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发布日期:2020-01-16 / 发布者:科技 / 点击:

油基岩屑是油气资源勘探开发钻井过程中产生的典型危险废物。 本文将现有的处置技术分为处置技术和处置技术,通过进一步分类,系统总结了各项技术的原理、优缺点和应用潜力,总结了“环保达标、经济可行”处置的基本原则,指出高价值资源利用是今后的研究方向之一。

油基钻井碎屑是利用油基泥浆在钻井作业中产生的含油污泥,已被列入2016年版《国家危险废物名录》(废物类别:HW08)。海上钻井平台和内陆油气田都远离人们居住的地方,石油基钻石最初被直接丢弃,直到上世纪七八十年代,人们才逐渐意识到它对当地生态环境造成的破坏。此后,各国和地区开始制定相应的排放标准,并日益严格。2008年,中国质量技术监督局颁布《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》,规定渤海海域不得排放含油钻井废弃物,其他一级、二级、三级海域排放标准分别不得超过1%、3%、8%,含汞和镉的含量分别不得超过1mg/kg和3mg/kg。2015年,我国正式实施新的环境保护法,对石油基钻石等危险废物的控制和安全处置提出了更高的要求。由于环境压力,出现了各种新旧技术来研究油基钻井碎片的处置。

在文献中,一般处理和处置技术一起讨论,但它们基本上是不同的:治疗是指削弱或去除在油基钻屑的污染物,和油基钻屑的处理中搜索目的地。因此,本文详细的分类,现有的各种处置技术和工艺技术,包括技术原理,优缺点和发展前景的系统回顾,并展望了未来的发展方向。

1、 油基钻屑处置技术

最初的油基岩屑被简单地丢弃,这种原油方法也可以被认为是一种处理技术。 随着人们认识的加深,处理技术逐渐出现,所以对于油基钻井岩屑,是“先处理技术,再处理技术” . 随着环境保护法律法规的逐步加强,大多数处理技术不推荐直接处理,而只能作为油基钻屑预处理后残留物的最终处理方法。 由于海上钻井平台和内陆油田的地理环境差异很大,下面将讨论这两种情况。

1.1海洋钻井平台油基钻屑处理技术

1.1.1 弃海

如果油基钻井碎片未经任何预处理直接丢弃到海洋中,将对海洋生态环境造成极其困难的破坏,这种处置方法现在被禁止。然而,如果经过预处理后达到排放标准,残留的残渣可以被遗弃在海里。这是最简单、成本最低的海上处置技术。本文从环境、经济、安全和技术四个方面对ALMEIDA的四种处置技术进行了综合分析:弃海、返海、返回内陆微波热解和返回内陆集中处置。该技术虽然会造成一定的环境污染,但在海域经过预处理后,仍然是海上平台油基钻井碎屑处置技术的首选。

1.1.2 回注

回灌注入油基钻屑或形成已经完成安全海底井工矿废弃地。这种技术可以实现油基钻屑的大批量处理,关键是要选择回注工艺和安全性的形成,既不需要确保泄漏不影响继续生产平台。在2001年与中海油康菲合作,在渤海蓬莱19-3油田实现了国内首创的油基钻屑回注,有效处置的油基钻屑4800立方米,720立方米污泥的。相比弃海,无需预处理回灌脱脂,抛光和调制,但增加了工序,需要高压回注设备和泄漏的存储层的风险,四种技术分析阿尔梅达像背后只有最后一个的适用性。

1.1.3 运回内陆

对于不具备弃海、返海条件的海上平台,唯一的选择就是将油基钻井碎片运回内陆,这种处理方式最终与内陆油基钻井碎片的处置方式相同,但从海上运回内陆的工艺更多,比采用同样处置技术的内陆油基钻井碎片成本更高。在Almeida分析的四种技术中,内陆运输后微波热解吸的适用性和内陆运输后集中处置的适用性分别位于废弃海和再注入之间的危险废物厂第二和第三位。

