1、国内钻井完井作业废弃物 无害化治理新方案,四川石油管理局,汇报人： 何纶,汇报提纲,1 内容提要 2 概述 3 无害化治理方案 4 环境治理效益 5 认识和建议,摘要：随着开发区域的扩展，钻探作业产生的污染成为敏感的事宜，石油钻井作业的污染问题逐渐引起重视。通过笔者调查了解的国内常用的钻井废弃物处理技术措施，初步归纳为三种方式，每种方式各有利弊。根据油田使用效果分析，其中一种技术措施是可以在随钻过程中处理废弃钻井液和井场污水即废弃固体和液体同时进行过程处理的方法。主要是利用柴油机尾气处理污水和降低噪音并吸收柴油机排放的废气，加之固体废弃物经过新一代的板框压滤机的压榨后可以搬运转移或再利用，既节
2、约了能源消耗，同时又实现了井场废水的源头治理。关键词：钻井作业 柴油机尾气板框压滤机 废弃物 井场污水,内容提要,目前，国内钻井作业和完井作业结束后，井场废弃物的通用处理方法主要是采用终端处理即对废弃的钻井液完井液先进行固液分离，然后对固体和液体分别进行无害化处理，即对污水部分用化学药剂进行达标处理，经化学处理后的液体被排放或回注到地层内；而废弃的固体则是将淤泥部分直接固化，固化后的废弃物填埋到地下或加工成建筑材料另行处理，其工作量大，且需专业队伍进行处理。,1 前言,现有新的无害化治理方案，其一是在钻井过程中利用柴油机尾气处理污水部分结合新型板框压滤机压榨废弃物，开展随钻废弃钻井液无害化治理
3、的新技术。该项技术改变了钻井废水末端治理的现状，以源头治理方式实现钻井现场废水不外排、不转运，为提高钻探作业环保水平提供了可靠的技术保障；其二是在钻井过程中利用真空浓缩蒸馏装置和螺旋压榨机降低废泥浆中的含水量；其三是完井后对废弃物统一进行进行简单的水泥固化处理或转运。,2 废弃钻井液处理措施,2.1 方案一：利用柴油机尾气装置和新一代板框压滤机开展随钻废弃钻井液无害化治理，该项技术用两套装备组合完成：即废水处理由与钻井190型柴油机配套的ST系列消声减排一体化装置开展工作；固形物的压榨脱水由板框压滤机开展工作。,2.1.1钻井废水废气同步处理技术, 钻井废水废气同步处理技术原理为：钻井废水与柴
4、油机废气两相直接接触传热传质，废气余热消减废水，废水吸收废气烟尘，使废气降温同时降噪、减阻，可以替代柴油机排气消声器的功能。该装置是针对钻井过程中对钻井废水源头治理技术进行系统研究，国内开发了钻井废水废气同步消减新技术及成套撬装设备（190型钻井柴油机单机配带ST-A型消声减排一体化装置），利用柴油机尾气减少废水量的技术改变了钻井废水末端治理的现状。, 钻井现场运行效果 图1是废水废气同步消减成套撬装设备在川渝某井现场运行实况，随钻井全周期同步运行，现场噪声符合2类标准，废热回收率为柴油机轴功率的44%，消减钻井废水0.517m3/h，达到废水源头治理和废气消烟、降温降噪的良好效果。,2008
5、年6月川渝某井3#柴油机配带废水废气同步消减装置替代排气消声器，与2#机对比进行验证试验。钻井队按惯例轮换使用3台柴油机进行划眼、钻进、起下钻及启动、停车等钻井作业不同阶段全程运行，验证了实验机运行平稳。记录表1中显示，3#机累计运行46.2 h（划眼7h 、钻进39.2h），该装置消减废水累计量23.9m3 ，平均消减能力为0.517m3/h ；钻进阶段柴油机转速1200rmin ，平均消减废水0.538m3/h ；划眼阶段柴油机转速900rmin，平均消减废水0.4m3/h 。2009年1011月川渝某井（井深2476m）3台钻井柴油机配带废水废气同步消减设备，钻井全程井场产生废水量201
