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國(guó)外陸上鉆井廢棄物處理技術(shù)

文檔作者：蘇勤何青水。張輝張華衛(wèi)。張奎林文檔來(lái)源： 1．中國(guó)石化國(guó)際石油勘探開(kāi)發(fā)有限公司 2．中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年11月16日
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第38卷第5期
20lO年9月
石 油 鉆 探 技 術(shù)
PETRO1 EUM DRII I，ING TECHNIQUES
VoI．38 NO．5
Sep．，2010
doi：10．3969／j．issn．1001—0890．2010．05．023
國(guó)外陸上鉆井廢棄物處理技術(shù)
蘇 勤 何青水。 張 輝 張華衛(wèi)。 張奎林
(1．中國(guó)石化國(guó)際石油勘探開(kāi)發(fā)有限公司，北京 100083；2．中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)
摘 要：國(guó)外鉆井廢棄物管理遵循廢棄物處理數(shù)量最少化、毒性最小化的“4R”原則，并以實(shí)現(xiàn)零排放為目標(biāo)。
目前國(guó)外常用的鉆井廢棄物處理方法包括回填、固化、井下回注、固液分離、生物處理和熱處理等，在環(huán)境敏感性級(jí)
別差異和不同類(lèi)型鉆井廢棄物方面，對(duì)比了其適用的范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，指出任何一種處理方法目前都很難實(shí)現(xiàn)零排
放的目標(biāo)，只有在源頭控制毒害物質(zhì)的使用才能從根本上解決鉆井廢棄物的環(huán)境污染問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)鉆井廢棄物
處理方法仍比較單一，有必要制訂石油鉆井廢棄物排放標(biāo)準(zhǔn)，加大鉆井廢棄物處理技術(shù)的研發(fā)投入。
關(guān)鍵詞：鉆井；廢物處理；4R原則；零排放；液固分離
中圖分類(lèi)號(hào)：TE258 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：100卜0890(2O10)05-0106—05
Foreign Onshore Drilling W aste Treatment Technology
Su Qin He Qingshui Zhang Hui Zhang Huawei Zhang Kuilin。
(1．Sinopec International Petroleum Exploration and Production Corporation，Beijing，100083，Chi—
na；2．SinopecResearch Institute of Petroleum Engineering，Beijing，100101，China)
Abstract：Foreign drilling waste treatment follows the principle of“4R”，minim um amount of drilling
waste。minim um toxicity and to achieve zero—discharge goa1．This paper introduced com monly used drilling
waste treatment methods in foreign countries，including backfilling，solidification，underground re—injection，
solid—liquid separation，bio—treatment and thermal treatm ent．The scope of application and advantages and
lim itations were compared for different environm ental sensitivity and different types of drilling waste．No
single treatment can achieve zero—discharge goal at present．Only source control of toxic material use can
