江漢石油工程公司環(huán)保技術(shù)服務(wù)公司 劉鵬

涪陵頁巖氣示范區(qū)是國(guó)內(nèi)首個(gè)大型頁巖氣田，在四川省有長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)頁巖氣示范區(qū)，2019年2月19日中國(guó)石化集團(tuán)公司在川召開了“川渝地區(qū)頁巖氣鉆完井提速提效提產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)推進(jìn)會(huì)”，一直以來川渝地區(qū)頁巖氣開采都是中國(guó)頁巖氣開采的主力軍。川渝地區(qū)對(duì)頁巖氣開采過程中產(chǎn)生的油基巖屑進(jìn)行了清潔生產(chǎn)技術(shù)探索和應(yīng)用，正在進(jìn)行“減量化、無害化、資源化”研究，經(jīng)過幾年的努力取得了較好的效果。

四川地區(qū)頁巖氣儲(chǔ)量豐富，頁巖氣資源量和可采資源量居全國(guó)第一。四川省以頁巖氣為主的天然氣開采已成為我國(guó)能源安全的重要支撐。四川省提供了幫扶等保障措施，多次組織專家和工作人員前往樂山綠之峰、廣陽環(huán)保、珙縣華潔、內(nèi)江瑞豐等油基巖屑專業(yè)處理公司進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)幫扶，幫助企業(yè)快速找準(zhǔn)問題，少走彎路，加快項(xiàng)目建設(shè)和取證進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)四川省油基巖屑利用處置能力快速提升。近期，四川省新增油基巖屑綜合利用單位3家，新增利用能力20萬噸/年。截至目前，四川省油基巖屑利用處置總能力增至78萬噸/年，是第一輪央督時(shí)的6.3倍。

一、含油污泥、油基巖屑和剩余固相介紹

含油污泥是一個(gè)范圍非常大的術(shù)語，不同出處的定義可能有所不同，如在《陸上石油天然氣開采行業(yè)危險(xiǎn)廢物環(huán)境管理指南》征求意見稿中，含油污泥就沒有包括油基鉆屑等物質(zhì)。在《油氣開采含油污泥綜合利用后剩余固相處置利用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中，含油污泥是指頁巖氣開采過程中以礦物油為連續(xù)相配置鉆井泥漿用于油氣開采鉆井作業(yè)過程中產(chǎn)生的廢棄鉆井泥漿及巖屑。本文指的是后者。

油基巖屑也稱作含油巖屑和油基鉆屑，定義是以礦物油為連續(xù)相配制鉆井泥漿用于石油和天然氣開采所產(chǎn)生的鉆井巖屑。本文中的油基巖屑屬于上述含油污泥中的一種。

剩余固相指含油污泥綜合利用過程中產(chǎn)生的固態(tài)物質(zhì)。油基巖屑通過熱脫附進(jìn)行綜合利用后產(chǎn)生的固相就是一種剩余固相，在川渝地區(qū)稱作油基灰渣或者含油灰渣，在新疆拜城稱作還原土。

二、含油污泥危害介紹

油基鉆屑是在油氣田鉆井過程中產(chǎn)生的，含有石油類、重金屬、堿性鹽等毒性物質(zhì)和機(jī)乳化劑、加重劑和絮凝劑等劇毒性物質(zhì)的廢棄巖屑。油基鉆屑主要指頁巖氣開發(fā)水平段鉆井施工時(shí)油基泥回收利用過程中產(chǎn)生的含油鉆屑，該類廢棄物由基油（一般為O#柴油或者白油），鉆井液添加劑、親油膠體（主要為有機(jī)土、氧化瀝青、親油褐煤粉等）、石灰和加重材料等組成[1]。

油基鉆屑是進(jìn)入國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄的危險(xiǎn)廢物。油基鉆屑含有萘、熒蒽、二苯并[a,h]蒽、芴、苯并[k]熒蒽、蒽、苯并[a]芘、苯并[a]蔥、菲等可致癌多環(huán)芳烴類化學(xué)物質(zhì)，這些多環(huán)芳烴類化學(xué)物質(zhì)難以被降解，易導(dǎo)致肺癌、皮膚癌和胃癌等疾病[2]。這些物質(zhì)也會(huì)影響動(dòng)物，如魚類，蟲類等生物的生殖發(fā)育，可能導(dǎo)致生物種類、生物密度及生物量下降[3]。油基鉆屑還含有鋇、鉻、銅、鎳、鋅、鉛等多種重金屬元素，吸入一定量有害物質(zhì)，將影響人體皮膚、肺等多個(gè)器官的正常功能[4]。油基鉆屑長(zhǎng)時(shí)間露天堆放時(shí)，污染將隨大氣循環(huán)擴(kuò)散到更廣大的區(qū)域?？傊唇?jīng)處理的油基鉆屑將會(huì)對(duì)周圍環(huán)境帶來嚴(yán)嚴(yán)重的污染，給當(dāng)?shù)孛癖姷纳a(chǎn)生活帶來巨大危害，必須對(duì)其進(jìn)行有效處理。

