钻井废水和酸化压裂作业废水处理技术研究进展

钻井废水和酸化压裂作业废水处理技术研究进展

牛丽

新疆油田公司实验检测研究院,新疆克拉玛依834000

摘要：钻井废水是钻井泥浆的高倍稀释物,既含有细小粘土悬浮颗粒、重金属离子、油、酚类和硫化物,又含有可溶性有机处理剂。钻井废水是这些有机物作为护胶剂通过官能团和粘土颗粒形成的一种多分散的带负电荷的胶体溶液,具有高度不稳定性、多变性、复杂性和分散性等特点。

关键词：钻井、废水、技术

1前言

目前,国内油气田钻井过程使用的泥浆主要有:钙盐处理泥浆、聚合物泥浆和磺化泥浆三大体系。钙处理泥浆主要由水溶性钙盐、烧碱、清水、膨润土、降粘剂及降滤失剂等有机处理剂组成,有机处理剂包括腐植酸钾(KHm)、铁铬木质素磺酸盐(FCLS)和CMC等。聚合物泥浆主要是由清水、膨润土和聚合物类处理剂组成,聚合物类处理剂包括聚丙烯酸钾、聚丙烯酸钙、丙烯酸和丙烯酰胺共聚物及丙烯酸和不饱和磺酸的二元和多元共聚物等。磺化泥浆体系主要是由清水、膨润土、烧碱和各种有机处理剂组成,处理剂包括磺化褐煤(SMC)、磺酸栲胶、磺化酚醛树脂、磺化丹宁、FCLS和磺化沥青等。

2酸化和压裂废水处理研究现状

2.1酸化废水处理技术

酸化废水常规处理方法为就近挖池用石灰或氨水中和，达到中性后就地储存和转运回注。如四川油气田天然气所开发了中和—混凝沉降—活性炭吸附三段联合处理工艺，处理后的COD可达标；尹代益等开发了由作业乏酸废水加浓硫酸制取稀盐酸的新型处理工艺，得到的稀盐酸与新盐酸复配可用于酸化，残留的原缓蚀剂和缓速剂对二次酸化有利，无需清除；万里平等研究了活性炭吸附—催化氧化联合法和中和—微电解—化学氧化—活性炭吸附四段联合法处理酸化废液，可使酸化废液的COD大为降低，达到排放标准。

2.2压裂废水处理技术

压裂废水具有浊度高、黏度大和COD高等特点，达标处理难度大，有关其处理技术研究的国内报道很少。

如刘真针对井下作业压裂废水特点，先采用混凝—隔油法进行预处理，再用次氯酸钠结合紫外光进行深度处理，可氧化分解一部分难处理的高分子有机物，结果表明该法可去除水中绝大部分COD和油类物质，达到排放标准；何焕杰等开发了化学混凝与高级氧化联合法处理压裂废液技术，处理的压裂废水与采油污水以1:10体积比掺混，用水质改性技术处理后净化水可以达标，该项技术已在中原油田现场应用。

目前钻井废水处理技术的不足：

(1)处理剂效能不高

化学混凝法处理钻井废水所用凝聚剂和絮凝剂的效能直接影响处理效果。无机凝聚剂硫酸铝、PAC和PFS及有机絮凝剂HPAM去除废水中黏土悬浮物、油类和重金属离子等污染物效果较好，但去除COD和色度能力较差。

(2)处理方法单一，污染物深度去除能力有限钻井废水除含有大量悬浮物和胶体粒子之外，还含有一定量可溶性有机小分子化合物和高分子聚合物。化学混凝法处理去除可溶性有机物的能力非常有限，必须配套采用其他方法如活性炭吸附、催化氧化和生物氧化法等形成

多元综合处理技术进行深度处理。

(3)连续式处理装置针对性不强，处理费用高

目前国内油田使用的钻井废水连续式处理装置不足在于钻井废水水质变化不定，处理药剂种类无法定型，用量不易确定；连续式处理装置使用不方便；设备造价较高，运行费用较高。

3废钻井液处理技术

钻井作业废液处理的最终目的是选择最佳钻井作业技术，使废弃物排放量和对环境污染程度达到最小。目前国内外用于处理废钻井液技术包括简单处理排放、注入安全地层或井下环形空间、集中处理、坑内密封、土地耕作、固化、固液分离、焚烧、微生物处理等方法。

3.1坑内密封掩埋

当废泥浆坑露天存放足够长时间，大部分失水固结后，向泥浆坑中填土掩埋的处理方式。该法实施的前提是土壤自净化能力较强，废钻井液所含毒性物质较少。废钻井液组分通过与土壤发生吸附、离子交换、沉淀、生物化学降解等过程，减弱毒物的毒性。其局限性是土壤自净化能力有限且有一定选择性，无法对全部有害物进行无害化处理。随着环保要求的不断提高，这种方法逐渐被淘汰。

