油基钻井液废弃物处理技术及经济性评价.pdf

第 3 1 卷 第 3期 2 0 1 4年5月 钴井液与 完井液 DR I L LI NG F LUI D ＆ COMP LET I ON F L UI D V o 1 ． 3 1 NO ． 3 M a y 2 01 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 8 ． i s s n ． 1 0 0 1 5 6 2 0 ． 2 0 1 4 ． 0 3 ． 0 1 2 油基钻井液废弃物处理技术及经济性评价 杨新 ， 李燕， 杨金荣， 董伟， 尹志亮， 史凯娇 长城钻探工程有限公司钻井液公司，北京 杨新等 ． 油基钻井液废弃物处理技术及经济性评价 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 1 4 ，3 1 3 4 7 4 9 ． 摘要 介绍了油基钻井液废弃物无害化处理技术在苏5 3 8 2 5 0 H井的应用。 采用此技术处理了约7 2 IT I 的含油岩屑， 回收了油基钻井液约 1 0 0 m 。含油岩屑经过 5 6 d的处理，含油率基本降至 3 ％ 以下。同时建立了一套经济性评价体系， 对该技术在苏5 3 8 2 5 0 H井的应用进行了评价。 结果表明， 在不考虑环境成本的情况下， 该技术产生经济效益9 2 ． 4 7 万元。 关键词 油基钻 井液 ； 废弃物 ； 经济性评价 ； 无害 化 ； 微 生物处理 中图分类号T E 9 2 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 ． 5 6 2 0 2 0 1 40 3 0 0 4 7 ． 0 3 在 国外 已经形成 了很多成熟的废弃物处理技术 ， 主要包括热蒸馏、溶剂萃取、超临界流体抽提、坑内 密封掩埋 、注入安全地层或环形空间、生物修复和微 波技术 。目前中国使用油基钻井液的油 田少 ，且产生 的油基钻井液岩屑少，处理方法简单，效率低、安全 隐患大 [ 1 之 】 。因此 ，长城钻探钻井液公司对油基钻井 液岩屑无害化处理技术进行 了研究 ，提出采用高效机 械脱油技术与微生物修复技术相结合的方法处理含油 岩屑 ，并 在新疆 阜东 0 8 1 井 和苏 1 0 3 2 ． 4 5 C H井进行 前期的应用试验 ，取得 了较好 的效果 [ 3 】 。通过油基钻 井液废弃物无 害化处理技术在苏 5 3 ． 8 2 ． 5 0 H井的应用 研究 ，建立 了油基钻井液废弃物无害化处理技术 的评 价体系，并对此项目进行了评价。结果显示，此技术 不仅能够解决含油岩屑 的排放问题 ，而且节约了钻井 成本 ，创造 了经济效益 [ 4 - 8 ] 。 1 钻井液岩屑无害化处理技术 油基钻井液无害化处理主要是含油岩屑经处理之 后达到环境接受的排放标准， 同时回收使用油基钻井液。 1 ． 1 工 艺原理 1 ． 1 ． 1 收集和传送系统 含油岩屑的收集和传送过程 中，需确保含油岩屑 不能造成二次污染，即不能落地，还要确保含油岩屑 不被机械粉碎破坏。通过采用多个螺旋推进器接力输 送的方式，达到了收集和传送的目的。根据单位时间 内产生的岩屑量确定螺旋推进器 的尺寸及马力。现场 钻井单位时间产生的岩屑量小于 1 0 m ／ h ，以此为最 大岩屑输送量确定螺旋推进器的尺寸 。 1 ． 1 ． 2 脱油甩干系统 脱油甩干系统是该装置的核心部分 ，由一级分离 和二级分离过程组成。一级分离设备是甩干机 ，在离 心力 的作用下 ，大颗粒的岩屑与含有小颗粒 的油相分 离。二级分离设备是高速离心机 ，将含有小颗粒的油 相进一步分离出固相颗粒 ，确保油相的清洁。 1 ． 1 ． 3 微生物处理技术 采用 J L W- 生物通风法对含油岩屑进行处理 ，其 原理如下 。 1 生物增氧法 结合生物降解法的特点，用氧 化剂强化氧化降解的复合方法。 2工艺流程 。在岩屑处理场 ，安装微生物喷洒 设备，在水中加入生物降解菌 J L W- A1 、增氧剂、 微生物营养添加剂 、增效剂和 p H调节剂等 ，用喷洒 设备注入处理物中 ，并翻动岩屑。 3技 术 原 理。 在 有 氧 环 境 下 ，生 物 降 解 菌 J L W- A1 与含油组分发生生化反应 ，含油组分被彻底 降解为 c O ， 和 H ， O。 1 ． 2 设备参数 油基钻井液岩屑无害化处理设备 主要包括甩干 第一作者简介 杨新，博士，工程师，2 0 1 1 年毕业于中国石油大学 北京 化学工程与技术专业，现在主要从事钻井液 化工材料质量检测方面的工作。