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1、1浅谈油田钻井废泥浆的固化处理摘要：油田钻井的生产过程中会产生大量的废泥浆，但此废弃物成分复杂，污染极大，在处理上有一定的难度，因此有效处理油田钻井废泥浆已成为如今的研究方向之一，而固化处理是一种有效而发展前景良好的方法之一，本文将针对这一问题进行一系列的讨论和讲述。关键词：油田钻井、废泥浆、固化、处理、讨论、Abstract： There is a mass of mud disposal in the exploitation of the oilfield drilling，which is hard to dispose and would cause pollution heavil
2、y with its complicated constituents. Treating the mud disposal effectively has become one of the main points of scientific researches, therefore solidified treatment wins a place due to its brilliant prospect and efficiency. And this paper is going to discuss such a series of issues.Key words: oilfi
3、eld drilling, mud disposal, solidified treatment, treat, discuss.一、研究背景11 钻井废泥浆的来源在石油和天然气的勘探开发钻井过程中，钻井泥浆是提高钻井效率的重要保障，在钻井过程中有着支护井帮、提升岩屑、冷却钻头的作用 【3】 。同时还起到了润滑钻具、提高钻速、防止井塌方和井漏、评价生产层等作用，是保证钻井工作顺利进行必不可少的物质。为了达到安全、快速的钻井目的，使用的钻井液类型及化学药品的种类、数量越来越多，由此不可避免地会产生大量废弃物。钻井固体废物包括钻井废泥浆和钻井过程中抽提上来的岩屑，其中的废弃泥浆是钻井废物中最大量者
4、。钻井工艺对泥浆的要求越来越高，泥浆体系日益增多，配方也越来越复杂，一般都含有重金属、油类、碱和其他化合物 【4】 。泥浆循环过程中需不断地排除废渣和废浆，钻井结束后需全部排除，变为废浆。由于石油钻井的野外作业特征，施工现场所有的废弃物几乎全部排放积存于废泥浆储存坑内，最终形成了一种由粘土、加重材料、各种化学处理剂以及伴生的污水、油水、钻屑等组成的多相稳态胶体悬浮性的混合物。12 钻井废泥浆的组成及特点目前，国内外使用的钻井液有水基钻井液(WBM)，油基钻井液(OBM)和合成基钻井液(SBM)三大判 【5】 。钻井泥浆体系可分为 9 大类，即：非分散泥浆；分散泥浆；钙处理泥浆；聚合物泥浆；低固
5、相泥浆；饱和盐水泥浆；完井修井液；油基合成泥浆；空气、气雾、泡沫及充气泥浆。石油钻井废泥浆主要包含了钻井液、钻屑、以及各种作业产生的废液等，其组成成分如下：钻井液一主要来自三方面：其一是钻井过程中排放的废钻井液；其二是地面循环系统盛放的和为处理复杂情况储备的钻井液；其三是固井时水泥浆置换出来的钻井液。三者约占总废弃物的 70左右 【6】 。污染环境的主要成分是油类、盐类(尤其是氯离子)、杀菌剂、某些化学处理剂、重金属离子(如铜、镉、铬、锌及铅等)、高分子有机化合物生物降解产生的低分子有机化合物和碱类物质2等 【7、8】 。钻井废泥浆大多属于粘土水分散体系水基泥浆的范围，也有的属于油基或聚合物泥
