賈 悅 李慧敏 周龍濤 安 靜 張櫨丹 孫福泰 張 莉

(中國石油新疆油田公司工程技術(shù)研究院)

0 引 言

油田鉆井時(shí)需要在鉆井液中加入必要的化學(xué)處理劑，在鉆井過程中，鉆井液從地下帶出巖屑，巖屑將地層中的重金屬等帶入鉆井液中，隨著地層情況的變化，需要添加多種具有特殊性能的化學(xué)處理劑以保持鉆井液性能的穩(wěn)定，其中部分化學(xué)處理劑本身就對環(huán)境有污染。此外，鉆井液中含有黏土、加重材料、化學(xué)處理劑、污油及巖屑等，其中聚合物、重金屬離子、鹽類和瀝青等改性物質(zhì)對環(huán)境影響較大[1-2]。目前油田水基鉆井廢物處理主要采用固化混拌技術(shù)，該技術(shù)一般以水泥為主材料、輔之以各種添加劑，將鉆井廢物中的有害成分通過物理和化學(xué)變化進(jìn)行束縛、穩(wěn)定或包容，以減小廢物的毒性、可遷移性和溶解性[3]。處理后固廢總量會成倍增加，造成堆存量大，占地面積大，處理后的固廢還需拉運(yùn)至集中存放點(diǎn)，添加劑中的材料性能不穩(wěn)定或失效后，包裹的污染物易被水浸泡滲出，增加了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。油田需要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，研究鉆井廢物多元協(xié)同處理新技術(shù)。

1 油田水基鉆井廢物現(xiàn)狀

新疆油田水基鉆井廢物隨著油田上產(chǎn)呈遞增趨勢，水基鉆井廢物理化性質(zhì)分析結(jié)果表明，COD、苯并(a)芘及含油率超標(biāo)較高，為主要污染因子。其中，各類聚合物是造成鉆井廢物COD高的一個(gè)主要原因，鉆井廢物必須進(jìn)行處理。

2017年實(shí)施的DB65/T 3997—2017《油氣田鉆井固體廢物綜合利用污染控制要求》，提高了對油氣田水基鉆井廢物的環(huán)保管控要求，該標(biāo)準(zhǔn)明確鉆井廢物中主要污染指標(biāo)是：pH值、COD、含油率、苯并(a)芘、銅、鋅、鎳、鉛、鎘、砷、六價(jià)鉻、含水率12項(xiàng)。某區(qū)塊鉆井廢物中污染因子檢測結(jié)果見表1。由表1可知，該區(qū)塊鉆井廢物中COD等指標(biāo)存在不同程度超標(biāo)現(xiàn)象。

表1 某區(qū)塊鉆井廢物中污染因子數(shù)值

2 處理工藝研究

2.1 工藝選擇

鉆井廢物來源于鉆井過程中的鉆井液及其攜帶到地面的巖屑等，性質(zhì)較為穩(wěn)定。目前水基鉆井廢物處理技術(shù)主要有回收再利用技術(shù)[3]、泥漿池就地固化(或無害化)[4-6]、生物處理技術(shù)[7-10]、固液分離法、化學(xué)法等，其技術(shù)發(fā)展總體上趨于將多種單一技術(shù)有機(jī)協(xié)同組合。工藝上考慮首先對其進(jìn)行破膠脫穩(wěn)，使大分子污染物斷鍵成為小分子易處理的污染物，同時(shí)對懸濁液狀的固廢加水進(jìn)行均質(zhì)化，盡量使固體中的污染物溶進(jìn)液相，針對液相使用成熟的水處理工藝，達(dá)到對鉆井固廢多元協(xié)同處置的目的，由此設(shè)計(jì)了“微波輔助破膠+旋流振動+壓制脫水+微生物處置”多模塊組合工藝，以期達(dá)到催化斷鍵、高效反應(yīng)、固廢濃縮和深度降解的效果。

