曾彥波

(天津科技大學(xué)，中海油能源物流有限公司，天津　300452)

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基于無害化的海上廢棄鉆井液處理方法分析

曾彥波

(天津科技大學(xué)，中海油能源物流有限公司，天津300452)

分析了海洋石油開采產(chǎn)生的廢棄水基鉆井液的構(gòu)成和環(huán)境危害，以無害化處置方法為研究對(duì)象，參照國(guó)內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用技術(shù)，分析了理化處置方法、生物處置方法、植物-微生物聯(lián)合修復(fù)方法等技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀。從環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，生物處置方法以及植物-微生物聯(lián)合修復(fù)方法應(yīng)作為廢棄水基鉆井液生物修復(fù)無害化處理的首先。國(guó)家和石油開采企業(yè)應(yīng)盡快形成廢鉆井液的處理規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以減少?gòu)U棄鉆井液的有害排放。

水基鉆井液；無害化；處理方法；生物處置；微生物

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)油田每年鉆井產(chǎn)生的廢棄鉆井液約1200多萬噸，廢棄物數(shù)量巨大，國(guó)內(nèi)外針對(duì)廢棄鉆井液的處理有著一系列的不同工藝，但處理結(jié)果千差萬別。國(guó)家環(huán)境保護(hù)部2012年發(fā)布關(guān)于印發(fā)《環(huán)境污染治理設(shè)施運(yùn)營(yíng)資質(zhì)分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(第1版)》等8項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的通知(環(huán)發(fā)[2012]92號(hào))，其中“礦物采選過程中產(chǎn)生的固體廢物，包括尾礦砂、廢礦石、煤矸石、煤泥、礦泥、油井巖屑及廢鉆井液等；”作為工業(yè)固體廢物處理在《環(huán)境污染治理設(shè)施運(yùn)營(yíng)資質(zhì)分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(第1版)》中已明確列出，但國(guó)家尚未出臺(tái)關(guān)于油井巖屑和廢鉆井液的處理工程技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

由于海上鉆井平臺(tái)空間有限，廢棄物處理裝備過大，無法配合使用。鉆井所產(chǎn)生的廢棄水基鉆井液大都無法及時(shí)處理，鉆進(jìn)過程中未進(jìn)入油氣層段的廢棄鉆井液達(dá)到《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》(GB4914-2008)相關(guān)要求并經(jīng)所在海區(qū)主管部門批準(zhǔn)后向海排放。鉆入到油氣層下產(chǎn)生的廢棄鉆井液及鉆屑由于攜帶少量原油，需要運(yùn)回陸地處理終端進(jìn)行集中處理。

1　廢棄鉆井液的組成特點(diǎn)

鉆井液以流體介質(zhì)和體系組成的特點(diǎn)分類可被分為：水基鉆井液、油基鉆井液、氣體型鉆井液和合成基鉆井液[1]。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)鉆井液體系分委會(huì)把將鉆井液分為：淡水鉆井液、飽和鹽水鉆井液、鹽水鉆井液、不分散地固相聚合物鉆井液、鈣處理鉆井液、鉀基鉆井液、油基鉆井液、氣體鉆井液等八大體系[1]。從流體介質(zhì)角度看水基鉆井液，是以水為連續(xù)流體介質(zhì)的鉆井液。水基鉆井液是由膨潤(rùn)土、鹽水粘土、海泡石、重晶石粉、污油及多種化學(xué)處理劑組成的多相穩(wěn)態(tài)膠體懸浮體系，含水率一般在35%～90%，pH值一般在8.5～12之間，呈堿性[2]。在原油開采的過程中與原油一同被開采出來的固體巖屑、泥沙、土壤、淤泥等混合物形成含油污泥。

廢棄鉆井液中，石油烴(Petroleum Hydrocarbons，PHCs)含量高達(dá)10%以上，是主要的污染物。重金屬類物質(zhì)是廢棄水基鉆井液的另一類重要污染物，主要來源于添加劑中的無機(jī)鹽類(如，鐵鉻鹽等)等。