6、浆 【10】 。钻井废泥浆组成复杂，一般呈碱性，pH 值在 8512 之间，有的可达 13 以上；固相颗粒粒度一般在 0011tm039m 之间(即 95以上颗粒通过200 目筛)，其外观一般呈粘稠流体或半流体状态，具有颗粒细小、级配差不大、粘度大、含水率高不易脱水(含水率约在 30,-一 90)等特性 【11】 ，是一种有典型流变学特征的胶体。且其自然干结过程缓慢，干结物遇水浸湿后易再度行成钻井废泥浆样物，会对排放点及附近地带的土壤物性产生长期的不良影响。废泥浆含油量高，部分钻井废泥浆含油量达 10以上；固含量高，主要为膨润土和有机高分子处理剂、粘土、加重材料、岩屑以及污水流经地面时携带的泥
7、砂及表层土等；此外由于钻井废泥浆中含有各种有机和无机类化学处理剂，其中的重金属、CODCr 值、Oil 及表面活性剂等有害物质浓度较高，个别有害物污染指标超出国家允许排放浓度的数百倍 【12】 。二、研究意义与现状21 钻井废泥浆的环境危害纵观各方面钻井废水的相关研究资料表明，石油钻井废水的危害物质大体可以分为以下几类 【13、14、15】 ：含固颗粒，以粘土、膨润土颗粒为主；酸碱物，表现为钻井废泥浆的 pH 值；石油类，主要来自钻井设备的清洗，是钻井液中不可避免的组份；有机物及其分解产物，表现为泥浆的 CODcr，值高，色度高。被我国列入环境“黑名单”的 68 种优先控制的污染物中，有 6
8、种苯系物、7 种多环芳烃(PAHs)。目前钻井现场所使用的高性能处理剂中，相当一部分含有苯环；重金属，来源于钻井液添加剂及地层：氯离子，采用盐水钻井液及地层矿化度较高时，会使废水中 Cl-的含量增高。由于废钻井液成份比较复杂，所以对环境的影响也是多方面的 【16、17】 ： (1)污染面积大、区域广。这是由钻井生产流动性大等特点所决定； (2)废钻井液中的盐、碱和盐岩层钻屑不仅造成土壤板结，同时因 Cl-活性比 N03-、P0 43-强，会抑制农作物对氮、磷的吸收。可溶性盐的迁移还会对地下水造成污染； (3)有害的重金属离子如 Cr6+， 、Hg +、Cd 2+、Pb 2+及不易被动植物降解的
9、有机物、分子聚合物滞留于土壤中，会影响植物的生长和土壤中微生物的繁殖。且这些物质易进入食物链，并在环境或动植物体内蓄积，危害人类的身体健康和生命安全。例如六价铬(Cr 6+，)通过食物链进入人体后，其毒性主要表现为呼吸道、肠胃道疾患和皮肤损伤，特别是它的致癌作用近些年来已引起人们的广泛重视；(4)废物中的有机处理剂使水体的 CODcr、BOD 增高，影响水生生物的正常生长；某些杀菌剂及高分子化合物生物降解产生的低分子有机化合物，会对鱼、虾及鸟类产生毒害；(5)油类物质进入水体后，形成浮油，影响空气与水体界面上氧的交换。分散在水中吸附于悬浮粒上或以乳化状存在于水中的油，可被微生物氧化分解，从而消
10、耗水中的溶解氧，使水质恶化变臭。在油膜扩展和漂浮过程中，大约 2530的低沸点石油组分(C 1C5)迅速挥发进入大气，造成大气污染。油类对土壤及动植物的影响也很大；(6)水中的硫化物(包括溶解性的 H2S，HS -，S 2-，存在于悬浮物中的可溶性硫化物，未电离的有机无机类硫化物)，硫化氢易从水中逸散于空气中，产生臭味且毒性很大，3它可与人体内的细胞色素等作用，影响细胞氧化过程，造成细胞组织缺氧。22 钻井废泥浆处理技术现状随着我国环境保护法规标准的不断完善以及执法力度的加大，人们的环保意识逐渐增强，钻井过程中产生的废泥浆的无害化处理的研究和推广应用，是钻井行业环境保护工作的当务之急。许多国家
11、也都已将其列为环保的一个重要项目来研究。钻井废泥浆治理的目的，是为了减轻环境污染而寻找经济和环境上都能够接受的处理方式，实现最优化废物处理体系的目的。现有回收利用和处理方法较多，但每种方法都有其适用范围，应根据油气田的地理环境、水文、土壤、钻井液的组成及经济性来选用。纵观国内外处理方法主要有以下几种： (1)直接排放法 【18】 (2)坑内填埋法 【19】 (3)脱水法 【20、21】 (4)坑内密封法 【22】 (5)注入安全地层或环形空间处理法 【181922】 (6)土壤生物降解法 【23】 (7)土地耕作法 【4】 (8)闭合回路系统 【19】 (9)固液分离法【19，2425】 (1
