油基钻井废弃物处理技术研究进展

在海陆石油以及天然气实际开采过程中，使用传统的水 基钻井液难以满足高难度钻井作业，尤其是在斜度较大的井 或者复杂地层中，可以考虑采用油基钻井液。我国在新疆深 井和川渝地区的页岩钻井工程进行中，油基钻井液得到了广 泛应用和推广。油基钻井液最常使用的基油包括柴油和合成 矿物油，在钻井的过程中钻井液会随之循环产生较多的废弃 油基钻井液以及含油碎屑，使得油气田开发过程中环保问题 显著。

1油基钻井废物污染控制要求

随着世界各地油基钻井工程发展，对于油基钻井废弃物 的排放标准进行了严格控制。美国政府严格限制油基钻井液 排放，其他含有柴油的钻屑也被禁止排放。加拿大政府的油 基钻井液不允许使用柴油，也不允许排放废弃油基钻井液，必 须经过处理将含油量降低到2%才能进行排放。而我国的油基 钻井液处理依据是《国家危险废物名录》，明确规定了HWo8 废矿物油与含矿物油废物的处理办法，将矿物油配制的废弃 钻井钻井液确定为危险废物，应该依据相关规定，进行合理 的收集、储运和处理。

2油基钻井液及油基钻井废弃物

2.1废弃物的特点

与传统的水基钻井液相比，油基钻井液的成分不同，连续 相介质为油。目前，常用的钻井液主要有2种，其中一种是油 相钻井液，代表是氧化沥青、高闪点柴油以及有机酸碱。而 另一种是反相钻井液，也就是较为常见的油包水乳化钻井液。 两种钻井液中水含量为3%~50%.

2.2油基钻井液应用

1）高温高压深井和大斜度定向井、页岩气钻井等钻井 工程中，其次在水平井、小井眼钻井中也常常采用。应用油 基钻井液能够有效解决复杂页岩、杂盐层等地质环境复杂的 钻井工程中。

2）在生产层的钻进和取芯中应用较多。

(3）可以用作射孔和封隔液以及防腐控制液等。

2.3油基钻井液的优点

(1）油基钻井液具有良好的井壁稳定性，对于页岩也具 有较好的抑制性能。

(2)在应用中将会减少对油气层的损害。

(3)润滑效果优良，能够有效减少卡钻情况的发生。

(4)不容易发生化学污染，抗污染能力较强。

(5)具有良好的高温稳定性。

(6)抗腐蚀能力强，能够解决设备的易腐蚀问题。

(7)与水基钻井液箱相比较,其在泥页岩钻探中钻速更快。

2.4油基钻井现场废弃物的特点

油基钻井液现场的废物主要3大类，分别是钻井岩屑、废 弃的油基钻井液和钻井废水。其中，油基钻进液现场废弃物 的主要成分是废弃的油基钻井液，且其成分也和油基钻井液 的成分相差不大，主要有以下几个特点:

(1)油基钻井现场废弃物含油量较高。因为油基钻井液 现场废物的主要成分依然是油基钻井液，所以其含油量高达80%以上，油基占到其大多部分，这也在很大程度上提高了 其毒性。

(2)含油钻屑含量高。油基钻井现场废弃物中的钻屑废 弃物仅占到20%左右，但是油基钻井液现场废物的钻屑的含 油量较高。

(3)由于钻井液的投入较大，成本较高，所以根据工程 实际，可以合理回收有效的废弃物部分，尤其是油类和其中 的表面活性剂，有效降低项目的成本。

(4)虽然说部分油基钻井液可以进行合理回收，但是油 基钻井液的废弃物处理难度大。传统水基钻井液的废弃物处 理相对简单，设备也并不复杂，只需要进行固液分离即可， 而油基钻井液的处理还需要进行钻屑与油基钻井液分离，实 现废弃油基钻井液的回收和钻屑的深度处理。

3油基钻井废 物处理技术探究

油基钻井废弃物的组成复杂，但是其性质相对稳定，这 就导致对其进行回收和资源化利用难度较大。本文结合理论 知识和工作经验，总结了目前较为常用的几种油基钻井废弃 物处理技术(图1)。

3.1脱干-微生物代谢降解技术

脱干-微生物代谢降解技术原理是借助专用脱干设备，完 成滤液和固相的分离，将低含油固相部分有效分离出来，滤

减可以循环利用，重新应用到钻井液体系中，而低含油固相 部分则可以在微生物代谢降解技术作用下实现无害化处理。

较为常见的脱干技术是离心干化技术，通过离心机将油 基钻开废弃物初步分离，完成回收和简单处理。该工艺较为 简单，也导致了脱油率不高，设备投入大等问题的出现。

晚干后得到的低含油固相物的处理方式是生物降解方式， 在微生物的降解作用卞能够将石油经类有效降解，得到co 和H,O。国内诸多学者分别选取不同藏生物进行油基钻井废弃 物处理研究，结合实验分析其对钻井废弃物的不同处理效果- 相关研究指出，在微生物的降解作用下，低含油固相物能够 将其含油量从134.7gkg降至34.6gkg，降解率高达74%。不 过，在实际的工程应用中，微生物降解方式存在一定的局限性， 主要是由于工程中很多油基钻井减的油基采用的是柴油，柴 油中含量较高的是环芳经，在微生物的降解过程中对四环以 上的环芳经的降解能力明显下降，成为目前技术应用的一大 障碍。此外，微生物降解技术的基础是微生物，要保障嶶生 物的生存环境，不仅需要合适的生长条件，而且其生长雷要 营养环境。且霞生物降解过程中需要的时间较长，工艺需要 的场所建设和工艺设备等配备难度大.