fundamentally solve the environmental pollution of drilling waste．At present，domestic drilling waste treat—
m ent methods are still relatively simple，it is necessary to develop the oil drilling waste discharge stand—
ards．a(chǎn)nd promote R D investment for drilling waste treatm ent technology．
Key words：drilling；waste disposal；4R rules；zero—discharge；liquid—solid separation
近年來(lái)，我國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)不斷向海外拓
展，取得了良好的勘探成果，但鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的廢
棄物的處理卻一直是個(gè)難題。隨著各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)
要求的日益嚴(yán)格，廢棄物處理費(fèi)用在鉆井成本中的
比重也不斷提高，因此選擇合適的廢棄物處理方法，
對(duì)保護(hù)環(huán)境、規(guī)避?chē)?guó)外勘探風(fēng)險(xiǎn)有著重要意義。目
前國(guó)外對(duì)鉆井廢棄物的處理方法有很多，主要有化
學(xué)方法(如中和、氧化還原、固化等)、物理方法(如自
然蒸發(fā)、固液分離、吸附、熱處理等)、生物方法(如微
生物、生物降解)等。筆者介紹了回填、固化、井下回
注、固液分離、生物處理和熱處理等國(guó)外常用的處理
方法，分析對(duì)比了不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)，指出了國(guó)內(nèi)鉆
井廢棄物處理技術(shù)的發(fā)展方向，以期對(duì)海外鉆井廢
棄物處理決策有所幫助。
1 國(guó)外鉆井廢棄物毒害物質(zhì)及分類(lèi)
國(guó)外石油工業(yè)材料中被列為危險(xiǎn)化學(xué)品的有水
牧稿日期：2O】0—06 O1：改回日期：201O—O8 O9
作者簡(jiǎn)介：蘇勤(1 966 )．男，福建人，1 989年畢業(yè)于石油大學(xué)
(華東)石油工程專(zhuān)業(yè)．工程部經(jīng)理．高級(jí)Z-程師，主要從事鉆井工程
管理工作。
聯(lián)系方式：(010)82332961，qsu@ sipc．cik
茅 長(zhǎng) 期
溶性有機(jī)鹵化物、有機(jī)磷化物、有機(jī)錫化合物、致癌
物質(zhì)、汞及其化合物、鎘及其化合物、礦物油和石油
烴類(lèi)、污染水源的合成物質(zhì)_】]。具體到石油鉆井工
程中，潛在的毒性化學(xué)品有殺菌劑、緩蝕劑、消泡劑、
乳化劑／破乳劑、發(fā)泡劑、潤(rùn)滑油、聚合物穩(wěn)定劑、頁(yè)
巖抑制劑及表面活性劑。
對(duì)于鉆井廢棄物的分類(lèi)，各國(guó)不盡相同。歐盟
2OOl／118／EC~廢物／危險(xiǎn)廢物名錄》中規(guī)定：含油、
含危險(xiǎn)成分的鉆井液和廢棄物屬于危險(xiǎn)廢棄物，而
淡水基、含重晶石、含氯化物的鉆井液和廢棄物屬于
一般廢棄物 ]；美國(guó)環(huán)境保護(hù)署EPA在《危險(xiǎn)廢棄
物鑒別標(biāo)準(zhǔn)》中也明確規(guī)定鉆井固體廢棄物屬一般
廢棄物范疇[3 。
2 國(guó)外鉆井廢棄物管理原則
國(guó)外對(duì)于鉆井廢棄物的管理始終遵循廢棄物處
理數(shù)量最少化、毒性最小化的管理原則，稱(chēng)為“4R”
原則，即源頭減少(reduce)、再利用(reuse)、再循環(huán)
(recycle)、再回收(recovery)。近年來(lái)，許多國(guó)家要
求鉆井廢棄物實(shí)現(xiàn)“零排放”(zero—discharge)，從源
頭減少到最終處理都進(jìn)行嚴(yán)格要求，力爭(zhēng)將鉆井廢
棄物對(duì)環(huán)境的污染降至最低，進(jìn)一步推動(dòng)廢棄物系
統(tǒng)化處理進(jìn)程。
源頭減少 一方面隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的不斷
重視，現(xiàn)場(chǎng)鉆井廢棄物管理體系不斷完善；另一方面
