石油天然气开采钻井作业污泥的资源化处置技术报告书

1、石油天然气开采钻井作业污泥的资源化处置技术一、概述钻井作业是勘探采出地下油气资源的必须首要作业，钻井作业的目的是通过强力机械手段，采用钻头将页岩破碎、不断钻进，从钻进的过程中，根据采出的岩芯、矿渣、岩屑以及泵出的水样、油样、气态样来分析、判定地层的地质结构以及油、气的储藏量。一口井从开始起钻到完井，整个作业过程是连续进行的，除特殊情况外，施工过程不可以中断。在钻进工作中，随着钻头的不断钻进，所产生的破碎物就必须不断的、及时的排出移送地面，同时随着钻进发展，强烈的机械切割、破碎、摩擦产生的高热也必须冷却、降温控制，以确保钻头、钻具的安全、可靠运行。重庆新华陆帆环保科技有限公司为此钻进工作还必须配

2、以钻井工作液作业，其工艺目的是：一方面对钻进作业中产生的机械热进行强制冷却，保护钻头、钻具、井台安全；另一方面要将井下作业产生的钻屑及时不断压出井孔，排往地面上，才能确保钻进工作持续、安全的进行。十分显然，加入的钻井液好比是整个油气开采体系的循环血液，其物化性质、工作时状态，对整个钻采作业至关重要。与机械钻采配套的钻井液与钻井作业三大关联因素为：钻井液的黏度、密度以及钻井液的固相含量。由于地球各处的地质构造千差万别、地层深度、岩石硬度、地层温度的不同，为此相配套的钻井液也十分复杂含量千差万别。为了满足各种作业环境不同条件下的钻井要求、配套的钻井液必须具备以下几个功能：冲刷地层、清洗井壁、井底并

3、连续将钻屑带出地面；冷却、润滑钻头、钻杆、钻具；稳定井壁、平衡地层压力、防止垮塌；传递水力动力有助提高转速；对地下水污染危害尽量少，对作业环境污染危害尽量少；（6对作业机械设备、机具的腐蚀尽量少，对井上作业人员的身体健康危害也必须尽量少。为此钻井液的配方中涉及到有机、无机化学品数百种。同时在钻井过程中，由于在热与压力的双重作用下钻井液也会发生一系列物理化学变化，因此使产生的钻井污泥的无害化处理带来更大挑战。四川（含成渝地区）的油气田由于具有高压、高温、和高硫化氢的“三高”特点，而且地址构造也十分复杂，钻井井深也大，重庆新华陆帆环保科技有限公司因此相配套的钻进液品种繁多，基本上可代表国内陆地与海

4、上钻井作业的工艺状况，相应由此产生的钻井污泥的环保净化处置的可靠技术解决方案，也具有广泛的市场推广前景。二、钻井固废的产生量、性状、化学成份以及污染物含量1、钻井作业中固废的产生量主要决定与所钻井的地质构造、钻井深度、现场作业管理水平等。重庆新华陆帆环保科技有限公司四川油气田常规钻井一般固废的产生量为每米进尺0.350.40m3,其中纯岩屑与其它固废各占50%例如一口5000米深井，在其总作业过程中总排出固废量为17502000m3,按比重1.8kg/m3折算为31503600吨。表一；钻屑量测算表开钻顺序井眼尺寸m半径的平方段长m每米容积m3井眼扩大率%井段容积m3钻屑量（膨胀3倍）0.66

5、040.10903204300.34252012.3336.99二开0.44450.0493950634700.15522087.52262.560.31120.0242113624700.076120225.45676.35四开0.21590.0116520326660.036620117.12351.36五开0.14920.005565163640.0175207.6422.92合计60001350.182、钻井固废的主要特征从上述钻井固废的产生、成份构成可以看出，固废的性质除与井下地质构造、岩石、性质相关外，主要因素还是以配套的钻井液性质而决定。浅井作业时，对配套的钻井液性能要求不高，加