6、m3方，本技术消减废水量187m3，废水池仅剩余14m3，达到理论最大消减废水能力（649kg/h）的82.9%。,1）废水消减量的现场应用效果,川渝某井3柴油机配带废水废气同步消减设备与2#柴油机对比，排气背压（表1）与噪声（表2）同步下降。钻进工况为柴油机转速1200rmin ，2#柴油机排气背压实测值2.3 2.5kPa ，3#柴油机仅660Pa ，降低70%以上。该工况下按噪声监测规范在3个方位分别检测单开3#柴油机和单开2#柴油机的噪声频谱（见表2）。,2）减阻与降噪效果,3）经济效益,由表2可见，以ST-A取代消声器的3#柴油机噪声排放显著低于2#柴油机，倍频带消声效果均优于2#柴
7、油机，2kHz以上高频段降噪效果更明显，4kHz降幅达最大值-23.7%。经实践证明，该技术设备运行管理费显著低于其它方法。可以保障钻井废水日集日清，废水池功能仅为短周期循环，可使其总容积缩减1/3，从而大幅度减少井场征地与基建投资。由此，采用本技术对钻井废水进行源头治理，与现有技术相比可以节约成本3050%，产生显著的经济效益。,2.1.2 利用新一代板框压滤机对废弃液中的固体成分进行压榨脱水，形成的固形物（泥饼）可烧制建材加以利用或被转运填埋处理。,图2 新型板框压滤机实物照片 图3 压滤后自动脱落的泥饼实物,板框压滤机工作原理：,该装置由一定数量的滤板被紧密排成一列，滤板面和滤板面之间形
8、成滤室，废弃泥浆在渣浆泵产生的强大的正压下被送入滤室，其液体部分透过滤布而排出滤室，固体部分被滤布截留形成滤饼，固液分离完成。当拉开滤板时，固形物自动脱落，固形物含水量可低于50%以下。,技术特点：,1）自动化程度高，保障了持续稳定的压紧力； 压力控制单元（哈弗兰卡片液压站）自动控制液压紧力，当压紧力达到压力表上限时，电源自动切断，油泵停止供油，压力保持；当压紧力下降，达到压力表下限时，电源自动接通，油泵开始供油，直至达到压力上限。如此循环往复，保障了压紧力的效果。 2）明流过滤以及暗流过滤提高了固液分离的效果。 滤液以明流和暗流的方式流出。明流过滤，滤液从每个滤板下方的出液孔直观流出；暗流过
9、滤，若干个出液孔连成一个出液通道，以管道与止推板下方的出液孔连接，保证滤液能够及时排出。 3）新一代板框压滤机显著降低了固形物含水量，解决了旧式板框压滤机固形物脱落效果差的问题，脱水效率提高，人工成本降低。,该技术消化国外对石油工业废弃物（钻井废泥浆）处理的技术思路，如德国和日本Telnite石油公司采用新的钻井废弃物处理技术，强化了用真空浓缩蒸馏机和压榨脱水机对钻井完井废弃物处理的脱水环节，将污水进行浓缩蒸馏，降低待处理废弃液的含水量，减少了固形物的总量，意味所需处理的化学药剂减少，固化物减少。对污泥进行压榨脱水提高固、液分离的效率。,2.2 方案二：引进国外先进技术和设备，实现钻井废弃物零
10、排放。 2.2.1 钻井完井废弃物处理新装备的引用,2.2.2 主要机械设备： 重点环节是采用螺旋螺旋压榨机脱水、减少固体废弃物中的含水量，同时使用真空浓缩蒸馏机对其污水进行处理。,螺旋压榨脱水机,图4 卧式螺旋压榨装置实物图片,螺旋压榨脱水机的工作原理：,螺旋压榨机有别于离心机的工作原理，是螺旋慢速压榨对处理物进行高度分离，将钻井废弃物中的固相含量较高的固体物进行固体和液体分离。关键技术是降低其固形物中的含水量可达50%以上。,浓缩真空蒸馏装置（见图5 ） 这一流程主要是将废弃物中的一部分污水蒸馏，以减少待处理物的总水量。,图5 浓缩真空蒸馏装置实物照片,浓缩真空蒸馏装置,浓缩真空蒸馏装置主
