油田勘探开发过程中会产生大量的“油田钻井废物”,主要包括废弃钻井液和钻屑处理。这些废物成分复杂,通常含有石油烃、重金属、盐分和多种化学添加剂,被列为危险废物,其安全处置是石油工业面临的关键环境挑战之一。在此领域,“生石灰”作为一种高效且经济的地质聚合物前驱体和稳定剂,在实现废物无害化与资源回用方面发挥着核心技术作用。

钻井废物的核心处理目标是实现废物的脱稳、固化和无害化。生石灰在其中通过多种机制协同作用。首先,其高放热性在与水接触时能迅速提高废物体系的温度,这有助于破坏钻井液中胶体颗粒的稳定性,蒸发部分水分,并促进油水分离,为后续的油分回收或降解创造条件。其次,也是更关键的作用,是生石灰提供的强碱性环境(pH > 12)和钙离子。高pH条件能皂化含油废弃物中的部分油脂,改变其存在形态,并有效杀灭废物中的病原微生物。
在重金属固化方面,生石灰的作用至关重要。钻井废物中可能携带来自地层或添加剂的钡、铬、铅、锌等重金属。生石灰通过提高体系的pH值,使大多数重金属离子形成难溶的氢氧化物或碳酸盐沉淀,从而大幅降低其浸出毒性和生物可利用性,使其达到安全填埋或资源化利用的标准。
更重要的是,生石灰与废物中的硅铝组分(主要来自钻屑中的粘土矿物)在碱性条件下发生“地质聚合反应”。这一过程生成的水化硅酸钙、水化铝酸钙等无定形至半晶质的胶凝物质,能够将废物中的水分、油分、盐分和已被固定的重金属包裹在一个三维网络结构中,形成一种坚硬的、低渗透性的固化体。这种固化作用不仅实现了废物的化学稳定化,也显著改善了其物理力学性能。
经过生石灰妥善处理的钻井废物固化体,其环境风险已极大降低,从而为资源回用开辟了道路。这些固化体可以作为井场道路的垫层材料、钻井平台的填方材料,或经过进一步加工制成建材等。这既减少了危险废物的填埋量,降低了对环境的潜在威胁,又节约了天然原材料的使用,符合循环经济的原则。

因此,生石灰处理技术将危险的油田钻井废物从环境负担转化为潜在的工程材料,是石油工业实现绿色转型和清洁生产的关键环节之一。其成功应用依赖于对废物特性的精准分析和对生石灰投加量、混合条件及养护工艺的优化控制。