油基钻屑无害化治理技术研究进展

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[摘 要]油基钻屑作为含油污泥中的一种被列入国家危险废弃物名录，随钻新环保法的实施，其无害化治理技术严重制约了油基钻井液的推广应用，本文从国内外含油污泥治理技术介绍出发，综述了油基钻屑无害化治理技术研究进展，为国内油基钻屑治理工业化发展提供了参考。

[关键词]油基钻屑、无害化、清洗、生物处理、热解吸

中图分类号：X741 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0126-02

油基钻井液具有良好的、抑制、防塌、抗温及油气层保护性能，是深井、复杂井和页岩油气等特殊井最佳的钻井液体系，目前在国内重庆页岩气和塔里木山前构造钻井中全面推广应用，2015年在新疆油田南缘霍101井中试用，再次证明了其减少工程复杂事故，提高机械钻速、降低综合成本的技术优势。然而，油基钻屑作为含油污泥早被列入《国家危险废物名录》，随着新环保法的实施，油基钻屑无害化治理成为制约油基钻井液技术应用和推广的主要因素。从环境和资源保护的角度出发，都必须采取高效经济的技术将油基钻屑无害化、资源化治理。

1 含油污泥治理技术简介

1.1 含油污泥固化技术

固化技术是在含油污泥中加入一定组分的固化剂，使其发生一些稳定的、不可逆的物理化学反应，固化其中的部分水分和有毒物质，并使其有一定强度，以便堆放、储存和后续处理。固化剂的作用是将含油污泥中的有害物质（污油等）固定或封闭在惰性物质中，大幅降低有害物质的渗透性和溶出率。国内某油泥固化项目可将油泥含油率从未固化时40000mg/L降至0.4mg/L，并且除pH稍大于国家标准外，浸出液中悬浮物、COD、硫化物等含量都能满足国家工业废水排放标准的要求。

1.2 生物处理技术

对于某些经过石油提取处理的剩余含油污泥，部分微生物可以讲其中的石油和有机物降解，最终转化为无害的CO2、H2O等，同时增加如图腐殖质的含量，其机理为生物降解或生物絮凝，处理方式包括堆肥法、土壤耕作法等。国外试验表明[1]：链烷烃降解率100%，姥鲛烷63%，植烷46%。

生物处理技术操作方便，作用持久，无二次污染，处理成本低。但存在选择微生物菌种和载体困难，处理周期长，占地面积大，对环烷烃、芳烃、杂环类处理效果差，对高含油污泥难适应等问题。

1.3 焚烧处理技术

焚烧处理技术是含油污泥处理的常用技术，在外国应用较广泛。法国、德国的石化企业将含油污泥焚烧后的灰渣用于修路或填埋，焚烧产生的热量用于供热发电。

焚烧技术适用于各种成分的含油污泥的处理，处理彻底，是一种较好的污泥无害化和减量化处理方式。但该方法成本和操作费用较高，含油污泥中的大量石油资源被浪费，焚烧产生的热量不能充分利用，且焚烧产生的SO2、CO及粉尘会对空气造成严重污染。

1.4 热处理技术

1.4.1热洗涤法

热洗涤法是美国、英国、荷兰、加拿大等国家广泛采用的含油污泥处理办法。将含油污泥用70℃的热碱水和洗涤剂反复洗涤，在一定的条件下，可将含油率为30%的含油污泥洗至残油率为0.3%以下，处理后污泥可进行安全填埋或铺设道路。

1.4.2热解吸技术

热解吸技术是利用全封闭式减压循环系统，外部提供热量，将含油污泥加热到一定温度，使烃类物质解吸并冷凝回收烃类物质的方法，固体残渣可以用于工程建设。通常，热处理工艺中会加入合适的催化剂和添加剂来缩短反应时间，降低反应温度，提高液体产品质量，减少固体残渣含量等。热处理技术效果较好，高能耗、小型处理不经济。

1.4.3过热蒸汽喷射处理技术

过热蒸汽喷射处理技术主要工作原理是采用高温蒸汽（可达600℃）经喷嘴以高速喷出，与污泥颗粒正面碰撞，在高温加速所产生的能量作用下，将油泥中所吸附或包含的油份（可汽化有机物）和水份汽化，蒸汽冷却后实现固液分离和油水分离。油泥中可汽化有机物大部分被除掉，残渣含油率可达1%以内，含水率可达10%以内，彻底干化减量，该技术为国家鼓励发展的环境保护技术。目前，该技术在国内部分炼化厂应用。