地址 天津市塘沽开发区渤海路 5 0号长城钻探物资公司仓储站 D座2 0 5室 ； 邮政编码 3 0 0 4 5 7； 电话 0 2 2 6 0 6 2 3 4 6 0； E - ma i l y a n g x i n 2 0 0 1 x i a n 1 6 3 ． t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 8 钻井液与 完井液 2 0 1 4年 5月 机 、离心机 、螺旋推进器 、微生物处理系统和检测系 统，具体参数见表 1 。 表 1 油基钻井液岩屑处理主要设备及参数 设备名称 技术参数 数量 S GL ． 0 1 立式 岩 屑甩 干机 LW 3 55 1 2 57 _ N 变频高速离心机 转速为 8 9 6 r ／ mi n 筛网直径为 7 1 1 ． 2mm ． 筛网孔隙为 0 ． 2 ～0 ． 5 mm 最大处理能力为4 0 转鼓最高转速为 4 0 0 0 r ／ mi n 工作转速为 3 4 0 0 r ／ mi n 可调 1 套 最大处理量为 3 0 m ／ h 长为 1 1 m 螺 3 2 旋 0 ／ 4 推 2 功率 s 川 输送 能力 为 1 5 ／ 2 0 m ／ h 容积为 3 0 L 微生物孵化器 设计压力为 0 ． 3 0 MP a 1 套 工作压力为 0 ． 1 5 MP a 1 ． 3 微生物处理技术 J L W- 生物通风法处理含 油岩屑技术是结合土壤 气相抽提 S V E 和生物降解而研发的一种新型、高 效的技术。与传统的生物降解技术相比，该技术在处 理过程 中采用强制通风和补充增氧剂等方法 ，保证 了 微生物菌活性的同时， 加速了降解后的气体物的排出， 强化了整个处理过程，提高了处理效率，降低了微生 物菌的用量 ，节约了成本 。该技术既可 以处理小分子 石油组分 ，也可以修复原油 中重组分对土壤的污染。 实验室研究包括以下 3 个部分 。①污染物样本分 析。从污染物中制备好样品，用索氏抽提法提取有机 物后，采用气相色谱 一 质谱联用仪器进行分析。②优 势菌的选择与接种 。石油有机污染物优势降解菌 ，经 发酵培养后直接加入到含油岩屑中，进行微生物修复 实验研究 ，并筛选 出最佳 的降解菌。③样本 中有机质 含量 的分析。测量样本岩屑 中有机质 N、 P等的含量 ， 确定需要加入 的营养物质的配比，通过加入营养物质 改善土质以刺激本源微生物的生物降解能力。现场处 理主要包括微生物菌的培养 、扩繁、喷洒 以及岩屑含 油量的检测等工作。 2 现 场应 用 该 技术在苏 里格气 田苏 5 3区块 的苏 5 3 ． 8 2 ． 5 0 H 井进行 了现场应用。 2 ． 1 岩屑处理 过程 在设备运转初期 ，尝试用甩干机处理含油岩屑， 结果发现岩屑太细，处理的结果同苏 1 O ． 3 2 ． 4 5 C H井 情况一样，使甩干机的筛网被堵死，导致随后处理 的岩屑进入甩 干机前后 的状 态一样 ，含油量没有任 何变化。最终还是按照苏里格气田前面 2口井 苏 1 0 3 2 4 5 C H和苏 5 3 7 4 2 1 H的模式处理 含油岩屑。 固控设备出来的岩屑经螺旋推进器输送至甩出液收集 池 ，然后用高速变频离心机进行处理。经高速变频离 心机处理后的岩屑，掺人一定比例的砂子，混合均匀 后平铺在微生物处理场， 进行后续的微生物降解处理。 经过一定的处理周期后，岩屑中的含油量达到排放标 准 ，然后将岩屑进行掩埋 。该井建井周期为 5 6 d ，钻 井周期为 4 7 ． 7 d ，共 处理岩屑约 7 2 m ，回收油基钻 井液约 1 0 1 m3 。 2 ． 2岩屑含 油率检测 结果 将取来的岩屑样品分成 2份 ，采用相同的仪器和 步骤 ，用热蒸馏的方法 ，将岩屑中的油分离出来并收 集 、称量 ，最终取平均值来确定岩屑中的含油率。 根据现场实际情况， 岩屑混砂比例在 3 0 ％～4 0 ％ 之间。混砂子后的岩屑分成 7堆 ，并跟踪测量他们 的 含油量 ，结果见图 1 。从 图 1 可知，经过 5 6 d的微生 物技术处理后，岩屑含油率降至 3 ％左右，基本达到 了排放要求 ； 岩屑含油率随微生物处理周期的总体变 化是逐渐降低 ， 从处理 的过程来看 ， 在处理的初期 前 1 0 d ， 岩屑含油率降低较快， 处理中期 1 0 ～4 0 d ， 岩屑含油率降低速率较慢 。这主要是因为 ，在处理初 期 ，岩屑表层油较多，微 生物菌液喷洒到岩屑表层 ， 很容易将表层油降解掉，而且岩屑表层氧浓度较高， 微生物细菌活性较高 ，这也有利于提高微生物处理岩 屑的效率 ； 在处理中期 ，岩屑表层油消耗完 了，大多 数油位于岩屑深层 ，微生物菌液喷洒后 ，微生物细菌 很难与岩屑深层油接触 ，而且岩屑深层氧浓度相对较 低 ，微生物细菌的活性也相对较低 ，故此时期岩屑含 油量变化较小 ； 在后期 4 0 5 6 d ，由于较长时期 的处理 这期 间经常翻动岩屑 ，岩屑没有以前那么 黏结，变得相对松散，微生物菌液喷洒后，微生物细 菌很容易进入岩屑深层 ，而且由于岩屑变得松散 ，氧 浓度也较高，微生物细菌活性增强，所以此时期岩屑 含油率降低较快。