内陆油田油基钻井岩屑1.2处理技术

1.2.1 土地耕种

该方法对应的是海上钻井平台的海上倾倒法,即直接或调制后在荒地和耕地上划分油基钻井碎屑,利用土壤中原有的微生物菌群自然分解其中的有机质..一种类似的方法是利用湿地微生物降解油基钻井碎屑..该方法的环境风险较大,油基钻井碎屑中的有机质、重金属和碱性盐会分散到土壤中,进一步造成水体和空气污染。有机物中的沥青质,蜡质等大分子物质长时间后不能完全降解,分解周期可达数年..即使如此,这种方法也不需要刻意培养微生物,操作简单,成本低,在国内一些地方仍然使用。然而,我国的土地资源稀缺,湿地珍贵。

1.2.2 填埋

填埋与海上钻井平台的回注法对应,是将油基钻屑掩埋到地下的一种处置方法。最初的内陆油田油基钻屑不经处理直接填埋,发展到后来经固化后填埋,近年来则一般作为油基钻屑预处理除油后残渣的最 终处置。油基钻屑的填埋要求残渣含油率不超过 3%,填埋深度应介于地表 1.5 m 以下和地下水水平面 1.5 m以上。该方法操作简单、成本低廉,处理量大,是目前内陆油田应用最广的处置技术。

1.2.3 资源化利用

油基钻屑是一种固体废弃物,无论是技术就业过程中的固体颗粒不会消失,需要找他们的最终目的地。一个是回归自然,如前文所述被遗弃的海,回注,农用地和垃圾填埋场;和其他不当行为的资源利用率,这是最尊重和处置技术,也是近年来研究的热点。利用技术主要是在二氧化硅,硫酸钡等无机成分的油基钻屑作为建筑材料,包括摊铺基板,水泥熟料,未燃烧的陶瓷,免烧砖,轻骨料和烧结陶瓷。他们又将增加资源的成本,而产品的价值增加。关键是使用的建筑材料,以因地制宜,根据地理环境和当地的实际需要选择使用,既保证了材料的性能,同时也满足环保要求。近日,波兰HEJNA等等将被制作成油基钻屑生物复合材料ε-己内酯富含硅的改进,它提供了有效的利用了新的思路。

2 油基钻屑处理技术

根据油基钻屑处理后污染物(主要是有机污染物)的变化趋势,将油基钻屑处理技术分为限制技术(只控制污染物扩散)、分离技术(只控制污染物扩散)和降解技术(分解污染物)。

2.1 限制技术

上述注入和填埋可分配给这类技术,但注入和填埋是油基钻井碎片的直接处置,而不仅仅是处理技术。此外,稳定/固化方法也是一种有限的技术,只有在处理技术方面,固化产品需要通过填埋或资源利用来最终处理。稳定化是有毒有害物质在化学和物理上转化为低溶解度,低迁移率和低毒性的物质,而固化是在废物中加入固化剂,使其变成不可流动的固体或紧密固体的过程..使用的固化剂主要有水泥,粉煤灰,高碳灰,生石灰等自制固化剂..稳定/固化方法对于抑制有机物、重金属和氯离子等污染物的迁移至关重要。如果油基芯片被直接固化,由于其高含油量,固化体中的水合晶体将被中断,随着时间的推移,二次污染的风险将增加。KOGBARA等人提出将生物强化技术与稳定固化法相结合,可以降解有机物和固定重金属,实现同步处理。稳定/固化法虽然存在污染物泄漏的二次污染风险,但由于其成本低,操作简单,仍然是内陆油田常用的处理技术..

2.2 分离技术

2.2.1 化学清洗

化学清洗是使用破乳剂,表面活性剂降低界面张力,润湿性变化,水的损害并提高乳液的界面膜的刚性,并然后合并离心分离,压滤机和振动筛分机械分离技术,以实现油的溶出基于钻屑的有机物的方法。清洁剂可以是单一试剂,也可以是更复杂的。水的界面张力随着温度的升高而减小,所以温水的效果洗干净更好。利用超声空化和随之而来的效果可以增强传质过程,用化学清洗相结合,促进脱落地沟油的清洁效果。近年来开关CO2溶剂清洗开发出一种新技术,通过使CO 2以改变溶剂,亲水性和离子强度,提取和分离步骤,以实现基于油的钻屑和有机油回收的极性,溶剂排出被回收。化学清洗条件温和,成本低,但清洗会产生大量的废水,增加后续处理的难度。

