钻井液废弃物无害化处理的新技术研发

关键词 钻井液 钻井液废弃物 无害化处理 环境保护 中图分类号：ＴＥ９９２ 文献标志码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－３４２６．２０１３．０４．０２５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｎｅｗ ｈａｒｍｌｅｓｓ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｗａｓｔｅｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ－ｂａｓｅｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｗａｓｔｅ ａｎｄ ｏｉｌｙ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｃｕｔｔｉｎｇｓ ｏｆ ｏｉｌ－ｂａｓｅｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｗａｓｔｅ ｗｅｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｃｏｌｌｏｉｄ ｂｒｅａｋｅｒ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｃｕｒｉｎｇ ａ－ ｇｅｎｔ ｗｅｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ａｎｄ ｎｅｗ ｈａｒｍｌｅｓｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ－ｂａｓｅｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｗａｓｔｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｆｏｒｍｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｎｅｗ ｈａｒｍｌｅｓｓ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｏｉｌ－ｂａｓｅｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｌｉｑｕｉｄ ｗｉｔｈ ｏｉｌ ｄｒｉｌｌ ｃｕｔｔｉｎｇｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｐｈｙｓｉｃａｌ，ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ ｔｗｏ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｓｅｔｓ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｖｅ ｓｏｍｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｓｉｍｐｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｇｏｏｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ，ｓｍａｌｌ ｉｎ－ ｖｅｓｔｍｅｎｔ，ａｎｄ ｇｏｏｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｗｈｉｃｈ ｂｒｉｎｇ ｇｏｏｄ ｓｏｃｉａｌ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔｓ．
较大 的 絮 体 但 仍
ＭｇＣｌ２
较松散
８．０ ６０ ２５
ＳＤＰ－１ 絮体较大且致密 ７．６ ２０ ４０
１．３．３ 高 效 固 化 剂 性 能 研 究 ＳＤＧ 是由多 种 有 机 物 和 无 机 物 合 成 的 高 效 固
化 剂 ，通 过 絮 凝 、架 桥 、水 化 等 反 应 ，快 速 与 钻 井 废 弃 物 形 成 固 体 物 质 ，锁 住 钻 井 废 弃 物 的 粒 子 空 间 ，有 效
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄｓ，ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｗａｓｔｅｓ，ｈａｒｍｌｅｓｓ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃ－
ｔｉｏｎ
随着世界范围内环境保护意识的日益增强和环 境保护法律法规的 日 益 严 格，钻 井 液 及 其 废 弃 物 对 环境的影响引起了 国 内 外 环 境 保 护 界、石 油 工 业 界 及公众的普遍关注。本文通过对钻井废弃物内在污 染机理的 分 析 研 究 和 通 过 对 破 胶 及 固 化 的 技 术 研 发，提出了水基钻井 液 及 其 废 弃 物 无 害 化 处 理 的 新 工艺技术，使得浸出液主要污染物达到 ＧＢ １８９１８－
石 油 与 天 然 气 化 工 第４２卷 第４期 ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＯＦ ＯＩＬ ＆ ＧＡＳ
４４１
防止各种有 害 物 质 溢 出。ＳＤＧ 根 据 不 同 的 水 基 钻 井液体系，其 加 量 范 围 为 １１％ ～２５％。 将 ＳＤＧ 加 入准备好的钻井 废 弃 物 中，适 当 搅 拌，静 止 固 化，大 约１０天后测其固化 浸 出 液 的 各 项 指 标 和 固 化 体 抗 压 强 度 ，数 据 见 表 ２ 和 图 ３。
表 ３ 固 化 剂 性 能 对 比 数 据 表 Ｔａｂｌｅ ３ Ｄａｔａ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆ ｃｕｒｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
浸出液
浸出液 固化 固化
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
