废弃钻井液固化处理技术.doc

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1、废弃钻井液固化处理技术废弃钻井液固化处理技术 研究与应用研究与应用 新疆油田公司开发公司新疆油田公司开发公司 2002 年 11 月 研 制 单 位: 新疆油田公司开发公司 项 目 名 称：废弃钻井液固化处理技术 研究与应用 项目负责人：狄长海 起 止 时 间：2002 年 1 月2002 年 12 月 参 加 单 位：钻井工艺研究院 大庆中达科技环保有限公司 主要研制人：杜 钢 王康军 杜卫星 郎建军 廖琼 摘摘 要要 油田钻井作业中排放的废钻井液，能在长时间保持液态，对环境保护、油 建建设及人畜的安全都不利。本项目通过对国内外废弃钻井液处理方法的调研， 结合我区油田情况确定了对废弃钻井液固

2、化处理的方案。针对聚磺、钾钙基和 聚磺混油三种体系的废弃钻井液，进行了絮凝剂、固化剂和助凝剂的室内评选， 确定了固化时间为 10 天、20 天、30 天，固化体强度从松散形到 1.6Mpa 的废弃 钻井液固化处理配方。在固化工艺方面，针对现场情况，进行排污池规划，确 定了以挖掘机为主的固化施工工具，并在八区乌尔禾油藏井进行了七口井次废 弃钻井液的固化处理，获得了满意的效果。 主题词：废弃钻井液处理 固化 环境保护 目目 录录 前前 言言 .5 1技术现状和目标工区情况技术现状和目标工区情况.6 1.1国内外研究历史和技术现状.6 1.2目标工区情况.7 2固化剂的筛选及固化配方的评价固化剂的筛

3、选及固化配方的评价.8 2.1实验方法.9 2.2处理剂及主要仪器.9 2.3研究主体.9 2.4絮凝剂的评选.9 2.5固化剂的筛选.10 2.6废弃钻井液固化配方的优选试验.12 2.7影响固化效果的因素.13 3固化工艺技术固化工艺技术.15 3.1固化设备.15 3.2废液池.15 3.3固化处理工艺.15 4现场试验现场试验.16 4.1现场试验配方.16 4.2现场施工.17 4.3现场验收.17 5取得的成果和存在的问题取得的成果和存在的问题.18 6效益分析与推广应用前景评价效益分析与推广应用前景评价.18 前前 言言 油田废弃钻井液中含有多种有害物质，其中影响和危害环境的主要

4、成分是 油类、盐类（尤其是氯离子）及某些可溶性微量元素，如铬、汞等，对人体健 康及环境造成一定直接危害或潜在危害，能危及地面水、海洋、沼泽及动植物 的生长、生存。 随着对石油工业环境保护意识的增强，钻井废弃钻井液的排放以及由此造 成的环境污染问题越来越为人们所关注。有害废弃钻井液的无害处理将成为当 务之急。因此这项工作将随着钻井区域的扩大和钻井数量的增加，而显现出其 发展前景。 在废弃泥浆环境无害处理的领域，国内外均进行了大量的研究工作；国际 上处理陆上石油钻井废弃泥浆通常的做法是：用于土地耕作；固化；细 菌降解；焚烧；溶剂萃取；注入井下。国内各油田从九十年代以来在废 钻井液处理方面也进行了大

5、量的研究工作，主要处理方法以固化为主，此方法 简单易行，成本较低。 本项目主要研究内容为固化剂的评选和工艺技术研究；泥浆固化处理的方 法有多种，基本原理是向钻井液或沉积物中加固化剂，使其转化为固态，就地 覆埋或再利用。这种方法可以有效地抑制钻井废液中金属离子及有机物质对土 壤等的侵蚀及滤沥程度，从而减少对环境的污染，而且利于土壤的再耕作。 固化用的固化剂种类很多，主要包括有机及无机两大类系列。不论是那种 固化剂，都是优劣势并存。主要影响的因素是投入的剂量、固化效果及处理费 用。针对此种情况，开展对固化剂的优选是固化工艺的关键。 现场废弃钻井液包括完钻时的完井液和打井过程中排放到废液池中的废泥

