基于无害化的海上废弃钻井液处理方法分析

曾彦波

(天津科技大学，中海油能源物流有限公司，天津　300452)



基于无害化的海上废弃钻井液处理方法分析

曾彦波

(天津科技大学，中海油能源物流有限公司，天津300452)

分析了海洋石油开采产生的废弃水基钻井液的构成和环境危害，以无害化处置方法为研究对象，参照国内外有关标准和应用技术，分析了理化处置方法、生物处置方法、植物-微生物联合修复方法等技术的应用现状。从环境保护的角度出发，生物处置方法以及植物-微生物联合修复方法应作为废弃水基钻井液生物修复无害化处理的首先。国家和石油开采企业应尽快形成废钻井液的处理规范和标准，以减少废弃钻井液的有害排放。

水基钻井液；无害化；处理方法；生物处置；微生物

据统计，我国油田每年钻井产生的废弃钻井液约1200多万吨，废弃物数量巨大，国内外针对废弃钻井液的处理有着一系列的不同工艺，但处理结果千差万别。国家环境保护部2012年发布关于印发《环境污染治理设施运营资质分类分级标准(第1版)》等8项标准规范的通知(环发[2012]92号)，其中“矿物采选过程中产生的固体废物，包括尾矿砂、废矿石、煤矸石、煤泥、矿泥、油井岩屑及废钻井液等；”作为工业固体废物处理在《环境污染治理设施运营资质分类分级标准(第1版)》中已明确列出，但国家尚未出台关于油井岩屑和废钻井液的处理工程技术规范和标准。

由于海上钻井平台空间有限，废弃物处理装备过大，无法配合使用。钻井所产生的废弃水基钻井液大都无法及时处理，钻进过程中未进入油气层段的废弃钻井液达到《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》(GB4914-2008)相关要求并经所在海区主管部门批准后向海排放。钻入到油气层下产生的废弃钻井液及钻屑由于携带少量原油，需要运回陆地处理终端进行集中处理。

1　废弃钻井液的组成特点

钻井液以流体介质和体系组成的特点分类可被分为：水基钻井液、油基钻井液、气体型钻井液和合成基钻井液[1]。我国标准化委员会钻井液体系分委会把将钻井液分为：淡水钻井液、饱和盐水钻井液、盐水钻井液、不分散地固相聚合物钻井液、钙处理钻井液、钾基钻井液、油基钻井液、气体钻井液等八大体系[1]。从流体介质角度看水基钻井液，是以水为连续流体介质的钻井液。水基钻井液是由膨润土、盐水粘土、海泡石、重晶石粉、污油及多种化学处理剂组成的多相稳态胶体悬浮体系，含水率一般在35%～90%，pH值一般在8.5～12之间，呈碱性[2]。在原油开采的过程中与原油一同被开采出来的固体岩屑、泥沙、土壤、淤泥等混合物形成含油污泥。

废弃钻井液中，石油烃(Petroleum Hydrocarbons，PHCs)含量高达10%以上，是主要的污染物。重金属类物质是废弃水基钻井液的另一类重要污染物，主要来源于添加剂中的无机盐类(如，铁铬盐等)等。

2　废弃钻井液对环境的危害

由于废弃钻井液中要添加许多化学物质，如不对其有正当的处置，会对环境造成很大的危害。废弃钻井液中危害环境的主要成分是石油烃、盐类、聚合物、羧甲基纤维素类、重金属(铜、铅、汞等)和重晶石中的杂质。[3]最主要的污染物质是石油烃及其他有机物质。脂肪族化合物和芳香烃占废弃钻井液中PHCs的75%以上。氮硫氧形成许多极性化合物如环烷酸、硫醇、噻吩和吡啶。其中氮的含量不到3%，大部分包含在馏分油残留的沥青和树脂中；硫的含量通常在0.3%～10%之间；氧的含量一般少于4.8%[4]。

