龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 油基泥浆钻井废弃物处理技术研究进展 作者：李晓歌 任宏洋 来源：《环境与发展》2018年第03期
摘要：油基泥浆钻井废弃物是石油天然气开发过程中的重要污染源。针对油基泥浆钻井废物的污染特征和环保要求，本文分析了脱干-生物降解、热蒸馏、热裂解、化学清洗、LRET、超临界萃取等不同处理技术的发展现状，并探讨了不同处理技术的应用前景和技术局限，提出应从资源化利用角度开展油基泥浆钻井废弃物处理技术研究。
关键词：油基泥浆；钻井废弃物；处理技术 中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0091-01 DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.051 Abstract： Oil-based mud drilling waste is an important pollution in oil and natural gas development process. According to the pollution characteristics and environmental protection requirements， the effects of desorption-biodegradation， thermal-distillation， thermal-cracking， chemical cleaning， LRET and supercritical fluid extraction were analyzed， and then the application and technical limitations of different treatment technologies were described. It is proposed that oil-based mud drilling waste treatment technologies should be developed considering the perspective of resource utilization.
Key words：Oil-based mud；Drilling waste；Treatment technology 在海上或陆地石油、天然气钻探开发过程中，常规水基泥浆常常不能很好地满足大斜度井、水敏感性地层、复杂地层、水平井等高难度钻井作业的要求，以油类为连续相的油基泥浆具有明显的优势。目前在我国新疆深井、超深井钻井工程，川、渝地区页岩气开发钻井工程中，油基钻井泥浆被广泛使用[1]。油基泥浆中含有大量的矿物油类基油，含量约为80%～90%。目前广泛使用的基油包括柴油、合成矿物油，钻井过程中随着泥浆循环，产生大量的废弃油基泥浆及含油岩屑等油基泥浆钻井废弃物，单井产生量约400 m3～800m3，成为困扰油气田开发过程生态环境保护的主要污染问题[2]。
1 油基钻井废物污染控制要求 世界各国对油基泥浆钻井废弃物的排放执行了严格的控制标准。美国联邦政府规定禁止排放油基钻井液，含柴油的钻屑和游离油均不允许排放。加拿大政府规定，禁止使用柴油配置油基泥浆，禁止排放整体废弃油基泥浆，并且规定处理后的废弃物中油含量不得大于2%。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 2016年，我国颁布了新的《危险废物名录》，其中在“HW08废矿物油与含矿物油废物”中，明确规定“以矿物油为连续相配制钻井泥浆用于石油开采所产生的废弃钻井泥浆”（071-002-08），“以矿物油为连续相配制钻井泥浆用于天然气开采所产生的废弃钻井泥浆”（072-001-08）为危险废物，须按照危险废物管理办法，进行收集、储存、包装、运输、处置。
2 油基钻井废物处理技术进展 油基泥浆钻井废弃物组成非常复杂，性质稳定，资源化利用和无害化处理难度很大。目前国内外针对油基泥浆钻井废弃物处理技术主要有以下几种。
2.1 脱干-微生物代谢降解技术 将油基含油钻屑通过专用脱干设备分离为滤液和低含油固相。滤液返回钻井液体系，循环用于钻井工程；低含油固相通过微生物代谢降解实现无害化。
常用脱干技术以离心干化为主，通过离心机实现油基泥浆钻井废弃物中油的初步回收，处理工艺较为简单，但其脱油率较低，设备成本高、维护费用高。
针对初步脱干后的低含油固相物，可采用生物降解的方式，利用微生物将石油烃类降解，使其最终转变为CO2和H2O。单海霞等[3]优选了不同的微生物，考察其对于油基泥浆钻井废弃物的处理效果，结果表明，处理后固相中石油类油含量从134.7g/kg降至34.6 g/kg，生物降解率达74%以上。但从工程实际应用来看，目前微生物降解技术处理油基泥浆钻井废弃物还具有一定的局限。首先，相当一部分油基泥浆的基础油为商品柴油，柴油中含有多环芳烃，能够降解四环及以上多环芳烃的高效降解菌的工程应用效果较差，存在一定的技术难题[4]；其次，微生物代谢过程需要适宜的生长条件和营养介质，并且微生物的新陈代谢周期通常较长，在工程实施过程中，存在生物降解场地的建设、工艺条件控制难度较大的难题；此外，利用生物法处理油基泥浆钻井废弃物具有一定的环境风险和政策法规限制，利用外加微生物菌剂实现油基废弃泥浆的高效生物降解，有可能对使用地土著生物群落结构产生影响，具有一定的环境生态风险，同时，国家质量监督检验检疫总局明确规定进口环保用微生物菌剂，应当按照规定申请获得《微生物菌剂样品环境安全证明》。