6、浆；前一部分在完钻后没有被放掉，可在泥浆罐中直接处理，而后一部分，固 化剂的加入就有一定难度，因此需要配备相应固化设备，以利于在最短的时间 完成固化操作。根本原则是在规定的时间内完成均匀搅拌，达到固化实施要求。 此项目的完成推广对油田的环境保护和油田建设有深远的影响。 1 技术现状和目标工区情况技术现状和目标工区情况 1.1 国内外研究历史和技术现状国内外研究历史和技术现状 据美国石油学会计算，现用的泥浆中有 62是淡水基的，24是盐水基的， 6是油基的，其余的是其它成份组成的。我国目前使用的水基泥浆由以下几部 分组成：（1）液相：配制泥浆时加入的水 ，为润滑作用加入的各种油品等； （2）固相

7、：澎润土、加重剂等；（3）泥浆添加剂：为改善泥浆性能而加入的 无机盐、无机聚合物、有机物、合成高聚物和表面活性剂等物质，目前约有十 六大类上百个品种。废弃泥浆是一个复杂的多相体系，除了配制泥浆所加的物 质外，还要包括钻进地层时混入的地下水、钻屑、粘土、原油等。 七十年代以来，美国、前苏联、加拿大、德国和中国的许多研究部门围绕 着如何处理钻井废弃物进行了大量的研究工作。不仅证实了泥浆中的铬、铅、 砷、镉、苯、氯化物及其它成份对人的健康和环境的损害最大，如聚合物会使 废泥浆的化学需氧量增加、重金属离子铬为致癌物质等，同时也找到了一些处 理钻井废弃物方法：固液分离法、环空或地层注入法、土地分散耕施法

8、、干燥 焚烧法、化学固化法和生物降解法，将部分废弃泥浆转化为固井用的水泥浆等。 通过对江苏油田、大港油田、胜利油田以及新疆油田部分废弃泥浆的调查 分析表明，十项污染指标（总铬、六价格、总汞、总砷、总镉、总铅、COD、 石油类、PH 值）中多数高于我国国家标准规定的污染物排放限度。根据中国国 家环保局规定，废弃泥浆中的铬、汞、砷等重金属为第一类污染物，它们能够 对环境、动植物以及人类直接产生不良影响。特别是废泥浆中含有大量的铬， 其六价铬比三价铬毒性高 100 倍，并且易被人体吸附和蓄积，漂浮在水体表面 的油直接影响空气与水体界面氧的交换，分散在水中的油被微生物氧化分解消 耗水中的氧，到使水质恶

9、化。 化学固化作为对有害物质的一种处理方法，七十年代首先起源于对放射性 有害物质的固化，并成功地控制了核废料。有害物质经固化处理后，其渗透性 和容出性可以大大降低，能够安全地运输和方便地处置。固化处理方法按其原 理可分为：包胶固化、自胶结固化、玻璃固化及水玻璃固化。其中，多胶固化 和自然结固化对废弃泥浆的处理较为适宜，国内外在这方面研究较多。 对工业废弃物的固化，目前国内外使用的固化剂主要有以下几种类型： （1）水泥基的固化，基于水泥的水合和水硬作用对废弃物进行固化处理。 如波特兰水泥等。废弃物中的重金属离子会由于水泥的强碱作用生成难溶的氢 氧化物，并固定在水泥中。其优点是固体强度高，固化施工

10、简单。但缺点是固 化体毒物沥滤相对较高，难以固化有机废弃物。 （2）石灰基固化：以石灰作基础材料，以飞灰、水泥窑灰等做添加剂，使 内含的活性氧化铝和二氧化硅在有水的条件下发生反应生成具有一定强度的固 化体。其优点是成本低，宜于固化酸性废弃物。但缺点是用量大，固化体沥滤 相对较高，难以固化有机废弃物。 （3）有机聚合物固化：将有机物与废弃物完全混合后，加入助凝剂使用聚 合、固化，如脲醛树脂等。其优点是固化体的体积小。但缺点是固化条件复杂， 成本高，约为水泥固化成本的五倍。 综合文献可知，美国使用较多的固化剂是：水泥、石灰、飞灰、石膏、水 玻璃、氯化钙、磷酸盐、硼砂、硫酸铝、EDTA、三乙醇胺、氟