固化剂
加量 φ／％
ＣＯＤ 值／ ｐＨ （ｍｇ·Ｌ－１）
值
色 （倍
２００２《城镇污水处理 厂 污 染 物 排 放 标 准》要 求；通 过 机械除油技术、化学 除 油 技 术 及 微 生 物 处 理 等 技 术 集成，提出油基钻井 液 含 油 钻 屑 无 害 化 处 理 的 新 工 艺 技 术 ，达 到 油 、水 、钻 屑 等 物 质 有 效 分 离 的 目 的 ，实 现了油、水资源 的 回 收 再 使 用。 钻 屑 含 油 体 积 分 数 小于２％，低于 ＧＢ ４９１４－２００８《海洋石油勘探开发 污 染 物 排 放 浓 度 限 值 》要 求 ，具 有 很 好 的 社 会 效 益 和
７９．４
７０
１．４０
１．７
洼 ６０－Ｈ１０３ 井
８８．３
４２
１．６５
１．９
冷 ４１－Ｈ１０ 井
１１０．４
５５
１．２５
１．９
１．３．４ 不 同 固 化 剂 对 比 研 究 用高效固化剂 ＳＤＧ 与 ＧＨ－１、ＸＧ、ＸＳＧ 等 国 内
常用固化剂进行性能对 比 实 验。 实 验 表 明，ＳＤＧ 加 量适中，浸出液 ＣＯＤ 含量低，总 Ｃｒ含量低，固 化 时 间短，固化效果优 良，综 合 效 果 优 于 同 类 产 品，达 到 国 内 领 先 水 平 。 实 验 数 据 见 表 ３。
用 高 效 破 胶 剂 ＳＤＰ－１ 与 ＡｌＣｌ３、Ｆｅ２ （ＳＯ４ ）３、 ＭｇＣｌ２ 等常用絮 凝 剂 进 行 破 胶 实 验，ＳＤＰ－１ 破 胶 效 果好，形成的絮体 大 而 致 密，分 离 出 的 水 色 度 较 低， 出水 率 较 高，是 一 种 很 好 的 破 胶 剂。 试 验 数 据 见 表 １。
Ｌｉ Ｘｕｅｑｉｎｇ１，２，Ｙａｎｇ Ｊｉｎｒｏｎｇ２，Ｙｉｎ Ｚｈｉｌｉａｎｇ２ （１．Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１０５００，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ） （２．ＣＮＰＣ Ｇｒｅａｔｗａｌｌ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１０１，Ｃｈｉｎａ）
表 ２ 固 化 剂 处 理 效 果 数 据 表 Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ａｇｅｎｔ
井号
浸出液 ＣＯＤ 值／ 色度 浸出液ρ（总 Ｃｒ）／ 固化强度／
（ｍｇ·Ｌ－１） （倍数） （ｍｇ·Ｌ－１）
ＭＰａ
南平１井
７６．５
７６
１．２４
１．６
杜 古－１０５ 井
４４０
李学庆 等 钻井液废弃物无害化处理的新技术研发 ２０１３
经济效益。
１ 钻 井 废 弃 物 无 害 化 处 理 技 术 研 究
１．１ 当 前 钻 井 废 弃 物 处 理 技 术 分 析 目 前 ，常 用 的 含 油 钻 屑 处 理 方 法 有 ：钻 屑 回 注 技
术、固 化 处 理 法、焚 烧 法、生 物 处 理 法、离 心 分 离 法、 钻屑清洗技 术 等 。 ［１］ 这 些 技 术 普 遍 存 在 以 下 问 题： ①处理费用高。如 钻 屑 回 注 法、固 化 法 的 高 效 固 化 剂成本问题；② 产 生 其 他 污 染 或 存 在 潜 在 威 胁。 如 焚 烧 法 需 要 焚 烧 设 备 ，焚 烧 时 会 放 出 有 毒 有 害 物 质 ， 产生二次污染。③除 油 率 低，距 “零 排 放 标 准”相 差 甚远。这些处理技术很难实现含油钻屑高效经济地 处 理 。｀
１．３ 水 基 钻 井 液 无 害 化 处 理 室 内 研 究 １．３．１ 高 效 破 胶 剂 机 理 研 究
高效破胶 剂 ＳＤＰ－１ 是 一 种 含 有 阳 离 子 的 高 分 子 聚 合 物 ，主 要 作 用 机 理 为 ：① 吸 附 作 用 － 高 分 子 聚 合物通过氢键、静电 引 力 及 嵌 入 ３ 种 相 互 作 用 方 式 参与吸附；②架桥作 用 － 高 分 子 聚 合 物 与 许 多 粘 土 微粒连接一起架桥形 成 絮 团；③ 电 中 和 作 用 － 阳 离 子型高分子聚合物与带负电的粘土粒子因电中和作 用而产生絮凝；④沉 淀 物 网 捕 机 理 － 钻 井 废 弃 物 中 的胶体粒子被沉降的絮体沉淀物网捕。 １．３．２ 高 效 破 胶 剂 性 能 对 比
１．２ 钻 井 废 弃 物 无 害 化 处 理 技 术 的 思 路 钻井废弃物处理工艺技术不仅要考虑处理后对
环境的污染问题，也 要 考 虑 处 理 的 工 艺 技 术 及 费 用 问 题 ，针 对 水 基 钻 井 液 废 弃 物 ，通 过 高 效 破 胶 剂 的 研 发，对废弃钻井液中 带 负 电 的 微 粒 起 电 荷 中 和 作 用 和吸附架桥作用，使 体 系 中 的 微 粒 脱 稳、絮 凝，从 而 有助于沉 降 和 过 滤 脱 水［２－４］；通 过 高 效 固 化 剂 的 研 发，可使废弃钻井 液 硬 化 凝 固，形 成 固 态 物 质，使 得 钻井废弃物的性能指标达到国家允许的排放标准， 图１是水基钻井液废弃物无害化处理工艺流程图。 针对油基钻井液含 油 钻 屑，通 过 甩 干 机 机 械 除 油 处 理工艺［５－６］、高效除油剂化学处理技术和石油 微 生 物 处理３种无害化处 理 技 术 有 机 结 合，实 现 了 一 整 套 新型油基钻井液含油钻屑无害化处理工艺技术的创 新和集成，最 终 使 钻 屑 含 油 体 积 分 数 降 低 到 ２％ 以 下，达到 ＧＢ ４９１４－２００８ 允许的排放要求。 图 ２ 是 油基钻井液钻屑无害化处理工艺技术的流程图。
摘 要 首 先 对 水 基 钻 井 液 废 弃 物 ，油 基 钻 井 液 含 油 钻 屑 内 在 污 染 机 理 进 行 了 研 究 ，在 此 基 础 上，一是研发出水基钻井液废弃物用高效破胶剂、高效固化剂，形 成 了 水 基 钻 井 液 废 弃 物 无 害 化 处 理 的 新 型 工 艺 技 术 ；二 是 以 物 理 、化 学 及 微 生 物 等 技 术 集 成 形 成 了 油 基 钻 井 液 含 油 钻 屑 处 理 新 工 艺 新 技 术 。 这 两 套 工 艺 技 术 操 作 简 单 、处 理 效 果 好 、投 资 小 、可 靠 性 好 ，具 有 很 好 的 社 会 效 益 和 经 济 效 益。