石油钻井环境保护技术综述

总第７６期　西部探矿工程　ｓｅ￣ｅｓＮｏ．７６　２００２年第３期　ＷＥＳＴ—ＣＨＩＮＡ　ＥＸＰＬＯＲＡ　ＦＩＯＮ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｍａｖ　２００２　文章编号：１００４　５７１６（２００２）０３　１３２　０３　中图分类号：ＴＥ９９２，３文献标识码：Ｂ　・环境保护与地质灾害治理工程・　石油钻井环境保护技术综述　蔡利山．刘四海，郭才轩　（新星心置石油钻井研究所．　末德州２５３００５）　摘要：从总体上概括了陆上石油钻井虚弃物所采用的各种处理方法，比较了各种方案的优越性，对夸后石油钻井废弃　物的无害化处理方向提出了可行性建议　关键词：环境保护；钻井废弃物；无毒处理：固液分离；目牛匕　在钻井作业中．钻井渡是保证工程顺利进行不可缺步的生　开展了钻井废弃物环境安全排放的处理技术研究，取得了大量　产物质，一口井的钻井作业完成　后，存留于作业现场的废弃物　实验数据及详实的调查资料，井推出了相关的处理工艺，一些处　绝大多数是废弃的钻井液。由于石油钻井的野外作业特征，施工　理工艺在现场进行了试验。但由于缺乏专用处理设备，室内研究　现场所有的废弃物几乎全部排放积存于废浆储存池内，这使得　开发的处理技术难于在现场实施，大部分处理技术是以一些代　最终的钻井废弃物中的有害成份复杂化。但由于除外排废弃钻　用设备完成的，导致处理效果与预期值相差较大。尽管环保技术　井渡（固相）外，其他各种工业废弃物的排放数量非常有限，因此一　是项发展前景特别看好的行业，但在目前的经济发展水平及　废弃物的环境安全性主要取决于外排的废弃钻井液。　环保法规执行力度制约下，花费大量资金去开发废弃物处理专　为了减少钻井废弃物对环境安全的影响，技术界除采用各　用设备的方案并不被企业界人士看好，从长远看ｔ这种现状必将　种低毒或无毒钻井液体系外，还千方百计的开发各种钻井废弃　影响钻井废弃物的环境安全处理工作。　物的环境可接受处理技术，但就总体水平而言还比较低，在该领　１．３钻井液处理剂　域的技术前景十分广阔。　国内陆上钻井工程绝大多数采用泼水基钻井液，作业中产　１我国石油钻井环境保护现状　生的废弃物其毒性主要取决于钻井液维护处理时所使用的处理　石油钻井作业是整个油气田勘探开发系统工程中的一个子　剂　近年来由于环保呼声越来越高，一些毒性较大的处理剂相继　工程，与系统中其它各项工程相比．外排废弃物中的各种有害戚　被停止使用．代之　毒性低、易生物降解的有机高分子合成材料，　份含量变化较大，且受地点、钻井液使用情况、钻井生产过程中其　使得水基钻井液的毒性降低，生物毒性实验证实，典型的水基聚　它外排物等因素影响较大。由于政府执行环保法规的力度日益　合物钻井液其ＬＣＳ０值一般在１０　～１０　ｒｎｇ几，部分甚至＞ｌ０。　加大，许多生产部门对钻井作业中产生的废弃物纷纷制订了相　ｍｇ／Ｉ　，基本属于低毒或无毒范围，这样的废钻井液可以直接排　应的处理措施，条件较好的单位已成功的实施了钻井废弃物的　放。美国德克萨斯大学与一些石油公司合作对废水基钻井液的　环境安全处理。但大多数生产部门对于钻井废弃物的处理尚停　毒性进行了调查，结论是所有的淡水基泥浆都是相对无毒的，环　留在自然堆放阶段．造成这种现状的原因主要有：　保部门据此制订了具体的排放标准。我国尚未系统开展这方面　１．１环保管理条例的制订与执行　的评价工作，如果这项工作完成以后，被评定为低毒或无毒的钻　不同地区对于环保管理条例的制订与执行水平相差较大．　井液废弃物在进行简单的鉴定之后可直接排放，可大大减少淡　例如．