3.2热分馏技术

热分馏技术的基础就是蒸馏原理，需要先将油基钻井液 收集到密闭系统中，通过加热加压，达到违点后汽化，完成 油和岩屑的分离，在冷凝器的作用下实现油气冷凝，完成回收-

热分馏技术的工艺原理简单，流程也不复杂，但是能够 有效回收的油基钻并废物成本有限。使用热分馏技术完成回 收的主要成分是轻质矿物油，回收后能够用于油基钻井液以 及燃料等，在一定程度上能够降低成本。不过，由于油基钻 并液的基油馏程较高，基本都在200℃以上，所以要达到使其 汽化以及分馏的条件，至少需要200℃高温，这就要求蒸馏设 备要满足条件需求，能量的消耗也较高。另外，在油基钻井 废弃物中的分子量较大的组分是无法实现有效回收的，所以 经过热分馏技术处理后的固相废弃物中的含油量仍然较高。

3.3热解技术

类似于炼油厂的热裂化反应，热解技术的应用环境是绝 氧条件，在一定温度下实现经类分解，该技术在国内的含油 污泥无害化处理应用中较多。热解技术的工艺条件不仅要确 定热解的温度，还要综合考量升温速率和反应时间等。其中， 热解温度在热解技术中是最重要的影响因素，直接决定着回 收的含油量和冷漦回收的油品质量。如果温度降低，大分子 的经类会裂解成中小分子，将会得到较多的液态矿物油。随 着温度的升高，裂解得到的中间产物会发生二次的裂解，此 时气相中的小分子经类会逐渐增加-

应用热解技术，通过冷凝方式回收矿物油类，工艺流程 简单（图2，设备相对简化，投资成本低，对于环境和外部 条件的要求也相对较低。但是，在实际的应用过程中部分价 格高昂的油田钻井渡回收难度较大，有些甚至要求温度要达 到10oo℃，技术条件苛刻，能量消耗大.

3.4化学清洗技术

化学清洗法是指在乳化剂的作用下，完成油基钻井废弃 物表面油量的清洗，再通过加入破乳剂和絮凝剂来实现油水 分离，经过离心、旋流等过程，完全分离油水和固相。

化学清洗法通常在常温常压环境下就能完成，安全系统 高。但是，要完成整个化学清洗过程，对于水的消耗较大， 而且会产生较多的废水和污水，导致二次污染。各种添加剂 的使用，可能会对油基产生一定的影响，破坏油基钻井液的 稳定结构，降低油基回收的产品价值。

3.5油基钻井液全价值循环回用技术

油基钻井液全价值循环回用技术应用过程中要实现全价 值回收，除了要完成基油回收，还能实现钻井油田化学剂的 回收。涉及的主要技术有常温深度脱附技术、固液分离技术 和回收循环利用技术等，具体流程图如图3所示。

基于LRET技术实现油基钻井废弃物的资源化现场应用， 国内的处理规模已经能够达到150td，并取得了良好的处理 效果。合理应用LRET技术进行油基钻井液全价值循环回用， 使得油基钻井液的回收率能够高达98%，最终处理的固相的含 油量能够减少到不足1%.

该技术的应用环境是常温常压，且反应需要的条件相对 温和，在分离回收过程中不会改变油基的性能，回收的产品 能够直接循环应用于钻井工程中，但是全过程中的工艺单元 相对复杂，部分环节的工艺控制要求较高。

3.6水泥窑协同处置技术

利用水泥窑路实现协同处置，将需要处理的油基钻井废 弃物加入水泥原料中，按照工艺要求和参数确定混合比例， 进行水泥熟料生产的同时实现油基钻机废弃物的无害化处置。 水泥窑协同处置技术不仅能够处理掉油基钻井废弃物中的石 油类废物，而且能够将其中含有的油田化学试剂协同处理掉。

4结语

油基钻井废物常用的技术有脱干-生物降解、热蒸馏、热 裂解、化学清洗法等。在理论研究和实际应用中，不同技术 具有各自的优缺点，在技术和工艺条件上也有各自的局限和 优势。在实际油基钻井废弃物处理工程实际中，应该本着油 基钻井液全价值综合回收与资源化利用原则，深入探索资源 循环利用发展之路，进一步实现无害化处置和废物利用。

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