2.2 热分馏技术 热分馏技术利用蒸馏原理，将油基泥浆钻井废弃物加入密闭减压系统中，外部提供热量，加热到油的沸点温度使其气化，实现油和岩屑的分离，然后将产生的气体冷凝，回收矿物油。
热分馏技术工艺流程较为简单，能回收废弃油基钻井废物中的部分轻质矿物油组分，回收的油可用于配置油基钻井液、用作燃料或其他用途，具有一定的经济效益和环保效益[5]。但是，油基泥浆钻井废弃物中，基油的馏程一般较高，如柴油的馏程一般在200-400℃，使其气龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 化需要达到200℃以上的高温，需要专用的加热和蒸馏设备，能耗较高，同时石油烃中部分分子量较大的组分无法回收，导致残余固相中石油类含量较高。
2.3 热解技术 热解技术是在绝氧条件下将油基泥浆钻井废弃物加热到一定温度使烃类分解，工艺原理类似于炼厂中的热裂化反应，是目前国外广泛用于含油污泥无害化处理的主要手段。对于热解技术而言，工艺处理效率的因素包括，热解温度、升温速率、反应时间等，其中热解温度是最主要的影响因素，对于处理后固相的含油率和冷凝回收的油品具有显著的影响[6]。在较低温度下，烃类大分子裂解成较多的中、小分子，气相中小分子烃类含量较少，冷凝回收的液态矿物油量相对较多；随着温度升高，除大分子裂解外，许多中间产物也发生二次裂解，气相中小分子烃类含量明显增加，但固相中石油烃含量有所降低。
采用热解技术处理油基泥浆钻井废物，可通过冷凝的方式回收矿物油类，设备投资小，对外界支持条件的要求较低，但热解技术无法回收油基泥浆中昂贵的油田化学剂，处理过程中要保证绝氧加热到500～1000℃，技术难度较大，耗能较大，而且高温处理会使得重质烃类发生缩合结焦，导致石油类损失大。
2.4 化学清洗技术 化学清洗技术利用含有乳化剂的热水将油基泥浆钻井废弃物表面的油清洗下来，然后再向体系中加入破乳剂和絮凝剂以促进油水分离，再经过离心、旋流和气浮等技术实现油、水、固体的分离[7]。
化学清洗技术工艺较为简单，处理过程在常温、常压下运行，安全性较高；但化学清洗消耗水量大，产生大量污水，形成二次污染；药剂加量大，种类多；化学清洗剂的添加破坏了油基钻井泥浆的稳定结构，导致油基泥浆中昂贵的油田化学剂无法回收，大大降低了回收产品的价值。
2.5 超临界流体萃取技术 超临界萃取技术是在溶剂萃取的基础上发展而来的一种处理技术，利用超临界流体，如超临界状态下的二氧化碳，对石油类具有特殊溶解作用，将油基泥浆钻井废弃物与超临界流体等混合，石油类被萃取到临界流体中，混合液经减压后，溶剂回用，萃取出的油可作为资源回收再利用。
超临界萃取技术石油类回收率高，但其工艺条件较为复杂，能耗较大，目前还处于实验室研究阶段。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 2.6 油基泥浆全价值循环回用技术 油基泥浆全价值循环回用技术（Liquid oil-base mud Reuse for Environmental Technology，LRET）针对油基泥浆钻井废弃物中的油基泥浆进行全价值回收，其突出特点是不仅仅针对基油，还包括油基泥浆中的各种钻井用油田化学剂。处理工艺包括：常温深度脱附、固液分离、处理剂回收循环利用、回收泥浆调质等单元过程。目前，基于LRET技术，四川长宁页岩气开发国家示范区开展了油基泥浆钻井废弃物资源化现场应用，处理规模150t/d，取得了较好的处理效果。LERT技术实现油基泥浆的全价值回收，油基泥浆回收率达98%，泥土固相中含油率
2.7 水泥窑协同处置技术 水泥窑协同处置技术是利用现有的水泥窑炉，基于相关环保要求，将满足入窑要求的油基泥浆钻井废弃物与常规水泥原料按工艺要求混合后投入水泥窑，在进行水泥熟料生产的同时，利用水泥窑实现对油基泥浆钻井废弃物的无害化处置过程。由于油基泥浆钻井废弃物中除石油类外，还含有大量的油田化学剂，因此采用水泥窑协同处置油基泥浆钻井废弃物需要满足《水泥窑协同处置危险废物经营许可证审查指南（试行）》的相关规定。
3 结论 油基泥浆钻井废弃物是石油天然气开发过程中重要污染源，根据我国《危险废物名录》，油基泥浆钻井过程中产生的废弃泥浆和含油废物为危险废物。目前油基泥浆钻井废物的处理技术主要包括脱干-生物降解、热蒸馏、热裂解、化学清洗、LRET、超临界萃取等技术，不同的技术都有其自身的优点和局限性，在下一步的技术开发中，应以实现油基泥浆全价值综合回收与资源化利用为目标，从资源利用优先，同时确保环保达标的角度实现油基泥浆钻井废物的资源化利用和无害化处置。
参考文献 [1]朱冬昌，付永强，马杰等.长宁、威远页岩气开发国家示范区油基岩屑处理实践分析[J].石油与天然气化工，2016，45（2）：62-66.
[2]陈永红，刘光全，许毓.废弃油基钻井液处理技术概况及其应用[J].油气田环境保护，2011，21（3）：44-46.