固体废物处理技术论文(2)
固体废物处理技术论文篇二
浅议钻井固体废物处理
【摘要】本文对钻井固体废物的形成过程和种类进行了简要介绍，对目前采用的主要处理方法进行了对比分析。指出对钻井固体废物的控制和处理方法，首先要从源头入手，控制毒害性较大的钻井助剂的使用，并从钻井工艺技术方面入手，研发推广运用小井眼技术、清洁钻井等技术，减少废弃钻井废物的产生量。同时，在钻井过程中，要对污染程度不同的钻井废物，分类存放和处理，重点针对含油及其他污染物浓度较高的钻井固体废物进行无害化处理。并完善钻井固体废物控制标准，以确保做到“有法可依”，提高企业钻后治理的针对性。
【关键词】钻井液;岩屑;固体废物;无害化
1.钻井固体废物的形成
石油钻井是油、气勘探开发的重要手段，石油工业中所钻井一般为几百米到几千米深的圆柱形井眼。石油钻井生产具有野外、流动、独立施工的特点。在钻进过程中，需不断循环钻井液以免造成井下事故。钻井液(或钻井流体)俗称泥浆，是钻探油、气井的工作液，是用各种原材料和化学添加剂配制成的一种流体，钻井液通过地面与井下循环，及时把破碎的钻屑带到地面上来，保证钻井过程的连续进行，并保障井下安全，保护油气层及取全取准各项工程地质资料。从井眼返回的钻井液经振动筛过滤，除砂器和除泥器分离出地层钻屑和泥、砂后重新循环使用。分离出的地层钻屑和泥、砂以及少量钻井液流入钻井废液储存坑或罐中。另外，钻井完成后井场上的泥浆槽内的及从井筒排出的钻井液，虽然可以经过性能调整后继续使用，但不能重复使用的常常被排入储存坑或罐中而成为废弃钻井液，经分离后的固相即形成钻井固体废物。
2.钻井固体废物中主要污染物及环境危害
钻井固体废物中主要污染物为废弃钻井液和岩屑，钻井过程对环境产生的影响中，废弃钻井液的污染问题比较突出，很多国家对废弃钻井液的处理作了严格规定，使得治理废弃钻井液成为非常重要的任务[1]。废弃钻井液的性质主要受钻井液的组分以及所使用的化学处理剂种类所影响，其对周围的环境影响主要由钻井液中的有机和无机化学添加剂造成的。由于井深、地质条件以及井型的差异，钻井过程中所使用的钻井液类型、性质及用量差异很大，对环境的影响也有很大差异。其中，以深井钻井液和油基钻井液具有化学添加剂用量大、有毒、有害的物质含量高而对环境的污染最大，这些是钻井施工过程污染治理的重点。钻井岩屑主要是指钻井过程中钻头破坏地层，由钻井液携带出地面的地层岩屑。钻井岩屑对环境造成污染的主要是附着于其上的钻井液、石油类物质以及地层的可溶性重金属离子。
陆上钻井完井后，钻井固体废物堆放在储存坑或罐中，存在引起地表水和地下水污染、危及周围农田和水生生物的生长[2]。
3.目前主要处理措施
目前，常用的钻井固体废物处理技术主要有以下几种：
3.1固化处理技术
即向钻井固体废物中加入固化剂，使其固化为固体类，原地或集中填埋或用作建筑材料等。该方法能显著降低钻井液中金属离子和有机质对土壤的沥滤程度，从而减少对环境的影响和危害，回填还耕也比较容易。该技术目前应用较多，技术上比较成熟。
3.2固液分离填理技术
钻井固体废物的含水率一般在80%～90%，可以考虑固液分离后对沉积固相固化处理。选用有效的絮凝剂使废钻井液体系最大程度脱水，分离出的泥饼固相最高可达50%～60%，使钻井固体废物体积大幅度缩小，然后进行填埋处理。
3.3回注法
有些毒性较大又难以处理的废弃钻井液可以通过回注法处理。回注方法有2种：一是注入非渗透性地层;二是注入地层或井眼环形空间，该方法对地层有严格要求，深度必须大于600m。
3.4填埋冷冻法
在比较寒冷的地方，废弃钻井液和钻屑可以注入冻土层，将这些固体废物永久地冷冻在冻土层中，这样就不会发生迁移造成环境的污染。
3.5回填法
钻井固体废物在储存坑内通过沉降分离，上部清液达到环保标准后可以直接排放，或者直接收集集中处理。剩余部分经干燥后在坑内就地填埋，要求顶部土层厚度为1.0～1.5m，然后恢复地貌。是一种处理低毒和无毒废弃钻井液的好方法。但不能用于较大毒性的废弃钻井液处理。
3.6坑内密封法
