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TCrCODCrAsPbF-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CODCr、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2.1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、稳定化或包容，以减小废物的毒性、可迁移性和溶解性。使其在自然条件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，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，而且岩屑还能增加固化物强度。与密封填埋、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，然后按一定配比与有害物质混合，使废物自动脱水固化。水玻璃的化学结构为：OHONaOH︱︱︱NaO—Si—O—（—Si—O—）n—Si—ONa（n=1,2,3）︱︱︱OHONaOH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：︱︱︱︱—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，同时可与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；H2O•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、吸附剂与固化剂，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，固化剂与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3.1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：3.2优点3.2.1滤液处理达标可利用3.2.1.1一级处理废弃循环钻井液一级滤液指标废弃循环脱出水水质泥饼含水率脱水率（质处理1m3钻固废综合利用实施步骤固液分离污水达标排放泥饼干化粉碎制坯废砖烧制成砖入窑钻井液类型pH值CODCr，mg/L油，mg/L色度，度（质量分数）%量分数）%井液药剂费用，元聚丙烯酰胺淡水基6.0～7.8（6.56）126.6～2480（682.6）0.8～62.5（26.2）50～2600（560）21.6～84.6（58.2）7.8～58.6（41.2）聚丙烯酰胺油基6.2～7.6（6.62）182.7～3840（864.7）0.9～582（132）50～3500（762）34.2～78.7（62.7）8.4～62.6（38.7）两性聚合物淡水基6.0～8.0（7.02）108.8～3452（764.2）1.2～216（42.7）30～2600（456）34.7～85.8（52.7）11.7～54.6（39.2）两性聚合物油基6.2～7.8（7.0）126.4～2487（702.2）3.0～681（36.8）20～2000（352）26.6～82.7（51.8）2.4～68.2（42.4）复合金属离子型6.0～7.2（6.42）118.1～3645（846.7）0.6～728（121.7）20～1200（264）22.6～88.2（62.1）7.8～49.8（32.4）三磺体系6.54582254320048.242.3注：（1）脱水率=；100钻井液含水量脱出水量（2）括号内的数字为平均值。3.2.1.2二级处理污水达标污水处理主要环保指标（mg/L）序号名称井场防尘回用(洗岩屑水)外排二级外排一级1COD≤500≤300≤1002pH值6~96~96~93石油类≤20≤10≤54SS≤400≤150≤150标准依据《污水综合排放标准》GB8978—1996标准一、二级（外排）、三级标准（回用）3.2.2固液分离泥饼淋滤达标该方法使废液中的有毒有害物质浓集于残渣中，当这些残渣自然堆放，受到雨淋水浸时，有毒有害成分可能转移到水相。（1）浸出液清澈透明，说明泥饼颗粒之间仍然易于凝聚，而不形成稳定的胶体溶液（即油田现场称之为“返浆”）；（2）浸出液的污染物含量除油分外均低于《污水综合排放标准》（GB8978—1996）的指标，说明污染物大部分聚集在泥饼固相中难于浸出，也说明金属离子与钻井液添加剂及有机高分子絮凝剂的吸附式不可逆的；（3）随着温度升高，热运动加强，污染物浸出率增加；（4）pH值对浸出液中污染物的含量影响不大，只是总铬含量随着pH值升高有降低的趋势。总之，废弃钻井液经化学强化固液分离处理后，使其污染物集中于泥饼（残渣）中，残渣的浸出液中污染物浓度达到国家允许的排放标准，说明该工艺不仅减少了液相的环境污染（处理后水质达标），而且减少了残渣中污染物的环境扩撒。综合上述浸出液分析结果见表3-13和表3-14.表3–13不同pH值下浸出液分析结果（室温）样品浸出液特征加水pH值浸出液颜色及现象246810富97井泥饼浸出液pH值CODCr，mg/L油，mg/L总铬，mg/LSS，mg/L6.026.126.356.516.82轻微黄色，混浊，不返浆123.6124.8131.2129.6132.411.211.412.812.410.80.0520.0380.0410.0180.02724.842.734.652.864.8真127井泥饼浸出液pH值CODCr，mg/L油，mg/L总铬，mg/LSS，mg/L6.246.346.476.687.12轻微黄色，混浊，不返浆134.8136.5132.7141.7143.811.412.513.114.815.20.0380.0280.0310.0250.02918.834.742.640.767.8真138井泥饼浸出液pH值CODCr，mg/L油，mg/L总铬，mg/LSS，mg/L6.046.236.446.526.82轻微黄色，混浊，不返浆172.6188.2181.4190.9206.218.25.68.211.224.20.0320.0170.0130.010.0145.544.251.44.5568.8韦2-19井泥饼浸出液pH值CODCr，mg/L油，mg/L6.126.346.456.496.92轻微黄色，混浊，不返浆52.748.847.751.184.710.716.112.413.418.2总铬，mg/LSS，mg/L0.0580.0420.020.010.0141.440.458.147.7126.1表3–14不同温度下浸出液分析结果（加入水pH值=6.8）样品浸出液特征温度，℃浸出液颜色及现象10203040富97井泥饼浸出液pH值CODCr，mg/L油，mg/L总铬，mg/LSS，mg/L6.056.656.726.78轻微黄色，混浊，不返浆121.3124.0131.8139.610.811.512.814.40.0340.0380.0430.01618.624.547.1108.4真127井泥饼浸出液pH值CODCr，mg/L油，mg/L总铬，mg/LSS，mg/L6.746.776.787.78轻微黄色，混浊，不返浆131.617.548.9154.811.514.415.616.10.0240.0210.0720.08622.145.138.681.1真138井泥饼浸出液pH值CODCr，mg/L油，mg/L总铬，mg/LSS，mg/L6.256.546.586.72轻微黄色，混浊，不返浆124.414