1.5 萃取法

1.5.1溶剂萃取法

该技术采用乙酸乙酯、氯代烃、已烷等低沸点的有机溶剂将含油污泥中的油类溶解萃取出来，萃取液经闪蒸后冷凝回收，有机溶剂重复利用。

1.5.2超临界流体抽提法

该技术是将含油污泥与超临界流体（如二氧化碳、丙烷）混合，油类被萃取到超临界流体中，溶剂经减压后回用，萃取的油回收再利用。

当然，含油污泥处理还有一些其他的技术，如用于注水井调剖等，但就其工业规模以上的油泥无害化处理及石油回收利用来说，上述技术应用更为广泛和适用。

2 油基钻屑无害化治理技术研究进展

2.1 化学清洗分离

2.1.1固化处理

通过化学热洗―析油―离心处理实现，通过无害化处理剂、凝结剂、促凝剂和吸附剂、破乳洗涤剂等处理剂实现，谢水祥，蒋官澄等[2]在钻屑中加入无害化处理剂：3%破胶剂A、1.5%吸附剂B和9%凝结剂C，使油基钻屑中有害物质得到控制，用于铺设井场和道路；胡友林等[3]对江汉油田钻屑加入15%固化剂GHJ3固化96xh后，固化物紧密度达到Ⅳ级，固化后的钻屑浸泡7d后，浸出液均达到GB8978-1996二级标准。刘宇程，徐俊忠等[4]通过室内优化固化配方为：水泥和粉煤灰加量分别为12.5%，激活剂SG加量1.5%，促凝剂LSL加量为1.5%，石灰加量为1%，浸出液达到GB8978-1996一级标准，固化成本为100元/m3。

2.1.2超临界流体抽提法[1][5]

1984年，Eppiget等用丙烷、氟利昂和二氧化碳从无机物质中分离有机物，在北海油田小规模应用，发现除油率可达98%以上。加拿大Alberta大学的S.E.GuiGard等研究了用二氧化碳超临界萃取废弃油基钻井液和合成基钻井液中的油，萃取率高达98%。

2.1.3除油剂―闪蒸回收

长江大学的魏平方等人[5]2005年提出了该方法，在钻屑中加入除油剂，利用相同离子易析出的机理，使盐类电离平衡逆向移动，生产析出盐类，达到脱盐提纯，但该技术目前除油率有待提高。

2.1.4超声波除油

通过一系列的超声波清洗和搅拌清洗油基钻屑，超声空化、声流、微射流以及超声波自身振动引起的机械搅拌作用，对油基钻屑表面油污清洗。夏家祥、刘宇程等[6] 采用声化破乳―离心分离技术在加热20min，破乳剂加量200mg/L，加热温度70℃，超声时间9min、离心机转速8000r/min和离心时间10min条件下，脱油率达81.78%。

2.1.5表面活性剂清洗

鄢捷年等[7]选用ABS或ABSN，搅拌15min，油基岩屑处理方案为：淡水+0.5%ABS或海水+0.5%ABSN+0.1%三聚磷酸钠，可将含油量降低至2%以下。邓皓，谢水祥等[14]制了一种高效除油剂HBS-6，在阴离子、非离子表面活性剂、溶剂和软水剂等组分协调作用下，利用强化分离设备，钻屑除油率达90%。

2.1.6微乳液清洗

微乳液体系中油/水界面张力在最佳中相时可达10-2―10-5mN/m，可以与油水混溶。英国石油公司下属的化学公司研制出的一种超级润湿清洗剂，能够润湿油基钻屑表面，把油置换出来，且不发生混合和乳化，在固液分离后的也相中，油和清洗剂是两相分离的，试验表明清洗剂可以是含油钻屑含油量从20%降低至5%。位华等[8]研究认为微乳液清洗剂的最佳配方为V白油：VSJ：VHYW：V水=1：4：1.3：2，研发的SJ微乳清洗剂基油回收率>80%，清洗后钻屑含油率

2.1.7水射流除油技术

王勇，鄢捷年等[9]提出了通过泵对清水进行加压，使得清水到达喷嘴时获得较大的喷射力，在通过喷嘴结构，将流速较低的并且具有很高压力的水，转化成流速较高的具有低压力的水射流，利用其源源不断的强大的冲击力将物体表面的污染物除掉，达到清洗的目的。实验表面：最佳处理工艺：泵压0.4MPa，流量271L/min，喷嘴类型40°实心锥形喷嘴，喷射时间20s，高度110mm。除油率95.76%，处理后钻屑含油量1.32%。

2.2 热处理技术

2.2.1热解吸技术[10]

20世纪90年代英国Amoco石油公司最早使用高温热处理就地处理含油钻屑，将含油钻屑放入圆柱形旋转蒸馏装置中，加热至大部分液体的蒸发点，使油水蒸发并进行冷凝收集，剩余钻屑含油量达到海洋排放标准。哈里伯顿、英国石油公司等国外公司2000年以前已经建立了工业运行装置。