隨著石油鉆探技術(shù)的發(fā)展，一些新產(chǎn)品和新技術(shù)得
到應(yīng)用，在源頭上大大降低了鉆井廢棄物處理的數(shù)
量及毒性。源頭減少的方法包括選用新型環(huán)保鉆井
液完井液體系及添加劑、MTC固井技術(shù)、空氣鉆井
技術(shù)、提高固控設(shè)備使用效率、加強(qiáng)對(duì)井場(chǎng)污染源的
管理、防止跑冒滴漏、優(yōu)化鉆井設(shè)計(jì)等。
再利用 再利用是指回收能以原始形態(tài)再利用
的產(chǎn)品和材料，其中包括回收利用性能良好的水基鉆
井液、油基鉆井液、完井液、鉆桿、套管護(hù)絲、鉆井液處
理劑或油料包裝桶，采用鉆井廢水沖洗巖屑等。
再循環(huán) 再循環(huán)是指將廢棄物提取能源或轉(zhuǎn)換
成有用的材料，包括對(duì)廢棄鉆井液、完井液處理后循
環(huán)再利用，將鉆屑用于建筑材料、水泥原材料和改良
土壤。
再回收 再回收是指從廢料中提取有用的材
料，包括從廢棄加重鉆井液中回收重晶石或從廢棄
鹽水鉆井液中回收鹽和部分干料來(lái)配制新鉆井液、
回收油基鉆井液中的基礎(chǔ)油作為燃料。
零排放 零排放是一個(gè)系統(tǒng)的廢棄物處理模
式 ，集合了多種鉆井廢棄物處理方法，包括減少源
頭廢棄物排放量、鉆井施工中的固液分離、鉆井廢水
分類(lèi)集中，也包括最終廢棄物無(wú)害化處理技術(shù)，典型
的零排放處理流程如圖1所示。
液和巖屑
二]==
有效的固
控設(shè)備
鉆井J I廢棄『『雨I l循環(huán)系統(tǒng)／
廢水l 井液J J水l f配制液
鉆屑
固液分離1
． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．Il：．．．．．．一
固相廢棄物
液相廢棄物
墮
．
L—]__
固相 l
不含油／鹽巖屑 + 用于井場(chǎng)或鄰近區(qū)域建設(shè)
犖美主煮H— 二至至 [卜+固化／填埋／轉(zhuǎn)運(yùn)
含油巖屑 ， 固化／填埋／熱處理／回注／生物降解
圖1 鉆井廢棄物典型的零排放處理流程
Fig．1 Typical zero—discharge treatm ent flow chart
3 國(guó)外鉆井廢棄物處理技術(shù)
據(jù)資料統(tǒng)計(jì) ]：美國(guó)鉆井廢棄物中的38．0 回
注處理，19．0 回收再利用，15．0 集中處理，
11．0 自然蒸發(fā)，5．0 土壤分散處理，2．5 道路分
散處理，0．4 熱處理，小于0．4 的隨市政或工業(yè)
垃圾填埋，9．0 采用其他方式處理，如現(xiàn)場(chǎng)回填。
選用何種處理方式處理廢棄物，應(yīng)根據(jù)區(qū)域的環(huán)境
敏感性級(jí)別及鉆井廢棄物類(lèi)型來(lái)選擇[6]。
3．1 回填
簡(jiǎn)易回填法 主要適用于普通淡水基鉆井液。
普通淡水基鉆井液的半致死濃度LC50(1ethal con—
centration50)一般為1O ～10 mg／I l7]，屬于低毒或
無(wú)毒范圍，其中的大部分有害指標(biāo)均低于排放標(biāo)準(zhǔn)，
可直接排放。通常的作法是完井后用原開(kāi)挖時(shí)產(chǎn)生
的土將鉆井液坑回填，回填前可根據(jù)需要將鉆井廢
棄物自然晾曬一段時(shí)間，但最長(zhǎng)不準(zhǔn)超過(guò)12個(gè)
月 。在可耕種場(chǎng)地開(kāi)挖鉆井液坑時(shí)，應(yīng)注意將表
層土隔離堆放，施工最后將其覆蓋在最上層，恢復(fù)原
始狀態(tài)。
密封回填法 回填廢棄物時(shí)的坑需要在底部和
四周鋪一層有機(jī)土，然后在上面鋪一層0．5～O．7 mm
厚的聚乙烯塑料作為墊層，最后再蓋一層有機(jī)土；也
可以在底部和四周加固化層或具有一定強(qiáng)度的防滲
膜。密封回填法要求在廢棄物之上必須保持頂部的
土層有1．O～1．5 m厚 ，該方法適用于鹽水鉆井
液和油基鉆井液廢棄物。
3．2 固化
固化是通過(guò)向廢棄鉆井液中加入固化劑，通過(guò)
廢棄鉆井液與固化劑之間發(fā)生一系列物理、化學(xué)反
應(yīng)，將有毒有害物質(zhì)封固在固化物中，降低毒害物質(zhì)
的轉(zhuǎn)移擴(kuò)散[1 ]。該方法操作簡(jiǎn)便，完井后進(jìn)行，能
有效治理COD、Cr值和總鉻污染。施工前通過(guò)檢
測(cè)廢棄物中毒害物質(zhì)類(lèi)型來(lái)選擇合適的固化劑，常
用的固化劑有石灰、石膏、硅酸鹽、礦渣和水泥等。
該方法適用于膨潤(rùn)土鉆井液、聚合物鉆井液、磺化鉆
