水基钻井液处理

废水基钻井液的处理技术

摘要：废弃钻井液是油气田勘探开发作业过程中产生的废水，是油气田主要污染源之一。钻井废水富含了各种钻井液添加剂和石油类物质，其成分复杂，有机物浓度高﹑悬浮物浓度高，水质具有多变性，排放点分散，对生态环境造成的影响巨大。本文综述了目前水基钻井液废水的各种处理方法的利弊，并对其发展提出新的研究方向。

1. 钻井废水处理技术的现状

目前国内外的钻井废水处理技术方法大致相同，都以降低污染﹑节约成本或操作简便为目的，其主要技术有：物理处理技术﹑化学处理技术﹑生化处理技术﹑复合处理技术及其它新处理技术。

1.1 物理处理技术

1.1.1 直接排放法

钻井废水中有些低毒或无毒生物降解的成分，如水基钻井液的废弃物等，可以在满足环境保护要求的前提下，将其分散到酸性土壤中，以中和改良土壤，或者进行适度的深层掩埋封闭处理。将无毒或低毒的废弃物直接深埋入坑中（深度因地而宜），再覆盖一层粗石灰石作为屏障，覆土后上面可继续栽种植物。适度的深埋也是一项简单易行的处理方式，但前提是要对废弃物可能产生的影响进行评价[1]。

1.1.2 固化法

固化法是向钻井液废水中加入固化剂，使其转化为土壤或交接强度很大的固体，可就地填埋或者作为建筑材料。屈撑囤等[2]以水泥作为固化剂，对中原油田的含油污泥进行了固化处理，当固化块中水泥与污泥的质量比为2.0:1.0时，抗压强度可以达到16Mpa，当添加适量的外加剂后，强度可以达到20MPa以上，完全可以进行堆放或作为铺垫路基使用，且固化物浸出液的COD﹑含油量及有毒元素这三项指标都符合相应国标的要求。固化法具有处理费用低，可覆土还耕等优点，不足之处是固化处理过程中需要使用主凝剂﹑助凝剂﹑催化剂,处理较为复杂。

1.1.3 回收利用

脱水方法回收钻井液废水，主要采用的脱水方法是离心﹑水力旋转并辅以化学絮凝，回收的旧钻井液可重新用与井场的钻井，这也是钻井清洁生产技术的发展方向[3]。一般通过这种方法可以有效地减少钻井液的用量，但其缺点是废液处

理周期较长。 1.1.4 回注法

将具有严重污染又难以处理的钻井液废弃物通过井眼回注入安全地层或井眼的环形空间称为回注法，是一种花费较少而又普遍采用的方法。现在海上钻井多将废液用压裂液加压到足以将地层压裂的压力，将要处理的钻井废水注入非渗透性地层的裂缝中，撤消压力时周围地层中的裂缝自行关闭，这样可以防止地层中的废水发生迁移。高鹏[4]等对临南油田污泥浆进行回注处理，当污泥浆浓度为10%，注入压力为11Mpa，可以处理污泥浆150~200m3/天，完全能满足临南联合站全部产出污泥浆处理要求，同时在未加任何添加剂的情况下，污泥悬浮性很好，可以保证长时间连续注入。但回注法如果应用和管理不当,将会影响地下饮用水的质量，直接危害人类健康。

1.2 化学处理技术

1.2.1 Fenton试剂催化氧化法

Fenton氧化法广泛用于废水处理，具有处理效率高﹑操作简便﹑适用范围广等优点。马文臣[5]等研究用Fenton试剂催化氧化工艺处理聚磺体系钻井废水，最佳控制条件为：H202/Fe2+投量摩尔比为4，H202/初始COD摩尔比为3.6~4.5，pH值为2.5~5.5，反应时间在90min以上，处理后废水中COD去除率可达82%，色度去除率为98.5% 1.2.2 光氧化催化法

向废水中加入催化剂，并通入一定量的空气，置于光照下，此时水中的H+

与TiO2表面吸附的H2O发生反应生成HO·自由基HO·自由基具有极高的活性，能够氧化分解绝大多数的有机物。万里平[6]等以改性的膨润土负载TiO2-Ag2O复合催化剂处理钻井液废水和压裂液废水，在溶液的pH值为3﹑TiO2加量为0.4%(ω)﹑充气量为15L/min﹑光照时间为3h的最佳条件下，钻井液水和压裂液废水的COD去除率分别为70.3%和57.0%，且催化剂性能稳定，无二次污染，经高温活化后，可反复多次使用，处理成本低。 1.2.3 电絮凝浮选法

电絮凝浮选法是在废水中通入直流电，通过电化学反应，产生气泡和絮凝剂，絮凝剂携带着悬浮物质（油类，纤维，活性污泥等）并吸附微小气泡上浮，成为浮渣而被除去。油气田浮选处理技术多采用加压溶气或剪切气浮技术，通过浮选剂改善废液中悬浮物质接触角，在重力场中利用密度差实现污染物与水相的相对运动，达到污染物的去除的目的。该技术对石油类去除率可达90%以上，机械杂

质,悬浮物的去除率可达95%以上。

1.4 生物处理技术

废水生化处理技术可分为好氧生物处理法和厌氧生物处理方法两类。好氧生物处理法是在游离氧存在的条件下，以氧气做电子受体，利用微生物的新陈代谢实现污染物的降解。好氧微生物按微生物的生长状态可分为附着生长法和悬浮生长法，派生出了生物膜法和活性污泥法。厌氧生物处理方法是在无游离氧的条件下，以兼性细菌和厌氧菌降解有机物的生物处理方法。