我国东部发达地区与西部欠发达地区在环保的重视程度　水基废钻井液的环保处理工作量，节约大量资金与作业时间　上有很大差别，在西部地区可行的排放方案在东部地区不能实　２国内钻井废弃处理方式简介　行：即使是东部发达地区，由于地方政府执行环保条例力度不　钻井现场所排放的废弃物主要是外排水和废钻井液，因此　一，相当一部分钻井废弃物在付与当地环保部门　定数额的赔　处理方法的选择亦主要针对这两种存在状态下的废弃物。　款后即就地排放。造成这种处理方式的原因固然很多，但其中主　２．１钻井废水的处理　要的一点是生产单位由于＝无法得到经济、有效的处理技术而采　钻井废水的环境安全处理现阶段国内相关部门主要采取化　取的一种折衷手段，况且赔付款额不是很高，施工单位认为支付　学脱稳机械分离相结合的处理方式。这种方式亦是水处理界　排放费用与进行环保处理相比，简单、方便且经济上亦可承担　的一种传统的处理手段　化学脱稳所用药剂主要有高价金属盐　１．２缺乏配套的处理技术　如ＡＩ２（ｓ（　）３、ＦｅＣＩ３、Ａ【ｃｂ、铵明矾、Ｆ　（ＳＯ，）ａ、ＦｅＳＯ，等ｔ近年　实际上国内各油田及一些相关的研究部门最早从２０世纪　来　水处理界又推出了人工合成的无机大分子聚合金属盐如　８ｏ年代中期即开展了石油与天然气勘探开采环境保护研究工　ＰＡＣ（聚合氯化铝）、ＰＦＳ（聚合硫酸铁）、ＰＡＳ（聚硫酸铝）用于民　作，例如辽河，胜利、江汉、江苏、中原等油田在研究基础上－已经　用供水的净化处理，但尚未见到将其用于钻井废水处理的报道。　进行了部分现场工作　中国石油大学（北京）、中科院生态环境研　与混凝脱稳材料相配台的高分子絮凝剂（一此手册或技术　究中心、中国新垦石油公司石油钻井研究所等研究部门亦广泛　书籍中也称其为高分子助凝剂）主要有聚丙烯酰胺类产品（其中　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００２年　第３期　蔡利山，刘四海，郭才轩：石油钻井环境保护技术综述　１３３　又包括阳离子、阴离子、两性离子三种类型）　由于全球性的水资　田广泛采用此法进行废弃物的处理。　（４）固化。即在废泥浆中加入部分固化材料．使呈流体或半　源持续馈乏，世界各国均十分关注工业废水的净化回用处理技　术，因此近年来人工合成有机高分子净水剂发展较快，国内同行　业陆续推出了聚合硫脲、水溶性苯胺树脂、ＰＳＳ（聚苯乙烯磺酸　盐）、水溶性脲醛树脂、聚氧化乙烯聚合物等有机大分子净水剂，　但钻井废水的处理大多采用阴离子或非离子型的聚丙烯酰胺，　其余有机大分子材料的使用未见报道，除价格因素外，产品的市　场占有率低也是一个原因，　钻井废水的处理通常是先以混凝剂破坏水体的胶体稳定性　（脱稳），再投加高分子絮凝材料，利用大分子链的吸附、缠绕、架　流体状的废泥浆转变为近似土壤的固体物。这种方法国内采用　较多，适用于油含量－￣５００００ｍｇ／Ｌ．盐含量＜２００００ｍｇ／Ｌ的废泥　浆　固化剂大多以水硬性材料为主，国内已有成型产品，比较有　代表性的是川西南矿区有关部门的技术人员研制开发的固化剂　ＧＨ　１　中国新星石油公可石油钻井研究所的科研人员新近又　推出一种固化效率更高、成本较低的废泥浆固化剂Ｈｌ｝一１，经该　种固化剂处理的泥浆在２ｈ以后即开始产生强度，比较适合于进　行快速固化作业。中原、辽河等油田采用固化方法处理废弃泥　桥、网捕作用使细小的固相物转变而为较大的固体团块，使其彻　底失去动力稳定性而沉淀，实现固液分离。按照传统的水处理工　艺．固相部分须经机械设备进一步脱水处理后排放。在利用机械　设备配合化学混凝处理钻井废水方面，国内部分单位进行了研　究攻关．并加工了相应的设备，如中国新星石油公司华东局六普　于２０世纪８０年代中期试制成功了ｚｗ　８型钻井污水处理机；　中科院生态环境研究中心与油田合作研制的小型高教钻井污水　处理机；江苏油田与江汉石油钻采研究所合作研制的大长径比　连续蛤药式污水处理机等　塔里木油田也在积极进行此项技术　的开发与完善，但国内尚未见到钻井生产单位广泛使用类似设　备进行钻井污永达标排放处理的报道　２　２废弃钻井液的处理　就目前的情况而言，对废弃钻井液进行环境安全处理在技　术上已不存在问题，主要难点是如何进行现场施工操作　由于国　内尚未开发出相关的专用设备．