2.2 工藝流程

三開段待處理鉆井廢物從廢物存儲地罐提升到破膠反應(yīng)單元，加水稀釋到廢物濃度為35%左右后，加入破膠劑聯(lián)合微波進(jìn)行氧化斷鏈反應(yīng)，去除一部分環(huán)狀、長鏈物質(zhì)。隨后進(jìn)入旋流振動分離單元，處理后得到大固體顆粒和液相懸浮液。大固體顆粒直接進(jìn)入集中堆存區(qū)，液相懸浮液進(jìn)入加藥反應(yīng)單元，依次加入一定配比的絮凝劑、助沉劑及凈化劑，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)。下層沉淀的泥狀固體顆粒進(jìn)入壓泥機(jī)脫水后進(jìn)入集中堆存區(qū)，上層清液進(jìn)整套設(shè)備循環(huán)使用。如遇鉆井復(fù)雜情況，鉆井廢物成分變化較大，加藥反應(yīng)單元出泥指標(biāo)若達(dá)不到DB65/T 3997—2017《油氣田鉆井固體廢物綜合利用污染控制要求》，再采用微生物進(jìn)行深度降解至所有指標(biāo)達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)要求。

鉆井廢物處理工藝流程見圖1。

圖1 鉆井廢物處理工藝流程

3 現(xiàn)場試驗(yàn)情況

在新疆油田某區(qū)塊選擇了不同區(qū)域鉀鈣基聚氨有機(jī)鹽鉆井液體系的開發(fā)井，針對成分較為復(fù)雜的三開段開展了水基鉆井廢物處理試驗(yàn)，試驗(yàn)期間設(shè)備連續(xù)隨鉆運(yùn)行，共處置鉆井廢物約1 000～1 200 m3，可滿足現(xiàn)場生產(chǎn)要求。主要考察和驗(yàn)證水基鉆井廢物中含油率、苯并(a)芘以及COD 3個(gè)特征污染指標(biāo)的處理效果，試驗(yàn)過程中全程動態(tài)對處理后的固體廢物連續(xù)取樣檢測，證實(shí)經(jīng)多元協(xié)同技術(shù)處理后的指標(biāo)滿足DB65/T 3997—2017《油氣田鉆井固體廢物綜合利用污染控制要求》，部分檢測結(jié)果見圖2、圖3、圖4。

3.1 藥劑洗脫處理

在加藥反應(yīng)單元，按照前期實(shí)驗(yàn)室藥劑正交實(shí)驗(yàn)復(fù)配濃度值，分別加入絮凝劑、助沉劑和凈化劑進(jìn)行藥劑洗脫處理后，絕大部分含油率和COD特征污染物指標(biāo)可達(dá)到DB65/T 3997—2017《油氣田鉆井固體廢物綜合利用污染控制要求》。

1)含油率指標(biāo)：采用CJ/T 221—2005《城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法》檢測方法，對9個(gè)樣品的含油率進(jìn)行檢測分析，處理前原樣均值約3.5%，處理后指標(biāo)小于標(biāo)準(zhǔn)值2%，去除效果明顯，最終可達(dá)到0.1%左右，優(yōu)于DB65/T 3997—2017《油氣田鉆井固體廢物綜合利用污染控制要求》，去除率約97%，證明復(fù)配藥劑對鉆井廢物的含油率有較好的去除效果。鉆井廢物處理前后含油率指標(biāo)數(shù)值見圖2。

圖2 鉆井廢物處理前后含油率指標(biāo)數(shù)值

2)COD指標(biāo)：采用HJ/T 399—2007《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測定 快速消解分光光度法》檢測方法及OIL-460紅外分光光度儀檢測，鉆井廢物處理前后COD指標(biāo)數(shù)值見圖3。由圖3可知，鉆井廢物處理前COD原樣均值約為3 890 mg/L，微生物處理后指標(biāo)小于標(biāo)準(zhǔn)值150 mg/L，最終可達(dá)到120 mg/L左右，滿足DB65/T 3997—2017《油氣田鉆井固體廢物綜合利用污染控制要求》，去除率約為20%。

圖3 鉆井廢物處理前后COD指標(biāo)數(shù)值

3.2 微生物降解

經(jīng)藥劑洗脫后，仍有苯并(a)芘及COD指標(biāo)超標(biāo)，則采取微生物深度降解處理，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)A菌+工程菌C，并輔以微電解質(zhì)激活后的復(fù)配效果最優(yōu)，A菌為去除烴類物質(zhì)以及其他油性物質(zhì)的生物制劑，C菌為以色列高能土壤修復(fù)菌與土著菌馴化的工程菌。經(jīng)微生物降解后，所有指標(biāo)達(dá)到DB65/T 3997—2017《油氣田鉆井固體廢物綜合利用污染控制要求》。在原始樣、破膠后、洗脫后及微生物4個(gè)節(jié)點(diǎn)動態(tài)連續(xù)取樣檢測，證實(shí)各模塊分步降解效果明顯。

