含油钻屑处理方法及展望

单振东

中海油服油田化学事业部塘沽作业公司 钻完井液业务部，天津 300450

【摘要】在钻井作业过程中，钻井事故严重影响钻井速度，增加钻井成本，是钻井全过程中最大的威胁。油基钻井液具有抗高温、抗盐钙侵蚀、润滑性好、保护储层的特点，可以避免很多钻井复杂事故的发生，提高钻井效率。但是利用油基钻井液钻井产生的含油钻屑会造成环境污染，所以对含油钻屑的处理方法研究意义重大。论文全面阐述含油钻屑的处理方法，提出关于含油钻屑处理的理论及处理方式的展望。

【Abstract】During drilling operation, drilling accident seriously affects drilling speed and increases drilling cost, which is the biggest threat in the whole drilling process. Oil-based drilling fluid has the characteristics of high temperature resistance, salt and calcium erosion resistance, good lubricity and reservoir protection, which can avoid the occurrence of many drilling complex accidents and improve drilling efficiency. However, oil-bearing drilling debris produced by drilling with oil-based drilling fluid will cause environmental pollution. Therefore, the treatment of oil-bearing drilling debris is of great significance. This paper comprehensively expounds the treatment of oil-bearing drilling debris, and puts forward the theory and prospect of oil-bearing drilling debris treatment.

【关键词】钻井事故；油基钻井液；环境污染；含油钻屑

【Keywords】drilling accident; oil-based drilling fluid; environmental pollution; oil-bearing drilling debris

【中图分类号】X741 【文献标志码】A

1 引言

钻井是石油、天然气勘探开发的重要手段，如果复杂工况不能得到及时处理，便会引起其他复杂工况的发生。为了确保钻井施工的顺利进行，必须及时采取有效的措施，防止复杂工况恶化。

2 含油钻屑处理技术发展现状

2.1 含油钻屑特点

钻采产生的钻屑一般含油率在10%~40%，含水率10%~20%，其中还含有大量的苯系物、酚类、蒽、芘等有恶臭的有毒物质，成分比较复杂，属于多相体系。一般由水包油(O/W)、油包水(W/O)以及大量的悬浮固体组成，黏度较大，固相难以彻底沉降。其中，钻屑颗粒呈絮凝体状；由于表面活性剂的作用，体系呈乳化状态；水、油、固相三相间充分乳化且粘度较大，造成钻屑中的固体难以沉降。含油钻屑的各成分中，含水率较高，一般在10%~40%之间。而钻屑中的污泥颗粒容易与其他的物质形成新的化学物质，造成处理设备的腐烛并产生恶臭，所以含油钻屑在石油类产品的生产中过程中具有很大的危害性^[1]。

从微观方面来看，由于含油钻屑具有稳定的水合性和带电性，从而使含油钻屑形成了稳定的分散体系。在油泥的混合体系中，水滴分层次地粘附在固体颗粒表面，阻碍了固体颗粒的相互结合。同时，由于含油钻屑中的固体颗粒一般都带负电，故含油钻屑中大多数固体颗粒相互排斥，这一特性进一步限制了含油钻屑的化学添加剂不能出现阳离子性的物质。通过以往的研究，含油钻屑中的水分一般可分为四种：游离水，絮体水，毛细水，粒子水；含油钻屑中的油分一般可分为三种：浮油，乳化油，溶解油等。这些都是含油钻屑粘度大，难以脱水的原因（如表1所示）。

表1 实验室用含油钻屑组成

实验对象	含油量（%）	含水量（%）	固相含量（%）
含油钻屑	27	12	61

2.2 含油钻屑的处理方式

随着自然资源的逐渐减少和全球固体废弃物排放量的进一步增加，许多国家都加大了对固体废弃物的资源化再利用，力求找到一种行之有效的处理固体废弃物的方法，使固体废物变为可再次利用的“再生资源”。

根据我国新修订的《中华人民共和国固 体废物污染环境防治法》，许多企业对含油钻屑的处理很难达到相关要求。同时根据我国新发布的《排污收费标准及计算方法》，含油钻屑按照危险废物的处理标准为1000元/吨，这无形中增加了企业的经济负担。因此，合理处理含油钻屑对经济发展和环境保护具有重大意义。

2.3 加热含油钻屑处理技术

2.3.1 热处理技术

热处理技术是指对物料进行高温处理，使物料高温分解，最终成为灰渣的处理工艺。法国、德国大多数企业多采用焚烧的方法处理含油钻屑，焚烧产生的热量可用于供热或发电。我国的热处置技术还不是太成熟，过程中需要大量的柴油和含油率较高的污油作为启动热源，而且产生的热量不能被充分利用，同时成本较高，投资也较大。在所有的热处置技术中，焚烧法是出现最早，应用也最广泛的处理技术。最初该方法主要用于处理城市垃圾，工艺比较简单。随着技术的发展，烟气处理和余热利用等逐渐加入焚烧技术之中，使该技术得到了很大的改进。与其他的处理技术相比，焚烧法具有其独特的优点：占地面积小、处理周期短、处理彻底、工艺简单等。