2.2.2 萃取法

提取是基于“相似相溶”的原则,分离和提取有机油基钻屑的方法。如使用的单海霞咪唑鎓离子液体,在1:1,pH值>优选的液固比7,20分钟的条件下,油基钻屑大于85%,小于的离子液体损失率大于除油的1%,可被重复六次。此外,超临界CO 2萃取是CO2(PC> 7.38兆帕,TC> 31.06℃)使用超临界状态,在基于油的钻屑的独特的物理和化学特性,以实现有机物有效和快速抽取。过程显著优于化学清洗的提取效率,但是它的缺点是在18〜25兆帕高压,这限制了在大型工程中的应用在一定程度上需要。

2.2.3 热处理法

热处理是通过加热从油基钻井碎屑中分离挥发性物质(水和轻油)和半挥发性物质(重油)的技术。研究表明,在350°C以下热解后,油基钻井碎屑的含油量可降低到1%以下,但进一步提高温度,处理效率难以明显提高,但能耗显著增加。真空萃取可以降低挥发性物质的饱和蒸气压,从而进一步降低加热温度。加热方法也是热处理的关键因素,因此必须保证加热的均匀性,避免在死区和加热表面结焦和结垢。自21世纪初以来,诺丁汉大学的尚一直在研究微波热处理的油基钻井碎片。

2.2.4亚临界热液萃取

此方法是利用亚临界水(100〜374℃,0.1〜22.1兆帕),其为溶剂萃取技术已在天然产品,分析样品的方面治疗和有机污染的土壤等的提取被广泛使用。治疗方法通常更好的化学清洁方法,热和亚临界水萃取技术的提取和处理效果是既这两类的优点。首先,亚临界水和具有介电常数接近,它可以被用来作为一种绿色油基钻屑常见的有机溶剂为溶剂的有机物质,所述提取功能,如“溶解”的效果溶解;其次,亚临界水热提取的工作温度通常在150〜350的范围内℃,只是用之前的温度范围内的低温热解的一致时,可以作为类似热处理方法“热解吸”效应起作用。在此基础上,提出了设计独立于任何两种类型的页岩油基钻屑的被进行渝亚临界水萃取和动态静态萃取研究热亚临界水提取处理的油基钻屑,水热提取装置的方法,发现,提取温度是最关键的参数是比治疗单独的二氯甲烷提取或低温热脱附更好,在1.5兆帕,和动态条件到200℃的油含量可以降低到下面的1%下萃取。

2.3 降解技术

限制技术仅控制污染物的扩散,分离技术仅降低含油率,而降解技术则是唯一以分解有机污染物为目的处理技术,其产物为对环境无害的小分子物质,剩余残渣可填埋、资源化利用或直接排放到环境中。

2.3.1 生物法

生物法是利用微生物的代谢活性,以油基钻屑中的有机物为碳源,将其分解为水和二氧化碳等小分子物质。 堆肥技术是一种油基钻屑生物处理技术,通过添加稻草、锯末和氮磷等无机营养元素来提高处理效果。 以烷烃和矿物油为原料,采用蚯蚓堆肥法对钻屑进行处理,处理效果明显优于常规堆肥法。 接种剂还可以提高处理效率,接种剂可以驯化菌种,也可以是特殊菌种。 然而,该方法存在着处理周期长、分解沥青、胶质等高分子物质难度大等缺点,目前对重金属和盐类在处理过程中的迁移转化研究较少。 尽管如此,该技术具有容量大、成本低、能有效降解石油钻井岩屑中的烷烃和多环芳香烃的优点。 经降解处理后,该技术基本能满足目前1% 含油量的排放要求,目前已得到广泛的研究和应用。

2.3.2 焚烧法

焚烧法是利用专业设备,在1200~1500°C的高温下,将油基钻井碎屑中的有机物完全氧化,实现还原无害化技术。与生物法相比,焚烧法高效彻底,但成本较高..王立芳研究了1000°C范围内某含油19.41%油基钻井碎屑的燃烧特性,发现在100~300°C和500~750°C~800~1000°C条件下,有机物分解为小分子烃的阶段是小分子烃的完全降解,无机CaCO3和CaSO4的分解阶段。陈忠等在四川大安寨使用油基钻井碎屑和废水基泥浆作为添加剂,并与宜宾贫煤混合作为改性型煤。在它们之间的最佳质量比为35:9:35的条件下,型煤的热值和固硫率符合清洁型煤的标准,优于普通商品型煤。王梅对含油量在15%左右的两种油基钻井碎屑进行改性,通过添加改性剂,制成含75%(w)油基钻井碎屑的流体燃料,其热值超过一级水煤浆标准,替代煤实现了化工厂燃煤锅炉的现场示范,成本仅为800-1000元/吨,明显低于传统的直接焚烧处理。