6、入量也少，相应产生的固废数量、种类也少。重庆新华陆帆环保科技有限公司但随着井深的增加，地下结构越来越复杂，相应配套的钻井液的性能要求、化学配伍也越来越复杂，因此相应外排的固废所含污染物也越来越大、含量、浓度也越来越高，为此净化处理难度也越来越加大。钻井固废具有以下特点：d固相物含量高一一包括钻采产生的岩屑、除砂除泥器产生的渣泥、钻井液罐、压井水泥管的清掏泥渣，完井后产生的废弃钻井液、钻井废水处理时产生的沉淀污泥、钻井作业过程中因受污染而不能再投入循环使用的钻井液等，合并后其固含量为4060%;黏附性强一一由于钻井液配置时工艺要求必须具有一定黏度，钻井工作中产生的岩屑、泥沙，在钻具强烈搅拌下形成

7、一种粘附性更强的包裹状泥浆，类似一种胶溶体，采用自然沉降分离很难实现，采用机械压力、离心过滤进行固液分离能耗巨大；组份复杂、有机物含量高、色度大一一由于钻井液由多种有机物、无机物配置而成，具有对环境影响的高贡献。另外，由于配套的钻井液多为黑色，重庆新华陆帆环保科技有限公司特别是采用磺化或羟磺化体系后产生的外排固废色度更高；Ph值高由于要确保钻井液性能要求，其Ph值均在8.510.0之间，因而外排固废的Ph值也会在7.59.0之间；组份含量不确定一一就一口井而言，由于不同井深、不同地层结构、不同岩石化学成分组成，因此外排固废的化学成分也将发生变化，同时钻井作业时，因不同井深采用的钻井液化学配伍不

8、同，也会带来外排固废的污染物性质、含量的不同变化；®有害重金属含量低一一由于钻井中所涉及到的地层岩石结构经为稳定的矿化状态，各种复合沉积在岩石中的金属、非金属化合物多为水不溶的稳定状态，因此钻井作业时产生的可溶性重金属含量十分低；含油量波动大一一采用水基钻井液体系产生的固废一般含油量不高(12%),采用油基钻井液体系的作业，固废、含油量就非常高，可在520%之间波动。另外由于钻采机械、井场发电机组、用油设备、储油罐等的跑冒滴漏，再经冲洗水、雨水带入，也造成钻井固废含油量的变化。3、钻采作业产生的固废对环境的危害由于钻井固废中的化学性质主要由所采用的钻井液体系带入，因此产生的固废对作业

9、环境的影响与危害，也是由钻井液中配伍药剂的COD值来决定。表二、部分钻井液配方的COD值钻井液体系基本情况COD值(mg/L-1)油基钻井液（川渝）威204H9-6井81476钾聚磺钻井液（川渝）龙岗062-C1井266982聚磺钻井液（川渝）磨溪022-X1井214358高性能水基钻井液（川渝）长宁H7-6井241649聚合物钻井液（川渝）40%1.06g/cm3的预水化膨润土浆+0.1%FA367+0.15%KPAM+1.0%LS-2+3%FRH+2%FK-10+0.3%CaO64581聚合物无固相（川渝）淡水+0.2%KPAM+0.2%FA36713459聚磺钻井液（长庆）苏东14-15

10、-47H2194500复合盐（长庆）5%甲酸钠+5%KCL+1.5%GD-K(3)+0.5%XCD+0.2%PACH+0.5%PAC-L+1.5%DFL-188180;-多糖（长庆）1.5%GD-K(3)+0.5%XCD+0.2%PAC-H+0.3%PC-L+1.0%G319+1.0%G325+5.0%G312.Ph8.0A59210三磺（长庆）3%土（纯碱）+3%磺化沥青+3%磺化褐煤+3%t化酚醛树脂+0.2%PAC-H+0.3PAC-L101200三、钻井污泥净化处置的几种工艺及经济指标对比钻井污泥处置的几种工艺方的技术经济性比较表（以钻深5000米井产生的钻井污泥为例）处置工艺项目、简

11、易固化填埋机械脱油、脱水热力焚烧热解吸热干化制建材或免烧砖生物处理与土壤降解处置规模（m3/N年）20002000200020002000建设投资（万元）30820038002001200其中机械脱水、干化设备投资金额（万元）12012001500120200处置装置装机总功率（kw）4525040080150污泥初始含油/含水量5-10%/40-60%5-10%/40-60%5-10%/40-60%5-10%/40-60%5-10%/40-60%处置后污泥含油/含水量5-10%/20-30%/2-3%/03-5%/10-20%3-5%/40-60%工艺过程加工温度（C）常温850-12005