3.2运离现场集中处理

当井点比较集中的钻井区域距污水处理站较近时，可以考虑将废钻井液和钻井污水集中预处理后送至污水处理设施进行废水的回收和无害化处理。运输方式可以车载或铺设管道输送，如钻井污水和井下作业废水所采用的双管循环洗井流程和洗井水处理车技术。考虑到运输成本和效益，这种方法主要应用于距污水处理部门较近的井区且毒性较大的油基钻井液和现场操作不能完全处理至排放标准或是有回收利用价值的钻井作业废水。

3.3土地耕作法

废钻井液除去上部水后，将钻井液池中的污泥和废渣直接撒到土壤表面，厚度约为100毫米（具体情况视钻井液毒性而定），利用土地耕作机与土壤混合，利用土壤的净化特性，吸附、吸收和生物降解钻井液中的有毒组分，达到无害化处理的目的。该技术至今没有推广的主要原因有：

（1）一部分可溶盐如氯盐，被土壤吸收后，会降低土壤肥效，使其部分盐碱化；

（2）重金属离子和其他可溶性盐类会随水迁移，污染地下水源；且在土壤中逐步积累起来，最终远远超过土壤自身的吸收和净化能力，多余的重金属离子会转移到土壤中生存的植物体内，造成重金属离子向其他生态系统转移，从而对人类的生活环境造成危害；

（3）钻井液中的有机组分多为聚合物和高分子化合物，种类繁多，结构复杂，其毒性和生物可降解性也各不相同；并且有些聚合物本身无毒或微毒而降解之后却成为毒物，如聚丙烯酰胺。

该法对土壤和地层的性质要求很严格，对处理对象也有严格的要求，如重金属离子量要很少，使用的有机处理剂及其生物降解产物对于人和动植物体无毒或微毒。我国在这方面研究较少，基本没有在现场采用过。铺设管道输送，如钻井污水和井下作业废水所采用的双管循环洗井流程和洗井水处理车技术。考虑到运输成本和效益，这种方法主要应用于距污水处理部门较近的井区且毒性较大的油基钻井液和现场操作不能完全处理至排放标准或是有回收利用价值的钻井作业废水。

3.4固液分离化学混凝法

该法是向废弃钻井液中加入一定量的凝聚剂和絮凝剂，利用固控设备使体系经化学脱稳后的自由水与固相颗粒分离，然后深埋脱水固体，并二次处理脱出水使其符合环保要求可直接排放，或循环应用于配制泥浆。

该法的主要原理是：混凝剂溶液解离出的高价正离子，与废液混合后，由于压缩双电层和电中和作用，使悬浮微粒失去稳定性，胶粒相互凝聚使颗粒逐渐增大，形成絮凝体（俗称矾花），最后沉淀下来，从而去除了钻井废液污水中各种悬浮物和其他可溶性物质。该法特点是工艺简单、灵活，对悬浮物、胶状物质去除率高，此工艺对于高浓度COD、色度超标钻井液的处理效果较明显，处理后的出水可达标外排或回收利用。

3.5固化法

本法基于废弃钻井液中含有一定数量的固相，加入化学处理剂（固化剂）与钻井液体系发生一系列复杂的物理、化学变化，形成具有一定强度和孔穴的稳定的抗水固体，从而将废弃泥浆中的有害成分如重金属、高聚物和油类等，封闭包裹在其中，从而降低其沥滤性，防止有毒污染物向环境扩散和迁移。固化剂使有害成分稳定化的原因有两个方面：一是将可溶性成分转化为难溶性的；二是把有害成分用土壤封闭、包裹在其中，从而达到降低其淋浴、沥滤及迁移的作用。

4结束语

随着石油工业的发展，由钻井过程带来的污染问题越来越受到人们的重视。目前国内尚未形成公认适合于所有钻井废液和废水的有效的处理工艺技术，这主要是因为钻井液和作业液体系种类繁多、成分复杂且使用情况不一，造成了适用于某一类或某一油田区块的废液的技术不一定适合于其他种类的废液。另外，相对于目前石油行业的污水处理综合水平来说，钻井废液及废水的处理成本较高，处理效果一般。总的说来，废液处理不外乎废液回收后液相回收作为注采用水和环境无害化外排的两种方向。选择经济合理的方法对废钻井液进行无害化处理是当前石油企业急需解决的问题。

参考文献：

[1]姚紫川.油田作业安全管理常见问题及对策[J].今日财富(中国知识产权).2019(02)

[2]温涛,张哲.油田作业废水处理技术研究浅析[J].广东化工.2015(06)