由此可见，岩屑含油率的变化与岩 屑的松散性、岩屑的翻动频率关系很大，尤其是类似 苏里格气田细的岩屑，翻动频率对岩屑含油率的降低 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷 第 3期 杨新等油基钻井液废弃物处理技术及经济性评价 4 9 影响更大。为了提高岩屑中油的降解速率，可以采取 强化 中期的措施 ，通过增加岩屑的翻动频率来缩短整 个岩屑的处理周期。 ll l 0 9 8 7 6 5 4 3 2 0 l 0 2 O 30 40 5 0 6 0 处理周期， d 图 1 岩屑含油率随微生物处理周期的变化 如图 2所示 ，含油岩屑由开始的黏块状 ，逐渐变 得松散的颗粒状 ； 颜色也由开始的黑褐色变为黄色， 由此可见 ，经过机械脱油后 的含油岩屑 ，在微生物细 菌 的生化反应作用下 ，含油率进一步降低 了，改善 了 油基钻井液施工过程中对生态环境 的影响 ，具有重要 的社会效益。 图2 1 岩屑图片 从左至右分别是处理 7 、 1 1 和 2 2 d的岩屑 在苏 5 3 ． 8 2 5 0 H井共处理岩屑 1 5 0 余吨，回收油 基钻井液 1 0 1 i r l 。按照 5 白油的市场价格 1 万元 ／ m 计 算 ，回收 的油 基钻井 液 折合人 民币 1 0 1 ． 5 0万 元。 苏 5 3 8 2 5 0 H井应 用油基 钻井液 废弃物无 害化 处理 技 术 ，在 不考虑环境费用 的情 况下 ，产 生经济效益 9 2 ． 4 7万元 。 由此 可见 ，该 技术 不仅 成 功解 决 了含 油 岩屑 的排放 问题 ，处理 后 的岩 屑含油量 符合 G B 8 9 7 8 -- 1 9 9 6的排放标准 ，而且还取得 了非常好 的经 济效益和社会效益。 3 结论 1 ． 该油基钻井液岩屑无害化处理设备能够满足现 场 的处理要求 ，安全 、平稳地完成 了工程任务 。 2 ． 该油基钻井液岩屑无害化处理技术的可靠性， 不仅降低了岩屑的含油率，使之达到国际通用的排放 标准 ，保护了生态环境 ，而且 回收了大量 的油基钻井 液， 节约了工程成本， 为公司创造了巨大的经济效益。 3 ． 在下一步的工作中， 需要进一步优化设备性能， 减少设备运行过程中的故障，提高设备的运行效率 ； 进一步明确现场工作人员的职责，规范操作 ； 进一步 降低劳动强度， 采用机械化作业。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 】 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 参 考 文 献 王眉山，郑毅 ． 中国废弃钻井液处理技术发展趋势 [ J ] ． 钻 井液与完井液 ． 2 0 0 9 ，2 6 O 6 7 7 ． 7 9 ． W a n g M e i s h a n，Zh e n g Yi ． T h e p r o s p e c t o f wa s t e d r i l l i n g fl u i d t r e a t me n t t e c h n o l o g y i n Ch i n a[ J ] ． Dr i l l i n g flu i d＆ c o m p l e t i o nl l u i d ，2 0 0 9 ，2 6 0 6 7 7 ． 7 9 ． 张炜 ，刘振东，刘宝锋，等 ． 油基钻井液的推广及循环 利 用 [ J ] ． 石油钻探技术 ． 2 0 0 8 ，3 6 0 6 3 4 ． 3 8 ． Zha ng W e i ， Li u Zh e nd o ng， Li u B a of e ng， e t a 1 ． P o p u l a r i z a t i o n a n d r e c y c l i n g o f o i l - b a s e d d r i l l i n g fl u i d[ J ] ． P e t r o l e u m Dr i l l i n g T e c h n i q u e s ， 2 0 0 8 ， 3 6 0 6 3 4 ． 3 8 ． 杨金荣，杨新，夏志敏，等 ． 油基钻井液岩屑无害化处 理技术研究 『 c ] ／ ／ 全国钻井液完井液学组工作会议暨技术 交流研讨会论文集 ． 石油工业 出版社 ，2 0 1 2 8 8 8 ． 