钻井废弃物的污染危害及方案对比

苏丹钻井废弃物的污染危害 及方案对比 1 污染物及危害 钻井废弃物是钻井污水、钻井液（钻井泥浆） 、钻井岩屑和污油 的混合物，是一种相当稳定的胶态悬浮体系，含有粘土、加重材料、 各种化学处理剂、污水、污油及钻屑等，危害环境的主要化学成分有 烃类、盐类、各类聚合物、重金属离子、重晶石中的杂物和沥青等改 性物，这些污染物具有高色度、高石油类、高COD、高悬浮物、高矿 化度等特性，是石油勘探开发过程中产生的主要污染源之一。 油气田 每钻完一口井，都要在原地丢下一个废弃的泥浆池。 一个油气田有成 千上万口井，就有成千上万个废弃泥浆池，每个泥浆池中的钻井废弃 物少则有几百方，多则有几千方。这些废弃物具有的可溶性的无机盐 类污染、重金属污染、有机烃（油类物质）污染，若在井场堆放或掩 埋，一旦被雨水浸泡、河流冲刷，就会对周围的土壤、水源、农田和 空气造成严重的环境风险。 钻井废弃物通过一系列的化学生物和物理作用后，将对土壤、水 质、生物等环境生态造成影响。 （1） 其主要超标的指标有化学需氧量 （COD） 、 生物需氧量 （BOD） 、 油类、悬浮物（SS）以及金属盐类（如Pb、Cb、Hg、Cr 盐等） 。它们 主要来自钻井液配制中各种钻井液添加剂的加入以及在钻井过程中 钻井液的携带物。其中化学需氧量 COD 的值常常高达几千甚至几万 毫克每升。 (2)每口井废弃钻井液按 300m3计算， 其中金属污染物的总量达到 13.2kg，重金属淋洗量达4.3kg，表明废弃钻井液中重金属是潜在的 污染源。 （3）通过对废弃钻井液进行模拟雨水淋洗分析， 废弃钻井液中油 的浸出率最高达 90%，其次是总铬，浸出率为 50%。淋洗顺序为： 油TCrCOD CrAsPbF -1Hg。对于重金属来说，尽管其浸出液除总铬 外，大都达标，但其浸出率相对较大。浸出液中主要污染物为COD Cr、 总铬和油。由此进一步说明，废弃钻井液不可直接排放。 (4)钻井废弃物的环境可生化性较差，不适宜用生化方法进行处 理. (5)钻井废弃物中有毒、有害物质会经过自然降雨淋洗而溢流或 渗入地下，对地表水、地下水以及土壤造成影响。并且有可能在土壤 中富集，不仅会对土壤中的大量微生物产生不良影响， 而且会使土壤 碱化或中毒，如果被植被吸收，将会对其产生毒害作用，甚至危害人 畜等。 (6)废弃钻井液本身是一种极为复杂都分散体系，它以粘土、水 为基础，使粘土分散在水中形成一种较为稳定的分散体系， 其颗粒粒 径一般在 10-2~2μm 之间，具有胶体和悬浮体的性质，因此具有相当 的稳定性。 (7)由于其特殊的组分使其具有相当都稳定性，这种稳定性使废 弃钻井液能够在长时间内保持稳定的状态，ζ电位值很高。因此，要 想破坏其稳定性，就必须加入大量的处理剂使其脱稳， 这也就是废弃 钻井液的处理难度大、费用高的原因之一。 2 固化法处理优缺点固化法处理优缺点 2.12.1 原理及类型原理及类型 将钻井泥浆中的有害成分通过物理和化学的变化进行束缚、将钻井泥浆中的有害成分通过物理和化学的变化进行束缚、 稳定稳定 化或包容，化或包容，以减小废物的毒性、以减小废物的毒性、可迁移性和溶解性。可迁移性和溶解性。使其在自然条件使其在自然条件 下对环境不造成危害。下对环境不造成危害。 经浸滤液检查合格后就地掩埋复耕或转运，经浸滤液检查合格后就地掩埋复耕或转运，该该 法施工简单，成本低廉，实用性强，可以同时处理废泥浆及岩屑，而法施工简单，成本低廉，实用性强，可以同时处理废泥浆及岩屑，而 且岩屑还能增加固化物强度。