技术专题

一、钻井废弃物的 “诞生”

钻井废弃物的种类及危害

钻井作业中会产生多种废弃物，主要包括钻屑、泥浆、废水和废气等。

钻屑：钻井过程中产生的固体废弃物，主要由岩石碎屑和钻头磨损颗粒组成。

泥浆：钻井液的组成部分，主要由水和多种化学添加剂组成，具有一定的污染性。

废水：钻井过程中产生的工业废水，包括钻井液废水、清洗废水等。

废气：钻井过程中产生的气体，如甲烷、二氧化碳等。

这些钻井废弃物会对环境造成多方面的危害：

占用土地资源：钻井废弃物大量堆积会占用土地资源，影响土地利用效率。

污染土壤和水源：废弃物中的有害物质可能渗透到土壤和水源中，对环境和人体健康造成危害。例如，废弃钻井泥浆中存在的有害物质主要有各种类型的废弃油料、各种有机与无机盐、重金属元素等。这些物质一旦进入土壤和水源，会影响水质的 pH 值，造成土壤不可逆的板结、土壤钙化等问题。同时，钻井废泥浆中的氯离子进入地表土壤中会使得土壤变得盐碱化，土质肥力严重下降，抑制多数植物生长。

影响生态平衡：钻井废弃物可能对周边生态环境造成破坏，影响生态平衡。石油等有机物质不能溶于水，与水接触后会自发形成一层悬浮的油膜，在油膜悬浮与流动过程中会有约 20% 到 30% 的低沸点成分挥发进入大气层，使得大气层受到一定程度的污染。

存在安全隐患：部分钻井废弃物可能存在易燃易爆等安全隐患，对人员和环境造成威胁。废弃钻井液自身是一种极为复杂的分散体系，具有相当的稳定性，这种稳定性使废弃钻井液可以在长时间内保持稳定的状态，ζ 电位值很高。要想破坏其稳定性，就必须加入大量的处理剂使其脱稳，这也增加了处理的难度和费用。

二、传统处理方式的局限

我国目前钻井作业废弃物处理技术应用尚处于起步阶段，主要采用传统的填埋、堆放和焚烧等处理方式，这些方式存在诸多不足之处。

填埋：填埋是一种常见的处理方式，但会占用大量土地资源。随着钻井作业的不断进行，废弃物数量不断增加，填埋场的需求也越来越大，这给土地资源带来了巨大压力。而且，填埋的废弃物中的有害物质可能会随着时间的推移渗透到土壤和地下水中。例如，废弃钻井泥浆中存在的有害物质，如各种类型的废弃油料、有机与无机盐、重金属元素等，一旦进入土壤和水源，会影响水质的 pH 值，造成土壤不可逆的板结、土壤钙化等问题。同时，钻井废泥浆中的氯离子进入地表土壤中会使得土壤变得盐碱化，土质肥力严重下降，抑制多数植物生长。此外，填埋的废弃物还可能在土壤中富集，对土壤中的大量微生物产生不良影响，使土壤碱化或中毒，若被植被吸收，将会对其产生毒害作用，甚至危害人畜等。

堆放：废弃物的堆放同样会占用土地资源，影响土地利用效率。在井场堆放的废弃物，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。而且，堆放的废弃物可能存在易燃易爆等安全隐患，对人员和环境造成威胁。废弃钻井液自身是一种极为复杂的分散体系，具有相当的稳定性，这种稳定性使废弃钻井液可以在长时间内保持稳定的状态，ζ 电位值很高。要想破坏其稳定性，就必须加入大量的处理剂使其脱稳，这也增加了处理的难度和费用。

焚烧：焚烧虽然可以减少废弃物的体积，但会产生大量的二氧化碳等温室气体，对环境造成影响。同时，焚烧过程中可能会产生二噁英等有毒有害物质，对大气环境和人体健康造成危害。此外，焚烧处理方式的成本较高，需要大量的能源和设备投入。

三、创新处理技术的崛起

泥浆不落地处理系统

泥浆不落地处理系统是一种创新的钻井废弃物处理方式，具有显著的工作原理和优势。其工作原理主要是经过稀释－絮凝－分离三个步骤，将废弃泥浆变成岩石、泥饼和水三部分。具体来说，岩屑通过水洗、絮凝分离和化学反应处理，可作为铺路材料回收利用；泥浆中的有害物质成分和氯离子被析入水中后，再用真空吸附或挤压方式脱水制成泥饼；将水中含有的大量有机无机杂质，通过预处理－反渗透膜处理达到排放标准。

该系统的优势众多。首先，实现了钻井环保装置撬装化，如冠能公司的 “泥浆不落地” 系统工艺，改变挖循环池的传统做法，利用工艺技术对岩屑、废弃泥浆和岩屑进行处理，废水和部分泥浆进行处理后再利用，减少了土地使用量和降低了对环境的污染。其次，经过有效无害化处理的泥浆可重复再利用，通过使用 “泥浆不落地” 处理，取消直接挖设循环池，不仅减少了土地使用，降低了相关费用，减轻了井队工作量，更重要的是新的工艺技术一旦投入应用，泥浆对环境的污染将得到进一步根治，钻井施工将更加绿色环保。此外，该技术取得了良好的社会效益及经济效益，实现了固体废物的资源化、无害化清洁生产，达到了循环经济及环境保护的要求，有效降低了废弃钻井液造成的环境风险；“变小” 的泥浆污水池减小了土地占用面积，为分公司节约了一定的土地征用费；对比传统处理方式，此技术具有费用低、效果好等特点，分离出来的岩屑可达标排放、充当铺路材料、作物栽培土壤等，脱出水可以循环使用，达到废物利用、节能减排的目的。目前，相关部门已围绕工艺流程、固控设备改进、设备固液分离、液体废弃物深度处理等分项进一步展开探讨，同时兼顾配电、防冻、模块和扩展功能，力争该项技术尽快成熟，并在各钻井队推广使用。