8 9 5 ． Ya n g J i n r o n g，Ya n g Xi n，Xi a Zh i mi n，e t a 1 ． Te c h n o l o g y s t u d y o n h a r m l e s s t r e a t me n t o f o i l c o n t a mi n a t e d d r i l l c u t t i n g s [ c ] ／ ／ T h e n a t i o n a l w o r k c o n f e r e n c e o n t h e d r i l l i n g c o mp l e t i o n fl u i d g r o u p a n d t e c h n i c a l e x c h a n g e c o n f e r e n c e o n ． P e t r o l e u m i n d u s t r y p r e s s ， 2 0 1 2 8 8 8 - 8 9 5 ． 陈永红 ，刘光全，许毓 ． 废弃油基钻井液处理技术概况 及其应用 [ J ] ． 油气田环境保护 ． 2 0 1 1 ，2 1 0 3 4 4 4 6 ． Ch e n Yo n g ho n g， Li u Gua n g q ua n， Xu Yu． Ov e r v i e w a n d a p p l i c a t i o n o f wa s t e o i l ． b a s e d d r i l l i n g flu i d t r e a t me n t t e c h n o l o g y [ J ] ． E n v i r o n me n t a l P r o t e c t i o n o f O i l a n d G a s F i e l d s ， 2 0 1 1 ，2 1 0 3 4 4 4 6 ． 谢水祥 ，蒋官澄，陈勉，等 ． 废弃油基钻井液资源回收与 无害化处置 [ J ] ． 环境科学研究 ． 2 0 1 1 ，2 4 O 5 5 4 0 ． 5 4 7 ． Xi e S h u i x i a n g，J i a n g Gu a n c h e n g，Ch e n M i a n， e t a 1 ． Re s o u r c e r e c y c l i n g a n d h a r ml e s s t r e a t m e n t f o r wa s t e o i l - b a s e d d r i l l i n g fl u i d[ J ] ． R e s e a r c h o f E n v i r o n me n t a l S c i e n c e s ， 2 0 1 1 ，2 4 0 5 5 4 0 ． 5 4 7 ． Ro b i n s o n J P，Ki n g ma n S W ，On o b r a k p e y a O． M i c r o wa v e - a s s i s t e d s t r i p p i n g o f o i l c o n t a mi n a t e d d r i l l c u t t i n g s [ J ] ． J o u r n a l o fE n v i r o n me n t a l Ma n a g e me n t ，2 0 0 8 ，8 8 2l1 ． 21 8． Ro bi ns o n J P， Ki ng m a n S W ， Sn a pe C E ， e t a 1 ． Re m e d i a t i o n o f oi l c o n t a m i n a t e d d r i l l c u t t i n g s u s i n g c o n t i n u o u s mi c r o wa v e h e a t i n g [ J ] ． C h e mi c a l En g i n e e r i n g Jo ur na l ，200 9， 1 5 2 45 8- 463 ． 陈金富， 谢敏， 段献忠 ． 电源规划优化软件实用化研究 [ J 】 ． 电力 自动化设备 ，2 0 0 5 ，2 5 1 0 2 5 ． 2 8 ． Ch e n J i n f u，Xi e M i n，Du a n Xi a n z h o n g ．I n v e s t i g a t i o n o n g e n e r a t i o n e x p a n s i o n p l a n n i n g s o f t wa r e[ J ] ． E l e c t r i c P o w e r A u t o m a t i o n E q u ip me n t ，2 0 0 5 ， 2 5 1 0 2 5 ． 2 8 ． 收稿 日期2 0 1 4 ． 0 2 ． 1 1 ；HG F 1 4 0 2 N 4 ；编辑王小娜 将景如 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m