油基钻井岩屑处理技术展望.pdf

第 4 3 卷 第 1 2 期 2 0 1 4年 1 2月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n du s t r y V o 1 ． 4 3 ．N o ． 1 2 D e c e m b e r ， 2 0 1 4 油基钻井岩屑处理技术展望 张博廉 ，操卫平，赵继伟，王德龙 四川仁智石化有限责任公司 ， 四川 绵阳 6 2 1 0 0 0 摘 要随着页岩气的勘探与开发，环保要求的严格，如何有效地、无害地处理和利用钻采过程中产生的 油基钻屑将成为急需解决的问题。对油基钻屑的资源化、无害化适用处理技术进行了对比、分析、展望。 关键词油基钻屑；处理技术；展望 中图分类号T Q 9 9 2 ． 3 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 41 2 2 6 0 3 0 3 Pr o s pe c t o f Oi l ba s e Dr i l l i n g Cut t i ng s Pr o c e s s i ng Te c h no l o g i e s Z HA NG Bo l i a n ， C AO We i - pi n g , Z HA0J i we L W A NG De l o n g S i c h u a n R e n z h i P e t r o c h e mi c a l T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． ，S i c h u a n Mi a n y a n g 6 2 1 0 0 0 ， C h i n a Abs t r a c t W i t h e x pl or a t i o n a n d d e ve l o pme n t of s h a l e g a s ， t he e nvi r o nme n t p r ot e c t r e q ui r e me nt i s mo r e s t r i c t ，ho w t o e ffe c t i v e l y a n d s a f e l y t r e a t a n d u t i l i z e t h e o i l b a s e d r i l l i n g c u t t i n g s wi l l b e c o m e a n u r g e n t p r o b l e m ．I n thi s p a p e r , p r o c e s s i n g t e c h n o l o g i e s o f o i l b a s e d r i l l i n g c u t t i n g s we r e a n a l y z e d a n d c o mp a r e d ． Ke y wo r ds Oi l ba s e dr i l l i ng c ut t i ng； Tr e a t me nt t e c hn ol og i e s ； Pr os pe c t 随着天然气工业 的发展 ，页岩气进入勘探开发 阶段 ，根据国家能源局于 2 0 1 2年 3月 1 6日发布的 页岩气发展规划 2 0 1 1 - 2 0 1 5 年 ， 到 2 0 1 5 年我 国将基本完成全 国页岩气资源潜力调查与评价 ，建 成一批页岩气勘探开发区 ，初步实现规模化生产 ， 页岩气年产量达到 6 5 亿 m 3 1 1 ] o 油基泥浆具有抗高温 、 抗盐钙侵蚀 ，有利于井壁稳定 、润滑性好 、对油气 层损害小的特点 ，使得在页岩气开采过程中将大规 模使用 口 。钻采产生的油基钻屑其浸出液有较高毒 性 ，且不同种类的化学处理剂使钻屑中各类污染物 与无机 固体之间的桥联结构稳固，其成分结构更加 复杂化 ，客观上增加了工艺处理难度和处理成本 。 油基钻屑直接排放或简单的填埋处理 ，会对土壤和 地下水形成严重污染 ，钻屑中还有可能含有大量的 病原菌 、寄生虫 ，铜 、锌、铅 、铬 、汞等重金属 ， 进而严重影响人类健康和生态环境 。 1 油基钻屑特点 钻采产生的钻屑一般含油率在 1 0 ％～ 4 0 ％，含 水率 1 0 ％ 2 0 ％，其中还含有大量的苯系物 、酚类 、 蒽 、芘等有恶臭 的有毒物质 ，成分比较复杂 ，属于 多相体系，一般由水包i o ／ w 、油包水w／ o 以及 大量的悬浮固体组成，黏度较大，固相难以彻底沉 降。表 1为某页岩气井钻采产生的油基钻屑组成 。 表 1 某页岩气井油基钻屑组成 T a b l e 1 Co mpo s i t i o n o f t h e o i l - b a s e d r i l l i n g c u t t i n g s 图 1 某页岩 气井油基钻屑 Fi g ． 