是一种处理钻井固体废物的特殊的填埋方法。在坑的底部和四周铺一层有机土，然后在其上面铺一层塑料垫层，再盖一层有机土;也可以在底部和四周加固化层，以防渗漏。再将基本干燥的钻井固体废物填充在池内，上表面覆盖密封，然后恢复地貌。主要针对毒性较大的钻井液处理。该法必须保证密封严实，不能漏失。
3.7回收再利用法
油基、酯基及合成基钻井液使用后，可回收其基液后再用于其它井作为钻井液的基液或作为燃料等其它用途;钻井固体废物可用作水泥原材料，用于制免烧砖等[3];废弃钻井液和钻井泥浆转化为水泥浆技术(MTC技术)等。
3.8焚烧法
对部分含油或有机物较高的钻井固体废物，可以采取焚烧的方法去除其中可燃性物质，但对重金属等污染物无法去除，同时要求在钻井过程中需对钻井固体废物分类存放。
4.措施建议
在油、气田开发过程中，钻井固体废物的产生量比较大，不同的钻井固体废物污染物种类和含量差别也非常大。目前常用的各类处理方法各有优缺点，应该说均没有彻底解决钻井固体废物污染或占地问题。与目前采用的许多污染处理措施类似，存在污染物转移或隐患等问题。如固化填埋将占用大量的土地，回注存在地下水层污染等。
根据固体废物处理和处置的一般原则，控制钻井固体废物对环境的污染，应从源头入手，从原料使用、工艺技术改进、提高循环利用率和强化钻后治理等全流程入手，实现钻井固体废物的减量化、资源化和无害化。同时，要进一步提高勘探开发水平，提高钻井成功率，并提高单井控制面积，以达到“钻尽量少的井，产尽量多的油气”的目的。另外，在标准制定和监督管理方面，需继续加大力度，实现“有法有依、违法必究”。 4.1加强钻井液技术攻关，强化原料监控
钻井固体废物对环境的危害性差别很大，钻井固体废物的污染物主要来源于钻井液配制过程中加入的各类添加剂和含油层岩屑。因此，积极开发并尽量选用低污染或无污染钻井液及添加剂，是从根本上治理钻井污染的首要措施。20世纪90年代以来，为了减轻钻井废弃物对环境的污染，国外和国内一些公司逐步推广使用对环境友好的钻井完井液和添加剂，如甲酸盐钻井完井液、多元醇水基钻井液体系、硅酸盐钻井液、甲基葡萄酐钻井液、合成基钻井液、油基钻井液替代物等，以代替油基钻井液和沥青类防塌剂[4];包括研制各种新型低毒无害的化学添加剂，以替代传统的化学添加剂。
4.2加强钻井新技术、新工艺研发和推广运用，降低钻井固体废物产生量
钻井液的污染大小与毒性物质有关，也跟固体废物产生量大小有关。因此，在加强添加剂使用控制的同时，应采取措施，控制钻井固体废物产生量。经过多年研究，目前已开发出小井眼井、使用少量钻井液、套管钻井等新的钻井技术，取得了较好的效果。
(1)小井眼钻井工艺
采用小井眼钻井工艺，可大幅度降低钻井费用(降低30%～75%)和最大限度地降低钻井固体废物产生量，减轻对环境的污染及不良影响。据统计，小眼井钻井技术在松南地区应用后钻井成本可降低39%，在川西地区应用后钻井成本可降低49%，在减少环境污染的情况下基本不影响产能，因而切实可行、值得推广。法国FORASOL公司开发的小井眼钻机，只需井场面积850m2，钻至3500m深度，总岩屑量可控制在88m3左右。
(2)使用少量钻井液技术
使用少量钻井液技术主要有气体钻井技术、清水钻井技术等。
气体钻井：在选定的地层中，可以使用空气或其他气体通过钻井系统循环作为钻井液来进行钻井。美国能源部(1999年)描述了四种不同类型的气体钻井：空气颗粒钻井、空气喷雾钻井、泡沫钻井和充气泥浆钻井。所有这些都依靠气体或气体和泥浆的混合物提升钻屑到地面。气体钻井不需要和传统钻井一样的地面大储存池。因而，这种钻井技术可以在环境敏感地区使用。
钻井液的选择能够影响整个钻井液用量和岩屑产生量。合成基泥浆比水基泥浆钻的井眼干净，掉块较少，产生较少的钻井岩屑体积，合成基泥浆可以被最大程度的循环使用。
(3)套管钻井技术
套管钻井是在钻井过程中，直接采用套管(取代传统的钻杆)向井下传递机械能量和水力能量，井下钻具组合接在套管柱下面，边钻进边下套管，完钻后作钻柱用的套管留在井内作完井用。井下工具可从套管内下入和收回，省去了起下钻，从而可减少井控事故。套管钻井的优点是：钻机和作业效率高、事故少，燃料消耗低;泥浆从套管和井壁之间的环形空间返回时，由于环空面积减小，提高了上返速度，改善了钻屑的携出状况;通过缩小井眼直径可减少泥浆和水泥的用量和费用。
