钻井水基固液废弃物不落地处理技术

周 波，廉晓龙，黄 磊，孙 楠

（合肥通用机械研究院有限公司 ，安徽合肥 230031）

0 引言

钻井的水基固液废弃物主要是钻井开采产生的岩石屑、冲洗废水、钻井废液等，钻井水基固液废弃物中含有较多重金属粒子和无机物，液相的pH值偏高，COD（Chemical Oxygen Demand，化学需氧量在一定条件下，用一定的强氧化剂处理水样时所消耗的氧化剂的量，以氧的mg/L表示）值偏高，容易对动植物生态造成破坏，对环境污染较大，传统的处理方法是将废弃液排入污水池中收集，然后进行固化处理，传统工艺存在较大的环境污染风险。由于石油勘探区域多属于生态环境较为脆弱地区，生态环境一旦被破坏就难以自我修复，而水基钻井液使用频率较高，数量大。以克拉玛依油田为例，每年的新增钻井高达千口，每年的废弃液高达数十万立方。2011年渤海蓬莱油田漏油事件，最大油膜面积高达158 km2，2013年中石油长庆油田的污水违规排放事件，导致鄂尔多斯草原水生态被严重污染，羊群出现大面积的病死现象，还对草原地下水系统造成了威胁。随着人们对环境保护意识的增强，对钻井的水基固液废弃物进行无害化处理势在必行。

1 国内外发展现状

国内外在21世纪50年代就开始研究岩屑的处理，针对不同的使用范围，采用了直接排放法、土地耕作法、钻屑回注法、固化处理法等。直接排放法是早期的处理方式，用于简单的水基钻井液所产生的岩屑，对岩屑的环保要求高，目前已经淘汰该处理方式。土地耕作法利用土壤中的微生物对废弃岩屑进行降解，将岩屑与土壤充分混合，主要是对微生物的筛选与培养，而且处理条件严，处理时间长，难以大范围的规模使用。钻屑回注法是将钻屑碾磨后成为有一定黏度的液体，将黏液注入井中，再用水泥将井封堵起来。该方法回注的黏液容易通过裂缝渗漏，造成地下水和油层的污染。固化处理法是在废弃钻屑中加入固化剂，将钻屑转成固体材料，用于填埋和建筑材料，目前国内采用该技术较多，固化材料有水泥、氧化钙等。

国内外最新采用不落地处理级数对水基岩屑进行无害化处理，可以回收岩屑黏附的油相，可以通过固液分离设备和电化学电吸附等原理，清除固相，回收液相，将固相还能制备成泥饼，用于铺垫井场。水基钻井废弃物不落地技术已经成为钻井环保发展的趋势，该处理技术包括废弃物收集单元、破胶处理单元、固液分离单元，处理工艺是将废弃物经过稀释、絮凝、分离，将固相和液相分开，达标的岩屑可以直接排放，不达标的进行水洗、分离、化学反应以及物理脱干后进行收集，有机类物质进入水中，水处理单元经过过滤、渗透等工艺，达到污水综合排放标准后，可以进行回收再利用。钻井水基固液废弃物不落地处理技术工艺流程（图1）。

图1 钻井水基固液废弃物不落地处理技术工艺流程

2 钻井废弃物不落地处理技术的特点

（1）避免了挖掘钻井废弃物的储存池的挖掘。传统的废弃物储存池在开钻到完井这段时间内，废弃泥浆可以缓慢的渗透到地层，对底层造成严重污染。采用不落地处理技术，可以不用开挖储存池，在开采的同时将钻屑进行无害化处理，制备成可利用的建筑辅材，减少了占地面积，也不需要挖掘填埋池。

（2）实现了废弃物的分类收集。钻井废液和钻液如果长期储存在储存池中，钻屑中的污染随着浸泡时间延长，而产生更多复杂的产物，增加了废弃物的处理难度，加重了对环境的污染。将钻井废弃物不落地处理，可有效地将固液两相进行合理的分类，便于后期的分类处理。