因此在进行这种作业时，施工操　作极不规范　由于钻井废泥浆往往和外排污水同蔷一池，其处理　难度要远远大于钻井废水。经验表明，在无专业设备的情况下对　废泥浆进行固液分离极其困难，实际上几乎不可能，但这一步叉　是废泥浆处理技术的核心，这正是废泥浆处理难度较大的根本　原因　为了既照顾到环境安全的要求，又能比较经济的处理施工　现场的废弃物．国内相关行业的技术人员一般采取以下几种手　段进行处理　（１）坑内填埋。这是一种比较原始的处理方法，主要适用于　一般的淡水基钻井液。这种废弃物中的大部分有害指标均低于　排放标准，可直接排入环境。通常的作法是完井后将盛放废浆｛疫　的储存坑以挖坑时产生的土方填平恢复原状，盐基和油基钻井　液废弃物严禁采用这种方法，实际上当钻井液中ｃ１一含量＞　５０００ｍｇ．／Ｌ时即不宜采用此法处理。　（２）注入安垒地层。以废弃的油井或专用井作为注入井，选　择压裂梯度较低，封闭性较好，不会引起产层或地下水层污染的　地层作注入层，利用泵及井口装置将废弃钻井液注入地层。这种　方法对设备的要求比较高，且受注入地层的限制，不能被普遍采　用　我国新星石油公司华东局六普曾试用该法处理废弃钻井液。　（３）坑内密封　此法实质是一种有条件的回填处理＝具体　操作步骤是要构建好储存坑后即在坑四周铺一层０．５～ｃ　７ｍｒｎ　厚的聚乙烯塑料封闭层，为了增强封闭层的强度，外包一层编织　衬层．以防封闭层破漏＝生产时产生的废弃物直接排人坑内，完　井后将封闭层包严实．上覆土壤恢复原状。必要时可对外排废弃　物进行适当的处理．如固化、固液分离后再进行封闭。这种方法　适用于毒性较大的泥浆，如盐基和油基泥浆废弃物。国内中原油　浆，取得了较好的效果，其中中原油田将该法与封闭包裹法相结　台，收到的环保效益更加显著　（５）再循环使用。当井与井之间的距离比较近时，可将上一　口井完井后排放的泥浆用于下一口井的钻井生产。这种方法可　碱小废钻井液外排，降低钻井液使用成本。该法常用于进行规模　开采的油田中，井位比较分散的油田不能采用。　（６）回收采用。即采用专门工艺对废钻井液进行处理，回收　其中的有用成份供再利用。如脱水、焚烧、喷雾干燥等，川局的科　研人员曾试验用热力法处理并分离废钻井液固相成份．分离出　的有用固相可用于配制新的钻井液，但由于成本高、工艺复杂，无　法推广应用。国外（如俄罗斯）也有过类似的处理尝试，亦开发出　了专门设备，但由于燃料费用较高，亦停留于研究试验阶段　３国外钻井废弃物的处理方法　由于世界各国对工业废弃物给环境带来的负面影响所持重　视程度不同，因此在环境管理和限制标准上也不相同，加之石油　天然气的生产是在一种非常广阔的开放式地域进行，不同地区　对废弃物的安全接受标准大相径庭．因此处理方法、技术标准也　相差较大．此处仅就一些被行业及大多数人认同的方法作一介　绍。　３．１填埋　这种方法必须要考虑到填埋复原的储存坑地带对植物生长　的影响。事实表明不恰当的填埋会长期影响植物的生长。此外　考虑到废泥浆中水份的渗透、迁移等自然作用，在构建废浆储存　坑时应添加封闭衬层，美国在这方面制订有专门的技术规范。　３．２固化　相对而言，将废弃泥浆固化是一种比较容易操作的工艺，且　处理效果也比较好，常用的固化剂首选亦是水硬材料，石灰、石　膏　矿渣、磷石膏、双过磷酸钙等也被作为固化材料使用。根据情　况也有用有机材料作固化剂，如沥青、合成树脂类等，但使用最多　的还是无机类固化剂，主要原因是有机固化剂不但成本较高，而　且易对环境引起二次污染。　３．３土地耕作　这种处理方法在国外使用已有多年，但各国对此法的合理　性所持志度不同。