三、含油污泥綜合利用

目前，四川省正在使用的含油污泥綜合利用技術(shù)技術(shù)主要有化學(xué)熱洗、燃料化、熱解、蒸汽噴射、常溫溶劑萃取和微生物修復(fù)等，這些工藝主要被用于含油量為5%至30%的含油污泥的資源化回收利用，大部分為鉆采公司在井場(chǎng)進(jìn)行綜合利用。

針對(duì)含油量小于5%特別是含油量小于2%的含油污泥，目前四川省主要采用回轉(zhuǎn)窯高溫焚燒、水泥窯協(xié)同處置、高溫裂解后焚燒殘?jiān)鳛樗嗵砑釉?、固?填埋、氣?。嵩。?萃取技術(shù)等進(jìn)行處置利用，大部分危廢處置企業(yè)使用以上技術(shù)進(jìn)行含油污泥的處置利用。

重慶涪陵區(qū)焦石鎮(zhèn)是重慶市進(jìn)行油基巖屑處置的關(guān)鍵地點(diǎn)，以前有七個(gè)處理站，目前只剩兩個(gè)油基巖屑處理站，位于涪陵頁巖氣國(guó)家級(jí)示范區(qū)，對(duì)油基巖屑采用熱脫附技術(shù)。

（一）固化填埋

固化填埋是將含油污泥進(jìn)行固化處理后進(jìn)入危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處理。固化填埋能較大程度地降低含油污泥中有害有機(jī)物和一些離子對(duì)土壤的污染，減少了含油污泥對(duì)環(huán)境的影響和危害。但固化處理后的廢物綜合利用率較低，必須征用土地進(jìn)行安全填埋，從而使土地的再利用價(jià)值降低。該技術(shù)的缺點(diǎn)也很明顯，并沒有從根本上解決無害化問題，反而處理中使用的固化藥成本高、占地面積大、污染隱患沒有根本消除，因此只有在處理量少時(shí)考慮選用。

四川省危險(xiǎn)廢物處置中心包含固化填埋內(nèi)容的項(xiàng)目都有一定數(shù)量的含油污泥填埋，對(duì)于固化填埋場(chǎng)的建設(shè)，四川省可以借鑒新疆的經(jīng)驗(yàn)。

（二）焚燒

焚燒是指含油污泥在有過量氧和助燃劑存在的條件下完全燃燒，從而實(shí)現(xiàn)減量化和無害化的過程，焚燒設(shè)備包括回轉(zhuǎn)窯和流化床焚燒爐等。一般來說，為了避免焚燒產(chǎn)生二次污染，焚燒處理需要嚴(yán)格控制一系列參數(shù)，如焚燒爐溫度應(yīng)大于或等于1100℃、停留時(shí)間應(yīng)大于2s等。

含油污泥經(jīng)焚燒處理后，許多有機(jī)物會(huì)被直接去除，體積會(huì)大幅度縮小，從而實(shí)現(xiàn)減量化和無害化。但該方法對(duì)處理溫度以及回收裝置的密閉性要求很高，燃燒殘留物、逸出的氣體污染物等需要配套系列的煙氣凈化和除塵設(shè)備，進(jìn)料前需要對(duì)含油污泥進(jìn)行脫水處理，成本也會(huì)相應(yīng)增加。

四川省建設(shè)的危險(xiǎn)廢物處置中心基本上以回轉(zhuǎn)窯焚燒爐為主體設(shè)備，持證企業(yè)有成都興蓉、攀枝花中節(jié)能、內(nèi)江瑞豐公司等公司，這些公司使用了該類工藝。

（三）水泥窯協(xié)同處置

水泥窯協(xié)同處置是一種新型危險(xiǎn)廢物處置方法，是將含油污泥替代部分原料，利用水泥窯在進(jìn)行水泥熟料生產(chǎn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)含油污泥減量化和無害化處置的過程。該方法既能有效消除危險(xiǎn)廢物的有害成分，也能免除殘?jiān)奶盥裥枨?，處置成本相?duì)低廉。