2.3.3超临界水氧化

超临界水氧化法是以超临界水(t>374 °C,p>22.1 MPa)为反应介质,在空气、氧气等氧化剂的参与下,将各类有机物氧化降解为 H2O 和 CO2 等无机小分子物质的高级氧化技术,处理过程不会如焚烧那样产 生二噁英等有害气体。该技术特别适用于油基钻屑这类高浓度难降解有机危险废弃物的末端处理。张钦明等采用连续式反应器研究了陕西长庆油田钻井废液的超临界水氧化降解,在 23~30 MPa、500~600°C、30~600 s 的条件下,COD 去除率普遍超过 90%,反应过程符合一级动力学。本文作者采用间歇釜式反应器, 系统研究了重庆某页岩气柴油基钻屑的超临界水氧化降解过程,发现温度、过氧量和反应时间均显著影响 有机物的分解,其降解过程为均相和非均相反应的耦合过程;在 500°C、10 min 和 2.5 倍过氧量的条件下, 总有机碳去除率可达到 89.2%,重金属几乎全部被稳定在固体残渣中。在此基础上,根据油基钻屑的 理化特性和超临界水氧化降解过程,设计开发了一套 2 L/h 的连续式超临界水氧化装置,分别对柴油基 钻屑和白油基钻屑开展了连续式超临界水氧化处理,总有机碳去除率分别超过了 98%和 95%,残渣为砖红色无机固体颗粒,可直接排放到环境中。该技术的处理效果为三类降解技术之首,且其设备紧凑,可开发 出撬装式装置,运输至所需井场,实现就地处理,而就地无害化是目前最推崇的处理方式。但该技术的 运行条件较为苛刻,成本偏高,且因高灰分、大比重的原因,给连续处理的进、卸料带来了困难。

3 、结语与展望

由于目前还没有可以替代油基钻井液的环保型钻井液,油基钻井岩屑已成为我国油气生产过程中不可避免的产品,其安全处理已成为环境保护的难题。 在废弃物处理技术方面,虽然建筑材料可以作为一种资源加以利用,但废弃海洋和垃圾填埋场仍然是海上平台和内陆油田的首选。 在处理技术方面,出现了 co2转换溶剂提取、超临界 co2萃取、水热萃取、微波热解吸和超临界水氧化萃取等新技术,但在实际应用中,传统的热解、化学清洗和生物降解仍然是主要的方法。 因此,为了克服传统技术的现有缺点和促进新技术的应用,应考虑以下两个因素:

(一)环境标准。这是油基钻井碎屑处理和处置的基本要求..目前海上钻井平台有<海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值>,但内陆油田无相应标准,仅参考其他相关标准..含油量是最重要的处理指标,根据后续残渣处置方式,其限值在0.3%-8.0%之间,一般采用1.0%..但仅考察含油量是不够的,处理过程中的重金属含量,含盐量,氯离子含量等辅助指标,二次污染也应引起重视,但现有研究中很少提及..因此,一方面,应尽早出台内陆油田油基钻井碎屑排放标准,规范现有的处理处置市场;另一方面,除了含油量外,还应注意其他污染物的迁移转化,避免二次污染。

(二)经济上可行的。 为了安全、彻底、环保地处理油基钻屑,已经开发出了一些技术,但由于成本高,目前难以应用。 因此,为了取代传统工艺,新工艺不仅要有更好的加工效果,还要降低成本,使其与传统工艺接近甚至更低。 控制成本有三种途径: 一是优化和简化新工艺,二是回收钻井泥浆和基础油,三是回收和处理残渣。 目前,建筑材料的利用是资源利用的主要方式,但其投入产出比低,市场接受程度有限。 因此,挖掘油基钻屑中的有效成分并将其加工成高附加值产品是今后的研究方向之一。

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