11、硅酸盐、有机 粘土、无定形硅灰和铁氧化物等物质。 前苏联使用的固化剂有：水泥、温石棉、珠光石、磷石膏、脲醛树脂和磷 酸盐等物质。 从苏、美两国的固化工艺上看，美国既有先固液分离再分别处理，又有不 经固液分离直接固化：前苏联主要是采用不经固液分离直接固化的工艺。 我国对废弃泥浆进行固化处理是八十年代以后才发展起来的。四川石油管 理局曾提出一个固化废弃泥浆的固化剂配方，采用了硅酸盐、硫酸盐、吸附剂 和调整剂为原材料，使用时固化剂总加入量为 35。辽河油田和胜利油田也曾 开展过对废弃泥浆进行固化处理的研究。 1.2 目标工区情况目标工区情况 陆梁油田地貌为沙漠地形，夏季炎热，最高气温达 35。冬季寒

12、冷，最低 温度-35。井深在 2000 米左右，表层使用坂土+CMC 钻井液，二开使用聚磺 钻井液。 莫北油田地表为沙漠，地形起伏较大，大陆性干燥气候，夏季炎热（35） ， 冬季寒冷（-35） ，年降水量稀少。井深在 30004000 米左右，钻井液类型为 钾钙基聚磺钻井液。 克八区地表为戈壁，地面海拔平均为 275 米，区内地势较为平坦，大陆性 干燥气候，夏季炎热（35） ，冬季寒冷（-35） 。井深在 3000 多米，钻井液 类型为表层坂土+CMC 钻井液，二开使用聚磺混油钻井液。 钻井泥浆所含有害物质主要有以下几种： （1） 、加重剂：常用的是重晶石和赤铁矿等，研究表明：对不分散型聚合

13、物泥浆，重晶石的毒性特别低或者说是无毒。 （2） 、增粘剂：常用增粘剂是膨润土。其毒性很低，对周围环境不会造成 不利影响。 （3、 ）降粘剂：常用的降粘剂有聚磷酸盐、单宁、木质素、木质素磺酸盐 和一些低分子聚合物。研究表明：木质素以及木质素磺酸盐的 96hlC50值在 31057105ppm 范围内基本上是无毒的。 （4） 、降滤失剂：目前主要使用的是 CMC 和聚丙烯酸盐，其毒性也相对 较低。 （5） 、其它特殊处理剂，如油基解卡剂、缓蚀剂和杀菌剂等使用浓度较低， 因其用量较少，但其毒性较大，对周围环境也产生影响。 （6） 、pH 值的影响 钻井泥浆的 pH 值碱性较强，对周围的环境产生影响

14、。 目前这三个区块的废钻井液主要是堆放在井场预先挖好的土坑里，借助自 然条件蒸发干燥，随后用表层土壤填埋。普通钻井液蒸发干燥的时间为 2 个月 左右，稳定性特别好的钻井液可达 45 个月。因此，废钻井液的长期存在将带 来：1. 巡井时的不安全；2. 废钻井液渗透到地层造成环境污染；3. 影响油田 建设；4. 回填掩埋后强度不够，易影响作业车辆施工时的摆放等等。 2 固化剂的筛选及固化配方的评价固化剂的筛选及固化配方的评价 废弃钻井液固化处理的基本原则是向钻井液或沉积物中加入一定量的固化 剂，使其与废钻井液发生一系列的物理和化学变化，使废钻井液转化为固态， 并使钻井液中的有害成分发生转变、封闭和

15、固定，防止再次发生污染，又可保 证废钻井液池在完井后很快便可施工处理，覆土返耕，不必长期等待废钻井液 凝固或拉运转移。一般而言，废弃钻井液的固化剂可分为有机及无机两大类。 无机固化剂主要有水泥、高炉矿渣、石灰、水玻璃、氯化钙、硫酸铝、无定形 粉等；有机固化剂有聚乙烯醇、甘油、脲醛树脂、热固性树脂如沥青、聚乙烯 等。由于无机类材料成本低、来源广，具有较广泛的推广应用前景，我们在本 课题的研究中，固化剂的筛选对象主要是无机类材料。 2.1 实验方法实验方法 废弃钻井液固化是在小烧杯内进行。它主要是考察脱稳及蒸发速度。 实验方法是取 150ml 废弃钻井液样品，加入絮凝剂、促凝剂、固化剂搅拌 均匀，

