环境敏感区废弃钻井液无害化处理新技术.pdf

第 4 2卷 第 2 期 2 0 年 3月 石 油 钻 探 技 术 PE TROL EUM DRI LLI NG TECHNI QUES Vo 1 ． 4 2 No ． 2 M a r ．， 2O1 4 钻井完井 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 ～ 0 8 9 0 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 1 3 环境敏 感 区废弃钻 井液无害化 处理新技术 王 勇 ， 鄢捷年 口 ，天 江。 ， 李志勇 ， 徐生江 ，韦火云 1 ． 石油工程教育部 重点实验室 中国石油大学 北京 ， 北京 1 0 2 2 4 9 ； 2 ． 中国石油集 团渤海钻探工程有限公司 ， 天津 3 0 0 4 5 7 ； 3 ． 中 海石油 中国 有限公司湛江分公 司， 广东湛江 5 2 4 0 5 7 摘要 针对环境敏感 区的废弃钻 井液无 害化处理 难题 ， 在 确定脱 稳剂 S D一 1 3 1 、 促凝 剂 S D一 1 3 2 、 分散 荆 S D一 1 3 3等废弃钻井液无害化处理剂加量的基础上， 采用单因素试验方法及原子分光光度计、 红外测油仪等测试手段 ， 以处理后 固体物浸 出液 中石油类和重金 属含 量为评价 指标 ， 研发 了环境敏 感 区废弃钻 井液处理新技 术。废 弃钻 井 液经无害化处理后 ， 浸 出液色度和悬浮物含量低 ， 未 出现返浆现 象； 同时， 浸 出液的化学需氧量为 2 3 5 6 m g ／ I ， 总铬 含量为 0 ． 8 6 ～1 ． 1 2 mg ／ L， C r 6 _ 含量为 0 ． 2 2 --0 ． 4 0 mg ／ L ， 石油类含 量为 2 ． 6 7 ～4 ． 2 3 mg ／ L， 达到 了废 弃钻 井液 无 害化处理的 目的 。在温米油田环境敏感 区进行 的现场试验表 明， 废弃钻井液无 害化处理后 ， 自然干化 2 3 3 0 d ， 仍 具 有一定 的孔 隙度和类似土壤的特征 ， 可承 载推 土机进 行 井场恢复 。现 场试验 结果证 明， 该技 术可 实现 对废弃钻 井 液 中污染物 的有效转化与封 固。 关键词 环境敏 感区 废钻 井液 废 物处理 污染物分析 温米油田 中图分类号 TE 2 5 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 8 9 0 2 0 1 4 0 2 0 0 6 4 ～ 0 5 Ne w Te c hno l o g y o f W a s t e d Dr i l l i ng Fl u i d Tr e a t me nt i n En v i r o n me nt a l l y S e ns i t i v e Ar e a s Wa n g Y o n g ， Y a n J i e n i a n ， Wu J i a n g 3 ， L i Z h i y o n g ， Xu S h e n g j i a n g ， We i Hu o y u n 1 ． E Ke y L a b o r a t o r y o f Pe t r o l e u m En g i n e e r i n g C h i n a U n i v e r s i t y o f Pe t r o l e u m B e i j i n g ， Be i j i n g， 1 0 2 2 4 9 ， C h i n a ； 2 ． C NPC Bo h a i Dr i l l i n g E n g i n e e r i n g C o mp a n y Lt d ． ， T i a n j i n ， 3 0 0 4 5 7 ， C h i n a ； 3 ． Z h a n j i a n g Br a n c h， CN00C， Zh a n j i a n g， Ou a n gd o n g， 5 2 4 0 5 7 ， Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f t h e d i s p o s a l o f wa s t e d d r i l l i n g f l u i d i n e n v i r o n me n t a l l y s e n s i t i v e a r e a s ， a wa s t e d d r i l l i n g f l u i d i n n o c u o u s t r e a t me n t f o r mu l a h a s b e e n d e v e l o p e d o n t h e b a s i s o f d e t e r mi n i n g t h e d o s a g e o f d e s t a b l i z e r S D一 1 3 1 。 c o a g u l a t i o n a c c e l e r a t o r S D一 1 3 2， a n d d i s p e r s a n t S D一 1 3 3 ． Af t e r i n n o c u o u s t r e a t me n t ， t h e i n f i l t r a t e f l u i d o f d r i l l i n g f l u i d h a s l O W c h r o ma t i c i t y a n d 1 O W c o n t e n t o f s u s p e n d e d ma t e r i a l s ． Di f f e r e n t ma t e r i a l s a n d e l e me n t s i n t h e i n f i l t r a t e f l u i d a r e i n d i c a t e d b v C OD 2 3 - 5 6 mg ／ L， t o t a l C r 0 ． 8 6 1 ． 1 2 mg ／ I ， Cr 叶 0 ． 2 2 0 ． 4 0 mg ／ L， a n d h y d r o c a r b o n 2 ． 6 7 4 ． 2 3 mg ／ L ， wh i c h me e t t h e r e q u i r e me n t o f i n n o c u o u s t r e a t me n t o f wa s t e d d r i l l i n g f l u i d ． Th e t e s t o f t h e t e c h n o l o g y i n e n v i r o n me n t a l l y s e n s i t i v e a r e a o f W e n mi Oi l f i e l d s h o ws t h e d r i l l i n g f l u i d s t i l 1 h a s c e r t a i n p o r o s i t y a n d i 8 s i mi l a r t o s o l 1 2 0 3 0 d o f d r y i n g a f t e r t r e a t me n t ， a n d c a n b e a r b u l l d o z e r t o r e s t o r e we l l s i t e ． F i e l d t e s t s h o ws t h e t e c h n o l o g y c a n e f f e c t i v e l y t r a n s f o r m a n d s o l i d i f y p o l l u t a n t s i n d r i l l i n g f l u i d ． Ke y wo r d s e n v i r o n me n t a l s e n s i t i v e a r e a ； wa s t e d r i l l i n g f l u i d ； wa s t e d i s p o s a l ； p o l l u t a n t a n a l y s i s ； W e n mi oi l f j e l d 废弃钻井液 含岩屑 是石油钻井作业 中产生的 主要废弃物， 具有数量 大、 对环境影响大、 处理难度 大和处理费用高等特点 。