井液和油基鉆井液等。按照在井深4 500 m左右鉆
進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的廢棄鉆井液和鉆屑，通常需要30 d來(lái)完
成固化施工作業(yè)?，F(xiàn)場(chǎng)工藝流程為¨】 ：取樣化驗(yàn)一
方案設(shè)計(jì)一配料一固化施工一候凝一現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)一平
整井場(chǎng)一驗(yàn)收交接。
3．3 井下回注
對(duì)毒性較大的鉆井廢棄物可以通過(guò)回注法處
理，根據(jù)回注位置的不同分為環(huán)空回注和地層回注。
環(huán)空回注是將具有可泵性的廢棄物注入表層套管或
生產(chǎn)套管環(huán)空中，該方法僅能一次性處理廢棄物，且
該方法受到機(jī)械裝備和套管腐蝕的影響，如果管道
長(zhǎng)期遭受腐蝕，一旦損壞則注入液就可能污染水層。
地層回注可將廢棄的水基或油基鉆井液和鉆屑，通
過(guò)地面處理回注到合適地層；用于回注的地層孔隙
度要大，回注容量大且深度必須大于600 m，以免廢
棄物污染地下水源，該方法主要受到地層注入能力
和回注過(guò)程中的地層堵塞等不確定因素的影響，還
涉及到回注期間地層壓裂增注和酸化解堵作業(yè)等。
地層回注的處理流程如圖2所示。
圖2 鉆井廢棄物地層回注處理流程
Fig．2 Drilling waste reinjeetion flow chart
3．4 固液分離
固液分離技術(shù)在國(guó)外的應(yīng)用已十分廣泛，該技
術(shù)利用化學(xué)絮凝、沉降和機(jī)械分離等組合技術(shù)，分離
鉆井液中的固、液兩相，液相可以重復(fù)使用。由于廢
棄鉆井液是一種復(fù)雜的懸浮液，主要由膨潤(rùn)土、無(wú)機(jī)
鹽、化學(xué)處理劑、加重材料和鉆屑等組成，簡(jiǎn)單自然
沉降和機(jī)械分離很難破壞鉆井液中的膠體體系，需
要加入絮凝劑提高機(jī)械分離效果。絮凝劑的作用機(jī)
理是通過(guò)破壞固體顆粒表面結(jié)構(gòu)，中和表面的電荷，
減少顆粒之間的靜電引力，促使固相顆粒聚結(jié)變大，
從而達(dá)到固液分離的目的。采用固液分離技術(shù)可以
使鉆井液維護(hù)的稀釋倍率從1．6降低至0．3[1 ，大
大節(jié)約鉆井液成本，特別適合于偏遠(yuǎn)枯水地區(qū)的鉆
井作業(yè)。最近日本在常規(guī)固液分離技術(shù)的基礎(chǔ)上引
入真空蒸發(fā)分離裝置、臥式旋流壓縮裝置等，進(jìn)一步
提高了隨鉆處理鉆井廢棄物的效果n引。但固液分
離屬于過(guò)程處理，經(jīng)過(guò)固液分離后的鉆井廢棄物仍
需終端處理。目前國(guó)外常用的固液分離設(shè)備及流程
如圖3所示。
統(tǒng)
圖3 鉆井廢棄物固液分離處理流程
Fig．3 Driling waste solid-liquid separation flow chart
3．5 生物處理
生物處理方法是向鉆井廢棄物中引入降解菌和
營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)細(xì)菌的生長(zhǎng)、繁殖和內(nèi)呼吸，來(lái)分解
鉆井廢棄物中的油污。該方法中所用微生物需要通
過(guò)自然篩選或誘變培育及基因工程、細(xì)胞工程技術(shù)
獲得。生物處理技術(shù)主要的影響因素有充足的降解
菌數(shù)量、足夠的氧氣、提供降解菌新陳代謝必要的營(yíng)
養(yǎng)元素、濕度控制、溫度、pH值和鹽度[】 。
3．6 熱處理
熱處理是通過(guò)對(duì)鉆屑進(jìn)行外界加熱，將鉆屑中
所含油分、易揮發(fā)有機(jī)物和水分蒸發(fā)并收集后處理，
熱處理方法可以處理固相含量為3O ～5O 的廢
棄物口 ，處理后的鉆屑含油量小于1 。目前國(guó)外
常用的熱解吸裝置m 使用燃料燃燒、電動(dòng)或電磁能
源熱提供的熱量加溫脫附含油廢棄物，熱解吸裝置
一般有低溫系統(tǒng)及高溫系統(tǒng)兩種類(lèi)型，低溫系統(tǒng)的
溫度通常是250～350。C，而高溫系統(tǒng)的溫度高達(dá)
520 C。低溫系統(tǒng)足以處理輕油廢棄物，高溫系統(tǒng)
將能夠處理含量較低的重油廢棄物[1 。熱解吸處
理工藝流程見(jiàn)圖4。
圖4 鉆屑熱解吸處理流程
Fig．4 Cuttings thermal desorption flow chart
lf 鉆井廢棄物不同處理技術(shù)對(duì)比