2　廢棄鉆井液對(duì)環(huán)境的危害

由于廢棄鉆井液中要添加許多化學(xué)物質(zhì)，如不對(duì)其有正當(dāng)?shù)奶幹?，?huì)對(duì)環(huán)境造成很大的危害。廢棄鉆井液中危害環(huán)境的主要成分是石油烴、鹽類、聚合物、羧甲基纖維素類、重金屬(銅、鉛、汞等)和重晶石中的雜質(zhì)。[3]最主要的污染物質(zhì)是石油烴及其他有機(jī)物質(zhì)。脂肪族化合物和芳香烴占廢棄鉆井液中PHCs的75%以上。氮硫氧形成許多極性化合物如環(huán)烷酸、硫醇、噻吩和吡啶。其中氮的含量不到3%，大部分包含在餾分油殘留的瀝青和樹脂中；硫的含量通常在0.3%～10%之間；氧的含量一般少于4.8%[4]。

廢棄鉆井液的環(huán)境危害主要表現(xiàn)在如下方面：對(duì)地表水和地下水資源產(chǎn)生的污染；導(dǎo)致土壤硬化，致使植物無法生長(zhǎng)，土地?zé)o法返耕；各種重金屬和化學(xué)料劑對(duì)動(dòng)物和植物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，并通過食物鏈進(jìn)入人體，危害人類身體健康。石油中含有多種毒性不同的有機(jī)成分，其中包括毒性較大的多環(huán)芳烴物質(zhì)(PAHs)，PAHs可通過各種途徑計(jì)入人體，即使是十分微量也將對(duì)人體造成極大的傷害。當(dāng)廢棄鉆井液進(jìn)入陸地環(huán)境后，通過土壤向下遷移，最后進(jìn)入地下水，造成地下水系統(tǒng)的污染。過高的pH值、高濃度的可溶性鹽及石油類物質(zhì)等會(huì)影響土壤的結(jié)構(gòu)使得附近土地呈現(xiàn)為棕褐色龜裂板結(jié)危害植物的正常生長(zhǎng)。含有重金屬、油類、膨潤(rùn)土、堿和化合物的有機(jī)物等對(duì)人、畜和環(huán)境有害。有機(jī)處理劑、重金屬及堿類物質(zhì)等有害物質(zhì)的COD值也較高會(huì)危及農(nóng)作物的生長(zhǎng)。廢棄鉆井液及鉆屑不經(jīng)處理直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響和破壞，直接或間接對(duì)動(dòng)物、植物及人類生存健康產(chǎn)生危害，不利于人力對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，因此應(yīng)在鉆井完成后對(duì)鉆井液進(jìn)行無害化處理。

3　廢棄鉆井液無害化處置方法

3.1理化處置方法

3.1.1回填法

該方法因花費(fèi)少、操作方便等原因，石油開采企業(yè)普遍采用的方法?；靥钋埃紫葘U棄的鉆井液在特定的儲(chǔ)存場(chǎng)所進(jìn)行沉降分離，分離后上層分離出的水分離后加入一些混凝劑，達(dá)到規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)后就地排放。底層的污泥，經(jīng)過干燥和簡(jiǎn)單處理后，直接轉(zhuǎn)移至儲(chǔ)存基坑內(nèi)進(jìn)行填埋，填埋區(qū)域頂部應(yīng)鋪設(shè)較厚的表土層，并使儲(chǔ)存坑的周圍恢復(fù)到原來的地貌[5]。

3.1.2回注地層法

這種處理費(fèi)用成本較高，因地層安全性的原因也可能導(dǎo)致地下水污染，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家受到應(yīng)用限制。為了防止地下水污染和油層破壞，選擇合適的安全地層時(shí)，應(yīng)選擇壓裂梯度較低，以及地層滲透性差的的注入層，而上下蓋層必須致密、強(qiáng)度高。該方法是將廢鉆井液通過井眼注入地層中或保留在井眼環(huán)空中[6]。