废弃钻井液的环境危害主要表现在如下方面：对地表水和地下水资源产生的污染；导致土壤硬化，致使植物无法生长，土地无法返耕；各种重金属和化学料剂对动物和植物生长产生影响，并通过食物链进入人体，危害人类身体健康。石油中含有多种毒性不同的有机成分，其中包括毒性较大的多环芳烃物质(PAHs)，PAHs可通过各种途径计入人体，即使是十分微量也将对人体造成极大的伤害。当废弃钻井液进入陆地环境后，通过土壤向下迁移，最后进入地下水，造成地下水系统的污染。过高的pH值、高浓度的可溶性盐及石油类物质等会影响土壤的结构使得附近土地呈现为棕褐色龟裂板结危害植物的正常生长。含有重金属、油类、膨润土、碱和化合物的有机物等对人、畜和环境有害。有机处理剂、重金属及碱类物质等有害物质的COD值也较高会危及农作物的生长。废弃钻井液及钻屑不经处理直接排放会对环境造成严重影响和破坏，直接或间接对动物、植物及人类生存健康产生危害，不利于人力对环境和经济实施可持续发展的战略目标，因此应在钻井完成后对钻井液进行无害化处理。

3　废弃钻井液无害化处置方法

3.1理化处置方法

3.1.1回填法

该方法因花费少、操作方便等原因，石油开采企业普遍采用的方法。回填前，首先将废弃的钻井液在特定的储存场所进行沉降分离，分离后上层分离出的水分离后加入一些混凝剂，达到规定排放标准后就地排放。底层的污泥，经过干燥和简单处理后，直接转移至储存基坑内进行填埋，填埋区域顶部应铺设较厚的表土层，并使储存坑的周围恢复到原来的地貌[5]。

3.1.2回注地层法

这种处理费用成本较高，因地层安全性的原因也可能导致地下水污染，在一些发达国家受到应用限制。为了防止地下水污染和油层破坏，选择合适的安全地层时，应选择压裂梯度较低，以及地层渗透性差的的注入层，而上下盖层必须致密、强度高。该方法是将废钻井液通过井眼注入地层中或保留在井眼环空中[6]。

3.1.3循环利用法

循环利用法是指将废弃钻井液、废水等经过简单的设备处理后循环使用。针对油基、合成基钻井液成本较高的特点，为实现循环重复利用、节约成本，国内多家钻井工程技术公司采用具有国际领先水平的泥浆处理设备，成功实现了对钻井液进行处理净化，使其性能达到要求后转运至其他井场继续使用。目前国内已投入使用的设备，对常规钻井液及包括合成基钻井液在内的油基钻井液的回收利用率已达60%左右，日处理量可达到200 m3。

3.1.4稳定化法

稳定化法是一种快速和廉价的废弃物处理技术，通过将污染物转化为不溶性或低毒的形式的物质(即稳定化)，并且建立一个持久性、结构完整性高的基质来封存它们(即固定化)达到处理废物的目的。这种方法能很好地减少废弃钻井液中的重金属和有机物对土壤的破坏，又可保证废弃钻井液池在钻井完成后的还耕。

3.1.5MTC 转化技术

MTC(Mud To Cement)转化技术是利用废弃钻井液较好的降滤失性和悬浮性，通过加入高炉水淬矿渣和其它外加剂，将废弃钻井液转化为固井液，从而变废为宝，即消除了钻井液外排所造成的污染，又赋予废弃钻井液新的用途[7]。

3.2生物处置方法

3.2.1堆肥法

堆肥法是指将废弃钻井液堆成堆体，利用外源微生物对其进行处理的方法。通过调节温度、湿度，加强通风，或者木屑等添加疏松剂和营养物质改变堆肥法生物处理的效率。因为堆肥法更易控制，可以通过辅助控制设备，以减少挥发性有机物的排放[1]。但是堆肥法在处理废弃钻井液时所需要的时间较长，也需要较大的处理面积。

3.2.2生物反应法

生物反应法是将废弃钻井液与水混合将大部分污染物溶于水中，得到大部分溶解态污染物，微生物可以将这些污染物转化成为低毒性的中间产物(如有机酸和醛类等)[1]，最终将这些产物转化为H2O和CO2。生物反应法有其特有的优点，例如处理效率高、占地面积小等；但同时也具有处理工艺较复杂、成本高、耗能大等缺点，处理过程产生的挥发性有机物需要二次处理，泥浆仍需脱水处理。

