技術(shù)專題

一、鉆井廢棄物的 “誕生”

鉆井廢棄物的種類及危害

鉆井作業(yè)中會(huì)產(chǎn)生多種廢棄物，主要包括鉆屑、泥漿、廢水和廢氣等。

鉆屑：鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物，主要由巖石碎屑和鉆頭磨損顆粒組成。

泥漿：鉆井液的組成部分，主要由水和多種化學(xué)添加劑組成，具有一定的污染性。

廢水：鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢水，包括鉆井液廢水、清洗廢水等。

廢氣：鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，如甲烷、二氧化碳等。

這些鉆井廢棄物會(huì)對(duì)環(huán)境造成多方面的危害：

占用土地資源：鉆井廢棄物大量堆積會(huì)占用土地資源，影響土地利用效率。

污染土壤和水源：廢棄物中的有害物質(zhì)可能滲透到土壤和水源中，對(duì)環(huán)境和人體健康造成危害。例如，廢棄鉆井泥漿中存在的有害物質(zhì)主要有各種類型的廢棄油料、各種有機(jī)與無(wú)機(jī)鹽、重金屬元素等。這些物質(zhì)一旦進(jìn)入土壤和水源，會(huì)影響水質(zhì)的 pH 值，造成土壤不可逆的板結(jié)、土壤鈣化等問(wèn)題。同時(shí)，鉆井廢泥漿中的氯離子進(jìn)入地表土壤中會(huì)使得土壤變得鹽堿化，土質(zhì)肥力嚴(yán)重下降，抑制多數(shù)植物生長(zhǎng)。

影響生態(tài)平衡：鉆井廢棄物可能對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成破壞，影響生態(tài)平衡。石油等有機(jī)物質(zhì)不能溶于水，與水接觸后會(huì)自發(fā)形成一層懸浮的油膜，在油膜懸浮與流動(dòng)過(guò)程中會(huì)有約 20% 到 30% 的低沸點(diǎn)成分揮發(fā)進(jìn)入大氣層，使得大氣層受到一定程度的污染。

存在安全隱患：部分鉆井廢棄物可能存在易燃易爆等安全隱患，對(duì)人員和環(huán)境造成威脅。廢棄鉆井液自身是一種極為復(fù)雜的分散體系，具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性，這種穩(wěn)定性使廢棄鉆井液可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定的狀態(tài)，ζ 電位值很高。要想破壞其穩(wěn)定性，就必須加入大量的處理劑使其脫穩(wěn)，這也增加了處理的難度和費(fèi)用。

二、傳統(tǒng)處理方式的局限

我國(guó)目前鉆井作業(yè)廢棄物處理技術(shù)應(yīng)用尚處于起步階段，主要采用傳統(tǒng)的填埋、堆放和焚燒等處理方式，這些方式存在諸多不足之處。

填埋：填埋是一種常見(jiàn)的處理方式，但會(huì)占用大量土地資源。隨著鉆井作業(yè)的不斷進(jìn)行，廢棄物數(shù)量不斷增加，填埋場(chǎng)的需求也越來(lái)越大，這給土地資源帶來(lái)了巨大壓力。而且，填埋的廢棄物中的有害物質(zhì)可能會(huì)隨著時(shí)間的推移滲透到土壤和地下水中。例如，廢棄鉆井泥漿中存在的有害物質(zhì)，如各種類型的廢棄油料、有機(jī)與無(wú)機(jī)鹽、重金屬元素等，一旦進(jìn)入土壤和水源，會(huì)影響水質(zhì)的 pH 值，造成土壤不可逆的板結(jié)、土壤鈣化等問(wèn)題。同時(shí)，鉆井廢泥漿中的氯離子進(jìn)入地表土壤中會(huì)使得土壤變得鹽堿化，土質(zhì)肥力嚴(yán)重下降，抑制多數(shù)植物生長(zhǎng)。此外，填埋的廢棄物還可能在土壤中富集，對(duì)土壤中的大量微生物產(chǎn)生不良影響，使土壤堿化或中毒，若被植被吸收，將會(huì)對(duì)其產(chǎn)生毒害作用，甚至危害人畜等。