废弃钻井液除一少部分 回 收利用外 ， 绝 大部 分采用直接排放 和 自然蒸发 、 沉 积、 干化和就地掩埋等方法进行简单处理。遇到雨 季 ， 钻井液中的有害物质随水流人农 田、 河流， 渗入 地表 ， 污染土壤 、 地下水 ， 影响当地的 自然环境 叫 j 。 同时， 废弃钻井液的掩埋也存在一定的安全隐患， 容 易导致车辆 、 牲畜等的陷入 。 收稿 日期 2 1 3 一 O 5 2 7 ； 改回日期 2 0 1 4 0 卜l 2 。 作者简 介 王 勇 1 9 7 1 ， 男， 河北南宫人 ， l 9 9 3年 毕业 于江汉 石油学院钻井工程 专业， 在读博士研 究生 ， 高级 3 - 程 师 ． 主要从 事钻 井技术研究及相关管理工作 。 联系方式 1 8 8 1 0 9 0 6 2 1 0 ， z g s y d x wh ry l 6 3 ． c o r ll 。 基金项 目 国家 自然科学基金项 目“ 复杂油气井钻井与完井基础 研 究” 编号 5 1 2 2 1 0 0 3 和“ 低渗 裂缝性 砂岩凝析 气藏损 害机理及有 效保护开发一体化新方法研 究” 编 号 5 1 3 7 4 2 2 5 、 北京 市高等 学校 青年 英才计 划项 目“ 全过程 欠平衡钻 井耐 高温 高强度 冻胶 阀研 究” 编号 YE TP 0 6 7 1 、 中国石 油大学 北 京 科研 基金 项 目“ 全过程 欠 平衡钻 井耐 高温 高强度冻胶阀研 究” 编号 KYJ J 2 0 l 2 ～ O 2 1 5 资助。 第 4 2卷第 2 期 王 勇等． 环境敏感区废弃钻井液无害化处理新技术 目前 ， 我 国西部油 田对废弃钻井液主要采取拉 运至集 中堆渣场处理的方式[ 5 ] 。国内外研究者一直 致力于废弃钻井液 固化技术E 书 ] 、 固液分离技术 、 回 注技术[ 、 MT C技术[ “ 钻井液转化 为水泥浆技 术 和焚烧技术E ] 等处理技术 的研究 ， 虽然取得 了 一 些成果 ， 但均存在一定的局限性与不足 坑 内密封 法_ 5 ] 不适宜处理稳定废弃钻井液； 土地耕作法不适 用于组成复杂 、 毒性大的废弃钻井液 ； 脱稳干化场处 理法 占地面积大， 在环境敏感地带较难采用 ； 注入安 全地层或环形空间法存在潜 在的污染威胁 ； 焚烧法 的费用高 ， 且产生二次污染 ， 很少使用 ； Mr C法处理 的废钻井液量少， 不能从根本上解决钻井废弃物的污 染问题 ； 化学强化固液分离法 目前还处于中试试验阶 段 ， 使用的处理剂对处理效果影响大。传统的固化处 理技术会导致土壤板结 ， 土地复耕和植被恢复困难 。 针对废弃钻井液无害化处理难题 ， 笔者在室 内 试验的基础上 ， 研究 了一种废弃钻井液固化处理新 技术 ， 废弃钻井液处理后仍具有一定的孔 隙度和类 似土壤 的特征 ， 可实现对废弃钻井液 中污染 物的有 效转化与封 固。 废弃钻井液主要污染物分析 废弃钻井液样品来源于吐哈油田 WX5 5 6 井 ， 后 续处理试验均 以该样品为研究对象。首先， 对废弃钻 井液中的主要污染物及含量进行分析， 重金属检测依 照 危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别 G B 5 0 8 5 ． 3 2 0 0 7 ， 石油类检测采用专用 的水分测定器 ， 以石油 醚 9 0 1 2 0℃ 抽提样品 中的水分 ， 冷凝收集抽提 出水 ， 读取抽提出水的体积 ， 算 出样 品中的含水量 。 抽滤抽提后剩余 的油、 固相和石油醚混合物 ， 收集滤 渣 ， 烘干 ， 称 出固体残渣的重量， 再用差量法计算 出 油 的含量 ， 结果见表 1 。 表 1 废钻井液体 系主要污染物分析结 果 l ia b l e 1 Ana l y s i s o fma i np o l l u t a nt s o fwa s t e d d r i l l i n gflu i d 废 钻 井 圭 至 望 鱼 里 二 液样 总铬 总铅 砷 汞 石油类 1 9 7 ． 