油气田钻井固废资源化处理技术展望

油气田钻井固废资源化处理技术展望

李海洋

中海石油（中国）有限公司蓬勃作业公司 天津市 300450

摘要：由于石油天然气勘探钻井作业的特殊性，在钻井过程中会产生大量的固体废物，通常称为钻井固废，一般产生量为每米进尺0.3～0.4 ，其主要来源为振动筛分离脱除的钻屑、清掏钻井液罐及方井产生的废渣泥、钻井过程及完钻时产生的废钻井液、废水处理时产生的渣泥及除砂除泥器脱出的固废等。这些固废组分复杂，包含了钻井液处理剂的所有成分，具有固相含量高、有机物含量高、pH值较高、黏附性强、色度深、有害重金属含量低等特点，因此其具有较大的环境危害性和处置、资源化利用难度，已成为当前油气勘探钻井污染治理的处置重点和难点。如何降低钻井固废危害性，减少其产生量，提升资源化处理，降低处置及资源化利用成本，已成为各界环保工作者的主要研究内容。

关键词：油气田钻井；固废资源化处理；处理技术展望

1. 油气田钻井固废资源化处置利用技术方法

1.1直接回收利用法

①老井废钻井液用于新井钻井

该法简单易行，回收成本较低，无需进行中转站处置，回收过程中所需设备和人员较少，是一条降低钻井液材料成本，减少钻井固废产生和处置量的主要途径，适合于近距离具备陆路运输条件的井与井之间的回收利用。

②固液分离后再利用

用机械如离心或压滤等方法将废钻井液固液分离，固液相分别可利用于重新配置新的钻井液，或采用热处置方法使其固液分离，固相转为干粉再用。不足之处是如采用热处置方法能耗大，处置费用偏高，同时，如温度过高，可能会使钻井液中的一些处理剂成分失效；采用压滤方法时如加入了高价脱稳化学剂，可能一定程度上影响再利用调配钻井液效果。这种处置方法目前在国内有一部分地区在利用。

1.2固化处置资源化利用法

①建筑路基材料再利用

该方法是将钻井固废、硬质骨料和固化剂等按一定的质量比混合形成混凝土或具有一定强度的水泥块，用于构筑泵房的墙体、底座和顶盖，或用作井场公路、边沟、井场保坎、员工生活房基础等附属设施的构筑水泥块。一般可直接固化处置资源化利用的钻井固废主要为水基泥浆钻屑、非磺化钻井液体系对应的钻井固废及采用气体钻井所产生的空钻粉尘等固废，不适用除钻屑外的其它固废，如废泥浆、掏泥浆罐渣泥和处置水产生的渣泥等的资源化利用。

②用于制免烧砖或烧结砖

不论水基钻屑还是脱油后的油基钻屑，都具有一定粒径和硬度，因此可作为制砖原材料。该方法是将钻井钻屑、硬质骨料和固化剂按一定的质量比混合形成混凝土，然后通过制砖机制成具有一定强度的砖块，可制免烧砖，也可制成烧结砖。此技术已在中石化普光气田、海南油田和四川长宁页岩气区块得到应用。建筑性能达到国家烧结普通砖的指标，放射性指标符合国家建筑材料放射性限量标准。

1.3生物处置资源化利用法

土壤的固体物质包括矿物质、有机质和微生物等，土壤中的腐殖质一般占土壤有机质总量的８５％～９０％以上，其能促进土壤微生物的活动，因而有利于微生物代谢活动。由于土壤组成性质及性能，其具有促进微生物的生长作用，因此微生物与土壤两者具有协同促进作用，两者联合有利于促进提高降解污染物的能力，有利于微生物将钻井废物等中的复杂有机物一部分转化成腐殖质组分，一部分降解为简单的无机物甚至 和 ，从而使钻井废弃物等中的污染物得到去除，达到资源化利用的目的。

生物处理技术具有以下突出优点：①处理钻井废物时添加剂只用生物降解菌种，不需再使用其它化学添加剂，克服了现行钻井固废固化处理时大量以水泥为主（加量３０％左右）的固化添加剂的使用，既节约了资源能源，又减少了固废排放及处置物占用地。②通过对井场污水池占用土壤的生态修复和再利用后的土壤进行检测，结果表明：此土壤能达到ＧＢ１５６１８—１９９５《土壤环境质量标准》三级（旱地）及以上标准，同时此处理技术还可避免原固化处理形成的固废占用地。

