0 引言

2010年以来，中国石化华北油气分公司在鄂尔多斯盆地北缘所辖大牛地气田平均每年新建产能10亿m³，钻水平井100口左右，平均单井钻井液化学处理剂用量200 t，配制钻井液1 000 m³，排放废弃钻井液1 500 m³，气田每年排放有害固液相超过15万m^3[1]，除部分被运至集中处理站外，其余均就地掩埋，对环境污染严重。而环境保护是现代钻井发展的重要方向。

目前的环保钻井方法虽多但无法根本解决污染问题^[2-11]，钻井过程中产生的大量废弃固液相排放后严重污染环境，已成为制约钻井工程现场实施的主要因素。常规的固控设备无法去除钻井液中细小粘土悬浮颗粒、油类、重金属离子和可溶性处理剂等。鉴于此，引入板框压滤机结合化学破乳方法，形成了破乳压滤式钻井液随钻处理技术。应用该技术可大幅提高钻井液的重复利用率，采用的移动式固相处理设备可集中处理岩屑，处理后的岩屑全部用于铺路和制砖，从源头解决了钻井污染问题。该项技术在大牛地气田试验过程中不断成熟完善，推广3年来每年可减少废液运输及处理费用3 000多万元，共节省开发费用1亿多元。

1 技术分析 1.1 原理

井内循环出的钻井液经过井队固控设备排出的固液混合相由搅龙传递至混相沉砂罐进行初步沉降，液相通过高频振动筛和高速离心机去除固相，最后加入钻井液破乳药剂经过板框压滤机压滤后进入钻井液缓存罐，可重复循环利用。各环节产生废弃固相经高速甩干后，传送至固相处理系统集中处理。钻井液随钻处理流程如图 1所示。

1.2 核心处理技术 1.2.1 物理压滤技术

板框压滤机的活塞推动压紧板压紧，当压紧力达到调定高点压力后，液压系统自动跳停；当压滤机压紧后，进料压力逐渐升高至正常压力，压滤机出液在滤板间过滤一段时间后压出液孔出液量逐渐减少，滤渣逐渐充满滤室，直至滤渣完全充满形成滤饼；人工逐块拉动滤板卸下滤饼，同时清理粘在密封面处的滤渣，防止滤渣夹在密封面上影响密封性能。

板框压滤机对于滤渣压缩性大或近于不可压缩的悬浮液都能适用。适合的悬浮液的固体质量分数一般小于10%，操作压力一般为0.3~0.6 MPa，最高可达3.0 MPa。现场采用板框20个，过滤面积可以随所用的板框数增减。设备结构合理、操作简单、维护方便、安全可靠，可自动控制，高效、高产能。但仅采用物理压滤无法去除钻井液中的全部有害固相，浸出液COD超标2~20倍，色度超标3~130倍、pH值超标1~2倍。随钻进井深的增加，污染物超标将成倍增加。

1.2.2 化学破乳技术

通过向待压滤钻井液中加入破胶剂、混凝剂和絮凝剂，水解后形成大量的多核羟桥络离子，使胶体颗粒脱稳并相互碰撞，发生凝聚作用，聚结成较大的矾花，从而达到净化钻井液的目的^[12-13]。通过化学作用实现乳化液脱稳和破乳，利用板框压滤机物理分离方式实现钻井液的净化。通过钻井液随钻处理压滤过程试验和优化处理药剂，形成了系列钻井液破乳配方，如表 1所示。

复合破胶剂Ⅰ对废钻井液进行破胶脱稳，促进水析出，增加固结强度；复合混凝剂Ⅰ降低污水胶体体系电位，破坏胶体稳定性，促使悬浮物析出；复合絮凝剂起架桥连接作用，促使絮体变大，产生网捕卷扫作用，清除悬浮物；改良剂TG-03调节pH值，降低COD和色度，同时促进微生物的生长繁殖，为复耕土地提供营养；水泥水化胶凝后和废弃物形成固化体，从而嵌闭、封固废弃物中的有害成分。采用上述配方处理后的废水达到GB 8978—1996标准1级，固废物达到GB 18599—2001的Ⅰ类技术要求。现场抽查4口水平井处理效果如表 2所示。