11、要用于钻井废弃液体的浓缩处理，它主要由钛合金盘管、热交换器、真空负压反应釜、循环泵几个部分构成。由于浓缩真空蒸馏装置利用了高原反应原理，在真空负压状态下进行热蒸馏，温度不需要达到正常压力下水的沸点，比起传统蒸馏设备，大大降低了能耗成本。 钻井废弃液体固相含量很高，进入该装置的废液，首先需要通过化学分离处理，再经过自然沉降，其固相物的含量降低到10%左右，然后才能进入浓缩真空蒸馏装置进行蒸馏，得到的蒸馏水最后经过净化处理，回收至井场再利用。,2.3方案3：无害化治理中的固化作业,目前油田废弃钻井液无害化处理大多数是指对钻井完井废弃物或酸化废水进行固化处理的技术，是先通过在废弃物中加入一定数量的絮
12、凝剂、助凝剂等系列处理剂与之发生复杂的物理、化学变化，实现固液分离，再对固相污染物和液相污染物分别进行无害化处理：适当使用固化剂，主要以水泥、矿渣为原材料，将固相污染物相对稳定的固定在固化体中，降低固化体的沥滤性和迁移作用，并对固化体进行转移，或在固化体上直接覆土还耕造林等，对液相污染物按污水处理的方法处理后达标排放，从而完成对废弃钻井液的无害化处理。这一方法是在环保投资较低的情况下较为节约成本的方案，其缺点是处理不够彻底。,2.3.1主要机械设备,2.3.2化学药剂应用情况,废弃物固化处理使用的化学药剂主要有：,固化剂,脱色剂,絮凝剂和助凝剂,絮凝剂及助凝剂,固化处理前需向废弃泥浆池中投加一
13、些药剂（通常称为絮凝剂及助凝剂）进行脱稳脱水处理，使污水中难以沉淀的胶体颗粒能互相聚合至能自然沉淀的程度，实现固液分离。这个方法通常简称为“混凝沉淀” 。,处理废弃钻井液使用较多的絮凝剂是：Al2(SO4)3、CaCl2、AlK(SO4)2、Fe(ClSO4)、Fe2(SO4)3、FeCl3、H2SO4、HCl、聚合硫酸铁（PFS）、 聚合氯化铁（PFC）、聚合氯化铝（PAC）等物质；使用较多的助凝剂为：非离子型、阳离子型或阴离子型的聚丙烯酰胺类衍生物。将这些助凝剂和絮凝剂复合使用，并辅以机械脱水，可使废弃钻井液化学达到较好的固液分离效果。,固化剂,固化剂系多种无机盐、凝聚剂、吸附剂按一定工艺
14、条件制成的一种粉状物，能迅速控制泥浆流动，固结水相，水溶物和油类，适用于废泥浆、完钻井井场混合液的固化处理。固化物具抗水性，能限制水蚀扩散，显著降低泥浆化学耗氧量、含油量、悬浮物、色度和重金属的迁移污染。,目前国内常用固化剂 ：,单一的无机固化剂有水泥、聚乙烯醇、甘油、尿醛树脂、热固性树脂如沥青、聚乙烯、或固化剂配合絮凝剂一次成型（聚合硫酸铝铁、聚合氯化铝铁、聚合硫酸铁、聚合硅硫酸铁等）,常见复合型的固化剂有：,钻井废液固化剂(2) 淤泥固化剂 (3) 土壤固化剂 (4) 废水混凝处理剂 (5) 钻井液转化水泥浆用固化剂 (6) 由G级油井水泥石灰粉煤灰炉渣和炉矿渣组成的复方无机固化剂 (7)