16、置于模中成型，使其在不同温度和湿度下或者在室外自然条件下固化， 形成一定强度的固化产物。其固化效果是通过测定抗压强度进行评定。还要对 固化后的固体进行淋滤试验，考察固化物的稳定性及污染物的迁移扩散能力。 2.2 处理剂及主要仪器处理剂及主要仪器 处理剂：A 固化剂 B 助凝剂 C 絮凝剂 主要仪器：分析天平 压力试验机 2.3 研究主体研究主体 莫北油田、陆梁油田和克拉玛依八区的废弃钻井液 2.4 絮凝剂的评选絮凝剂的评选 处理废弃钻井液时常用的絮凝剂有 PAC、CMC、FeCl3、Fe2(SO4) 3、Al2(SO4)3、AlK(SO4)2等等。我们对常用的几种进行了评选。 表 1（续）：絮

17、凝剂评选试验 序号实 验 配 方测 试 结 果 1泥浆(聚磺)+0.5絮凝剂 1泥浆絮凝沉淀有水析出 2泥浆(聚磺)+1.0絮凝剂 1泥浆絮凝沉淀有水析出与 1 没有差别 3泥浆(聚磺混油)+0.5絮凝剂 1泥浆絮凝沉淀有油水析出 4泥浆(聚磺)+0.5絮凝剂 2泥浆变稠 5泥浆(聚磺)+1.0絮凝剂 2泥浆絮凝可成型无水析出 表 1（完） 序号实 验 配 方测 试 结 果 6泥浆(聚磺)+1.5絮凝剂 2泥浆絮凝可成型无水析出 7泥浆(聚磺)+2.0絮凝剂 2泥浆絮凝可成型无水析出 8泥浆（钾钙基）+1.5絮凝剂 2泥浆絮凝可成型无水析出 9泥浆(聚磺混油)+1.5絮凝剂 2泥浆变稠失去流动

18、性 10泥浆(聚磺混油)+2.0絮凝剂 2泥浆絮凝可成型无水析出 11泥浆(聚磺)+1.0絮凝剂 3泥浆变稠 12泥浆(聚磺)+2.0絮凝剂 3泥浆变稠 13泥浆(聚磺)+3.0絮凝剂 3泥浆成粘稠失去流动 14泥浆(聚磺)+1.0絮凝剂 4泥浆变稠 15泥浆(聚磺)+2.0絮凝剂 4泥浆变稠 16泥浆(聚磺)+3.0絮凝剂 4泥浆成粘稠失去流动 由以上实验可知，絮凝剂 1 能有效的絮凝，并能使部分水、油游离出泥浆， 絮凝沉淀物变稠失去流动性。另外它对废液 PH 值有较大的改善，可使废泥浆 PH 值接近中性。絮凝剂 2 在适当加量下能有效的絮凝使絮凝体成型，对于聚磺 和钾钙基体系泥浆 1.5%

19、加量即能满足要求，而对于聚磺混油泥浆加量要大些。 而 3、4 号絮凝剂单独使用效果不是很好。 2.5 固化剂的筛选固化剂的筛选 （1）水泥基固化水泥基固化 水泥作为主固化剂的原理：是基于水泥的水合和胶凝作用对废弃钻井液进 行固化处理。在固化过程中，废弃钻井液中的重金属离子会由于水泥的高 PH 值的作用而生成难溶的氢氧化物，并固定到水泥基中去。 表 2：水泥基固化测试结果如下： 序号实 验 配 方固化时间测试结果 1泥浆+40325 水泥+2助凝剂 115d没有凝固 2泥浆+40325 水泥+2助凝剂 215d稍有凝固 3泥浆+20油井水泥+2助凝剂 215d稍有凝固 4泥浆+10油井水泥+1助