4.3提高钻井液循环利用率，减少排放量
钻井液是钻井工作液，具有控制地面压力、润滑钻头、稳定井眼和携带岩屑返回地面以及其他的功能。使用后返回地面的钻井液中携带着大量岩屑。若循环利用，固相必须从钻井液中分离出来。目前常用震动筛实现钻井液与岩屑的分离，但采用此种方法分离出的岩屑被大量的钻井液所包裹，包裹岩屑的钻井液的体积和岩屑的体积大体相当。如果通过震动筛收集的固相仍旧被许多泥浆所包裹，那么他们就不适合于进一步的重新使用和进行下一步的处置;如果用过的钻井液有收集的价值，就应尽可能多的收集，固相使用高重力分离干燥震动筛、立式或卧式旋转岩屑干燥器、螺旋式压榨机或离心分离机做进一步的处理。岩屑干燥器回收使用额外的钻井液并产生干燥的粉末状岩屑。
使用高效振动筛以及高速离心机可大大提高钻井液中固相物质的去除率。从经济角度分析，提高固控效率，可减少钻井液稀释和废弃钻井液处理所用的资金。现场测定表明，若固相控制系统的处理效率从0提高到5%，则含量4%的低密度固体可减少5/6，从而减少钻井废弃物的量。在现场应用中，应注意回收的不同类型钻井液的相互调配，先期开钻井回收的钻井液可用于后期开钻、对钻井液要求相对低一些的层位。
4.4针对不同钻井液，做好钻后分类治理
不同层位产生的钻井固体废物，其污染程度相差较大。如采用气体钻井和清水钻井的非油层废弃泥浆和岩屑，其对环境基本没有污染，可直接按一般固体废物处理。其他层位，则根据钻井液成份和岩屑是否含油，分别采取不同措施进行无害化处理。因此，要求钻井施工过程中，根据污染特性，对钻井固体废物分类存放和处理。应改变目前的混合存放、统一处理的粗放式作法。如针对有机物含量较高、毒性相对较小的钻井液，可考虑喷洒于非食用土地或林场，并适当翻耕;对地层渗透率高的区块，可考虑回注地层的处理措施;对含油高的钻井固废，应采取清洗、离心分离等措施，回收其中油类物质或考虑焚烧处理措施，充分利用其热值。以上措施均不适合的，可采取固化后按规定填埋。不论采取何种措施，均需先分类存放，再采取脱水措施，只对毒性和危害性较大的部分，采取针对性措施进行处理。
4.5加强环境监督管理，确保各项措施落实到位
目前，我国将钻井废物列入危险废物目录中，属含废矿物油危废，编号HW07100208。钻井废物产生量大，如全部按危险废物处理，企业将无法承担，而且也没有必要。但我国目前无达标控制标准，在实际进行无害化处理过程中不好掌握。因为含废矿物油的固体废物与含重金属等危害物质的固体废物不同，矿物油易通过焚烧、清洗等方式去除。因此，建议主管部门抓紧出台控制标准，明确处理到什么程度即可归于普通废物，以做到有法有依，提高企业无害化处理的积极性。
同时，要加强生产过程中环境监督管理。首先，要在钻井设计和环评过程中，把好钻井设计和环评关，确保尽量减少毒害性大的钻井液材料，并优先选用产生钻井固废量小的工艺和技术。其次，要加强钻井过程管理，合理调整钻井液性能，避免钻井液频繁的稀释和反复加药，降低钻井液量和药品量，从而降低完井后的废弃钻井液处理量;减少起下钻、接单根时的钻井液喷溅，调整适宜的钻井液性能，坚持使用防喷盒;对不同层位、毒害性不同的钻井废物要分开存放、分开处置，设置专门的储砂坑堆放钻屑，不要把钻屑冲入废水池中，或取消大循环池。最后，在钻井施工完井后，对剩余的钻井液组织回收利用;对不同钻井废物，采取不同的处理方式，对含油废物进行无害化处理，对不含油的钻井废物，可按一般固体废物处理。
参考文献
[1]何纶，樊世忠.钻井完井液废弃物处理实用技术.江苏：中国矿业大学出版社，2006.
[2]鄢捷年.钻井液工艺学.山东：石油大学出版社，2001.
[3]陆林峰.钻井固体废物制免烧砖技术及应用.四川环境，2012(增刊).
[4]赵荣峰.中原油田钻井液处理工艺.油气田环境保护，2006，16(3).
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