且岩屑还能增加固化物强度。和密封填埋、干化法处理方法等配合使 用有好的效果。 目前油田钻后治理采取的主要方法是将钻井污水处理 或回收后，对钻井固体废弃物进行固化处理， 最终就地填埋复耕或拉 运到指定的堆渣场集中存放。 常用的固化方法有以下几个。 2.1.1 水泥基固化 水泥基固化是基于水泥的水合和水硬胶凝作用而对废物进行固 化处理的一种方法。此方法非常适合于处理各种含有重金属的废物。 固化过程中，钻井液中的重金属离子会由于水泥的高pH 作用而生成 难溶的氢氧化物，并固化到水泥基中去。 2.1.2 石灰基固化 石灰基固化是用石灰作基材，以粉煤灰、水泥窑灰作添加剂，常 用于处理含硫酸盐或亚硫酸盐类废物的一种方法。 此法基于水泥窑灰 和粉煤灰含有活性氧化铝和二氧化硅， 因此能同石灰在有水存在的条 件下发生反应生成对硫酸盐、亚硫酸盐起凝结硬化作用的物质， 最终 形成具有一定强度的固化物。 2.1.3 水玻璃固化 水玻璃固化是以水玻璃为固化基材， 使之同辅助材料 （酸性物质） 混合反应，然后按一定配比和有害物质混合，使废物自动脱水固化。 水玻璃的化学结构为： OHO NaOH ︱︱︱ NaO—Si—O—（—Si—O—）n—Si—ONa（n=1,2,3） ︱︱︱ OHO NaOH 水玻璃和酸反应就生成甲硅烷醇，由于甲硅烷醇活性大而聚合生 成不可逆的硅氧烷胶体： ︱︱︱︱ H2O —Si—OH ＋OH—Si——Si—O—Si— ︱︱︱︱ 水玻璃固化法便基于这种作用。 2.1.4 药剂的作用 固化法选用的无害化处理剂是由四种无机物组成的混合物， 每种组份起不同的作用。 • 阳离子沉淀剂是一种含有磷酸盐的无机物，沉淀重金属离子、 降低其活性，同时赋予固化物一定的肥效； • 阴离子沉淀剂能将可溶性阴离子有机污染物变成不溶物，降低 其毒性，并调节废钻井液 pH 值，同时可和阳离子沉淀剂协同 起破乳作用； • 吸附剂具有很大的比表面积，可吸附有机物和金属离子； • 固化剂可通过化学反应形成立体构架的无机聚合物，包裹、固 定污染物，使污染物在外力（主要是水浸）作用下不能游离出 来，降低其迁移能力，进一步提高无害化处理效果。 总之，本技术是选择合适的污染物沉淀剂、吸附剂和固化剂，通 过多种机理共同作用的结果使污染物无害化 —吸附—固化过程达到 减低污染，保护环境的目的。 2.2 缺点及问题 由于钻井液体系的高度稳定性，使用一般的方法分离和处理污 水，达标难度较大。目前的固化法是靠向钻井液中加入大量的固化剂 （占总量的 1/3）进行搅拌反应，但这一方法存在诸多弊端： 一、不能解决钻中废液的固液分离和污水的处理回用。对含油 量较大的废液必须先进行除油或收油处理。 二、固化物总量增加 30%。 三、在泥浆池内，固化剂和废弃物很难搅拌均匀，固化工艺和 现场条件决定着固化质量难以控制。 四、固化法带来的废渣运输及储存问题也日渐突出，后续处置 或综合利用制砖费用较高。 五、目前的固化填埋由于存在渗滤液的污染，治标不治本，当 地环保部门要求采取根本治理措施，该法不适合更加严格的环保要 求。 3 随钻或集中处理法 3.13.1 原理原理 采用脱稳—絮凝—除油—固液分离机理， 胶体颗粒的絮凝作用机 理有如下四种：⑴沉淀网捕作用；⑵吸附电中和作用；⑶压缩双电层 作用；⑷吸附架桥作用。采用化学强化固液分离法，可以使废弃钻井 液处理后的水质达到排放要求，从固液分离后的固相来看，含水率较 低，且固相污染物浸出率较低，便于运输，污染物环境污染扩散会更 小。便于利用。见图： 固废综合利用实施步骤固废综合利用实施步骤 固液分离污水