陳立榮 馮永東 張志東 沈弼龍 唐 攀 曾升泰 蔣學(xué)彬 劉漢軍 何天鵬

(1.中國石油川慶鉆探工程有限公司安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院；2.中國石油西南油氣田公司勘探事業(yè)部；3.四川長寧天然氣開發(fā)有限責(zé)任公司；4.中國石油川慶鉆探工程有限公司川東鉆探公司)

0 引 言

水基鉆井固廢是油氣勘探水基鉆井的必然產(chǎn)物，近年來，隨著鉆井井深的增加，單井固廢產(chǎn)生量也隨之增大[1]。為了實現(xiàn)安全快速高效鉆井，非頁巖氣的常規(guī)油氣井一般采用不同水基鉆井液體系鉆完全井，由于所采用的水基鉆井液體系不同，相應(yīng)產(chǎn)生的固廢組分性質(zhì)存在很大差異。目前，西南油氣田對常規(guī)油氣鉆井全井所產(chǎn)生的有水基固廢均要求送當(dāng)?shù)刂拼u廠資源化制磚利用，存在如下問題：①處置費用高。一是轉(zhuǎn)運前需在井場內(nèi)預(yù)脫水，處理藥劑及脫水設(shè)備需投資費用；二是多數(shù)井離磚廠均較遠(yuǎn)，運輸費用高；三是需支付處置費。②投資浪費大。投資費用多數(shù)用于運輸費而沒有用在處置利用上。③為確保磚的質(zhì)量和制磚過程排放煙氣達(dá)標(biāo)，固廢只能作為制磚附料，其添加量一般控制在5%～20%，磚廠接收利用有限；且單一處理方式，受限較大。④轉(zhuǎn)運中存在發(fā)生交通事故或污染物泄漏拋撒的可能，潛在安全環(huán)保風(fēng)險高。因此，對不同水基鉆井液體系固廢分類資源化處置利用具有必要性和重要意義。

1 水基鉆井固廢的來源、產(chǎn)生量及特點

1.1 水基鉆井固廢的來源

水基鉆井固廢是使用水基鉆井液體系鉆井時所產(chǎn)生的固廢，其主要來源：①鉆屑。鉆井中鉆頭破碎地下巖石經(jīng)振動篩除下的巖屑。②渣泥。一是鉆井過程中清掏鉆井液罐和方井產(chǎn)生的渣泥；二是完井后清掏鉆井液循環(huán)罐及儲備罐的渣泥；三是鉆井廢水處理時產(chǎn)生的渣泥；四是除砂除泥器除下的渣泥。③廢鉆井液。一是鉆井時受地下水質(zhì)和堵漏材料等污染及鉆井液處理劑添加不當(dāng)而又無法再利用的廢鉆井液；二是完井后沒有轉(zhuǎn)移至其他井再利用的剩余鉆井液。

1.2 水基鉆井固廢的產(chǎn)生量

水基鉆井固廢產(chǎn)生量主要決定于所鉆井的井眼大小和井的深淺，井眼越大，井越深，產(chǎn)生量就越多。其他影響其產(chǎn)生量的因素，一是鉆井液技術(shù)及管理水平，若鉆井液管理不好，配制的鉆井液性能無法滿足鉆井要求或受地層水污染而又無法采用有效的技術(shù)調(diào)配利用，其將轉(zhuǎn)化成為固廢，增加了固廢處理量；二是鉆井固控設(shè)備管理利用不好，造成鉆井液含砂量過多，掏罐次數(shù)頻繁，將增加固廢量；三是井漏頻繁，采用水泥或其他堵漏劑堵漏，會有多余的水泥漿和堵漏劑返出井口成為固廢，增加固廢量；四是對鉆井廢水管理控制不好，廢水產(chǎn)生量多，導(dǎo)致處置時產(chǎn)生的渣泥量多。