水泥窯協(xié)同處置一方面對(duì)入窯含油污泥有一定的要求，包括其組成成分和穩(wěn)定性，重金屬以及氯、氟、硫等有害元素的含量等。同時(shí)，水泥窯協(xié)同處置同樣需要對(duì)產(chǎn)生的廢氣等污染物進(jìn)行處理，而生產(chǎn)的水泥產(chǎn)品也需要符合硅酸鹽水泥相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及固體廢物相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

四川省已在德陽一原環(huán)保、利森水泥進(jìn)行水泥窯協(xié)同處置含油污泥試點(diǎn)，該試點(diǎn)采取分散聯(lián)合經(jīng)營(yíng)模式，已開始了持證經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。四川省還將有三到四家協(xié)同處置企業(yè)取得資質(zhì)，如廣元海螺創(chuàng)業(yè)、內(nèi)江星船城水泥等企業(yè)。

（四）高溫裂解

高溫?zé)峤馐窃跓o氧或缺氧條件下對(duì)含油污泥進(jìn)行高溫分解的一種處理技術(shù)，溫度比熱脫附工藝高，含油污泥中石油類物質(zhì)的熱解過程會(huì)通過斷鏈反應(yīng)和脫氫反應(yīng)將較大分子的烴類轉(zhuǎn)化為較小的分子，從而實(shí)現(xiàn)減量化和無害化。

熱解過程會(huì)產(chǎn)生廢氣和固體廢物等污染物，目前四川省的含油污泥熱解處理一般是將熱解殘?jiān)鳛樗嗵砑釉?，將熱解過程作為水泥窯協(xié)同處置的前置工藝。該工藝是將熱解廢渣按1∶6的比例將廢渣與鋼渣等進(jìn)行混合，隨后運(yùn)至水泥廠作為水泥原料加以資源化利用。使用熱解與水泥窯協(xié)同處置工藝的聯(lián)合技術(shù)處置，可以去除危險(xiǎn)廢物的有毒有害成分，還可以充分利用殘?jiān)馁Y源屬性，同時(shí)還有效解決了殘?jiān)奶幚硖幹脝栴}。四川省現(xiàn)有持證企業(yè)中，內(nèi)江瑞豐環(huán)保公司使用該類工藝[5]。

（五）氣?。嵩。?萃取

該工藝是將含油污泥加入攪拌池中，并在攪拌池內(nèi)加入一定量的熱水、表面活性劑，經(jīng)電加熱攪拌混合，從而將含油污泥中的油類物質(zhì)溶解于溶液中，通過振動(dòng)篩、離心機(jī)分離等方式回收高性能礦物油。萃取工藝回收的大部分高性能油可以直接外售給天然氣、石油鉆井平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了含油污泥中可回收油相的回收利用。經(jīng)回收可利用油相后的剩余固相，其含油量一般小于1%，但按照目前的處置要求，該類剩余固相仍需按照危險(xiǎn)廢物進(jìn)行處理，處置費(fèi)用較高。宜賓華潔環(huán)保公司使用了該類工藝[6]。

（六）熱脫附

熱脫附是在無氧條件下通過直接或間接加熱的方式將油基鉆屑中的柴油蒸餾，使油基鉆屑中的揮發(fā)性油分主要是柴油揮發(fā)，難揮發(fā)的油分及有機(jī)污染物發(fā)生熱分解，揮發(fā)的油汽經(jīng)冷凝后回收利用，實(shí)現(xiàn)鉆屑與基礎(chǔ)油分離。按照加熱方式的不同，分為燃料加熱、電加熱、微波加熱等。主要目的是回收油進(jìn)行資源化利用，目前的剩余固相油基灰渣采用的是水泥窯協(xié)同處置[7]。

重慶涪陵區(qū)焦石鎮(zhèn)兩個(gè)處理站對(duì)油基巖屑采用的是熱脫附技術(shù)，都是采用天然氣燃燒加熱。一號(hào)站屬于江漢環(huán)保，目前有一套熱餾爐和即將投產(chǎn)的六套旋轉(zhuǎn)爐，二號(hào)站屬于無錫勝清環(huán)?？萍加邢薰?，目前有一套熔鹽爐和幾套旋轉(zhuǎn)爐。熱餾爐和熔鹽爐都屬于連續(xù)進(jìn)料的熱脫附裝置，旋轉(zhuǎn)爐是間歇式熱脫附裝置。兩個(gè)處理站位于涪陵頁巖氣國(guó)家級(jí)示范區(qū)，雖然設(shè)備不同，但都是采用熱脫附工藝對(duì)油基巖屑進(jìn)行處置利用，對(duì)分離出的熱脫附油進(jìn)行回收利用，廢水經(jīng)處理后回用于壓裂，含油灰渣目前進(jìn)入水泥窯處置利用，實(shí)現(xiàn)了油基巖屑的安全處置與資源化利用。