1.2.3 固相处理技术

钻井液随钻处理后井场堆存大量岩屑，拉运到集中处理站场需大量运费和处理费用。采取移动式橇装设备对各井场堆存岩屑进行集中处理，然后进行资源化利用 (将80%的岩屑随钻处理成铺路基土，将20%的岩屑制成免烧砖和免烧砌块)，处理流程如图 2所示。上部地层岩屑固化为基土后按53项指标检测，结果全部达标，可与红土混拌用于铺路。下部地层岩屑按12项指标检测，结果全部达标，其抗折强度和抗压强度均达到建筑材料要求，经固化处理后可用于制砖。

1.3 技术特点

(1) 破乳压滤式钻井液随钻处理技术具有较高的集成化、橇装化和自动化水平，处理工艺更加完善，可大大降低劳动力成本，减轻劳动强度。

(2) 采用物理分离技术可有效避免传统处理工艺中钻井液的二次污染，污染物排放减量化率超过70%，减量化效果远超其他设备和处理工艺。

(3) 在井队固控净化设备出现复杂情况和故障情况下，该技术中的固控装备可替代井队固控循环系统正常运行，具有较强的应急处置能力，可满足后期对固体废弃物的无害资源化利用，有效降低后期钻井液处理成本。

2 现场应用 2.1 DP119H井 2.1.1 钻井液回收及回用处理

DP119H井一开与二开回收跑浆约300 m³，二开弃浆约200 m³，总计500 m³。经过处理后，钻井液密度降至1.08 g/cm³以下，塑性黏度降至8 mPa·s以下，用于三开水平段钻进，完井后剩余钻井液225 m³，全部用于下一口井循环利用。

2.1.2 钻屑固结稳定化处理

DP119H井一开产生钻屑35 m³，二开产生钻屑175 m³，三开产生钻屑94 m³，总计304 m³。在固化处理前钻屑呈黏稠状并略带流动性、强度较差，经固结稳定化处理成松散状，放置7 d强度均大于0.5 MPa，固废物达到GB 18599—2001的Ⅰ类技术要求；未处理前浸出液为黑色，COD、pH值超标，经固结稳定化处理后，浸出液接近无色，各项指标均达到国家1级标准要求，岩屑全部用于铺路和制砖。

2.1.3 效益分析

甲方共节省费用17万元；井队回用钻井液320 m³，节约15万元。

2.2 大牛地气田应用

大牛地气田的应用结果表明：破乳压滤式钻井液随钻处理技术节能减排效果良好。规模化应用能提高废弃物的回用价值，提高油田经济效益和环保效益；固液分离技术可使废弃钻井液利用率由10%提升到60%以上，钻井全程固液相排放量减少86%，无废弃液落地，岩屑用于制砖，完井剩余液相全部转下口井使用。每年减少废液运输及处理费用超过3 000万元，3年共节省开发费用超过1亿元，推广成本大幅降低，实现了企业发展和当地环保的“双赢”。

3 结论

(1) 破乳压滤式钻井液随钻处理技术可实现钻井液的回收利用和钻屑的无害化处理，达到了资源化、减量化和无害化的目的。集成的处理装置运行稳定，处理速度最高可达40 m³/h。利用该套装置每口井可回收钻井液约500 m³。各开次钻屑经过无害化处理后均可达到GB 18599—2001的Ⅰ类技术要求。

(2) 橇装式集中处理设备适用于堆存井场岩屑的无害化处理和资源化利用，不需集中建站和拉运，可就地处理为资源化利用的铺路基土和砌块。在减量化和无害化处理技术的基础上实现从钻井液设计到现场钻井液调配、接收和处置的一体化技术体系。