1 Th e o i l - b a s e d r i l l i n g c u tti n g s 2 油基钻屑适用处理技术 2 ． 1 固化技术 固化处理是通过物理化学方法将油基钻屑固化 或包容在惰性固化基材中的一种无害化处理技术， 以 便后续运输 、 利用或处置 。采用固化处理技术能较 大程度地减少油基钻屑中有害离子和有机物对土壤 的侵蚀和淋溶，从而减少对环境的影响和危害 “ 。 目 前采用固化技术处理后的废物综合利用率较低， 必 须征用土地进行卫生或安全填埋 ， 从而使土地的再利 用价值低。 该法并没有从根本上解决油基钻屑的无害 化处理 ，反而增加了一些处理工程 中的固化药剂费 基金项 目四川省科技支撑计划项 目，项 目编号2 0 1 4 G Z O 0 7 0 。 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 5 1 4 作者简介张博廉 1 9 8 5 一 ，男，四川乐山人，硕士，工程师，2 0 1 1年毕业于西南科技大学环境工程专业，主要从事油气田环境保护治理研究 工作。E - m a i ] z h a n g b 0 ] 1 a n k 1 6 3 ． c o m 。 化 工 2 0 1 4年 1 2月 用 ， 处理成本高 、 占地面积大 ， 污染隐患未根本消除， 因此处理量少时可考虑选用。 2 ． 2干化技术 国外 MI S WA C O 公司有专 门用于钻井过程中 分离并干燥含油岩屑的装备 ，该设备被安放在振动 筛的出 口处 ，在分离并干燥岩屑的同时 ，油基钻屑 循环到离心机 以进一步清除其中的劣质固相。该设 备的处理能力为 4 O t ／ } l ，干燥之后的岩屑含油量为 5 ％～6 ％。目 前在中国区域内仅有 3套处理装置， 而且只带设备提供现场技术服务 ，不卖不租 。 2 ． 3物化分离技术 物化分 离法处理 含油 固废是 目前 国内相对成 熟的处理工艺 ，应用范围较广 ，且取得了较为显著 地经济效益 。采用物化分离 回收油基钻屑 中的 油类主要是在于选择分离类型 ，既可以采用药剂分 离，也可以使用机械分离 。分离前须进行预处理 ， 前期的预处理包括筛选 、用水 昆 匀搅拌 ，搅拌均匀 后的污泥可以经过多级分离而实现油 、砂 、水的三 相分离 。分离级数越多，处理效果越好，一般 经过二级分离就使油基钻屑达到无害化要求。 2 ． 4焚烧技术 焚烧技术是一种简单 而较实用 的含油废物处 理方法 ，在 国外较为常用。采用焚烧法处理油基钻 屑时，如果油基钻屑中含油量较高 ，其燃烧产生的 热能还能回收利用 ，从而具有一定 的经济价值和实 用性 。焚烧法要求具有很高的温度f 1 2 0 0～1 5 0 0 ℃ 和能力回收装置， 燃烧产生的气体须经过除尘装 置和有害气体吸收装置以使烟气达到环保要求， 剩 余的灰烬可综合利用，如生产陶瓷颗粒等。油基钻 屑焚烧前一般还需要经过脱水 、干化等预处理工 艺 ，以利于油基钻屑的引燃和焚烧 ，减少 因含水率 高而损耗热能。 焚烧处理法优点是油基钻屑经焚烧后 ，其中的 大部分有害物质消除彻底 ，避免了对环境的污染 ， 体积减容 比高 ，处理工程安全 ；缺点是在焚烧过程 中了产生了气体、颗粒物等二次污染，浪费了大量 的废油资源，如能回收热能，则可减少浪费 。 2 ． 5 高温裂解技术 高温裂解技术是在绝氧 的条件下将 油基钻屑 加热到一定温度 ，废物中的轻组分油类和水分受热 首先蒸发 出来 ，不能蒸发的重组分油类通过热分解 作用转化为轻组分 ，烃类物质在复杂的水合和裂化 反应 中分离出来 ，再以气态形式蒸发 出来 ，并冷凝 回收 ，从而实现油与钻屑分离的 目的 。在高温 裂解过程产生的气相经冷却后形成三种相态物质， 气相以 H 、C H 、C O等为主；液相 以汽油 、柴油 、 石蜡烃和 H O为主 ；固相为钻屑固相物与残炭。高 温裂解工艺对油基钻屑处理的比较彻底 ，处理后的 残 留物含油可以达到 0 ． 0 1 ％ 1 0 0 m g ／ k g 1 X 下 ， 残留 固相物与残炭对环境无害 ，可以直接排放或填埋。 目前国外商业化应用的主要有三类技术， T C C 工艺、 T P S工艺 和 A T D U工艺。T C C工艺采用摩擦生热 ， 将发动机 的动力转换成热 ，可将油基钻屑加热至 2 0 0 ～ 3 5 0℃，缺点在于无法达到更高温度；T P S 工 艺采用 2 2 0 ～ 5 0 0 o 间接加热 ， 使用螺旋带动泥浆钻 屑通过一个被加热的加热间 ，油水蒸馏 出来以后被 冷凝，然后对液态的油水混合物进行分离；A T D U 工艺采用旋转式加热 ，并加一定 的真空 ，将泥浆加 热到 3 1 5 ～ 7 6 0℃。