中国废弃钻井液处理技术发展趋势

文章编号:100125620(2009)0620077203

中国废弃钻井液处理技术发展趋势

王眉山1

郑毅

2

(1.武汉理工大学资源环境学院,武汉;2.中国石油工程技术分公司,北京)

摘要 从国内外废弃钻井液对环境的影响入手,研究了国内外废弃钻井液的处理方法。分别从环保型钻井液和钻井液添加剂的开发、减少废弃物的排放、回收和重复利用等方面就废弃钻井液处理和发展趋势进行了论述,并提出了建议。

关键词 废弃钻井液;节能减排;环境保护中图分类号:T E258

文献标识码:A

自建国初期中国投入石油开发以来,生产环节对环境的影响越来越受到重视,尤其是钻井施工过程废弃钻井液对环境的污染,已经引起石油界和广大科技人员的高度重视。各石油企业和国家管理部门把节能减排作为一项重要工作来抓。

1 废弃钻井液的处理方法

[123]

1)循环使用法。有些废弃钻井液、废水、废材料可循环使用。水最有可能被循环使用,例如从钻井液中分离出的废水可用于清洗钻头;清洗钻头后的废水收集后再循环使用;生产水经过处理后再注入井内以平衡井内压力,也可用于重油的处理。

2)回收再利用法。油基、酯基还有合成基钻井液使用后,可回收其基液用于其它井作为钻井液的基液或作为燃料等其它用途。钻井液中的添加剂也可以采用适当的方法回收再利用。

3)脱水法。脱水法是利用化学絮凝剂絮凝、沉降和机械分离等强化措施,使废弃钻井液中的固液得以分离。采用加水稀释法可以使大量的加重剂通过自然沉降法分离出来,但是很难破坏由水化能力很强的黏土颗粒和多种护胶剂组成的胶体体系。加入无机和有机絮凝剂后,可以破坏固体颗粒表面的结构,中和颗粒表面的电荷,减少颗粒之间的静电引力,促使固相颗粒聚结变大,从而达到固液分离的目的。对于不同的废弃钻井液,应使用不同的絮凝剂。现在已经研究出了很多无机和有机絮凝剂,用于不同废弃物的絮凝处理,并得到了较好的效果。

4)破乳法。破乳可以采用传统的添加化学剂的方法,利用化学剂的特性破乳。如利用电解质所带电荷的性质不同,或者通过加入化学剂降低钻井液的黏度等。但这些方法由于添加了化学剂,一方面提高了成本,另一方面给环境又带来了新的影响。

5)回注法。有些毒性较大又难以处理的废弃钻井液可以通过回注法处理。回注方法有2种。1注入非渗透性地层。用压裂液在机械作用下加压到足以将地层压裂的压力,将要处理的废弃钻井液注入地层裂缝中,撤消压力时,周围地层中的裂缝自行关闭,从而防止地层中的废弃钻井液发生迁移。现在在海上钻井时,许多情况下的废弃钻井液处理就是用该方法。o注入地层或井眼环形空间。将废弃钻井液通过井眼注入安全地层或井眼的环形空间。但该方法对地层有严格的要求,深度必须大于600m 。一般钻井液的处理可以采用该方法。

6)回填法。废弃钻井液在储存坑内通过沉降分离,上部清液达到环保标准后直接排放。剩余部分经干燥后(并不一定要完全干燥,只要到一定程度就行),在储存坑内就地填埋。但必须保持顶部的土层有1.0~ 1.5m 厚,然后恢复地貌。这种方法不失为一种处理低毒和无毒废弃钻井液的好方法。但不能用于毒性较大的废弃钻井液的处理。

7)生物处理法。生物处理钻井废弃物的方法有许多种。微生物降解法是利用微生物将有机长链或有机高分子降解成为环境可接受的低分子或气体。使用该方法的困难是如何选择合适的微生物菌种和