12、0)固化法 【20，26】 (11)废钻井液回收利用法 【20，2133】 。23 钻井废泥浆处理技术发展趋势 【15、24、34-38】231 MTC(泥浆转化为水泥浆 MudToCement)固井技术此法是在钻井液中加入固化添加剂，经过充分混合形成稳定的固化物，完成钻井液转换水泥浆的过程。它利用钻井液的失水性和悬浮性，通过加入廉价的高炉水淬矿渣(BFC)，激活剂(BAS)等，将钻井液转化为完全可以与油井水泥浆相媲美的固井液。此技术不仅可节约固井成本，而且又可解决一部分钻井废液污染环境问题。232 研究开发最佳废物管理系统目前，国外各大泥浆公司积极开发最佳废物管理系统，其基本要求是：(1)选
13、择最佳钻井作业，使废物量减至最少。(2)控制废物质量，保证废物无害化。(3)加强井场废物分类管理，可降低处理费用及废物体积。(4)采用环境安全和经济有效的方法加工(处理)废物。成功的废物管理程序首先是根据地质特点，正确选用钻井液及其处理剂，进行好的水质管理，使钻井过程中产生的废物减至最低量；第二是鉴别和隔离潜在的废物源，减少引起问题的复杂性，使废物的加工和处理更加容易和经济；第三是选择经济且环保可接受的废物处理方法。233 加强开发研究专业化的固化处理设备现阶段各油田废弃钻井泥浆现场固化工艺主要有两种：一是采用代用机械(如挖掘机之类的机械设备)将固化剂与废弃钻井泥浆进行混合；二是直接用钻井泵以
14、及配浆设备将固化剂混入废泥浆中。第一种方法比较简单，但混合均匀程度较差，直接影响最终的处理效果；第二种方法混合较均匀，但要求钻井废泥浆具有较好的流动性，在很多井场处理中都受到限制。因此，开发专业化的机械处理设备势在必行。同时，由于钻井作业的分散性和流动性的行业特点，对廉价、简单的车载式(或移动式)钻井废泥浆处理设备的需求更为迫切。4234 加强有肥效特性固化剂的研发固化法处理钻井废泥浆具有简便易行、处理效果好等优点，是一种很有发展前景的处理方法。目前国内外都在致力于开发固化能力强、解毒性好、具有肥效特性的固化剂，土壤中掺入此类固化剂处理过的废泥浆，不但不会污染环境，具有很好的稳定性，而且能明显
15、改善土壤性能，提高土壤肥力。另外，开发高效廉价固化剂，以获得高强度、无污染的固结体，将其用于建筑材料，达到废物再利用永久无害化的目的。三、研究论述31 固化处理技术概述固化是指用物理化学方法将有害废物掺和并包容在密实的惰性基材中，使其稳定化的一种过程。其中固化所用的惰性材料叫固化剂，有害废物经过固化处理所形成的固化产物为固化体。它主要用来处理放射性废物、有毒有害废物如电镀污泥、砷渣、汞渣、氰渣、铬渣和镉渣等，目前也颇受石油行业的重视 【39】 。迄今尚未研究出一种适用于处理任何类型废物的最佳固化方法。目前所采用的多数固化方法往往只适用于处理一种或几种类型的废物。随着现代工业的不断发展，固化处理
16、污染物技术不断走向成熟，成为当前处理危险污染物很有效的手段。固化处理方法可按原理分为包胶固化、自胶结固化、玻璃固化和水玻璃固化。包胶固化又可以根据包胶材料的不同，分为水泥基固化、石灰基固化、热塑性材料固化和有机聚合物固化等。包胶固化适用于多种类型的废物；自胶结固化只适用于含有大量能成为胶结剂的废物；玻璃固化和水玻璃固化，一般只适用于极少量特毒废物的处理，如高放射废物的处理方面。目前常用的固化稳定化方法主要包括：a、水泥固化，这是目前最常用的固化方法，适用范围广；b、石灰固化，应用很广泛；c、热塑性材料固化，新近发展起来的固化处理方法；d、有机聚合物固化，适用对非常危险废物处理；e、自胶结固化，工艺较简单，废物可自行固化，应用面窄；f、熔融固化(玻璃固化)和陶瓷固化，属特种固化处理方法。311 水泥固化水泥基固化是基于水泥的水合和水硬胶凝作用而对废物进行固化处理的一种方法。研究表明，此种方法非常适于处理各种含有重金属的污泥。其主要胶结剂为硅酸