2.3.2 热解技术

一般人认为热解和焚烧是同样的过程，其实不然。第一，焚烧是加氧燃烧，最终产物主要是二氧化碳和水；热解是在绝氧、高温下分解物质，将高分子物质转变为小分子物质的过程，产物包括气态、液态、固态等多种存在形式。热解产生的气态物质主要有氧气、一氧化碳、甲烷等，液态物质主要有丙酮、甲醇、乙酸等，最后的固态剩余物主要是焦炭。第二，焚烧是一个放热过程，经过最初的辅热处理后，系统自产的热量除了维持自身的反应，还有大量的热量用于其他的应用；而热解过程正相反，是一个吸热过程。

2.4 其他处理技术

2.4.1 电动力学处理技术

电动力学技术是一种新兴的含油钻屑处理技术，基本原理是向钻屑中通以直流电，在电泳现象的作用下，钻屑中的正电性的物质靠向阴极。而带有负电性的固体颗粒等靠向阳极，当两电极附近的物质富集到一定程度时，去除污染物。此项技术主要用于处理重金属污染的土壤。在此项技术中，电极的设计，钻屑悬浮物的多少，各种助剂的选择等因素影响最终的处理结果。在钻屑处理中，电动力学处理技术可回收油泥中大部分水分和烃类物质，使油-水-固三相充分分离。2.4.2 超声波法处理技术

超声波处理技术开始研究的比较早，早期主要用于食品、医疗和机械行业。最近出现了一种新型的处理含油钻屑的工艺：只利用超声波来处理含油钻屑。超声波处理含油钻屑具有独特的优点：处理周期短，效果好，工艺简单。但是，由于超声波所需电量较大，使处理成本变高。目前，超声波处理油泥的工艺往往不是作为单一的处理工艺，而是连同其他工艺一同处理含油钻屑，以求在降低成本的基础上得到钻屑最佳的处理效果^[2]。

3 主要研究内容及方法展望

3.1主要研究内容

3.1.1含油废物微结构及污染特征研究

采用红外光谱、质谱、凝胶色谱等进行含油废物组分研究；采用扫描电镜、电子透镜等试验手段进行含油废物微观结构研究；依据国家标准及检测方法进行含油废物环境污染特征研究。

3.1.2含油废物低能深度脱附机理研究

理论与室内实验分析手段相结合，依据费克定律计算评价不同处理剂分子在含油废物微观结构中的传质扩散效率；以有机化学、物理化学、化工原理等理论为基础，将微界面能量变化规律和宏观多相界面化学变化相结合，分析不同类型萃取剂的萃取机理，对比评价不同温度的热力学平衡，与传统化学破乳溶解分离作用进行室内实验评价对比，研究得到溶剂萃取深度脱附机理。

3.1.3对含油废物低能深度脱附分离体系研究

通过核心萃取剂和辅助萃取剂优选，研究含油钻屑萃取体系配方；通过对体系中共存各相的体积分数、油和水的粘度等变化规律研究，完成低能深度脱附分离最佳作用条件和影响因素研究。

3.1.4含油废弃物低能深度脱油处理技术方案研究

通过室内模拟和现场设备实验依据研究得到的深度脱附作用机理和最佳作用条件，设计脱附处理及油相、分离剂相回收回用工艺流程；与常规化学破乳等清洗手段在室内进行油相脱附分离及回用效果对比评价。

3.2 处理方法的展望

萃取技术是利用合适的萃取剂将含油钻屑中的非固相溶解，经搅拌和离心后，将大部分有机物和废油从含油钻屑中抽提出来；然后蒸馏萃取液进行再利用，而回收的废油则返回泥浆罐再次配成钻井液循环。经萃取后，大多数钻屑都能达到美国环保局按指定的最佳示范有效技术的处理标准要求。使用多级萃取工艺处理的含油钻屑的脱油率可达99%以上。

在实验室开发新型高效萃取剂，实现萃取剂、基础油重复利用，形成一套新型的、低能耗、安全的处理含油钻屑工艺技术，应当是处理含油钻屑的最佳方法。

4 结语

与国外含油钻屑处理技术相比，我国的处理技术还比较落后。所以，这就需要我国在对含油钻屑处理技术进行更深一步的研究，在进行合理处理的前提下，保证环境不受到污染和当地居民的身体健康，提高处理效率。

【参考文献】

【1】孙乃有,关荐伊,白连彩.含油固体废弃物的综合利用技术[J].环境污染治理技术与设备,2003(06):67-69.

【2】郑贤敏,徐玉朋,高良军.含油固体废弃物的综合处理[J].石油商技,2006(02):88-90.