堆放：廢棄物的堆放同樣會(huì)占用土地資源，影響土地利用效率。在井場(chǎng)堆放的廢棄物，一旦被雨水浸泡、河流沖刷，就會(huì)對(duì)周圍的土壤、水源、農(nóng)田和空氣造成嚴(yán)重的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。鉆井廢棄物通過(guò)一系列的化學(xué)生物和物理作用后，將對(duì)土壤、水質(zhì)、生物等環(huán)境生態(tài)造成影響。而且，堆放的廢棄物可能存在易燃易爆等安全隱患，對(duì)人員和環(huán)境造成威脅。廢棄鉆井液自身是一種極為復(fù)雜的分散體系，具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性，這種穩(wěn)定性使廢棄鉆井液可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定的狀態(tài)，ζ 電位值很高。要想破壞其穩(wěn)定性，就必須加入大量的處理劑使其脫穩(wěn)，這也增加了處理的難度和費(fèi)用。

焚燒：焚燒雖然可以減少?gòu)U棄物的體積，但會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳等溫室氣體，對(duì)環(huán)境造成影響。同時(shí)，焚燒過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生二噁英等有毒有害物質(zhì)，對(duì)大氣環(huán)境和人體健康造成危害。此外，焚燒處理方式的成本較高，需要大量的能源和設(shè)備投入。

三、創(chuàng)新處理技術(shù)的崛起

泥漿不落地處理系統(tǒng)

泥漿不落地處理系統(tǒng)是一種創(chuàng)新的鉆井廢棄物處理方式，具有顯著的工作原理和優(yōu)勢(shì)。其工作原理主要是經(jīng)過(guò)稀釋－絮凝－分離三個(gè)步驟，將廢棄泥漿變成巖石、泥餅和水三部分。具體來(lái)說(shuō)，巖屑通過(guò)水洗、絮凝分離和化學(xué)反應(yīng)處理，可作為鋪路材料回收利用；泥漿中的有害物質(zhì)成分和氯離子被析入水中后，再用真空吸附或擠壓方式脫水制成泥餅；將水中含有的大量有機(jī)無(wú)機(jī)雜質(zhì)，通過(guò)預(yù)處理－反滲透膜處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)眾多。首先，實(shí)現(xiàn)了鉆井環(huán)保裝置撬裝化，如冠能公司的 “泥漿不落地” 系統(tǒng)工藝，改變挖循環(huán)池的傳統(tǒng)做法，利用工藝技術(shù)對(duì)巖屑、廢棄泥漿和巖屑進(jìn)行處理，廢水和部分泥漿進(jìn)行處理后再利用，減少了土地使用量和降低了對(duì)環(huán)境的污染。其次，經(jīng)過(guò)有效無(wú)害化處理的泥漿可重復(fù)再利用，通過(guò)使用 “泥漿不落地” 處理，取消直接挖設(shè)循環(huán)池，不僅減少了土地使用，降低了相關(guān)費(fèi)用，減輕了井隊(duì)工作量，更重要的是新的工藝技術(shù)一旦投入應(yīng)用，泥漿對(duì)環(huán)境的污染將得到進(jìn)一步根治，鉆井施工將更加綠色環(huán)保。此外，該技術(shù)取得了良好的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了固體廢物的資源化、無(wú)害化清潔生產(chǎn)，達(dá)到了循環(huán)經(jīng)濟(jì)及環(huán)境保護(hù)的要求，有效降低了廢棄鉆井液造成的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；“變小” 的泥漿污水池減小了土地占用面積，為分公司節(jié)約了一定的土地征用費(fèi)；對(duì)比傳統(tǒng)處理方式，此技術(shù)具有費(fèi)用低、效果好等特點(diǎn)，分離出來(lái)的巖屑可達(dá)標(biāo)排放、充當(dāng)鋪路材料、作物栽培土壤等，脫出水可以循環(huán)使用，達(dá)到廢物利用、節(jié)能減排的目的。目前，相關(guān)部門已圍繞工藝流程、固控設(shè)備改進(jìn)、設(shè)備固液分離、液體廢棄物深度處理等分項(xiàng)進(jìn)一步展開(kāi)探討，同時(shí)兼顧配電、防凍、模塊和擴(kuò)展功能，力爭(zhēng)該項(xiàng)技術(shù)盡快成熟，并在各鉆井隊(duì)推廣使用。