1.3 水基鉆井固廢的通用特點

鉆井作業(yè)通常連續(xù)24 h作業(yè)，加之需使用具有剪切黏附力等特性的鉆井液，致使油氣勘探鉆井作業(yè)產(chǎn)生的水基鉆井固廢與其他作業(yè)固廢相比具有較大的特殊性，其主要體現(xiàn)為：①pH值較高。一般在7.5～9.0。②固相含量高，不同來源固廢差異很大。如硬軟類固廢間差異很大，硬質(zhì)類鉆屑及除砂除泥器脫除的固廢固相含量高，含水率低，而掏罐渣泥等軟質(zhì)類固廢固相含量相對低，含水率高。③黏附性強。④不同鉆井液體系固廢色度差異很大。如聚合物鉆井液體系固廢基本為無色或淺黃色，而磺化鉆井液體系固廢通常為褐黑色。⑤有害重金屬含量低。⑥含油量不是很高，但存在一定差異。⑦組分性質(zhì)不固定，差異大。聚合物鉆井液體系固廢所含污染物種類較單一，主要為有機聚合物，而磺化鉆井液體系固廢污染物種類多，有機物含量通常很高；不同井間存在差異；同一口井不同鉆井液體系固廢組分性質(zhì)也不同。⑧排放具有連續(xù)性。⑨產(chǎn)生量總體具規(guī)律性。鉆井前期一二開多，后期三四開少[1]。

2 水基鉆井固廢的組分性質(zhì)及分類

2.1 水基鉆井固廢的組分性質(zhì)

從水基鉆井固廢來源組成可以看出，水基鉆井固廢性質(zhì)除與井下地質(zhì)巖石性質(zhì)相關(guān)外，主要決定因素為鉆井液性質(zhì)，因此，水基鉆井固廢的組分性質(zhì)主要由鉆井液組分性質(zhì)決定。調(diào)研分析了西南油氣田7井次完井水基鉆井混合固廢(各種固廢的混合物)中的主要污染物COD和含油量等指標(biāo)，其有機污染物COD含量高，差異大；含油量不是很高，并存在差異；S2-含量都很低。同時，調(diào)查了兩口井的固廢中揮發(fā)性有機污染物含量情況，所分析的29種揮發(fā)性有機污染物質(zhì)含量都很低，兩口井固廢中揮發(fā)性有機污染物檢測結(jié)果見表1。

表1 兩口井固廢中揮發(fā)性有機污染物檢測結(jié)果[1]

2.2 水基鉆井固廢的分類

西南油氣田在川渝地區(qū)的常規(guī)鉆井從開鉆到完鉆，依次采用以下鉆井液體系：清水(表層)——聚合物鉆井液體系(聚合物無固相、聚合物低固相、鉀聚合物、有機鹽聚合物等)——氣體(空氣、氮氣等)鉆井(多數(shù)井)——磺化鉆井液體系(鉀聚磺和聚磺等)。由于水基鉆井固廢的組分性質(zhì)主要來源于鉆井液的組分性質(zhì)，而不同鉆井液體系處理劑存在差異，造成不同水基鉆井固廢的組分性質(zhì)存在很大差異，特別是有機污染物指標(biāo)COD和色度差異顯著。聚合物鉆井液體系主要采用KPAM，PAC-LV，CMC-LV，NaOH等無色或淺黃色鉆井液處理劑配制而成，所使用的處理劑種類相對較少，因此，所產(chǎn)生的固廢為無色、淺灰或淺黃色。3種不同聚合物鉆井液體系固廢表觀見圖1。

圖1 3種不同聚合物鉆井液體系固廢表觀顏色

主要污染物種類較單一，產(chǎn)生的固廢主要為含易生物降解的非苯環(huán)有機物[2]，主要污染物指標(biāo)COD、有害重金屬也低。西南油氣田部分區(qū)域不同類型聚合物鉆井液體系固廢主要污染物檢測結(jié)果見表2。

表2 西南油氣田部分區(qū)域不同類型聚合物鉆井液體系固廢主要污染物檢測結(jié)果

調(diào)查的西南油氣田8種不同類型聚合物鉆井液體系固廢中COD值均小于400 mg/L，大多數(shù)均小于200 mg/L，有害重金屬含量基本都小于GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)》(試行)(pH值>7.5，其他，風(fēng)險篩選值)?；腔@井液體系主要采用SMP-1，RSTF，F(xiàn)RH，F(xiàn)K-10，PPL，SP-80，SMT(或TX)和抗高溫穩(wěn)定劑等鉆井液處理劑配制而成，處理劑種類達(dá)10～20種，這些鉆井液處理劑多為褐色或黑色，因此，其產(chǎn)生的固廢均為褐黑色，主要污染物指標(biāo)COD大多很高，但有害重金屬含量低。氣體鉆井固廢主要污染物性質(zhì)由所鉆地層巖石和淋洗降塵水質(zhì)性質(zhì)決定。