2.2.2摩擦热解吸[5]

传统的热解析技术工艺通常采用线圈加热，系统能耗大，哈里伯顿A.J.Murray等在哈萨克斯坦Koshken地区油田采用了摩擦热解吸系统，热量来源于激烈搅动过程中物质间摩擦力，主系统将含油钻屑放入有叶片的旋转装置中，转子快速转动，当温度达到260-300℃，油水挥发，固体干燥，含油率低于1%，油水回收率达92.4%。

2.2.3焚烧

含油钻屑焚烧多利用特殊锅炉将水煤浆与含油钻屑混合燃烧，通过流化床处理、延期处理系统及粉尘回收系统将含油钻屑含油率降低至0.5%以下，柴油的热值为46.04MJ/kg，柴油的热值为43.2MJ/kg[11]，焚烧温度1000℃以上，焚烧时间30min，霍101井现场采用小型回转炉焚烧。

2.3 生物处理技术

Claude-Henri等[1]在印度尼西亚的热带条件下，温度29℃，土壤湿度15.61%，365天降解结果75%的碳氢化合物得到降解，其中链烷烃96%，支链烷烃87%。

单海霞，何焕杰等[12]收集了3中石油降解菌，通过对影响降解率的各种因素进行考察，得出优化条件：PH7―8，菌种接入量为0.005%，表面活性剂加量为0.08%，电子受体加量为1.2%，最适氮源为硝酸铵，磷源为磷酸二氢钾，加量均为0.1%，降解180d（每7d翻耕，30d补菌），钻屑含油量从134.7g/kg降低至34.6g/kg，除油率>74%。

李学庆，杨金荣等[13]开发了一种机械甩干、化学除油和石油微生物降解集成的处理工艺，2011年在新疆油田阜东081井白油基钻井液和苏10-32-45CH井全油基钻屑中应用，通过离心甩干和生物法治理后，钻屑含油量降低至1.17%。

张红岩等[14]发现含油钻屑+锯末+营养物+微生物，90d后，石油类降解率达87%，表面堆肥法处理含油钻屑的可行性。

2.4 回注技术

钻屑回注技术是通过研磨或其他方式将固体变为细小颗粒，混合成一定流体状态，在一定岩石破裂压力下，注入地层中。国外大多海域实行钻井固液废弃物零排放正常，比如北海地区、泰国湾、墨西哥湾、俄罗斯的远东海域等，在当地钻井区块地质条件允许的情况下，油基钻屑回注是最经济可行的方式。2003年蓬莱19-3井我国首次[15]试验钻屑回注技术，实现国内油基钻井液的零排放，钻屑处理彻底无二次污染，处理费用比运回陆地后处理要低。

3 结束语

（1）尽管钻屑治理技术研究较多，但国内油基钻屑治理技术应用当前主要有焚烧法、萃取法、热解吸法、生物处理法，已经有撬装式回转窑焚烧炉、撬装式热解吸装置、集中水洗/萃取装置等，多处于试验阶段，还需从经济、环境达标、操作简单等方面进一步改进。

（2）目前国内关于含油污泥治理后重复利用的环境影响细则标准，即使治理含油率低于1%的钻屑，也只有交具有危险废弃物运营资质的企业接收，增加了油基钻屑处理成本，受危险废弃物运行资质企业数量的影响，不能大量接收油基钻屑，严重制约了国内油基钻井液的应用和发展。

（3）研发一套经济、高效、环保部门认可的油基钻屑治理工艺及设备是当前国内油基钻井液全面推广和应用的首要任务。

参考文献

[1] 李世刚，吴明霞等，废弃油基钻井液无害化处理技术与工艺进展[J]，化学工业与工程技术，2012，33（2）：33―36.

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[3] 胡友林，乌效明，江汉油田废弃油基钻井液处理[J]，东北石油大学学报，2013，37（1）：64―71.

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[12] 单海霞，何焕杰等，油基钻屑的生物处理，江南大学学报（自然科学版），2013，12（4）：470―474.

[13] 李学庆，杨金荣等，油基钻井液含油钻屑无害化处理工艺技术[J]，钻井液与完井液，2013，30（4）：81―83.

[14] 邓皓，谢水祥等，含油钻屑高效除油剂及除油机理研究[J]，环境工程学报，2013，7（9）：3607―3612.

[15] 孙雯，深水钻井技术现状及发展趋势，机械研究与应用，2013，125（26）：187―190.

作者简介

王茂仁（1982― ），男，湖北武汉人，2005年毕业于长江大学应用化学专业，2013年在职研究生入学西南石油大学石油与天然气工程学院油气井工程方向，工程师，主要从事钻井液与完井液及其环境保护技术和研究。