隨鉆固化處理技術(shù)

鉆井廢棄物隨鉆固化處理技術(shù)及裝置是一種有效的鉆井廢棄物處理方式。該技術(shù)可以對(duì)廢棄鉆井液進(jìn)行固化處理，達(dá)到環(huán)保要求的副產(chǎn)品可以用來(lái)修建井場(chǎng)及鋪路；對(duì)有效鉆井液可以進(jìn)行篩分處理及回收利用，達(dá)到井場(chǎng)清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排的目的。

河北冠能研發(fā)的鉆井廢棄物隨鉆固化處理技術(shù)及裝置，研制了含有凝聚劑、膠結(jié)劑、助凝劑等的高效固化劑，固化劑能與鉆屑快速水化反應(yīng)并交聯(lián)，將有機(jī)污染物及重金屬沉淀于固化體晶格中，形成具有一定強(qiáng)度和硬度的固體晶格。在此基礎(chǔ)上研發(fā)了基于雙渦旋槳葉攪拌及精確計(jì)量系統(tǒng)的 2 代鉆井廢棄物隨鉆分離與固化裝置，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。經(jīng)檢測(cè)，固化后的鉆屑 COD、PH、鉻、六價(jià)鉻、含鹽量、石油類等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到地方環(huán)保部門的排放標(biāo)準(zhǔn)，固化物具有較高的強(qiáng)度及硬度。固化后鉆屑用于鋪填井場(chǎng)及鋪路，解決了以往固體廢棄物的無(wú)效堆積問(wèn)題，為鉆井廢棄物無(wú)害化處理找到了出路。鉆井液回收利用處理 94 噸，通過(guò)高頻振動(dòng)篩及高速離心機(jī)對(duì)鉆井液進(jìn)行處理，篩分出鉆井液中 5 微米以上的雜質(zhì)，使鉆井液達(dá)到回收利用要求，在滿足減量化處理目的基礎(chǔ)上降低了鉆井液成本 10%。

四、處理技術(shù)的未來(lái)展望

隨著環(huán)保要求的不斷提高和資源可持續(xù)利用的迫切需求，鉆井廢棄物處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)出多方面的特點(diǎn)。

資源化利用：未來(lái)將更加注重將鉆井廢棄物轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的資源。例如，可以利用廢棄鉆屑生產(chǎn)建筑材料，鉆屑經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后，可用于道路建設(shè)、土壤改良等領(lǐng)域，不僅減少了廢棄物的排放，還為建筑行業(yè)提供了新的原材料來(lái)源。同時(shí)，利用鉆井泥漿制備陶粒也是一種可行的資源化利用方式，陶粒可廣泛應(yīng)用于建筑工程中，實(shí)現(xiàn)了廢棄物的循環(huán)利用。

減量化處理：通過(guò)物理、化學(xué)或生物方法減少?gòu)U棄物的體積是未來(lái)的重要發(fā)展方向。固液分離技術(shù)可以將鉆井廢棄物中的固體和液體分離，減少?gòu)U棄物的總體積。化學(xué)藥劑分解技術(shù)可以使廢棄物中的復(fù)雜物質(zhì)分解為簡(jiǎn)單物質(zhì)，降低廢棄物的含量。此外，還可以通過(guò)優(yōu)化鉆井工藝，從源頭上減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)減量化處理的目標(biāo)。