1)苯并(a)芘指標(biāo)：采用GB 5085.6—2007《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 毒性物質(zhì)含量鑒別》中苯并(a)芘測定方法及液相色譜儀檢測，微生物處理后苯并(a)芘整體工藝分步處置效果見圖4。由圖4可知，鉆井廢物處理前苯并(a)芘原樣均值約為5.9 mg/kg，微生物處理后指標(biāo)小于標(biāo)準(zhǔn)值0.7 mg/kg，在原始樣、破膠后、洗脫后及微生物降解4個(gè)工藝模塊節(jié)點(diǎn)連續(xù)取樣檢測，各模塊分步去除效果明顯，最終可達(dá)到0.2 mg/kg左右，優(yōu)于DB65/T 3997—2017《油氣田鉆井固體廢物綜合利用污染控制要求》，去除率約為71%。

圖4 微生物處理后苯并(a)芘整體工藝分步處置效果

2)COD指標(biāo)：采用HJ/T 399—2007《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測定 快速消解分光光度法》中檢測方法及OIL-460紅外分光光度儀檢測，微生物處理后COD整體工藝分步處置效果見圖5。由圖5可以看出，鉆井廢物處理前COD原樣均值約為2 470 mg/L，微生物處理后指標(biāo)小于標(biāo)準(zhǔn)值150 mg/L，在原始樣、破膠后、洗脫后及微生物降解4個(gè)工藝模塊節(jié)點(diǎn)連續(xù)取樣檢測，各模塊分步去除效果明顯，最終可達(dá)到78 mg/L左右，優(yōu)于DB65/T 3997—2017《油氣田鉆井固體廢物綜合利用污染控制要求》，去除率約為76%。

圖5 微生物處理后COD整體工藝分步處置效果

鉆井廢物無害化撬裝處理裝置設(shè)計(jì)處理能力為15 m3/h，具有流程短、占地小、效率高、操作靈活等特點(diǎn)。現(xiàn)場試驗(yàn)裝置見圖6。采用該裝置現(xiàn)場試驗(yàn)的3口井，通過對現(xiàn)場試驗(yàn)過程跟蹤監(jiān)測評價(jià)分析，顯示出良好的處理效果，隨鉆處理后的固廢已達(dá)到DB65/T 3997—2017《油氣田鉆井固體廢物綜合利用污染控制要求》。由于破膠工藝單元需加水稀釋，處理過程中的水可供整套裝置自身循環(huán)使用。

圖6 現(xiàn)場試驗(yàn)裝置

通過現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，固化技術(shù)處理后的固體廢物量增加3～4倍，采用該多元協(xié)同技術(shù)處理后的固廢含水量均值40%左右，鉆井廢物處理前后含水率指標(biāo)數(shù)值見圖7?，F(xiàn)場試驗(yàn)處理固廢對比效果見圖8。與固化處置相比，固廢量可減少85%以上，縮減了固廢占地面積，減小了環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 鉆井廢物處理前后含水率指標(biāo)數(shù)值

圖8 現(xiàn)場試驗(yàn)處理固廢對比效果

4 結(jié) 論

1)經(jīng)藥劑洗脫工藝后，含油率指標(biāo)最終可達(dá)到0.1%左右，去除率約為97%；COD指標(biāo)最終可達(dá)到120 mg/L左右，去除率約為20%。

2)經(jīng)微生物降解后，苯并(a)芘指標(biāo)最終可達(dá)到0.2 mg/kg左右，去除率約為71%；COD指標(biāo)最終可達(dá)到78 mg/L左右，去除率約為48%。

3)該工藝能夠?qū)崿F(xiàn)對鉆井廢物隨鉆、連續(xù)處理，鉆井固廢處置后，COD、苯并(a)芘及含油率污染因子滿足DB65/T 3997—2017《油氣田鉆井固體廢物綜合利用污染控制要求》。

4)對比現(xiàn)有固化技術(shù)，經(jīng)該多元協(xié)同技術(shù)處理后固廢量大大減少，可減少鉆井現(xiàn)場固廢的堆存量和占地面積，減輕了環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。