15、 磷矿萃取H3PO3的副产物磷石膏固化剂 8) 0.5%石膏+1.5%Na2CO3+10%水泥作凝固剂 (9) 2%硅酸钠+1%CaO+10%水泥作凝固剂 (10) 2%硅酸钠+1%Na2CO3+10%水泥作凝固剂 (11) 以粉煤灰、硅酸盐水泥、油井水泥、胶结剂按适当比例混配的固化剂 (12) 水泥窑粉与水泥混合物固化剂 (13) 水泥水玻璃、硫酸铝组成的固化剂 (14) OS型淤泥快硬固化材料 (15) SSM土质固化材料,井场污水主要来自废弃钻井液经分离后产生污水、柴油机冷却水、洗井水、井场生活污水、清洗设备用水、地层流出水等，这部分污水色度高，极难降低色度。脱色絮凝剂（YH-3）是一种
16、季铵盐阳离子高分子化合物，用于油气田污水处理具有明显的色度降低效果。其固相含量大于40%，液体pH值为5.06.5，密度大于1.15g/cm3，其色度降低率一般可以达到90%以上，配合使用其它污水处理剂可以实现污水（处理的达标排放）排放一级标准。,脱色剂,3 环境治理效益分析,3.1 检测效果要求 固化物抗压强度测试（能够按照相关规定，符合标准） 固化物侵蚀后水质检测（能够按照相关规定，符合标准） 污水水质分析（污水蒸发或回收利用）,3.2环境效益,利用柴油机尾气开展随钻废弃钻井液无害化治理的技术可使废水消减与钻井作业同步进行日集日清，废水池功能仅为短周期循环，可使其总容积缩减1/3，从而大幅
17、度减少井场征地与基建投资，对不具备回注条件、不便于长距离运输的钻井作业区建立废水零排放清洁生产体系意义重大；,3.2环境效益,钻井废弃液中的固体部分经过压榨成型后烧制而成的建材可用于井场地面铺设和外墙修建，实现了废物再利用,使废弃物达到无害化治理，提高环境效益。 如果采用方案1对污水和固体废弃物进行过程处理，环境效益可观，但设备的租用投资会稍有所增；,如果引用真空浓缩蒸馏装置和螺旋压榨机可以减低废弃物的含水量。工艺技术先进，井场废水污水零排放，回收的蒸馏水可利用。固形物用压榨机脱水后减低废弃物总的含水量。使用该项技术可以实现石油钻探作业清洁生产，是目前世界上的领先技术，环境效益十分可观。,3.
18、2环境效益,4 小结,4.1方案1主要是可以利用柴油机尾气作能源处理井场污水，结合新型板框压滤机将废弃液中固体部分压榨成型并可烧制成材用于井场建设。经钻井现场实践，该技术改变了钻井废水末端治理的现状，以源头治理方式实现钻井现场废水不外排、不转运，为提高钻探作业环保水平提供了可靠的技术保障，对建立石油天然气清洁生产体系具有重要意义。,4.2 方案一可大幅度减少钻井现场废水池征地面积和井场基建投资，产生显著的经济、环境和社会效益，该技术适应钻井作业过程中的污水处理，具有在国内外范围井场钻井清洁生产应用的推广价值。,4 小结,4 小结,4.3方案二引进国外先进技术和设备，注重物理机械和化学药剂相结合
19、的方法，着重改善钻井废弃物前期脱水效果，提高对淤泥的脱水能力，减少待处理污染物的总量。如果采用日本的钻井完井废弃物处理装置（真空负压浓缩蒸馏污水装置和卧式螺旋压榨机）处理钻井废弃物，脱水效果优于国内同类产品，技术较为先进，设备的使用上也注重能耗的控制，但设备购置价格偏高，不适于现阶段在国内油田推广。但该装置如果用在环保投资费用较高的国外油田项目，处理效果是无可非议的，对于国内招标条件较高的油区也是可以应用的。,4 小结,4.4方案三为现国内常采用的处理技术。废弃物处理量大，化学药剂处理成本较高，方法简陋，处理效果不尽人意，是目前过渡阶段使用的粗方法。目前，各油田均用此法，但如果要提高环境效益，应尽可能结合方案1开展工作。,