5 0 ． 6 8 1 ． 5 1 0 ． 0 1 2 1 2 3 0 0 28 9 ． 2 0 ． 7 5 2 ． 3 2 0 ． 0 3 5 8 9 0 0 3 6 7 ． 6 0 ． 8 2 3 ． 7 4 0 ． 0 3 5 4 6 0 0 国标限值1 0 0 0 ． 0 1 0 0 0 ． 0 0 7 5 ． 0 0 5 ． 0 0 0 3 0 0 0 注 国标 限值 摘 自 农 用污 泥 中污染 物控 制标 准 GB 4 2 8 4 1 9 8 4 。 从表 1可以看 出， 废钻井液体 系中的主要污染 物为石油类 ， 超出了现行标准 农用污泥 中污染物控 制标准 GB 4 2 8 4 ～1 9 8 4 的要求 。由于 WX5 5 6 井位于村庄附近 ， 环 境敏感 ， 废 弃钻井液 如直 接填 埋 ， 不仅对周围环境造成潜在污染 ， 还会对人和牲畜 的活动造成危险。因重金属含量大大低于 国标值 ， 因此考虑采用固化技术处理 ， 既经济又方便快捷。 2 无害化处理剂优选 根据吐哈油田的废弃钻井液主要污染物分析结 果 ， 提出了一种无害化处理新技术 ， 先加入脱稳剂和 分散剂使废弃钻井液脱稳 ， 然后加入吸附剂和促凝剂 吸附石油类和重金属离子， 同时将其封固在具有一定 孑 L 隙度和有土壤特征的固体之中。 通过室 内试验确定 了多种无害化处理方案， 综 合考虑处理剂的处理性能、 毒性、 酸碱性、 成本等因 素， 最终确定采用 S D一 1 3 X系列无害化处理剂 ， 分别 为脱稳 剂 S D一 1 3 1 聚合铝铁盐类 ， 自制 、 促凝剂 S D一 1 3 2 无机硅 酸盐类 ， 工业级 、 分散剂 S D一 1 3 3 聚氧乙烯醚类表面活性剂 ， 工业级 和吸附剂 S D一 1 3 4 皂角苷类 ， 自制 。采用单 因素试验法， 分别对 每一种处理剂的加量进行优化 ， 从 而得 出废弃钻井 液无害化处理配方 。 2 ． 1 脱稳剂S D一 1 3 1 脱稳剂用来破坏废弃钻井液的胶体稳定性 ， 使其 固液分离 ， 便于后续处理 。随着脱稳剂加量的增大， 废钻井液会逐步出现絮凝现象， 絮体 由小逐渐增大。 絮体太小 ， 废弃钻井液脱稳不彻底 ， 存在相当的胶体 稳定性 ， 不利于后续处理 ； 絮体太大 ， 固相颗粒胶结在 一 起 ， 不利于重金属离子的充分吸附与封 固， 可能导 致固化浸出液无法达标。同时， 从经济性角度 出发， 脱稳剂加量应该尽可能小。将一定量 的脱稳剂 S D - 1 3 1 按照质量比加入到 1 0 0 g 废弃钻井液 中， 低速搅 拌1 0 r I 1 i n 后， 静置 3 0 mi n ， 观察废钻井液的变化情况。 分析试验结果认为， 当脱稳剂 S D一 1 3 1的加量与废弃 钻井液的质量 比为 1 ． 0 以下简写成 S D一 1 3 1加量 为 1 ． 0 时， 废钻井液脱稳效果较好 ， 絮体大， 以下试 验中以该加量为最优加量 。 2 ． 2 促凝 剂S D一 ] 3 2 促凝剂主要与废弃钻井液中的黏土和添加剂等 反应 ， 形成具有一定强度的固体 ， 同时将石油类和重 金属离子污染物封固在其中。在脱稳剂 S D一 1 3 1加 量为 1 ． 0 9 ／ 6 的条件下 ， 将一定量的促凝剂 S D一 1 3 2 按 照体积质量 比加入到 1 0 0 g废弃钻井液 中， 考察不 石 油 钻 探 技 术 同加量的促凝剂 S D一 1 3 2对废 弃钻井液 的脱稳效 果 。在脱稳剂 S D一 1 3 1加量为 1 ． 0 9 ／ 6 时 ， 再加入一定 量的促凝剂 S D一 1 3 2 ， 能进一步提高废钻井液的脱稳 效果 ； 促凝剂 S D一 1 3 2的加量 在废弃钻井液 中达到 2 5 mL ／ k g S D一 1 3 2 与废弃钻井液的体积质量 比为 2 ． 5 时 ， 产生的絮体较大 ， 以下试验中采用该加量 优选方法同脱稳 ,J S D一 1 3 1 。 2 ． 