油氣田鉆井是高污染行業,每年全國各地新鉆數萬口井,是大氣、土壤、水體污染的重要來源,其中 90%以上的污染物來自于鉆井液和鉆井巖屑。
在石油天然氣鉆井作業中,鉆井液是鉆井的血液,是保證鉆井正常運行不可缺少的物質。它能起到平衡地層壓力、攜帶懸浮鉆屑、清洗井底、保護井壁、錄井、冷卻、潤滑鉆具及傳遞動力等作用。為了達到安全、快速的鉆井目的,使用鉆井液的類型及化學藥品的種類、數量越來越多。
目前鉆井液主要有水基鉆井液和油基鉆井液,水基鉆井液的使用居多,水基鉆井液又主要有:鈣鹽處理泥漿、聚合物泥漿和磺化泥漿三大體系。
在鉆井作業完成后,存留在作業現場的廢棄物大多數是廢棄的鉆井液,由于油氣田鉆井的野外作業特征,施工現場所有的廢棄物幾乎全部排放積存于廢泥漿儲存坑內,這使得鉆井廢棄物中的有害成分復雜化,最終形成一種由粘土、加重材料、各種化學處理劑、污水污油及鉆屑等組成的多相懸浮性的鉆井廢棄物。
油氣田鉆井廢棄物是鉆井污水、鉆井廢泥漿和巖屑的混合物,是一種相當穩定的膠態懸浮體系。其危害環境的主要化學成分有烴類、苯類、鹽類、各類聚合物、重金屬離子、重晶石中的雜物和瀝青等改性物。
鉆井廢棄物分為廢棄液體(即鉆井廢水)和廢棄固體兩部分。目前,廢棄固體已具備比較成熟的技術進行無害化處置,而鉆井廢水至今沒有一套較好的技術處理后達到國家的排放標準,本項目重點在于對鉆井廢水處理的研究。
鉆井廢水來源于廢棄鉆井液經分離后產生的污水、井場洗井水、地層流出水、柴油機冷卻水、清洗設備用水和井場生活污水等。鉆井廢水是在油氣田開發鉆井作業過程產生的一種高難降降的工業廢水,其中含有石油類、重金屬、COD、BOD等有毒、有害物質。具有高懸浮物(1000~1000mg/l)、高COD(4000~20000mg/l)、高油類(500~2000mg/l)、高色度、高礦化度等特性;同時還具有復雜性、多變性、分散性等特點。在鉆井過程中鉆井廢水地下滲漏以及外排對地下水和地表水產生嚴重污染,對周圍生態造成不良影響,因此鉆井廢水污染治理成為當前油氣田鉆井清潔生產中一項艱巨而緊迫的任務。鉆井廢水污染治理已成為油氣田環境保護工作的重中之重,必須高度重視,做好防治工作,滿足當前清潔生產的環保要求。目前,國內治理技術不成熟,國外技術成本高且不適用于環境敏感地區,對外高度封鎖僅提供技術服務,嚴重制約了我國鉆井行業的可持續發展。
廢棄固體包括廢棄鉆井液經分離后產生的污泥、被有害鉆井液包裹污染的鉆井巖屑、井場建筑殘渣、被污染的土壤、鉆井液材料包裝等。
鉆井廢棄物是油氣勘探開發過程中產生的主要污染物,據統計,鉆一口3000~ 4000m 的普通油氣井,鉆井液廢棄物接近3000~5000m3;每鉆完一口井,都要在原地留下幾個廢棄泥漿池,一個油田或一個區塊有成千上萬口井,就有成千上萬個廢棄泥漿池,每個泥漿池中的鉆井廢棄物少則幾百方,多則幾千方。根據中國石油天然氣集團公司2008年對石油污染源的調查結果,我國油田每年鉆井產生的廢棄鉆井液約1200多萬噸。這些廢棄物若在井場堆放或掩埋,一旦被水浸泡、雨水沖刷,就會對周圍的土壤、地表水、地下水、農田和空氣造成十分嚴重的污染。
目前,國內大部分油氣田都采用了固化填埋的方法對鉆井廢棄物處理,固化法就是向鉆井廢棄物中加入大量的固化劑(占廢棄物總量的 1/3 左右),使其中的水分被吸附后就地掩埋,掩埋后廢棄物的浸出液仍然會對地下水產生嚴重的污染。該辦法已不適應新的環境保護控制要求,對鉆井廢水的達標處理才是我們研究的主要目標。
隨著國家新的環保法實施,新的要求日益嚴格。石油、天然氣勘探開發難度的增加,鉆井深度的增加,鉆井廢水的治理也越來越困難。以往的處理技術和設備已不能滿足目前鉆井廢水治理及排放的需要,因此,為了保證油氣勘探開發工業的可持續發展,迫切需要研制一套工藝流程簡單、可操作性強、經濟上可行、技術上可靠的鉆井廢水的治理技術和設備裝置。