20、凝剂 215d没有凝固 备注：泥浆为聚磺体系 从试验结果来看：助凝剂 2 效果优于助凝剂 1，这是由于助凝剂 2 与水泥 共同作用的结果，但靠较大的水泥加量和其单一的处理剂，是不能使废弃钻井 液达到比较理想的固化效果，这需要复合型的处理剂共同作用才能使废弃钻井 液的强度发挥出来。 （2）高炉矿渣固化实验）高炉矿渣固化实验 高炉矿渣作为固化剂的原理：矿渣也称为潜在水硬性胶凝材料，当向这种 矿渣中加入适量活化剂时，结晶能便在水溶液中释放出来，从而在矿渣、活化 剂及水系统中发生硬化现象。 表 3：高炉矿渣固化实验测试结果如下： 序号实 验 配 方固化时间测试结果 1泥浆+15矿渣+0.5活化剂 1+

21、0.5活化剂 220d没有凝固 2泥浆+20矿渣+1活化剂 1+1活化剂 220d没有凝固 3泥浆+30矿渣+0.5活化剂 1+1活化剂 220d没有凝固 4泥浆+30矿渣+1.0活化剂 1+1.5活化剂 220d凝固强度低 备注：泥浆为聚磺体系 从以上实验可以看出：随着矿渣，废弃钻井液的浆体逐渐变稠,随着活化剂 加量的增加固化的强度逐渐增大。但加量再增大，成本又会太高，因此不宜使 用。 （3）石灰基固化室内实验）石灰基固化室内实验 石灰基固化以飞灰、水泥窑灰等为主固化材料，加入助凝剂等添加剂，使 内含的活性氧化铝和二氧化硅在有水的条件下发生反应生成具有一定强度的固 化体。 在絮凝剂加量一定的

22、情况下，随着固化剂加量的增加，固化体强度呈增加 趋势。单一的使用助凝剂效果不如复配使用效果好，固化时间的长短随着固化 剂和助凝剂加量的增加而缩短。 表 4：石灰基固化实验 序号实验配方固化时间测试结果 1泥浆+1.5絮凝剂 2+10固化剂12d没有凝固 2 泥浆+1.5絮凝剂 2+1助凝剂 1+ 10固化剂 12d没有凝固 3 泥浆+1.5絮凝剂 2+2助凝剂 1+ 15固化剂 12d已凝固强度低 4 泥浆+1.5絮凝剂 2+1助凝剂 2+ 10固化剂 12d没有凝固 5 泥浆+1.5絮凝剂 2+2助凝剂 2+ 15固化剂 12d已凝固强度低 6 泥浆+1.5絮凝剂 2+3助凝剂 2+ 15固

23、化剂 12d已凝固强度低 7 泥浆+1.5絮凝剂 2+1助凝剂 1 +1助凝剂 2+15固化剂 12d 已凝固强度较 好 备注：泥浆为聚磺体系 2.6 废弃钻井液固化配方的优选试验废弃钻井液固化配方的优选试验 经过以上的初步评价实验可知，使用单一固化处理剂很难满足固化要求， 所以我们通过正交实验法进行了固化配方试验，优化出具有代表性的废泥浆固 化配方，如表 5。 表 5（续）：废泥浆固化综合配方 序号实验配方 固化 时间 测试 结果 1陆梁钻井液+7水泥+1助凝剂 1+1%絮凝剂 210 d稍硬 2陆梁钻井液+10水泥+1助凝剂 1+1%絮凝剂 2+4%助凝剂 220 d1.6Mpa 3陆梁钻

24、井液+10水泥+1%助凝剂 1+3%助凝剂 215 d0.8Mpa 4 陆梁钻井液+10水泥+0.5助凝剂 1+0.5%絮凝剂 2 +2%助凝剂 2 15 d1.3 Mpa 5 陆梁钻井液+7水泥+0.5助凝剂 1+0.5%絮凝剂 2+ 2%助凝剂 2+10%固化剂 10 d1.1Mpa 6 八区钻井液+2%水泥+10%固化剂+1%絮凝剂 2+ 1%助凝剂 1+0.5%助凝剂 2 10 d0.6 Mpa 表 5（完） 序号实验配方 固化 时间 测试 结果 7八区钻井液+15%固化剂+1%絮凝剂 2+1%助凝剂 1+ 0.5%助凝剂 2 20 d0.4 Mpa 8八区钻井液+10%固化剂+1%絮