3.1.3循環(huán)利用法

循環(huán)利用法是指將廢棄鉆井液、廢水等經(jīng)過簡(jiǎn)單的設(shè)備處理后循環(huán)使用。針對(duì)油基、合成基鉆井液成本較高的特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)循環(huán)重復(fù)利用、節(jié)約成本，國(guó)內(nèi)多家鉆井工程技術(shù)公司采用具有國(guó)際領(lǐng)先水平的泥漿處理設(shè)備，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)鉆井液進(jìn)行處理凈化，使其性能達(dá)到要求后轉(zhuǎn)運(yùn)至其他井場(chǎng)繼續(xù)使用。目前國(guó)內(nèi)已投入使用的設(shè)備，對(duì)常規(guī)鉆井液及包括合成基鉆井液在內(nèi)的油基鉆井液的回收利用率已達(dá)60%左右，日處理量可達(dá)到200 m3。

3.1.4穩(wěn)定化法

穩(wěn)定化法是一種快速和廉價(jià)的廢棄物處理技術(shù)，通過將污染物轉(zhuǎn)化為不溶性或低毒的形式的物質(zhì)(即穩(wěn)定化)，并且建立一個(gè)持久性、結(jié)構(gòu)完整性高的基質(zhì)來封存它們(即固定化)達(dá)到處理廢物的目的。這種方法能很好地減少?gòu)U棄鉆井液中的重金屬和有機(jī)物對(duì)土壤的破壞，又可保證廢棄鉆井液池在鉆井完成后的還耕。

3.1.5MTC 轉(zhuǎn)化技術(shù)

MTC(Mud To Cement)轉(zhuǎn)化技術(shù)是利用廢棄鉆井液較好的降濾失性和懸浮性，通過加入高爐水淬礦渣和其它外加劑，將廢棄鉆井液轉(zhuǎn)化為固井液，從而變廢為寶，即消除了鉆井液外排所造成的污染，又賦予廢棄鉆井液新的用途[7]。

3.2生物處置方法

3.2.1堆肥法

堆肥法是指將廢棄鉆井液堆成堆體，利用外源微生物對(duì)其進(jìn)行處理的方法。通過調(diào)節(jié)溫度、濕度，加強(qiáng)通風(fēng)，或者木屑等添加疏松劑和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)改變堆肥法生物處理的效率。因?yàn)槎逊史ǜ卓刂疲梢酝ㄟ^輔助控制設(shè)備，以減少揮發(fā)性有機(jī)物的排放[1]。但是堆肥法在處理廢棄鉆井液時(shí)所需要的時(shí)間較長(zhǎng)，也需要較大的處理面積。

3.2.2生物反應(yīng)法

生物反應(yīng)法是將廢棄鉆井液與水混合將大部分污染物溶于水中，得到大部分溶解態(tài)污染物，微生物可以將這些污染物轉(zhuǎn)化成為低毒性的中間產(chǎn)物(如有機(jī)酸和醛類等)[1]，最終將這些產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為H2O和CO2。生物反應(yīng)法有其特有的優(yōu)點(diǎn)，例如處理效率高、占地面積小等；但同時(shí)也具有處理工藝較復(fù)雜、成本高、耗能大等缺點(diǎn)，處理過程產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物需要二次處理，泥漿仍需脫水處理。