油水蒸馏出来以后被冷凝 ， 然后 对液态 的油水混合物进行分离。 利用 高温裂解技 术对油基钻屑进行无 害化处 理 ， 具有较高的技术含量，反应条件要求苛刻、操 作复杂繁琐 ， 但是对油基岩屑中的油 烃类物质 回 收率较高 ，处理后 的残 留固相物可 以达到直接填埋 的要求 ；缺点是热消耗大 ，投资较高 ，而且 占地面 积较大 ，一般适用于大规模 的固定场站处理 。 2 ． 6生 物处理 技 术 生物降解技术处理油基钻 屑是 以土壤修复 的 环保理念 ，利用微生物细菌对油基钻屑进行土壤可 耕作式功能修复和改善 ， 利用微生物将油基钻屑中 的石油烃类降解为无害的土壤成分。经过降解处理 过后的油基钻屑达到现场绿化的标准， 并可用作耕 种土壤 ，是一种从根本上消除油基钻屑污染并不产 生二次污染的绿色环保技术口 。适用于油基钻屑 的生物处理技术主要有堆肥处理法 、地耕法和污泥 生物反应器法。 2 ． 6 ． 1 堆肥法 堆肥 法是将油基钻屑与适量 的调质 材料充分 混合后并成堆放置 ，利用天然微生物将油基钻屑中 的石油烃类降解 ，处理后的油基钻屑可填埋或施用 农 田。主要有四种堆制方法有堤形堆肥法 、静态堆 肥法 、封闭堆肥法和容器堆肥法 。 2 ． 6 ． 2 生物反应器法 生物反应器法是将油基钻 屑稀 释于装有 营养 介质的容器中，利用微生物降解油基钻屑中的石油 烃类的方法。由于生物反应器可以人工控制氧气浓 度 、温度 、营养物质等操作条件 ，石油烃类物质的 降解速度较之其他生物处理过程更快 ，加入驯化过 的高效烃类氧化菌，可加快烃类的生物降解 ⋯ 。生 物反应器法适用于油基钻屑 ，也适用于油污土壤及 第 4 3 卷第 1 2期 张博廉，等油基钻井岩屑处理技术展望 2 6 0 5 含油钻屑，油基钻屑经处理后，液体部分可排入处 置井坑、池 或另作他用 女 口 回用 。 根据有关资料显示 ，生物降解周期大约为 3 O ～ 6 0 d ，有的降解时间甚至更长，降解受含油量、 原油的物性 、石油菌的生长和繁殖 的条件 口 温度、 湿度等 多种因素的影响和制约 ， 处理时还需较大的 生化降解场地口 。国外很多公司已经开始使用生 物处理技术治理油基钻屑与岩屑 ， 如壳牌 、 雪佛龙 、 哈里伯顿公司，同时在国内的部分油田环保施工中 也进行了应用性试验。 2 _ 7 几种技术比较 油基钻屑的处理技术多种多样， 几种常规的处理 技术都有各自的优缺点和适用范围 见表 2 。由于 油基钻屑成分复杂 ， 没有任何一种处理方法可以处理 所有类型的含油泥砂， 因此采用集成技术对油基钻屑 进行分级处理十分必要。 随着环保法规的 日益严格和 完善 ， 油基钻屑的无害化、资源化 、 综合利用处理技 术将成为油基钻屑处理技术发展的必然趋势。 表 2 常规处理技术比较 Ta b l e 2 Co mp a r i s o n o f pr o c e s s i n g t e c h n o l o g i e s 序号 处理方法优点缺点 1固化工艺 简单、成本低廉 未回收原油，有环嵬 隐患 2干化 回收嚼由 ，装备简单国外设备不租不卖，只做技栩 ＆ 务 3高温裂解回收原油，有害物降解彻底设黼 旨 瞅，投资高 4焚烧废物减量化、处理，切 底投资、处理费用高，产生二次污染 5物化分离 回收原油， 名镬 毛 低 曾 貌明搠， 后续水处理难 6 微生物处理彻扁琦 ．耨 ， 处理盛 氐处理恩朗长，占 酮 扶 3 展 望 i 油基钻屑的适用处理技术较多 ，各项技 术都有自身的优缺点，因此在实际应用中要根据油 基钻屑的具体特点选择不同的处理技术。油基钻屑 含油较高时可采用高温裂解、焚烧、物化分离等技 术手段回收油基钻屑中的油类 ，降低处理费用，创 造一定的经济效益；而含油较低时可采用固化、干 化、微生物处理等技术。高温裂解、焚烧等投资较 大的处理技术适合于集中处理建厂 、而干化、微生 物处理则可应用于单井治理 。 2单一处理技术可能难 以达到标准要求 ， 因此需要将多种处理技术联合应用 ，已达到环保要 求 ，并降低处理成本 ，增加收益 。 3 随着环保法规的日益严格和完善，油基 钻屑的无害化 、资源化、综合利用处理技术将成为 油基钻屑处理技术发展的必然趋势。 参考文献 [ 1 ]国家能源局． 页岩气发展规划 2 0 1 1 2 0 1 5 年 [ q．2 0 1 2 0 3 1 6 ． [ 2] 王嘉麟，闫光绪，郭绍辉， 等．废弃油基泥浆处理方法研究【 J J ．环境工 程， 2 0 0 8 。 2 6 4 1 0 1 3 ． [ 3 ] 车承丹，朱南文，叶清，等． 炼油厂含油污泥处理与处置技术综述『 J 1 ． 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