第一作者简介:王眉山,高级工程师,1965年生,2000年毕业于中国石油大学油气井工程专业获硕士学位,在读博士研究

生,研究方向为井筒力学和安全环保研究。地址:北京市东城区东直门北大街9号石油大厦A2008;邮编100007;电话138********;E 2mail:wangmeis@https://www.wendangku.net/doc/962340881.html, 。

第26卷第6期 钻 井 液 与 完 井 液 V ol.26No.62009年11月 DRILLING FLU ID &COMPLET ION FLU ID N ove.2009

载体。生物絮凝法是在废弃钻井液中加入特殊的微生物,使一些高分子有机物絮凝并且沉积下来,可用于钻井废水的处理。该方法中所用微生物必须是通过自然筛选或诱变培育及基因工程、细胞工程技术获得的特种微生物。这些微生物同时还可以对某些有机物进行降解,如邻、间、对苯酚就可以在这样的微生物作用下,发生生物降解。

8)固化法。固化法被认为是一种比较可靠的治理废弃钻井液污染的好方法,对于治理难度最大的COD、Cr、pH值和总铬污染最为有效。经过固化液毒性测定,达到国家工业废水排放标准,对于含水量最高的废弃钻井液,可以结合固液分离技术,以取得最佳的处理效果。该方法适用于膨润土型、部分水解聚丙烯酰胺、木质素磺酸铬、油基钻井液等。

9)焚烧法。焚烧也是一种非常洁净的处理钻井废弃物的方法。因为在焚烧炉的烟窗内都安置有除尘、回收和气体吸收的装置。回收的油和其它物质可以用于油基钻井液的基液或移作他用。剩余的灰烬可以综合利用,对环境没有不良影响。但这要求必须具有很高的温度(大约为1200~1500e)。现在国外使用加热解吸的技术,用于加热解吸油基钻井液中钻屑含有的油类物质(温度大约为400e)。该技术在北海油田对油基钻井液进行了应用,钻屑中的剩余含油量小于1%,可以直接排放到海洋中,符合国际和国家的环保要求。目前又发展了低温加热解吸油基钻井液钻屑中含有的油类物质的技术。

10)复合混合法。所用材料为一种粉末和木屑。该粉末具有很好的吸油性能,同时它还具有固氮能力、臭味防护、气味跟踪的特点,具有良好的降解能力。木屑为木材加工厂的副产品,主要是起疏松作用。这2种原料混合使用是一种良好的烃类改良剂。使用该方法处理废弃钻井液时,首先要对废弃钻井液进行分离,回收钻井液中的基液,然后才能按上述方法处理。将除去基液后的钻屑与混合料(粉末和木屑)充分混合。然后将它平辅在一个大场地,不要压实,而要保持相当的疏松程度;让它具有足够的氧气和水分,如有必要可在其中通入氧气,添加水;这样能很快生物降解,同时固氮,成为一种肥料,进入表土层和次表土层,可让植物吸收。经过这样降解后,残留物没有毒性,对环境没有影响,也不会对环境带来潜在的影响。这种在现场处理钻井废弃物的技术使用方便,处理速度快,减少了劳动强度,节约了成本,适用于单独井。

11)存在天然放射物的井场钻井废弃物的处理。石油作业中导致放射污染的来源主要有两方面,一是使用具有放射性物质的工具,如随钻检测仪、中子检测仪等。二是钻井过程中,产生的钻屑中具有某些放射性物质,导致放射性污染。放射废弃物可以是固体、液体、气体和空气微尘,它们可能放射出一种射线(A、B、C),也可能放射出多种射线。将废弃物注入已堵塞的或废弃的井中,并保证水位在地下水位以下;或在满足有关环境保护的法规要求后排放到海洋中;或将它转化到环境可允许的含量内,并储存在一个特别指定的用于存放天然放射废弃物的地方;甚至可以将它排放到一个孤立的和不能蒸发的池中;有些废弃物可由原子能管理机构来处理。为了更好地解决放射性废弃物的处理问题,降低处理费用,美国大多使用盐穴处理。