25、凝剂 2+0.5%助凝剂 230 d0.3 Mpa 9八区钻井液+9%固化剂+0.5%絮凝剂 1+1%助凝剂 330 d松散 10八区钻井液+12%固化剂+0.5%絮凝剂 1+2%助凝剂 210 d松散 从表 5 测试结果可知，这几组配方固化体的强度从松散形到 1.6Mpa，能 满足不同的固化要求。 这套配方的固化基本原理是向钻井液或沉积物中加入固化剂，通过高价金 属离子对废弃钻井液胶体的去水化作用和交联作用，以凝聚圈闭方式，使废弃 钻井液在短时间内失去流动性变为塑性体；而后，在逐渐变为难溶固态水合物 的过程中巩固和加强体系固态性质，形成不可逆转的常态固体。这样形成的固 体有抗水蚀性、圈闭性和

26、吸附性，从而达到限制废钻井液的流动和抑制其组分 迁移和扩散的目的，避免了对环境的影响和危害。 2.7 影响固化效果的因素影响固化效果的因素 （2）影响固化时间的因素 表 6（续）：固化效果与时间关系 序 号 实验配方 固化时 间 测试结果 固化 时间 测试结果 1 泥浆+7水泥+1助凝剂 1+ 1%絮凝剂 2+2%助凝剂 2 25 d0.76Mpa35d0.8Mpa 2 泥浆+10水泥+1助凝剂 1+ 1%絮凝剂 2+2%助凝剂 2 20 d0.92Mpa30d0.98Mpa 3 泥浆+15水泥+1助凝剂 1+ 1%絮凝剂 2+3%助凝剂 2 15d1.28Mpa25d1.3Mpa 4 泥浆+

27、20水泥+1助凝剂 1+ 1%絮凝剂 2+3%助凝剂 2 10 d1.34Mpa20d1.5Mpa 5 泥浆+15水泥+1助凝剂 1+ 2%絮凝剂 2+3%助凝剂 2 15 d0.9Mpa25d0.95Mpa 表 6（完） 序 号 实验配方 固化时 间 测试结果 固化 时间 测试结果 6 泥浆+10固化剂+1助凝剂 1+ 1%絮凝剂 2+2%助凝剂 2 30d0.18Mpa 7 泥浆+15固化剂+1助凝剂 1+ 1%絮凝剂 2+2%助凝剂 2 20 d0.2Mpa30d0.22Mpa 8 泥浆+20固化剂+1助凝剂 1+ 1%絮凝剂 2+2%助凝剂 2 10 d0.32Mpa20d0.3Mpa

28、 9 泥浆+10固化剂+1助凝剂 1+ 2%助凝剂 2 30d没有固化 10 泥浆+10固化剂+1助凝剂 1+ 3%絮凝剂 2+2%助凝剂 2 30d0.2Mpa 备注：泥浆为聚磺混油体系 由 1 号到 4 号和 6 号到 8 号试验可知：随着固化剂和助凝剂加量的增加， 固化时间呈缩短趋势，固化体的强度也随加量的增加而增大；由 3 号和 5 号， 5 号、9 号和 10 号试验比较可知：絮凝剂加量的增加对固化体的固化强度没有 多大帮助，而絮凝剂的适量加入对固化时间有明显的效果，但不呈线性关系。 （3）固相含量的影响固相含量的影响 本试验中把钻屑按 25，30%，35%比例分别加入到废弃钻井液中

29、一起固 化，来研究其固化效果。 表 7：固相含量对固化强度的影响 序 号 实验配方 固化 时间 抗压强度 浸泡 结果 1泥浆+7水泥+1%助凝剂 1+2%助凝剂 230 d0.8Mpa不分散 2 泥浆+7水泥+1%助凝剂 1+2%助凝剂 2 +25钻屑 30 d0.9 Mpa不分散 3 泥浆+7水泥+1%助凝剂 1+2%助凝剂 2 +30钻屑 30 d1.1 Mpa不分散 4 泥浆+7水泥+1%助凝剂 1+2%助凝剂 2 +35钻屑 30 d1.3Mpa不分散 备注：泥浆为聚磺混油体系 由表 7 试验可知：加钻屑后，固化体抗压强度均得到提高，且固化体的抗 压强度随钻屑含量的增加而提高，固化体经

