根据《全国石油天然气资源勘查开采情况通报》,2020年我国共完成探井2956口、开发井17297口;按照每口井产生约300立方米的废泥浆计算,我国每年产生的钻井废物数量高达数百万方。
废弃泥浆中存在着各种不同比例的化学试剂(膨润土、降滤失剂、 防塌剂、絮凝剂、加重材料等),这些化学试剂可能含有大量的污染物。除此之外,废弃泥浆还包含了地层中的石油类物质,从地下携带到地面的岩屑和重金属。因此煤层气虽是一种高热值洁净能源,但其开采过程中产生的废弃泥浆的成分十分复杂,是煤层气生产过程中的主要污染源之一。
综合来说,废弃钻井泥浆是一种含有黏土、化学处理剂、无机盐、油类、可溶性的微量元素和钻屑等多组份的胶体溶液,若不妥善处理,将对开采区的生态环境造成严重危害,并进一步影响当地居民的生产生活安全。
近年来,我国在对废弃钻井泥浆的处理有了长足的进步,但是部分油气开采企业在处理的过程中仍缺乏系统而全面的认识,仅靠自然晾干这种占地很大的方式进行,而且投入的资金大部分用于运输,导致对处理技术的研发投入较少,再加上处理设备与泥浆处理剂选取不当,无法从根本上做到无害化处理。
同时,油气田的作业环境也增大了无害化处理的操作难度,因此亟需开发一种简单高效并且成本较低的处理方法。有关研究表明,使用化学固液分离法能够较好实现废弃钻井泥浆的无害化处理,特别是对于含水率较高的水基钻井泥浆。化学固液分离使用最多的是破胶絮凝技术,通过化学絮凝技术可以有效加快废弃钻井泥浆的固液分离速度,分离出的部分水资源可以重复利用,使分离出的泥饼固含量提高,但是对于分离过程中的工艺条件研究较少。
利用水泥对泥饼进行处理,能够大大缩短泥饼的固化周期,固化后不会造成二次污染,能够实现 废弃泥浆坑当年复垦。但是对于废弃钻井泥浆固液分离后的固相单纯采用水泥进行固化,将会提高废弃泥浆处理的总成本,因此还需进一步研究固相处理办法。
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目前的废弃泥浆固化技术通常是以水泥为主固化剂,同时根据钻井泥浆废物的污染特 征加入适量的破胶剂、粉煤灰、石膏等处理剂,使废弃物中的污染物和有害物质被包埋、 封闭在高强度的固化体内。废弃钻井泥浆经以水泥为主粉煤灰为辅的固化剂,固化处理后,浸出液的各项指标均能达到(GB9878—1996)一级排放标准。
这些方法通过添加工业废弃物粉煤灰,减少了水泥用量,具有一定的“以废治废”效果,但是固化剂还是以水泥为主,仍存在一定的成本问题。
近些年来,以工业废弃物矿渣为主的固化剂研究发现,矿渣基固化剂在一定养护期内,固化块的抗压强度随矿渣固化剂的掺量增加而提 高,说明其固化性能是可以挖掘的,因此矿渣基固化剂对于固化废弃泥浆具备一定的可行性。
废弃泥浆的无害化处理十分必要,对废弃钻井泥浆进行破胶絮凝和固化处理便于二次利用且易于操作,但在其处理过程中,固液分离的最佳工艺条件不 明确,以水泥为主的固化剂处理泥饼成本较高,因此亟需针对废弃泥浆的特点,寻求最佳 的破胶絮凝材料,并优化其处理工艺条件;同时利用一种低成本固化剂对泥饼进行固化处 理,并对破胶助凝和固化的机理进行探究。