無(wú)害化處理：采用適當(dāng)?shù)奶幚砑夹g(shù)，使廢棄物達(dá)到無(wú)害化標(biāo)準(zhǔn)是環(huán)境保護(hù)的必然要求。生物處理技術(shù)將繼續(xù)發(fā)揮重要作用，利用特定的微生物降解有害物質(zhì)，將有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)，降低泥漿的毒性。同時(shí)，化學(xué)處理技術(shù)和固化技術(shù)也將不斷改進(jìn)，提高無(wú)害化處理的效果，避免對(duì)環(huán)境和人體健康造成危害。

智能化監(jiān)控與管理：利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆井廢棄物處理的實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能化管理。通過(guò)安裝傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)廢棄物處理過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，如溫度、濕度、壓力等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行調(diào)整。智能化管理系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)優(yōu)化處理工藝，提高處理過(guò)程的可控性和安全性。

標(biāo)準(zhǔn)化與法規(guī)制定：制定更加嚴(yán)格的鉆井廢棄物處理標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，規(guī)范行業(yè)行為。明確廢棄物處理的技術(shù)要求、排放標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管措施，推動(dòng)廢棄物處理的可持續(xù)發(fā)展。加強(qiáng)對(duì)廢棄物處理企業(yè)的監(jiān)管，確保其按照標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)進(jìn)行處理，防止環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。

創(chuàng)新性技術(shù)研發(fā)：針對(duì)鉆井廢棄物的特點(diǎn)，研發(fā)更高效、環(huán)保的處理技術(shù)。例如，開(kāi)發(fā)新型的固化劑和處理設(shè)備，提高固化效果和處理效率。探索新的生物處理方法，提高微生物的降解能力和適應(yīng)性。同時(shí)，加強(qiáng)跨學(xué)科合作，整合不同領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為鉆井廢棄物處理提供更多的創(chuàng)新解決方案。

總之，鉆井廢棄物處理技術(shù)的未來(lái)發(fā)展充滿挑戰(zhàn)和機(jī)遇。通過(guò)不斷推進(jìn)資源化利用、減量化處理、無(wú)害化處理、智能化監(jiān)控與管理、標(biāo)準(zhǔn)化與法規(guī)制定以及創(chuàng)新性技術(shù)研發(fā)，將實(shí)現(xiàn)鉆井廢棄物的高效處理和資源的可持續(xù)利用，為環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

五、鉆井廢棄物處理的重要性

鉆井廢棄物處理具有至關(guān)重要的意義。首先，從環(huán)境保護(hù)角度來(lái)看，處理鉆井廢棄物可以有效減少對(duì)環(huán)境的污染。鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的鉆屑、泥漿、廢水和廢氣等廢棄物，如果不進(jìn)行妥善處理，會(huì)對(duì)土壤、水源和空氣造成嚴(yán)重危害。例如，廢棄鉆井泥漿中的有害物質(zhì)可能滲透到土壤和水源中，影響水質(zhì)的 pH 值，造成土壤板結(jié)、鈣化和鹽堿化，抑制植物生長(zhǎng)，破壞生態(tài)平衡。同時(shí)，石油等有機(jī)物質(zhì)形成的懸浮油膜會(huì)揮發(fā)進(jìn)入大氣層，污染大氣環(huán)境。

其次，鉆井廢棄物處理有助于提高資源利用率。通過(guò)創(chuàng)新的處理技術(shù)，可以將鉆井廢棄物轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的資源。例如，利用廢棄鉆屑生產(chǎn)建筑材料，用于道路建設(shè)、土壤改良等領(lǐng)域；利用鉆井泥漿制備陶粒，廣泛應(yīng)用于建筑工程中。這些資源化利用方式不僅減少了廢棄物的排放，還為建筑行業(yè)提供了新的原材料來(lái)源，實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用。

最后，鉆井廢棄物處理對(duì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。隨著環(huán)保要求的不斷提高和資源的日益緊張，妥善處理鉆井廢棄物是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的必然要求。通過(guò)采用先進(jìn)的處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)廢棄物的減量化、無(wú)害化和資源化處理，可以降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，提高資源利用效率，為子孫后代創(chuàng)造更加美好的生存環(huán)境。