生物处理技术具有运行费用低﹑不产生二次污染等优点，存在的主要问题是钻井废水成分复杂﹑水质变化大﹑可生化性差，使生物技术在钻井废水中的应用有一定的难度，还需进一步研究[7]。

1.5 复合处理技术

基于钻井废液成分的复杂性，单一的处理方法可能达不到无害化处理，常需要多种处理过程的结合，目前主要是物理﹑化学及生物中两种或三中方法的复合处理技术。如三步处理废弃钻井液：酸化中和﹑混凝沉降和深度处理。酸化中和处理过程可降低颗粒表面上的活性基团的水化能力，降低其电位ζ值(绝对值)。破坏胶体粒子在废水中的稳定性，废水中的胶体粒子易于脱稳沉降除去。混凝剂视不同的废水组分使用，一般无机混凝剂与聚丙烯酰胺系列有机絮凝剂的效果较好[8]。深度处理一般是采用活性炭吸附﹑液膜处理或化学氧化等

1.6 喷雾干燥技术

喷雾干燥是使液态的物料喷雾由喷雾状进入高温塔内，塔温由钻井机每天产生大量的柴油机尾气（500~600℃）提供，从而高温使液体瞬间变为气态，而液体中的固相颗粒沉积下来的过程。喷雾干燥技术已在化学﹑食品﹑医药﹑水泥﹑冶金等工业行业广泛应用[9]。

喷雾干燥技术由柴油机尾气的余热处理钻井液废水特点如下：

(1) 喷雾干燥属于物理过程，其处理效果与泥浆成分和浓度无关，工艺的可靠性

高，且不需要额外供应原料，运行费用低。

(2) 钻井液经过高温烟气的干燥可以达到灭菌的效果，气化的液体若冷却回收，

其色度﹑pH﹑COD都有所改善。

(3) 喷雾干燥过程中尾气与废液直接接触传热，传热效率极高，热损失很少，控

制简单，减掉了传统方法中分离废水再净化的过程，并且操作设备也简单。

(4) 处理的废液转化为水蒸气和一些易挥发性的气体，可在低温烟气口设置活性

炭吸附部分有害的气体，但仍需要对排出气进一步处理，这也是此法的不足之处。

2. 钻井废水处理技术所存在问题

通过调研文献，钻井废液的物理﹑化学及生物处理技术的缺点有：物理处理技术主要是利用旋转技术，通过离心作用将废弃钻井液中的悬浮物分离出来，或是将钻井液直接固化和回注等，此方法虽然操作简单，但分离效率低还存在一定安全隐患。化学法和物理化学法虽然处理效果较好，但需要消耗大量的化学试剂，这些试剂还可能对环境造成污染，此外在筛选研制合适的混凝剂﹑絮凝剂以及处理工艺在设备﹑可操作性上等都存在较多问题。生物处理技术具有明显的环境友好性，可选用的生物资源丰富，但由于钻井废液成分的复杂，可生化性差，使生物技术应用受到一定限制。

废弃钻井液处理面临的问题主要是因为废水中的COD值﹑色度达标率低，这主要是因为废弃钻井液的组成太复杂。由于钻井的过程中需要添加多种处理剂及更换钻井液体系等，使得钻井废液的成分越来越复杂，污染物的浓度越来越高，处理的难度加大[7]。

3. 钻井废水处理技术研究方向

(1) 加强对废弃钻井液处理剂的研究

鉴于不同地区不同油田钻井废液成分的不同及复杂性，急需开发新型的废弃钻井液处理剂，使之对各油田具有普遍适用性，高效性﹑清洁无害性等。 (2) 加强对废弃钻井液处理方法的研究

目前的处理方法都只是针对某特殊的废弃钻井液，难以满足不断变化的废弃钻井液的处理要求。需要开发一套完整的系列处理方法，使之具有普遍的适用性。 (3) 加强废弃钻井液处理工艺的研究

随着废弃钻井液成分的复杂，现有的工艺技术消耗的资源大，需要开发新的工艺技术，以更低的能源消耗创造出较好的经济效益和环境效益。如喷雾干燥技术利用柴油机废气产生的热来实现固液分离，其操作简单﹑节约资源﹑分离彻底还具有一定杀菌性。 参考文献

[1] 彭娟华. 钻井废水可生化性研究及处理技术探索[D].中国科学院研究生院，2007, 5. [2] 屈撑囤,冯吉利,刘晓娟.固化法处理含油污泥的室内研究[J].环境科学与技

术,2005,28(9):69~70.

[3] Tuomas.G.Effective use of water in a ystem for water driven hammer drilling[J].Tunnelling and Underground Space Teehnology,2004,19(l):69~78.

[4] 高鹏,郭东华,张伟.临南油田污泥浆回注处理研究[J].油气田环境保护，2005,15(1):24~25.

[5] 马文臣,刘宜利,徐世杰等.催化氧化法在钻井废水处理中的应用[J].油气田环境保护,2004,11(l):15~16.

[6] 万里平,孟英峰,赵立志.油田作业废水光催化氧化降解研究[J].石油与天然气化工,2004,33(4):290~292.

[7] 徐辉. 井场废弃钻井液无害化处理研究[D].西南石油大学环境工程学院,2006,4. [8] 赵立志,杜国勇,冯英等.水处理中的无机混凝剂与有机絮凝剂的协同作用[J].化工时刊,2005,19(l):21~25.

[9] 唐晓东,催赢贤,等.钻机废水处理新工艺的研究与评价[B].工业水处理，2008,28(12):1~3.