2. 钻井固废减量化技术

2.1钻井固废源头减量化技术

①小井眼工艺设计技术

钻井固废一半左右来源于钻井产生的钻屑，即加深井眼时随井下钻井液返排出的各地下层位中的岩屑或黏土等，如在钻井设计中设计小井眼，也即钻井井眼直径小，采用小钻头钻井，随井深增加返出的钻屑量就会少。这是从源头控制减量的最主要手段。

②泥浆转化水泥浆技术

泥浆转化水泥浆（ＭＴＣ）技术，又称多功能钻井液技术，它是在原有钻井液基础上转化而来的，即添加不多的水淬高炉矿渣或其他可水化材料，基本上不影响钻井液的滤失性、润滑性、流变性、携岩能力及密度等性能。它不仅能大幅降低固井成本，还为减少废钻井液的污染提供了全新思路。ＭＴＣ技术充分利用了工业废料高炉水淬矿渣和废钻井液，并在泥浆功能上转化出水泥浆功能，技术先进、经济合理、社会和环境效益较好。

2.2钻井固废过程控制措施

①合理配置并控制固井时的返排液，尽量减少返排物。

②妥善存放和保管钻井液处理剂，存放房（处）要有遮雨设施，以防钻井液处理剂失效而转变成钻井固废。

③加强对现场钻井液技术服务人员的业务培训，提高其业务能力，管理控制和调配好钻井液，避免钻井液最终转化成钻井固废。

④根据工程要求合理配置储备钻井液，并定期对储备钻井液进行维护（主要是冲搅，防止沉淀于池底），减少废钻井液的产生。

⑤加强设备管理保养，杜绝设备的“跑、冒、滴、漏”。

⑥制定鼓励钻井液的再回收利用奖惩制度。完井剩余钻井液是钻井固废的主要来源之一，回收利用原井队或其他井队的钻井液不仅可减少废钻井液的产生量和处理量，又可达到节约能源和成本之目的。因此制定鼓励钻井液的再回收利用奖惩制度，对控制固废数量很有必要且具有重要意义。

3. 钻井固废处理的发展方向

3.1环保型技术的研发

随着国家环保要求越加严格，以及油气田对钻井固废管控理念由末端治理向全生命周期统筹规划，体现生态设计理念的转变，对环保型技术研发、升级的需求越来越迫切。如提高钻井液（尤其是完井余浆）回收利用率、研发废钻井液分级分离设备、建立钻井固废资源化产品的长效稳定化评价方法、研制低成本的废钻井液处理剂等。

3.2产品的规范化管理

首先，钻井固废资源化产品的出路问题。对于偏远山区的油气开发，钻井固废用于铺路或垫井场是很好的一种资源化方式，但对于平原地区，钻井固废制成的产品是否也能被油田自身消纳还有待论证。此外，油地合作也为资源化产品提供一条出路。透水砖是助力“海绵城市”最重要的产品，多用于人行横道、庭院、广场等区域，如果钻井固废可以制成环保型透水砖，则资源化产品将不再局限于油田内部，可以用于城市的道路建设，这将为油田与地方合作项目提供技术支撑。其次，产品稳定化的长效性。钻井固废的资源化产品多以固化技术为主，固化体是否随着时间长期稳定有待系统的研究。最后，资源化产品的环境风险有待论证。钻井固废制砖、用作路基土在参考借鉴相关规范的同时，还需要产品长期暴露在自然环境下，污染物的迁移转化基础数据评估环境风险，目前仍缺乏这类研究。

结 语：

在国家倡导“清洁、高效、节能、低碳”的大背景下，油田钻井固废的资源化是未来发展的唯一出路。因此，建议油田、高校进行产学研结合，重点在钻井固废资源化产品的多样化、长期稳定性、以及相关规范等方面开展研究，为加快资源化技术的工业化应用提供技术支撑和理论指导。

参考文献：

1. 张媛媛.油气田钻井固废资源化处理技术展望[J].油气田环境保护，2019.

2. 陈立荣，何天鹏，贺吉安，蒋学彬，黄敏，李辉，张敏，舒畅.钻井固废资源化处置利用技术综述[J].油气田环境保护，2018.