美国限制使用这种方法，个别州则安全禁用，　加拿大艾尔伯塔政府和土地管理部门对这种方法删持肯定态　度，主张在可能情况下优先采用本法，但前提条件是被处理的废　泥浆必须是淡水基泥浆。对于施加数量各国也有不同规定，如美　国俄克拉荷玛州规定施放到土壤中的废弃泥浆盐量≤６７０ｇ／ｍ￣，　而加拿大的艾尔伯塔要求施放物中ａ一含量≤４５ｇ／ｍ２。　３．４注入安全地层或环形空间　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｍａｙ　２Ｃ０２　西部探矿工程　Ｎｏ．３　选种方法在各困都受到限制，原因是使用不当极易造成地　报道，但从近年来各单位的施工设计中可以发现，为我国石油钻　井立下汗马功劳、被钻井液界视为　王牌”稀释剂的ＦＣＬＳ已悄然　下水或油气储层的污染．使用时必须要有严格的申请、审查和批　准步骤。据介绍．本法最大的好处是成本低．仅及其它成本的几　丹之一．且不留后患　美围一些石油公司在使用奉法时在现场配　备有膳碎设备，这样可将现场所有的废弃物经磨碎处理后一并　注人地下，干净利落　３．５闭台回路系统　退出臣达近半十世纪的历史舞台．不少施工部门明令禁止使用　这种处理剂．原因是ＦＸ３ＬＳ中的金属铬会对自然环境形成长期毒　害，薛可在生物体内积累，直接影响生命的代谢活动。　５如何有效开展石油钻采行业环境保护　环保是一项社会化工程．一般无法看到短期效益．这是开展　此项工作面临的最夫障碍　从广义上讲，对钻井废弃物进行处理　是为了得到环境安全效益，对于旌工部门一钻井队而言，则要求　这种系统配备有高敛率的固控设备，在严格的使用管理手　段下，钻进时无流体壮的废弃物排放．只排放一　定数量的湿固相，　町用于陆地、海洋　及几乎所有非气态舟散相的钻井液体系。排　通过环保技术获取直接的经济利益，市场经挤条件下，没有谁愿　放的湿固相可　就地掩埋、土地稀释、铺路．填疗或集中处理．液　相部分则回收再利用．既降低了泥浆处理赞用．叉节约了宝贵的　水资捧　２ｃ世纪８　年代末美国一些石油公司对闭合回路系统　的经济性专门进行ｒ评价．证明其在经济上是台算的　３．６特殊处理方法　包括商含盐、高古油娄钻井液废弃物的处理。盐基、油基泥　浆由于采用常规的处理手段【如填理、固化等玎匣难达到环保要　求．必须采取专门的处理措施。对ｌｆ环保要求比较严格的地区．　这两种类型的外排物应进行清洗脱盐、除油后方可排人环境．对　于盐基泥浆废弃物，有资毕斗介绍加拿大某公司利用一种嗜盐的　微生物去除盐类物质．经处理后的废弃物浸出水中　含量＜　２Ｃ￣ｍｇ／Ｉ　。　对于含油泥浆废弃物．　般采用以下手段进行娃理：　（１）利用微生物使油娄物质降解．达到环保要求；　（２）焚烧。对于高台油的废物一般采用此法，但要注意焚烧　时不污染大气，焚烧后的残渣可以就地填埋：　（３１蒸馏、革取、化学处理　欧洲部分石油公司曾试用此法　进行油基废弃物的处理．分离的油相部分可＿口ｌ收利用．固相部分　含油达标后就地处理　３．７固液分离技术　这是钻井废弃物处理时必须要用到的一项技术．实际上钻　井废弃物如果真正实现了固液分离，接下来的处理工作将娈得　非常容易，国外对固液分离机械以及用于强化分离的化学药剂　均进行过评价，证明在台理的技术条件Ｆ，可在固液分离的同时　把废泥浆中的有害成份转化为危害性较小的无害物质。　为了使固液分离技术更容易在现场实施，美国一些公司　十制作了可移动式固液分离设备．如Ｎｅｗｐａｒｋ公司研制的固液　分离装置可以处理包括稠泥浆在内的钻井废弃物，装置以摸块　形式组台，可根据要求对分离出水进行不同程度的处理，适合于　流动性大的野外钻井作业　４钻井废弃物处理发展方向　从本质上讲，话井液的毒性主要取决于钻井生产时向锘井　液中添加的各种化学处理剂的毒性．因此．发展低毒或相对无毒　的钻井液体系已成了钻井液技术界的共识。国外一些公司首先　开发了酯基钻井液体系并成功的用其代替ｒ油基泥浆．