除此之外,近几年来,一些新的方法和技术也正在进行室内研发和现场试验。

2废弃钻井液处理技术的新进展近年来,广大科技工作者已经对废弃钻井液处理做了有益探讨,取得了一些新进展。

1)废弃钻井液重复利用。2008年中国石油集团西部钻探吐哈钻井公司开展了废弃聚磺钻井液低成本转化表层钻井液技术研究,开发出废弃钻井液钻表层技术配方和实施工艺。该技术通过在完井废弃聚磺钻井液中加入一定量水,降低钻井液的密度、增加其滤失量,同时引入新型无机聚合盐强絮凝剂JLT,絮凝、沉降钻井液中原有的处理剂,压缩黏土表面扩散双电层,使完井钻井液中的胶体微粒由细分散转变为适度絮凝粗分散,提高其黏度、切力和进一步增加滤失量,改造后的性能达到表层钻井钻井液的性能要求。通过在吐哈油田红胡、温米、丘陵3个区块17口井的应用,实现了完井废弃钻井液循环利用,实施井平均每口井节约钻井液成本2万元,重复利用160m3废弃钻井液。该技术规模推广不仅可以降低钻井成本,还可以节约大量的矿产和水资源,大幅减少钻井废弃物排放,对实现钻井清洁生产、减少环境污染、节能减排具有积极的现实意义。

2)废弃钻井液在水处理方面的资源化利用。武汉理工大学利用废弃钻井液研制出了高品质陶瓷滤料,经建设部水处理滤料检测中心和湖北省疾病预防控制中心的检测,其各项性能均符合过滤城市饮用水的质量和卫生要求;此外,由于该陶瓷滤料不仅

78钻井液与完井液2009年11月

保持高气孔率、高吸附能力,还保持具有较高的强度,可代替石英砂、无烟煤、活性碳等常规滤料,满足水处理高科技发展的需要,在采油废水、轧钢废水、印染废水、造纸废水等工业污水和饮用水处理领域展现了广阔的应用前景。

3)废弃钻井液在交通运输方面的资源化利用。中国石油集团海洋工程有限公司近几年也采用粉煤灰复合材料固化剂技术,优选强度高,硬化速度快的固化物,进行废弃钻井液的固化和处理,固化物的浸出液毒性在GB8978)1996控制指标内,用优化化学药剂处理钻井废水达到回注水水质指标。除此之外,海洋生产现场所用的钻井液经过钻井循环系统中的设备甩干后,所产生的液态物质进行重复利用,固体废物运回陆地进行高温除油、化学处理等工序处理,经过环保部门的检测,各项指标达到环保要求后,用在高速公路的路基建设中,不仅节约了资源、进行了废物的再利用,也起到了节能减排的目的。

3废弃钻井液处理技术的发展趋势1开发新的环保型钻井液体系和钻井液添加剂。o加强固控,减少废弃物的排放,主要是加强四级固控的管理,对固控设备合理搭配、合理利用,利用高效固控设备。?开发综合利用新技术。应该利用现有的科学和技术在废弃钻井液处理时向综合利用出发,这样既保护了环境又开发了资源。如将钻井废弃物经过一定的技术处理转化成为可供植物利用的肥料等。?降低成本,优化环境。?加强井场废弃物的管理。国外对井场废弃物的管理要求非常严格,制定了一系列的方针、政策,同时加强了环境和作业的监控、监督和评估,确保环境稳定。中国在这方面做了大量的工作,取得了很好的效果,但国外的许多技术和经验还是值得学习和借鉴的。同时可以开发许多先进的管理方法。

4结束语

针对石油开发过程中的环境危害,建议政府、企业有关部门从政策、资金等方面扶持鼓励科研单位和广大科技工作者尽快投入技术研究,研发技术适度超前、对环境污染小的材料和技术工艺,使石油工业在履行社会责任的同时,承担好节能减排的社会义务,达到自然和人类活动的和谐统一。

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(收稿日期2009206210;H GF=0906N4;编辑王小娜)