據(jù)上所述，不同鉆井液體系固廢中污染物含量存在很大差異，因此，西南油氣田常規(guī)水基鉆井固廢可分為聚合物鉆井液體系固廢、氣體鉆井固廢和磺化鉆井液體系固廢3大類。通過對不同類別水基鉆井固廢的分類資源化處置利用，可達(dá)到既節(jié)約資源，又能經(jīng)濟安全、有效處置利用。

3 水基鉆井固廢分類資源化處置利用方法

3.1 資源化處置利用方法

1)氣體鉆井固廢

氣體鉆井產(chǎn)生的固廢主要為氣體所攜帶出的地下巖屑，為防止氣體鉆井粉塵污染大氣，常采用水淋洗降塵，如采用清潔水淋洗降塵，所產(chǎn)生的固廢應(yīng)完全不含污染物。兩口氣體鉆井固廢表觀見圖2。

圖2 兩口氣體鉆井固廢表觀

氣體鉆井固廢可以單獨收集堆放，一是可用作平整井場或井場公路；二是可作為井場低洼填料；三是完井后可作為井場復(fù)耕用土。如采用鉆井廢水進行淋洗降塵，其將含鉆井廢水中的污染物成分，但其含量相對較低，不易造成污染。此類固廢一是可采用生物技術(shù)處理后[1，3-4]作為完井井場復(fù)耕用土；二是可加入固結(jié)材料后作為井場或井場公路的路基填料；三是可制作水泥塊或免燒磚作為鉆前建設(shè)護坡堡坎溝渠材料[5-7]；四是可制燒結(jié)磚利用[1，7-8]。

2)聚合物鉆井液體系固廢

為了提高鉆井速度，降低鉆井成本，西南油氣田一般在常規(guī)鉆井的二三開井深段多采用各種聚合物鉆井液體系鉆井，由于二三開井段井眼大，不僅固廢產(chǎn)生量多，占總量的近2/3，同時，此類固廢主要含少許易生物降解的非苯環(huán)類有機物類，因此，對于此類固廢，特別是軟質(zhì)類固廢較適宜就地生物降解處理，作為完井井場復(fù)耕用土[1，3-4](中石油川慶鉆探公司安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院等單位已利用此技術(shù)在西南油氣田資源化利用了10多口井的水基鉆井固廢)，不僅可降低復(fù)耕費用，而且可大大減少固廢轉(zhuǎn)運處置量和投資費用。此外，一是可以加入固結(jié)材料后作為井場或井場公路的路基填料；二是可制作水泥塊或免燒磚，作為鉆前建設(shè)護坡堡坎溝渠材料[3-4](中石油川慶鉆探公司蜀渝公司開展了利用水基固廢作為井場路基填料試驗應(yīng)用，初步效果證明是可行的，同時也開展了制成水泥塊作為新井場護坡堡坎溝渠建材利用，效果良好)；三是可制燒結(jié)磚利用[1，3-4]。

3)磺化鉆井液體系固廢

由于西南油氣田所在的油氣勘探區(qū)域川渝地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，所鉆井多數(shù)較深，為確保四五開的深部井段的安全快速鉆井，幾乎都采用各種磺化鉆井液體系鉆井，產(chǎn)生的固廢約占總量的1/3，但這類固廢中污染物種類多，固廢組分復(fù)雜，環(huán)境污染危害性較大。但由于磺化鉆井液配制成本高，若其液體部分再回收用于調(diào)配鉆井液，既節(jié)約鉆井液調(diào)配用處理劑，又可實現(xiàn)減排。為此，對這類固廢應(yīng)先分類脫液回收減量后再分別實施資源化處置利用。