这种体　系最早由ｓｔａｔｏｉｌ公司在北海、挪威等海域使用　环保部门的监　测结果表明．这种有机体系废弃物不会对海水形成污染．可直接　排放．稍后开发的可代替油基泥浆的有机体系有醚基钻井渡和　聚ａ烯烃基（ＰＡ（）　钻井液体系．国内尚未见到有美技术开发的　意只讲投八而不讲回报。因此开展环保工作必须首先考虑经挤　因素．就目前的行业进展情况看，有必要开展下面的一些工作。　（１）变束端处理为主动处理．大力进行清洁生产。目前国内　石油钻井行业的废弃物处理Ｊ　佧一般是在钻井工程结束后进　行．由于各种客观因素的制约．处理工作往往不彻底，因此，积极　探索适合国情的即时处理技术有着很好的发展前景。　（２）组织科研人员对外排的钻井废弃物进行系统的普查，确　定低毒或无毒的废弃物种类．对于这部分废弃物在得到地方环　保部门的认可后可以直接排放或借鉴国外作法将其进行土壤稀　释．实际上水基钻井液中含有的各种有机物、阳离子Ｃａ－＂一、Ｍ　等均町改善±壤质量，有利于植物的生长　国内应该积极开展这　方面的评价工作，为钻井废弃物的处理提供一条便利途径。　（３）从长远看，石油钻栗工业环境保护工作必须走产业化发　展道路　将环境治理工作依附于钻采行业本身会极大的制约环　保技术的发展．条件成熟时，组建一只从检测到技术服务的专业　化队伍．有利于环保工作最终走向规范化　（４　将废弃物进行资源化管理是一种方向，但制约因素太　多．尤其在经济上不划算（最起码在现阶段），不宜进行过大的投　入．如果客观条件允许．这是一种最好的处理方案。　Ｌ　）积极开发低毒或无毒的钻井液处理剂，使得外排钻井废　弃物最终向无毒化方向发展　参考文献　ｉ　谢建文．钻　废韧的环境安仝处理方法Ｄ］．　外神气科技　１９９３，３　２：倪幸ｆ英废钻片液处理方法炷实，日技术１］］油气田环境保护・１９９２　１　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒ￣ｌａｉｌ　ｌｈｍｔｅｅｔｉ￣ｏｆ　Ｐ￣ｒｏｌｅａｍ　ｍ－ａｔｍｇ　Ｃ＇ＡＩ【　ｉ－ｓｈａｎ．１．ＩＥ　Ｓｒ　ｈ１．ＧＵＯ　Ｃａ　ｕａｎ　（　￡ｍ￡　。ｒ　Ｄｒｉｌｌｉｎｇ，Ｘｉｎ　ｒ　ｆ　Ｃｏｗｌｐａｎｙ，Ｓｈａｎｄｏｎ，，Ｄｅｚｈｏｕ　％　Ｕ５：　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｍ　（　ｓ　０』ｔ　ａｔｍｃｎｔ　ｏｆ　ｒｅｔｒｍｉｎｓ　ｏｆ　ｏｎ—ｌａｎｄ　ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ａ　ｇｏｎｅｒａｌｌｙ　ｕｍｍａｒｉｚｅｄ｛ｏｒ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ。ｆ　ｔｈｅｉｒ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ．Ｆｅａｓｉｂｌｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｃ　ｔｈｕｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗ＇￣ｒｄ　｛ｕｔｕｒ￣一ｄａｍａｇｅ＂ｅａｔｍｅｍ　ｏｆ　ｒｅｍａｉｎｓ　ｏｆ　ｔ】ｎ　ｒｏｌ￣ｕｍ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　Ｋｅｖ　ｗｏｒｄｓ：ｅｔｌＹｉｒｏｔｍａｅｎｔａ［ｐ　ｃｅ　ｔ１０　；ｄ￣ｉＬｌｉｎｇ　ｒｅｍａｉｎｓ；ｎｏｎｅ—ｄａｍａｇｅ　ｔ　ｒｅａｒ　ｍｅｎ　：．￣ｌｉｄ一１ｉｑｕｌｄ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ．ｓ￣ｌｌｉｄｉｆｉｅａｔｉｏｎ