(上接第76页)

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(收稿日期2009204209;H GF=0906N6;编辑王小娜)

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第26卷第6期王眉山等:中国废弃钻井液处理技术发展趋势

Key words Water block;Water block r emoval agent;Bio 2sur factant;Non 2ionic fluoro 2polymer sur factant First author .s address College of Chemistry and Chemical Engineering,U niversity of Jinan,Jinan,Shan 2dong 257017,China

Progress in the Numerical Simulation of Invasion Damage fr om Drill 2in Fluids in Horizontal Wells.DFCF ,2009,26(6):69273

Authors YAN G Yugui,KANG Yili,YOU Lijun,LI Daqi

Abstr act T his paper discusses the resear ch progresses made in numerical simulation of reservoir damage caused by filtr ate and solids invasion in several aspects,such as multiphase flow through porous media,multi 2parameter regression,skin damage and reservoir numer ical simulation.All these discussion was based on reservoir damage caused by dr ill 2in fluid in horizontal wells.Presently studies ar e mainly concen 2trated on the construction of math model and simulation of filtr ate invasion in inter mediate and high perme 2ability formations,while the r eser voir damage caused by the generation of interior mud cakes and deep in 2vasion of solids from spurt loss,the distr ibution of the damage,as well as the influence of the damage on well flowback are not well studied.Simulation study on the dynamic damage to fr actured dense reservoir caused by dr ill 2in fluid is very rare.It was emphasized that the dynamic simulation of invasion damage in horizontal wells should fully take into account the contact time of drill 2in fluid with formation,reservoir heterogeneity,the eccentr icity of drill strings,and gravity force.Further more,the simulation of the rela 2tion between invasion damage and flowback should be stressed.

Key words H orizontal well;For mation damage prevention;Drill 2in fluid;Solids invasion;Mathematical model;Summary

First author .s address State Key Laboratory of Reservoir Geology and Development Engineering,South 2west University of Petroleum,Chengdu,Sichuan 610500,China

Research Progress on Lost Circulation Materials and Lost Circulation Contr ol Technology.DFCF ,2009,26(6):74276

Authors ZH ANG Xiwen,LI Shuang,ZH ANG Jie,SUN Jinsheng,YANG Zhi

Abstr act This paper summar izes the resear ch progress made on the development of lost cir culation mater ials (LCM)and the technology of controlling lost cir culation.Stresses are given to the mater ials and technolo 2gies of lost cir culation control,such as bridging,high filter loss,elasticity,polymer gel,cement slurry and swelling LCM etc.Working mechanism and case histories of these technology and material are presen 2ted,and the prospect of the development in LCM and lost cir culation control technology is analyzed.Key w ords Drilling fluid;Lost circulation material;Lost circulation prevention and control;Research progress First author .s addr ess Research Institute of Drilling Engineering,CNPC,Beijing 100083,China

The Prospect of Waste Drilling Fluid Treatment Technology in China.DFCF ,2009,26(6):77279Authors WANG Meishan,ZH ENG Yi

Abstr act Methods of waste drilling fluid treatment both in China and abroad are studied based on the influ 2ence of waste drilling fluids on the environment.Waste drilling fluid treatment technology and its future development are discussed in several aspects,such as the development of environmentally friendly drilling fluid systems and additives,the emission reduction of waste drilling fluids,the recover y and reuse of waste drilling fluids.

Key words Waste drilling fluid;Energy saving and emission reduction;Environment protection

First author .s addr ess College of Resources and Environment,Wuhan Univer sity of T echnology,Wuhan,H ubei 430070,China

Synthetic Base Drilling Fluid Technology for Mar ginal Oilfield in Nigeria.DFCF ,2009,26(6):80281Authors XIAO Chao,FENG Jiangpeng,SONG Mingquan,ZH AO Suli,LIU Guichuan

A bstract D rilling deviated wells in water sensitive formations in the marginal oilfield in Nigeria frequently encoun 2

97Vol.26,No.6 ABSTRA CT