3.3植物-微生物联合修复方法

植物-微生物联合修复是利用土壤-植物-微生物组成复合体系来共同去除污染物的一种环境友好型修复技术。由于在修复过程的效率较高、不产生二次污染，而且其处理成本相对其他物理、化学修复方法较低，因此植物-微生物联合修复方法无论是在修复无机污染物还是有机污染物，都受到越来越多研究者的广泛关注。在植物生长时，其根部为微生物提供旺盛的生长和附着的场所，同时，植物根际分泌物会刺激细菌对污染物的转化作用；此外，微生物在旺盛生长加速土壤中污染物的去除和转化的同时，也能促进植物生长和对污染物的吸收[7]。但是，污染物种类繁多、理化性质差异较大、修复植物种类多种多样、微生物类群庞大以及污染土壤类型理化性质也各不相同，给修复植物的选择和微生物的筛选带来很大难度。并且修复过程较复杂，时间相对较长，会受到温度、营养等环境因素的限制，也同样加大修复的难度。

4　结　论

国外对废弃钻井液的无害化处理研究比我国稍早，而且处理技术、方法和经验较丰富，但近些年国家各科研院所和石油开采服务企业通过引进、消化和自主创新[8]，已在许多领域和油田应用了一系列比较成功的处理技术。从环境保护的角度出发，生物处置方法以及植物-微生物联合修复方法应作为废弃水基钻井液、钻屑生物修复无害化处理的首先，也是今后废弃钻井液无害化处置方法和处理工艺的研究方向。

环境保护是我国的一项基本国策，2015年国家新环境保护法的实施，更是进一步明确了国家对保持经济、环境同步可持续发展的战略目标。石油开采企业要履行好建设绿色油田的责任和使命，营造健康清洁的油田生产、生活环境，最大限度的贡献地区公司的经济价值和社会价值。同时，应尽快建立海上废弃钻井液处理排放的企业标准，规范废弃物排放，减少钻井废液、钻屑带来的环境污染，保护陆地及海洋环境。

[1]吴明霞.废弃水基钻井液环境影响及固化处理技术研究[D].大庆:东北石油大学，2012.

[2]刘宪斌,刘青.生物法修复废弃钻井泥浆和含油污泥的研究进展[J].环境污染与防治，2015，12(2):14-19.

[3]董娅玮.废弃钻井泥浆固化处理技术研究[D].西安：长安大学,2009.

[4]Mait K，Marcia M，Aleksander M. Characterization of oily sludge from a waste water treatment plant flocculation-flotation unit in a petroleum refinery and its treatment implications[J]. Journal of Material Cycles and Waste Management，2008,10(1):79-86.

[5]张淑侠.浅论钻井废泥浆对环境的危害及处理技术[J].安全与环境工程，2007(4):148-149.

[6]李建山.完钻井井场混合液固化处理技术研究[J].成都：西南石油大学，2006.

[7]何瑞兵.水基废弃钻井液无害化处理研究[D]. 成都：西南石油学院，2002.

[8]黄鸣宇. 废弃钻井液固化处理技术研[D]. 大庆：东北石油大学，2011.

Analysis of Disposal Method of Marine Waste Drilling Fluid Based on Harmless

ZENG Yan-bo

(Tianjin University of Science and Technology，CNOOC Energy Logistics Co., Ltd., Tianjin 300452, China)

In offshore oil exploitation of abandoned water-based drilling fluid composition and environmental hazards as the object of study, with reference to the domestic and international relevant standards and application of technology, the application status of disposal methods, biological disposal methods, plant-microbial remediation method technology was analyzed. From the perspective of environmental protection, biological remediation and disposal methods of plant microbe bioremediation should be used as drilling fluid harmless treatment of waste water base first. In addition, the state and oil exploitation enterprises should establish a drilling fluid treatment discharge standards, regulate waste emissions, to reduce environmental pollution caused by waste drilling fluid.

water base drilling fluid; harmless; treatment method; biological treatment; microorganism

曾彦波(1987-)，男，工程师，硕士(在读)，主要从事安全生产、环境保护、职业健康等管理工作。

TE992.2

A

1001-9677(2016)09-0149-03