境可接受的低分子或氣體。使用該處理技術(shù)的困難是如何選擇合適的微生物菌種和載體。生物絮凝法是在廢棄鉆井液中加入特殊的微生物，利用微生物在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的具有表面活性的高分子化合物使鉆井液破乳，油類物質(zhì)絮凝析出。該技術(shù)中所用微生物必須是通過(guò)自然篩選或誘變培育及基因工程、細(xì)胞工程技術(shù)獲得的特種微生物，具有較大的難度［13］。

2.6.2 焚燒處理法

焚燒法是高溫分解和深度氧化的過(guò)程。將可燃性固體廢物通過(guò)焚燒氧化分解，消除毒性，減少所占空間，焚燒后的殘?jiān)删偷靥盥?。但該方法處理成本很高，不?jīng)濟(jì)，同時(shí)污染大氣，故使用較少。

2.6.3 熱蒸餾和溶劑萃取法

熱蒸餾法是將廢棄油基鉆井液加入密閉減壓系統(tǒng)中，外部提供熱量，使油基鉆井液中的烴類成分揮發(fā)，經(jīng)冷凝得以回收，回收的油可用于配置油基鉆井液和充當(dāng)燃料，固體殘?jiān)袒罂捎糜谛蘼贰⒔ㄖ裙こ探ㄔO(shè)。存在的問(wèn)題是高能耗、不安全、不經(jīng)濟(jì)［14］。

溶劑萃取法是采用己烷、乙酸乙酯或氯代烴等低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑將廢棄油基鉆井液的油類溶解萃取出來(lái)，萃取液經(jīng)閃蒸蒸出溶劑得到回收油，閃蒸出的有機(jī)溶劑可以繼續(xù)循環(huán)使用。

此法易于實(shí)現(xiàn)，更適合含油鉆屑的回收油處理，存在的問(wèn)題是溶劑揮發(fā)性大，安全要求嚴(yán)格，成本高。

3 發(fā)展趨勢(shì)分析及建議

3.1 開(kāi)發(fā)新型環(huán)保鉆井液和鉆井液添加劑

國(guó)內(nèi)外都在研制開(kāi)發(fā)實(shí)用性廣、滲漏少、無(wú)毒環(huán)保的鉆井液和鉆井液添加劑，從根本上解決廢鉆井液對(duì)環(huán)境的污染，使鉆探工程朝著綠色方向健康發(fā)展。

3.2 加強(qiáng)固控，減少?gòu)U鉆井液的排放

固控可改善鉆井液的性能，如流變性、粘度、密度等，既可加快鉆進(jìn)速度，又可減少?gòu)U棄物的排放。

3.3 綜合開(kāi)發(fā)利用新技術(shù)

考慮綜合利用鉆井廢棄物，既保護(hù)了環(huán)境又開(kāi)發(fā)了資源。如粉煤灰在廢鉆井液固化中有活性、形態(tài)、微集料等3個(gè)基本效應(yīng)，我國(guó)每年城市發(fā)電都產(chǎn)生大量的粉煤灰，對(duì)環(huán)境造成污染，治理也較困難，因此在廢鉆井液中加入粉煤灰是一舉兩得的方法，可考慮研制出將固化技術(shù)、噴霧干燥法和回收凈化利用系統(tǒng)相結(jié)合的技術(shù)。又如微生物處理法，在土地上噴灑定量的廢鉆井液，然后耕種土地，加入鋸木灰等有機(jī)質(zhì)，將培養(yǎng)的微生物注入土壤，微生物即可有效消除污染物，是一種既簡(jiǎn)單又廉價(jià)的處理方法。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著鉆探技術(shù)的進(jìn)步和鉆井液配方的改進(jìn)，鉆井液的無(wú)害化處理越來(lái)越得到重視。固化處理方法目前在廣泛使用，同時(shí)應(yīng)用粉煤灰和微生物處理等新方法也在不斷發(fā)展。綠色文明施工和可持續(xù)發(fā)展的思想將引領(lǐng)鉆探工程朝著清潔綠色的方向發(fā)展。

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