30、浸泡不分散。由此表明废弃钻井液 的固相含量是影响固化强度的一个非常重要的因素；所以在现场固化作业中应 尽可能的把钻屑混入废钻井液中。 3 固化工艺技术固化工艺技术 针对准噶尔盆地油区的钻井分布情况及钻井井数，如果对每一口井的一开、 二开、三开后的废钻井液进行分阶段处理，不仅耗时，而且综合成本较高。为 此，我们确定了对每一口井完井后的泥浆罐内的钻井液和废液池内的废钻井液 统一固化处理的现场固化工艺施工思路。 3.1 固化设备固化设备 最初设计采用排污泵抽吸废液池内的废钻井液，再通过与之连通的水泥泵 车抽吸到装有固化剂的灰罐车的下灰漏斗处与固化剂进行混合后再排放的方法。 这种方法对较稀的废钻井液有

31、效，但存在对废液池内下部流动性较差、难以泵 吸的废钻井液无法固化的问题。考虑到目前现场处理废钻井液时无专业设备可 以选择，经反复权衡混合工艺的可行性，我们认为以挖掘机对废钻井液与固化 剂进行混合比较可行。土建工程常用的挖掘机臂长约 3m ,有效下挖深度 22.5m，基本上可对废液池内的废钻井液与固化剂进行比较充分的混合。 3.2 废液池废液池 为了能减少废液池内的含水量，有效地对废液池内废钻井液进行固化， 设计开挖两个排污池：一个为沉淀池，宽度和深度以挖掘机臂能够覆盖为好， 长度根据预测的岩屑及泥浆排放量确定；另一个为排液池，主要为排放清洗设 备及冲洗振动筛等产生的废水，两池相连，排液池深度较

32、沉淀池深些，以便废 水能自动流入。这样可节省固化剂的使用量，且可提高固化施工效率。 3.3 固化处理工艺固化处理工艺 废钻井液固化处理工艺我们最初的设想是分两步，首先固化废液池内的废 钻井液，然后固化泥浆罐内废钻井液。但这套工艺存在罐内废泥浆不好搅拌固 化，且留存在罐内无法排放掉的加入了固化剂的废钻井液需进行清罐处理，增 加了施工难度和工作量。因此，最后确定的固化处理工艺为：将罐内完井后的 废泥浆排放到排污池后与排污池内废钻井液一同固化处理，这种方法施工简单， 施工效率较高，投资节省。 废液池内的废钻井液为各阶段排放的废钻井液、钻屑等，其固化处理工艺 为： 1根据固化时间的要求，选择合理的固化

33、配方。 2根据废液池的长、宽和实际深度，计算各种固化剂的用量。 3用人工和挖掘机共同把各种固化材料尽可能均匀撒在废液池面上，反复 混拌均匀，直到池内废钻井液干稠为止，不留死角。 4根据固化时间的要求、固化剂的加量及反应时间使其固化，最后覆土填 埋。 4 现场试验现场试验 现场固化试验选在八区乌尔禾油藏的 7 口开发井上，现场施工于 2002 年 7 月 22 日开始，2002 年 8 月 1 日结束，共试验 7 口井 （T85039、T85013、T85034、T85036钻井工艺研究院承担） 、 （T85028、T85014、T85018大庆中达科技环保有限公司承担） 。 4.1 现场试验配

34、方现场试验配方 根据对废弃钻井液固化后的标准要求，我们对八区实验井废弃钻井液进行 了室内固化配方优选，确定了各井现场试验配方如下。 （1）废弃钻井液+2%水泥+10%固化剂+1%絮凝剂 2+1%助凝剂 1+0.5%助凝剂 2 （T85039 10 天） （2）废弃钻井液+15%固化剂+1%絮凝剂 2+0.5%助凝剂 2 （T85013、T85034 20 天） （3）废弃钻井液+10%固化剂+1%絮凝剂 2+0.5%助凝剂 1+0.5%助凝剂 2 （T85036 30 天） （4）废弃钻井液+0.5%絮凝剂 1+10%固化剂 （T85028 30 天） （5）废弃钻井液+0.5%絮凝剂 1+1