（3）实现了废弃物的无害化处理和有效回收利用。不落地处理技术可以将液态的水回收利用，进入钻井废物处理的前段工序，钻屑经过处理后，用于铺路基土材料。

采用不落地处理技术，改变了传统采用的固化方式，体现了国家对环保问题的重视，但是国内的处理方式仍较为单一，配套处理设备较为落后，对于不落地处理技术的研发力度也不够，处理设备差异大，处理效果和处理成本也参差不齐，模块化、标准化、撬装化的技术装置还没有得到推广使用。当前国内外对于钻井固液废弃物处理的研究较多，但是很多新技术都处于室内评价或先导性试验阶段，企业对于环保投入缺乏持续的动力，所有的处理技术都存在资金投入大，经济效益回报低的问题，必须考虑废弃物的高效处理和综合利用。随着钻井废弃物的处理技术的发展，其主要趋势是向着处理技术的多元化，处理设备的自动化和分类处理的精细化方向发展，通过不断的研发投入，可开发出人机一体化、智能化的设备，减少人工成本，保证装置的安全稳定的生产。

3 钻井水基固液废弃物不落地处理系统改进措施

废弃物混合相收集装备主要为振动筛、除砂器、除泥器、收集沉砂罐、离心分离机等。收集设备需要满足快速的收集和转移能力，离心机间歇使用，甩出的固相易黏附在设备内壁，造成离心机受到的阻力较大。沉砂罐子是不定时排放，单位时间排放量大，清罐时需将固液废弃物从罐底排出。设备需要考虑溢流、固井等特殊情况，具有通用性和缓冲能力。

针对以上问题，选择螺旋输送机为输送方式，螺旋输送机在电机驱动下，轴螺旋转动，推动物料前进，传输距离较短，传输物料的物理性能适用范围较宽，螺旋输送机的物料输送量可按式（1）计算。式（1）中F为横截面积；λ为单位体积质量；ε为输送系数；v1为轴向移动速度。

输送量与螺旋外径、螺距、转速和填充系数有关。根据计算可对螺旋输送机进行选型，选择采用U形槽螺旋输送机，为满足输送机与固控设备的连接适用性，需增加输送机的缓冲功能。

固液分离是钻井废弃物处理的关键，钻井油田所在区域通常是条件比较艰苦，水源较缺乏的地区，对废液的重复利用非常重要，并且固相进一步的资源化再利用，也具有非常好的应用前景。

（2）针对一次固液分离装置，考虑液相重复利用，需采用机械振动筛产生反向旋转，使筛网做纵向运动，物料在激振力的作用下完成筛分工作。根据对比普通椭圆运动筛、圆运动振动筛、直线运动振动筛、平衡椭圆运动振动筛的优缺点，发现平衡椭圆运动筛兼具了圆运动和直线振动筛的优点，处理量也比直线筛增大30%，而且平衡椭圆振动筛处理的钻屑更干燥，含水量更低，更容易实现下一工序的无害化治理。筛网选择板框式粘结筛网，网由表层网布、中间层、支撑层、框架层构成，网的振幅为6 mm，筛箱角度可调。

（3）二次固液分离装置比一次固液分离的要求更高，因此通常需要加设压滤机进行过滤，滤除液相中的颗粒物，由于需要废液体系的不同，如果不能加入絮凝剂，则可以选择卧式离心机进行分离，离心机的转速越高，直径越大，泥饼在离心机中的停留时间越长，则固相的含水率越低。

（4）固相固化处理工艺通常采用人工加药方式和挖掘机机械搅拌，为了改变这种人工劳动强度大、容易发生安全事故的情况，采用单井中直筒垂直搅拌方式，搅拌中当物料达到设定高度时，启动自动加药装置，搅拌到达一定时间后，将物料和处理剂再送至二级搅拌。

4 结语

开发环保型的钻井液技术是从源头上控制钻井废弃物对环境的污染，严控钻井液处理的质量，降低废弃物的处理难度和成本，降低钻井液对环境的影响，但需要加强配套设备的研发，优化装备性能，提高自动化、智能化程度，完善废弃物的资源化技术体系，以彻底解决水基固液废弃物不落地技术的相关问题。