3 分散 剂S D一 1 3 3 分散剂有 助于破 环钻井 液 的胶 体稳 定 性 ， 使 脱稳剂和促凝 剂在废 弃钻井 液 中更好 地分 散 ， 有 利 于无害化处理剂 向废弃钻井液稳定相 内部 的渗 透 ， 提高 处理 效果 。在脱 稳 剂 S D一 1 3 1和促凝 剂 S D一 1 3 2 J I] 量分别为 1 ． 0 和 2 5 mL ／ k g的条件下 ， 将 一定 量 的 分散 剂 S D一 1 3 3按 照 质量 比加 入 到 1 0 0 g 废弃钻井液 中， 考 察分散 剂 S D一 1 3 3对 废钻 井液处理 效果 的影 响 。试验 时 ， 在 废弃 钻井 液 中 加入脱稳剂 S D一 1 3 1和促凝剂 S D一 1 3 2 ， 充 分搅拌 后 ， 加入一定量 的分散剂 S D一 1 3 3 ， 静置 2 4 h后 ， 对 处理废钻井液的浸 出液进行检测 ， 结果见表 2 。其 中化学需氧量 C O D 的检测依照 水质 化学需氧量 的测定 快速 消解分光光度法 } { J ／ T 3 9 9 2 O 7 ， p H值的检测依照 水质 p H值的测定 玻璃 电极法 G ] 3 ／ T 6 9 2 0 -- 1 9 8 6 。 从表 2 可以看出， 加入分散剂 S D - 1 3 3 后， 废弃钻 井液无害化处理的效果明显得到改善。随着分散剂 S D一 1 3 3加量的增大 ， 处理后的废钻井液各污染物含 量也在下降。综合考虑无害化各指标情况和无害化 处理成本， 确定分散剂 S D一 1 3 3的最优加量为 0 ． 9 。 2 ． 4 吸附 剂 S D- 1 3 4 吸附剂对废钻井液中的有毒污染物有很强的吸 附作用 ， 可减小污染物扩散 到土壤及周围环境 中的 概率 。在加入 1 ． 0 9 ／ 6 的脱稳 剂 S D～ 1 3 1 、 2 5 mI ／ k g 的促凝剂 S D一 1 3 2和 0 ． 9 oA的分散剂 S D一 1 3 3之后 ， 再将 一 定量 的吸 附剂 S D一 1 3 4按 质量 比加入 到 1 0 0 g 废弃钻井液 中， 研究其对废弃钻井液无害化处 理的效果 ， 结果见表 3 。 表 2 不 同加量分散剂S D 一 1 3 3对废 弃钻 井液 的处理效 果 Ta b l e 2 Ef f e c t o f di f f e r e nt d o s a g e o f di s pe r s a nt S D一1 3 3 o n t re a t me nt r e s u l t s D 1 3 3 加量， 舢 几种污染物的含量／ m g k g 一 总铬 总铅 砷 汞 石油类含量／ mg L一 2 4 ． O 1 8 ． O 8 ． O 5 ． 8 国标 限值 6 ～9 1 0 0 0 ． 5 0 1 ． O 0 0 ． 5 0 注 国标 限值摘 自 污水综合排放标 准 GB 8 9 7 8 -- 1 9 9 6 ， 表 3 、 表 4同。 表 3 不 同加量吸附剂 S D一 1 3 4对废弃钻井液的处理效果 Ta bl e 3 Ef e t of d i f f e r e nt dosa g e o f a d s o r b e nt S D一 1 34 on t rea t me nt r e s u l t 腿， 舢 几种污染物的含量／ m g k g 总铬 总铅 砷 汞 石 油类含量／ mg I 国标限值 6 ～9 i 0 0 从表 3可以看 出， 加入吸附剂 S D一 1 3 4后 ， 进一 步提高 了废弃钻井液无害化 的处理效果 ， 在加量为 1 ． 5 和 2 ． O 时 ， 废弃钻井液无害化处理后的浸 出 液 C O D、 重金属及石油类等主要污染物指标均能满 足 污水综合排放标 准 GB 8 9 7 8 --1 9 9 6 的要求 ， 考虑处理成本因素 ， 确定吸附剂 S D一 1 3 4的最优加 量 为 1 ． 5 。 2 ． 5 废弃钻井液无害化处理配方 根据废弃钻井液无害化处理剂脱稳剂 S D ～ 1 3 1 、 促凝剂 S D一 1 3 2 、 分散剂 S D一 1 3 3 和吸附剂 S D一 1 3 4 的最优加量 ， 确定环境敏感区废弃钻井液无害化处 理配方为 1 ． 