35、2%固化剂 （T85014 20 天） （6）废弃钻井液+0.5%絮凝剂 1+14%固化剂 （T85018 10 天） 4.2 现场施工现场施工 （1）排污池的准备：为便于固化施工及减少废泥浆处理量，西北缘项目部 对单井的废泥浆量及岩屑量进行了估算，对试验井排污池尺寸容积提出了书面 要求，要求开钻前开挖两个连通的排污池，一个为 15m6m 2m（长宽高） 的沉淀池，用于存放岩屑及稠泥浆，另一个为 5m 4m3m4m （长宽高） 的排液池，用于存放排出的废水，完井后废水拉倒指定地点排放。由于采取了 两池分离、固液分离的措施，减轻了废泥浆的稀释和处理的废泥浆量，处理的 废泥浆仅仅是在沉淀池内呈稠糊

36、状的废泥浆，从而减少了固化成本。 （2）排污池废泥浆量现场测量及施工准备： 根据泥浆池的长、宽及实际液面，计算各井排污池中废钻井液量；根据各 井不同的固化时间要求，以及不同固化时间的配方，计算各种固化剂的加量。 了解各井井场设施、周边情况和地下管线分布。组织车辆上料、准备施工。在 整个固化施工中，我们根据现场的具体情况，对各种固化剂的加量进行了适当 的调整。 （3）现场施工 将各种固化剂尽可能均匀倒在沉淀池内，用挖掘机上下搅拌均匀，即挖一 斗废钻井液，抬高出沉淀池一米后，翻斗使废钻井液落下，反复这样的施工动 作，保证了固化剂与废泥浆搅拌混合均匀，直到池内废钻井液干稠为止，不留 死角。 （4）施

37、工结束收尾工作 每口井固化施工结束后，清理带走井场施工垃圾和人为垃圾，不造成二次 污染，保护井场周边环境。 4.3 现场验收现场验收 根据对各井废钻井液固化时间要求的不同，开发公司组织有关人员分别于 施工结束后 10 天、20 天、30 天对 T85039 和 T85018（10 天固化） 、 T85013、T85034 和 T85014（20 天固化） 、T85036 和 T85028（30 天固化）7 口 井进行了现场验收。废液池内废钻井液固化后表面干燥、硬化， T85014、T85018、T85028 三口井的固化体用手一握即松碎，不板结；用钢钎在 废液池内选不同点插入 5060cm 检

38、验，废液池底部固化良好，废液池四角固化 匀无死角。用自重 20 吨装载机开到固化后废液池上进行固化强度检测，推土机 在废液池内行走和停在池中央，无任何下沉陷车现象，和在平地行走一样。 T85014、T85018 用自重 20 吨装载机在表面压出约 20cm 压痕，但装载机无任 何下陷。用装载机在这 7 口井上选不同点挖 6080cm，废液池底部固化良好， 达到本项目的强度要求。最后，废液池用推土机推平，覆土 30cm50cm 厚。 5 取得的成果和存在的问题取得的成果和存在的问题 取得的成果：取得的成果：本课题通过对聚磺、钾钙基、聚磺混油三种体系废弃钻井液 的室内研究，确定了不同固化时间和不同

39、固化体强度要求下的固化处理配方； 对新疆各油田目前常用钻井液具有较广泛的适用性。确定了现场固化施工工艺 措施，通过在八区乌尔禾油藏井七口井次的现场试验，达到了预期的效果。 存在的问题：存在的问题：由于絮凝剂和助凝剂的加量较小，现场施工中单独加入，均 匀程度不好控制，这样对固化效果有一定的影响。 6 效益分析与推广应用前景评价效益分析与推广应用前景评价 该项目七口现场试验井投资情况：固化时间 10 天，平均费用 7100 元/100 方左右，固化时间 20 天，平均费用 6200 元/100 方左右，固化时间 30 天，平均 费用 5400 元/100 方左右。 废泥浆固化技术是一个纯投入项目，但它的推广应用带来的社会效益是巨 大的：首先在环保方面，由于在较短时间内废泥浆被固化处理，减小了废泥浆 在自然干涸（一般一年以上）过程中废泥浆滤液对地下水的污染。废泥浆经固 化处理后能很快对地貌进行恢复，有利于植被尽快生长，更好的维护生态环境。 其次废泥浆经固化处理后能很快达到比地表还要高的强度，不会陷车陷人，保 证了油建作业及后续投产施工及巡井人员的人身安全建设及施工安全。