(1)硬質(zhì)類鉆屑等固廢。由于鉆屑密度大且顆粒粒徑較大，可采用離心分離方式或多級振動篩脫液減量(中石油川慶鉆探公司長慶鉆井公司在長慶油田的鉆井作業(yè)中多數(shù)均采用了多級振動篩對鉆屑進行脫液減量)，脫液后的鉆屑污染物含量大幅減少。由于此類固廢中固相顆粒粒徑較大，強度較高，因此，一是可制成燒結(jié)磚利用；二是可作路基材料、制水泥塊或免燒磚利用；三是可采用生物處理資源化土壤利用。

(2)軟質(zhì)類掏罐渣泥等固廢。掏罐渣泥等其他軟質(zhì)固廢多數(shù)密度小，顆粒粒徑小，不易采用離心分離方式或多級振動脫液減量，但其含鉆井液處理劑較多，可作為鉆井液再利用。一是可采用板框等壓濾方式脫液減量[5，9]，但這種方式因需加入較多破膠脫穩(wěn)混凝劑，不適用于調(diào)配鉆井液，需送污水處理廠處置，增大了處理成本和運輸?shù)沫h(huán)保風(fēng)險。二是可用清潔水或廢水直接稀釋降黏脫穩(wěn)或加鉆井液降黏稀釋劑脫穩(wěn)，脫除的液體可再利用于調(diào)配鉆井液，既節(jié)能又減排。通對這兩種方式脫液減量后的固體廢物，由于其含較多有機質(zhì)和腐殖質(zhì)，采用生物處理方式土壤化利用可以增加土壤肥力；其次可送當(dāng)?shù)刂拼u廠制成燒結(jié)磚利用。由于此類固廢中固相顆粒小，強度低，污染物含量高，環(huán)境危害大[10]，不易制成水泥塊或免燒磚利用，也不易作為井場或井場公路的路基填料利用。

3.2 分類資源化處置利用方法的適用性

不同鉆井液體系水基固廢資源化處置利用方法的適用性及優(yōu)選順序見表3。

表3 不同鉆井液體系水基固廢資源化處置利用方法優(yōu)選

4 結(jié)論與建議

1)西南油氣田水基鉆井固廢因所用鉆井液體系不同，固廢組分性質(zhì)存在很大差異，分類資源化處置利用很有必要性，且可以拓展資源化處置利用途徑，避免和減少目前水基鉆井固廢送當(dāng)?shù)刂拼u廠制磚處置利用存在的潛在安全環(huán)保風(fēng)險和受限性較大等問題。

2)氣體鉆井清潔水淋洗降塵鉆屑(含表層清水鉆井鉆屑)可直接收集堆放，可直接作為完井井場復(fù)耕用土；廢水淋洗降塵鉆屑，應(yīng)優(yōu)先采用就地生物處理資源化土壤利用，其次可作路基材料、制成水泥塊或免燒磚利用。因此，建議西南油氣田現(xiàn)行污水應(yīng)急池設(shè)計構(gòu)建成兩格池，以便其中一格池用來臨時收集處置氣體鉆井水淋洗鉆屑(利用后可騰空該池)。

3)聚合物鉆井液體系固廢應(yīng)優(yōu)先選擇就地生物處理資源化土壤利用，其次可作路基材料、制成水泥塊或免燒磚利用。因此，建議每口井在鉆前建設(shè)時同時租地構(gòu)建一個容積為800 m3左右的降解池(完井后可還租)。

4)磺化鉆井液體系固廢應(yīng)先脫液減量再分類處置利用。硬質(zhì)類鉆屑等固廢，應(yīng)優(yōu)先選擇制成燒結(jié)磚，其次作路基填料、制水泥塊或免燒磚；軟質(zhì)類掏罐渣泥等固廢，應(yīng)優(yōu)先選擇就地生物處理利用，其次可制成燒結(jié)磚，不宜作路基填料、制水泥塊或免燒磚利用。

5)為確保每種處置利用方法均合規(guī)合法，建議西南油氣田在鉆井工程環(huán)評報告編制中應(yīng)細(xì)化明確各類固廢的資源化處置利用方法，建議對每類固廢列出多種處置利用方式和要求，以便實際處置利用選擇時更具靈活性。