（七）技術(shù)對(duì)比

對(duì)川渝地區(qū)六類綜合利用技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析見表1，簡(jiǎn)單對(duì)比了一些優(yōu)缺點(diǎn)，提到了川渝地區(qū)的一些典型企業(yè)，以及備注了幾項(xiàng)處理工藝發(fā)展情況。六種技術(shù)都各有其特點(diǎn)，后三類技術(shù)能夠回收油，但是投資和耗能較大，需要結(jié)合地區(qū)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況選擇處理工藝。

表1 川渝地區(qū)六類綜合利用技術(shù)分析表

四、剩余固相資源化利用

經(jīng)處理和綜合利用后的含油污泥剩余固相還被用于鋪設(shè)井場(chǎng)和通井道路，作為工業(yè)生產(chǎn)原料，用于制磚、制水泥以及作為混凝土摻配料等進(jìn)行處置利用。四川省制定了地方標(biāo)準(zhǔn)《油氣開采含油污泥綜合利用后剩余固相處置利用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》征求意見稿，目前四川省正在推進(jìn)含油污泥剩余固相的資源化利用[8-9]。

目前油基灰渣和油基巖屑都能進(jìn)行水泥窯協(xié)同處置利用，但是潛在價(jià)值可能有所降低，產(chǎn)業(yè)化情況如四川億隆環(huán)?？萍加邢薰镜绕髽I(yè)將油基巖屑制成了水泥熟料。將油基灰渣鋪設(shè)井場(chǎng)和制備免燒磚，雖然工藝簡(jiǎn)單、成本低，但是產(chǎn)品中仍含有機(jī)污染物，存在環(huán)境污染性。將油基灰渣制成燒結(jié)磚，能夠去除有機(jī)物，固結(jié)重金屬元素，但是能耗高、產(chǎn)品附加值低。江漢油田企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) Q/SH3140 0154—2017《 頁 巖氣田鉆屑資源化利用技術(shù)要求》的制定早已明確了涪陵等地區(qū)油基鉆屑和灰渣資源化利用的方向和標(biāo)準(zhǔn)[10-12]。

目前大宗固廢制備陶粒具有很大的市場(chǎng)，探索將油基巖屑灰渣制陶粒的研究，特別是制壓裂支撐劑的研究將更具有發(fā)展?jié)摿Γ芯砍晒?huì)使油氣田開采形成一個(gè)物料循環(huán)過程，對(duì)生態(tài)環(huán)境具有積極影響，符合綠色發(fā)展理念。

五、結(jié)論與展望

含油污泥不僅是一種會(huì)污染環(huán)境、含有大量有毒有害成分的物質(zhì)，同時(shí)也含有大量原油，是一種可利用的資源。目前川渝地區(qū)含油污泥的綜合利用技術(shù)已經(jīng)基本做到無害化、減量化，但是相應(yīng)的處理工藝仍需進(jìn)一步發(fā)展。

新的資源化利用技術(shù)要想產(chǎn)業(yè)化還有許多工作要做，首先要解決二次生產(chǎn)中的污染問題，要開展新技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量和環(huán)境的綜合評(píng)價(jià)，產(chǎn)品在使用過程中需要環(huán)境跟蹤監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，目前剩余固相沒有進(jìn)入危險(xiǎn)廢物豁免清單，但是在資源化利用過程中可以申請(qǐng)豁免，盡量避免走先鑒定再利用的道路，并且新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展可能對(duì)水泥廠的市場(chǎng)有沖擊，因此后期需要更加明確有利的政策依據(jù)。

總之，含油污泥和剩余固相資源化是環(huán)保發(fā)展的大勢(shì)所趨，企業(yè)需要考慮進(jìn)一步改造、升級(jí)現(xiàn)有工藝，打破局限性。研究人員需要加強(qiáng)資源化利用基礎(chǔ)研究，盡可能提高附加值，使其產(chǎn)品更有競(jìng)爭(zhēng)力。