3.3植物-微生物聯(lián)合修復(fù)方法

植物-微生物聯(lián)合修復(fù)是利用土壤-植物-微生物組成復(fù)合體系來共同去除污染物的一種環(huán)境友好型修復(fù)技術(shù)。由于在修復(fù)過程的效率較高、不產(chǎn)生二次污染，而且其處理成本相對(duì)其他物理、化學(xué)修復(fù)方法較低，因此植物-微生物聯(lián)合修復(fù)方法無論是在修復(fù)無機(jī)污染物還是有機(jī)污染物，都受到越來越多研究者的廣泛關(guān)注。在植物生長(zhǎng)時(shí)，其根部為微生物提供旺盛的生長(zhǎng)和附著的場(chǎng)所，同時(shí)，植物根際分泌物會(huì)刺激細(xì)菌對(duì)污染物的轉(zhuǎn)化作用；此外，微生物在旺盛生長(zhǎng)加速土壤中污染物的去除和轉(zhuǎn)化的同時(shí)，也能促進(jìn)植物生長(zhǎng)和對(duì)污染物的吸收[7]。但是，污染物種類繁多、理化性質(zhì)差異較大、修復(fù)植物種類多種多樣、微生物類群龐大以及污染土壤類型理化性質(zhì)也各不相同，給修復(fù)植物的選擇和微生物的篩選帶來很大難度。并且修復(fù)過程較復(fù)雜，時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，會(huì)受到溫度、營(yíng)養(yǎng)等環(huán)境因素的限制，也同樣加大修復(fù)的難度。

4　結(jié)　論

國(guó)外對(duì)廢棄鉆井液的無害化處理研究比我國(guó)稍早，而且處理技術(shù)、方法和經(jīng)驗(yàn)較豐富，但近些年國(guó)家各科研院所和石油開采服務(wù)企業(yè)通過引進(jìn)、消化和自主創(chuàng)新[8]，已在許多領(lǐng)域和油田應(yīng)用了一系列比較成功的處理技術(shù)。從環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，生物處置方法以及植物-微生物聯(lián)合修復(fù)方法應(yīng)作為廢棄水基鉆井液、鉆屑生物修復(fù)無害化處理的首先，也是今后廢棄鉆井液無害化處置方法和處理工藝的研究方向。

環(huán)境保護(hù)是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策，2015年國(guó)家新環(huán)境保護(hù)法的實(shí)施，更是進(jìn)一步明確了國(guó)家對(duì)保持經(jīng)濟(jì)、環(huán)境同步可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。石油開采企業(yè)要履行好建設(shè)綠色油田的責(zé)任和使命，營(yíng)造健康清潔的油田生產(chǎn)、生活環(huán)境，最大限度的貢獻(xiàn)地區(qū)公司的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。同時(shí)，應(yīng)盡快建立海上廢棄鉆井液處理排放的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范廢棄物排放，減少鉆井廢液、鉆屑帶來的環(huán)境污染，保護(hù)陸地及海洋環(huán)境。

[1]吳明霞.廢棄水基鉆井液環(huán)境影響及固化處理技術(shù)研究[D].大慶:東北石油大學(xué)，2012.

[2]劉憲斌,劉青.生物法修復(fù)廢棄鉆井泥漿和含油污泥的研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染與防治，2015，12(2):14-19.

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[8]黃鳴宇. 廢棄鉆井液固化處理技術(shù)研[D]. 大慶：東北石油大學(xué)，2011.

Analysis of Disposal Method of Marine Waste Drilling Fluid Based on Harmless

ZENG Yan-bo

(Tianjin University of Science and Technology，CNOOC Energy Logistics Co., Ltd., Tianjin 300452, China)

In offshore oil exploitation of abandoned water-based drilling fluid composition and environmental hazards as the object of study, with reference to the domestic and international relevant standards and application of technology, the application status of disposal methods, biological disposal methods, plant-microbial remediation method technology was analyzed. From the perspective of environmental protection, biological remediation and disposal methods of plant microbe bioremediation should be used as drilling fluid harmless treatment of waste water base first. In addition, the state and oil exploitation enterprises should establish a drilling fluid treatment discharge standards, regulate waste emissions, to reduce environmental pollution caused by waste drilling fluid.

water base drilling fluid; harmless; treatment method; biological treatment; microorganism

曾彥波(1987-)，男，工程師，碩士(在讀)，主要從事安全生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、職業(yè)健康等管理工作。

TE992.2

A

1001-9677(2016)09-0149-03