0 H脱稳剂 S D一 1 3 1 2 ． 5 促凝剂 S D l 3 2 O ． 9 9 ／ 6 分散剂 S D 一 1 3 3 1 ． 5 吸附剂 S D～ 1 3 4 。 一 一 “ O O O O 钙 O O O O 吼 ％ 9 8 8 8 ～ ～ ～ ～ 8 7 7 7 5 7 9 1 0 O O 1 6 8 石 油 钻 探 技 术 处理剂后 ， 由于无害化处理剂的作用 ， 废弃钻井液中 已无明显液相， 固相形成较大颗粒 ， 成 团， 废弃钻井 液与无害化处理剂之 间发生 了化学反应作用， 实现 了对污染物的吸附与封 固。 4 现场试验 在完成废弃钻井液无害化处理技术室内研究和 现场实施工艺研究之后 ， 于 2 0 1 0年 8月对位于环境 敏感区的温米油田 WX5 5 6井和 WX2 2 0 5 井进行 了废弃钻井液无害化处理试验 。两 口井的废弃钻井 液量各约 8 0 0 I T I 。 ， 占地面积 约 6 0 0 m。 ， 且废弃钻井 液含水率较高。 在进行钻井液无害化作业时 ， 先将无害化处理 剂直接加入被处理 的废弃钻井液的表面， 靠近废浆 池边缘可以人工直接倾倒 ， 较远地带借助挖掘机铲 将无害化处理剂均匀撒开 。废弃钻井液固化或无害 处理工作流程为 1 按 照照室 内试验配方进行现场 配料 ， 将脱稳剂 S D一 1 3 1按配方计算量均匀淋洒 在 钻井液池内； 2 挖掘机在 5 mi n内开始挖掘搅拌 ， 反 复均匀搅拌 3 O rai n ； 3 将促凝剂 S D一 1 3 2按计算量 均匀淋洒在钻井液池内； 4 挖掘机在5 mi n 内开始挖 掘搅拌 ， 反复均匀搅拌 3 0 mi n ； 5 将分散剂 S D一 1 3 3 按计算量均匀洒人钻井液池中； 6 将吸附剂 S D 一 1 3 4 按计算量均匀洒人钻井液池 中； 7 根据现场情况 ， 将 水泥、 粉煤灰等按计算量均匀洒人钻井液池 中； 8 挖 掘机反复均匀搅拌 3 0 mi n后 ， 将钻井液池平整 。 WX5 5 6井和 WX 2 2 0 5井现场应用效果均很 好 。如 WX5 5 6 井废弃钻井液井场无害化处理并 自 然干化 2 0 3 0 d后 ， 可承载推土机进行井场恢复 ， 既达到了废弃钻井液无 害化处理的 目的， 又恢复 了 井场生态 ， 较好地保护 了环境敏感 区的生态环境 。 5 结论 1 研究确定了环境敏感区废弃钻井液无害化处 理配方 ， 其基本配方为 1 ． 0 脱稳剂 S D一 1 3 1 2 ． 5 促凝剂 S D一 1 3 2 0 ． 9 分散剂 S D一 1 3 3 1 ． 5 吸附 剂 S D一 1 3 4 。 2 废弃钻井液经无害化处理后 ， 浸 出液色度和 悬浮物含量低 ， 未 出现返浆现象。同时 ， 浸出液 中 C OD、 总 C r 、 C r 及石油类等污染物含量均低于现 行标准GB 8 9 7 8 --1 9 9 6要求 的限值 ， 达到了废弃 钻 井液无害化处理的 目的。 参考文献 Re f e r e n c e s [ 1 ] 李 爱英． 废钻井液污染分析及处理方法 的探讨 _ J ] ． 油气 田环境 保 护 ， I 9 9 8 ， 8 2 1 5 1 7 ． Li Ai y ing ． Di s c u s s i o n o f wa s t e d r i l l i n g f l u i d c o n t a mi n a t io n a n a l y s i s a n d p r o c e s s i n g me t h o d s [ 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 Oi l Ga s Fi e l ds ， 1 9 9 8 ， 8 2 1 5 1 7 ． [ 2 1 苏勤， 何青水 ， 张辉， 等． 国外陆上钻井废弃物处理技术[ J ] ． 石 油钻探技 术 ， 2 0 1 0 ， 3 8 5 1 0 6 - 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