12、00-600常温常温单位污泥处置投资（元/m3）1540100001900010006000单位污泥处置费用（兀/年）6107201200100150资源化回收价值（元/吨）000450处置能耗高低能耗低能耗高能耗最高能耗低中等能耗占地面积（itf）>600120010008006800二次污染产生与对策存在渗滤液污染含油废水与外排烟气尚需处理回收油、冷凝水烟气尚需处理固化不稳定，有水浸溶出污染降解不完全，后一次浸溶污染国家相关政策的许可已不许可大部分地方已不许可允许允许做建材部分添加允许进行小范围实验操作、管理难易程度操作简单、管理容易操作复杂、管理复杂操作复杂、管理要求局操作简单、易

13、控操作简单管理不可控完全稳定化时间8-10年当年当年3-5年8-15年四、一步固化法处置钻井污泥工艺技术及固化原理本项目根据硅酸盐水合理论，对钻井污泥可以不需脱水、脱油、不需外加热能，可将含水量高达98%的生化污泥、工矿污泥、含油污泥、钻采污泥一步固化完成，一次固化时间28小时。重庆新华陆帆环保科技有限公司对于钻井污泥净化工艺要求目标，可分为两种处置方式：1、工艺流程固化剂除油剂钻井污泥卧式强力水合反应釜浇筑成型停放自生化学发热水合固化2、工艺流程二钻井污泥预固化发泡定型箱含水10%的粉体材料灰白色其用途为道路、城建垫层材料、烧结砖调制搅拌罐卧式强力水合反应釜定型分割切块机二次蒸养固强釜加气发

14、泡醇（符合国家建材标准GB11968-2006）3、上述两种固化工艺方案均为不脱水、不脱油的钻井污泥处置，一则简化处置工艺，大幅减少处置投资，二则大幅降低处置能耗、节能减排，三则可实现全封闭闭路循环，在处置过程中没有二次污染的排放。4、固化机理（见附件一）AI2O3、CaCQ、MgCQ、F%O3等为主要成分的固形物。其含量满足硅酸盐水合反应的要求，固化后的物料也满足制烧结砖的原料要求。附表一、委托方所送钻井污泥的化学成分检测报告单表三、大港油田钻井泥屑化学成份检测表（质量百分比）名称SiQAI2O3MgOCaOFedP2O5ClK2ONa2OSO3烧矢量百分比（%）41.8913.362.84

15、9.014.270.163.42.25.541.4517.42表四、大港油田钻井泥屑重金属含量检测表（mg/每kg干污泥）名称TiO2MnOZrO2CuOZnOPbOSrOY>O3BaOmg/kg干泥0.6070.0610.02/0.0150.0080.0450.0030.052表五、四川气田钻井泥浆的化学成份检测表（质量百分比）名称SiO2Fe2O3AI2O3TiO2CaOMgO烧先s；1#气井泥浆55.85.812.60.67.87.110.22#气井泥浆53.94.913.70.88.65.711.0烧失量一一系指含有的木质素、腐殖质钻井溢流带入的有机物表六、页岩烧结砖泥料的化学成

16、份构成（质量百分比）名称SiO2AI2O3Fe2O3CuOMgOSO3K+Na+质里百分比（）55-7010-202=10v15<3越少越好<3（1）、若页岩中所含石灰质矿物的粒度0.51m/m,其允许含量可放宽到20%（2）、上述页岩制烧结砖用原料成分组成材料摘自公布GB/T5101-2017烧结普通石专做处置目标，采用不脱水一步固化，制成含水量在1020%的粉状料,可供页岩烧结制砖厂做制砖原料使用，重庆新华陆帆环保科技有限公司并提供相应的工艺设计、设备设计，工厂建设的布局设计服务工作。第二步以油基钻井液体系作业产生的污泥做固化处置的工艺研究与配方设计，也是在不脱水、不脱油状况下，完成一步固化，实现制成达到国家建材标准GB11968-2006的加气发泡石专。五、一步固化法制烧结砖原料的项目投资与经济技术指标评估1、处理规模：日处理50吨水基钻井污泥制烧结砖用粉体原料。2、污泥形状：含水40-60%,PH8.0-9.0,固含量40-46%,外观红褐色浆体。3、固化处置后物料：含水10-20%,PH10-11.0,固含量80-85,外观灰白色粉体。