盡管鉆井廢棄物的處理方法很多，但每種方法
都有其自身的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)：
1)回填法，主要是簡(jiǎn)單的地面隔絕，未消除鉆
井廢棄物中的毒害物質(zhì)，適用于沙漠、戈壁等環(huán)境敏
感性低的地區(qū)；
2)固化法，采用物理、化學(xué)方法降低鉆井廢棄
物中的毒害物質(zhì)含量，適用于陸上大多數(shù)環(huán)境中；
3)井下回注法，通常利用壓力衰竭的開(kāi)發(fā)井或
者新鉆井進(jìn)行回注，投資成本高，適用于成規(guī)模的油
田整體開(kāi)發(fā)中；
4)固液分離法，不用開(kāi)挖鉆井液池，實(shí)時(shí)隨鉆
處理，循環(huán)利用液相來(lái)降低鉆井用水量及鉆井液維
護(hù)費(fèi)用，適合于農(nóng)田、雨林等陸上環(huán)境敏感性高的地
區(qū)，同時(shí)也適用于枯水地區(qū)；
5)生物處理及熱處理，用來(lái)處理經(jīng)過(guò)固液分離
回收基液油之后的含油鉆屑、污泥。
表1為鉆井廢棄物不同處理技術(shù)的適用范圍和
優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。從表1可以看出，回填、固化、井下回
注、生物處理以及熱處理法屬于鉆井廢棄物終端處
理方式，缺少了過(guò)程管理；而固液分離法是對(duì)鉆井廢
棄物的過(guò)程管理，但分離出的固相需要進(jìn)行進(jìn)一步終
端處理，因此現(xiàn)有單一的處理方式均不能滿(mǎn)足零排放
的要求，國(guó)外往往采用組合方式如“固液分離+ 回
填”、“固液分離+固化”等方法來(lái)處理鉆井廢棄物。
處理方式
主要適用范圍
環(huán)境敏感性 鉆井液體系
優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比
5 結(jié)論及建議
1)從源頭上控制毒害物質(zhì)的使用，減少有毒有
害鉆井廢棄物的排放，才能從根本上解決鉆井廢棄
物的環(huán)境污染問(wèn)題。近年來(lái)國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)出具有無(wú)
毒、易生物降解等環(huán)保特性的多元醇鉆井液、合成基
鉆井液、甲酸鹽鉆井液及甲基葡萄糖苷鉆井液，緩解
了復(fù)雜地質(zhì)條件下安全鉆井與環(huán)境保護(hù)之問(wèn)的
矛盾。
2)缺乏認(rèn)同的鉆井廢棄物排放標(biāo)準(zhǔn)制約了國(guó)
內(nèi)鉆井廢棄物處理技術(shù)的發(fā)展。由于目前鉆井液體
石 油 鉆 探 技 術(shù) 2O10年9月
系及處理劑種類(lèi)多，鉆井廢棄物中成分復(fù)雜多樣，國(guó)
內(nèi)固化法通常依照國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)測(cè)
定固化物浸出物COD、石油類(lèi)、六價(jià)鉻、總鉻及pH
值來(lái)判斷是否達(dá)到排放要求，但有限的檢測(cè)項(xiàng)目尚
不能被人們普遍認(rèn)同，因此有必要針對(duì)不同鉆井液
體系的環(huán)境污染指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，制訂石油領(lǐng)域的鉆
井廢棄物排放標(biāo)準(zhǔn)，加大鉆井廢棄物處理技術(shù)的研
發(fā)投入。
3)國(guó)內(nèi)鉆井廢棄物處理方式從早期的簡(jiǎn)單回
填到現(xiàn)在普遍使用的固化方式，體現(xiàn)了國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)保
問(wèn)題的重視和對(duì)鉆井廢棄物的管理日益嚴(yán)格。但與
國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)的處理方式仍很單一，鉆井廢棄物配
套處理設(shè)備研發(fā)力度不夠，尤其是國(guó)內(nèi)常用的固液
分離設(shè)備性能效果與國(guó)外相比尚存在較大差距，自
主研發(fā)撬裝式、可移動(dòng)隨鉆處理設(shè)備將是一個(gè)發(fā)展
趨勢(shì)。
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E5]
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