随钻固化处理技术

钻井废弃物随钻固化处理技术及装置是一种有效的钻井废弃物处理方式。该技术可以对废弃钻井液进行固化处理，达到环保要求的副产品可以用来修建井场及铺路；对有效钻井液可以进行筛分处理及回收利用，达到井场清洁生产、节能减排的目的。

河北冠能研发的钻井废弃物随钻固化处理技术及装置，研制了含有凝聚剂、胶结剂、助凝剂等的高效固化剂，固化剂能与钻屑快速水化反应并交联，将有机污染物及重金属沉淀于固化体晶格中，形成具有一定强度和硬度的固体晶格。在此基础上研发了基于双涡旋桨叶搅拌及精确计量系统的 2 代钻井废弃物随钻分离与固化装置，现场应用效果良好。经检测，固化后的钻屑 COD、PH、铬、六价铬、含盐量、石油类等各项指标均达到地方环保部门的排放标准，固化物具有较高的强度及硬度。固化后钻屑用于铺填井场及铺路，解决了以往固体废弃物的无效堆积问题，为钻井废弃物无害化处理找到了出路。钻井液回收利用处理 94 吨，通过高频振动筛及高速离心机对钻井液进行处理，筛分出钻井液中 5 微米以上的杂质，使钻井液达到回收利用要求，在满足减量化处理目的基础上降低了钻井液成本 10%。

四、处理技术的未来展望

随着环保要求的不断提高和资源可持续利用的迫切需求，钻井废弃物处理技术的发展趋势呈现出多方面的特点。

资源化利用：未来将更加注重将钻井废弃物转化为有价值的资源。例如，可以利用废弃钻屑生产建筑材料，钻屑经过适当处理后，可用于道路建设、土壤改良等领域，不仅减少了废弃物的排放，还为建筑行业提供了新的原材料来源。同时，利用钻井泥浆制备陶粒也是一种可行的资源化利用方式，陶粒可广泛应用于建筑工程中，实现了废弃物的循环利用。

减量化处理：通过物理、化学或生物方法减少废弃物的体积是未来的重要发展方向。固液分离技术可以将钻井废弃物中的固体和液体分离，减少废弃物的总体积。化学药剂分解技术可以使废弃物中的复杂物质分解为简单物质，降低废弃物的含量。此外，还可以通过优化钻井工艺，从源头上减少废弃物的产生，实现减量化处理的目标。

无害化处理：采用适当的处理技术，使废弃物达到无害化标准是环境保护的必然要求。生物处理技术将继续发挥重要作用，利用特定的微生物降解有害物质，将有机废弃物转化为无害物质，降低泥浆的毒性。同时，化学处理技术和固化技术也将不断改进，提高无害化处理的效果，避免对环境和人体健康造成危害。

智能化监控与管理：利用物联网、大数据等技术，实现对钻井废弃物处理的实时监控和智能化管理。通过安装传感器和监测设备，可以实时监测废弃物处理过程中的各项参数，如温度、湿度、压力等，及时发现问题并进行调整。智能化管理系统可以根据监测数据自动优化处理工艺，提高处理过程的可控性和安全性。

标准化与法规制定：制定更加严格的钻井废弃物处理标准和法规，规范行业行为。明确废弃物处理的技术要求、排放标准和监管措施，推动废弃物处理的可持续发展。加强对废弃物处理企业的监管，确保其按照标准和法规进行处理，防止环境污染和资源浪费。

创新性技术研发：针对钻井废弃物的特点，研发更高效、环保的处理技术。例如，开发新型的固化剂和处理设备，提高固化效果和处理效率。探索新的生物处理方法，提高微生物的降解能力和适应性。同时，加强跨学科合作，整合不同领域的技术优势，为钻井废弃物处理提供更多的创新解决方案。

总之，钻井废弃物处理技术的未来发展充满挑战和机遇。通过不断推进资源化利用、减量化处理、无害化处理、智能化监控与管理、标准化与法规制定以及创新性技术研发，将实现钻井废弃物的高效处理和资源的可持续利用，为环境保护和经济发展做出贡献。

五、钻井废弃物处理的重要性

钻井废弃物处理具有至关重要的意义。首先，从环境保护角度来看，处理钻井废弃物可以有效减少对环境的污染。钻井过程中产生的钻屑、泥浆、废水和废气等废弃物，如果不进行妥善处理，会对土壤、水源和空气造成严重危害。例如，废弃钻井泥浆中的有害物质可能渗透到土壤和水源中，影响水质的 pH 值，造成土壤板结、钙化和盐碱化，抑制植物生长，破坏生态平衡。同时，石油等有机物质形成的悬浮油膜会挥发进入大气层，污染大气环境。

其次，钻井废弃物处理有助于提高资源利用率。通过创新的处理技术，可以将钻井废弃物转化为有价值的资源。例如，利用废弃钻屑生产建筑材料，用于道路建设、土壤改良等领域；利用钻井泥浆制备陶粒，广泛应用于建筑工程中。这些资源化利用方式不仅减少了废弃物的排放，还为建筑行业提供了新的原材料来源，实现了资源的循环利用。

最后，钻井废弃物处理对实现可持续发展具有重要作用。随着环保要求的不断提高和资源的日益紧张，妥善处理钻井废弃物是实现经济、社会和环境协调发展的必然要求。通过采用先进的处理技术，实现废弃物的减量化、无害化和资源化处理，可以降低环境污染风险，提高资源利用效率，为子孙后代创造更加美好的生存环境。