戴洪寶

（中國石油長城鉆探工程有限公司東部HSE監(jiān)督中心）

陸上油氣田廢鉆井液排污池替代方案

戴洪寶

（中國石油長城鉆探工程有限公司東部HSE監(jiān)督中心）

針對國內(nèi)陸上油氣田采用排污池處理廢棄鉆井液存在的資源、環(huán)境等多方面問題，借鑒國外先進(jìn)廢鉆井液處理方案，通過采取優(yōu)化鉆井工藝設(shè)計(jì)、鉆屑干燥、閉路系統(tǒng)、中心廢物處理、鉆井液全面管理及回收再利用等綜合措施，減少了廢鉆井液的排放量，環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著，能夠有效促進(jìn)鉆井工業(yè)環(huán)境友好可持續(xù)發(fā)展。

廢鉆井液；廢物排放；排污池；區(qū)域回收利用

0 引 言

在陸上油氣田鉆井施工中，主要污染物有廢水、廢氣、噪聲、固體廢物，其中廢鉆井液的產(chǎn)量最大、成分復(fù)雜、對環(huán)境影響最為嚴(yán)重［1］。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2013年中石油全年完成鉆井進(jìn)尺共計(jì)4487.92萬m。不同的油氣井廢鉆井液的產(chǎn)污系數(shù)為11.28～46.01t／百m［2］，與上述進(jìn)尺對應(yīng)的廢鉆井液量為506.2～2064.9萬t。

國內(nèi)陸上油氣田鉆井普遍配置排污池，用于接納廢棄泥漿和鉆屑。排污池必須做防滲處理，防止廢棄物滲出造成地下水和土壤污染，在完井之后，由建設(shè)方（業(yè)主）完成固化處理，恢復(fù)地表。為了滿足新環(huán)境保護(hù)法更加嚴(yán)格的要求，必須通過優(yōu)化鉆井工藝設(shè)計(jì)、鉆屑干燥、閉路系統(tǒng)、鉆井液回收再利用等綜合措施，減少廢鉆井液的排放量。

1 常規(guī)做法

由于現(xiàn)有固控系統(tǒng)效率不能保證對鉆井液中固相含量的要求，實(shí)際運(yùn)行時(shí)必須重復(fù)進(jìn)行“排出和稀釋”（dumpanddilutestrategy），將高固相濃度的鉆井液排入排污池，同時(shí)補(bǔ)充新的鉆井液?？刹捎门懦鰪U物與井筒的體積比值衡量整體固控效率，高于12時(shí)表示效率非常低。美國德州西部低值為9.7∶1，高值超過30∶1［3］。美國賓州的頁巖氣井的鉆井廢物量要小得多，平均為116.05±66.15m3［4］。固控系統(tǒng)會(huì)排出部分泥漿，振動(dòng)篩、除砂器、除泥器排出的固體一般含有30%～50%的泥漿，離心機(jī)排出的固體含10%～15%的泥漿［3］。

在更換新的鉆井液體系或完井時(shí)，需要替換出循環(huán)罐和井筒所有鉆井液，單井鉆井液總量約為300～800m3。出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，鉆井承包商會(huì)回收和重復(fù)利用部分高價(jià)值的鉆井液，而將大部分替出鉆井液排入排污池。

到目前為止，國內(nèi)還沒有任何確定排污池容積或排污量的明確標(biāo)準(zhǔn)，一般按可利用的場地大小、允許的挖深、池子開挖土方存放面積等因素確定，場地的大小與鉆機(jī)型號或鉆井深度有關(guān)，對于2000～5000m的常見井筒深度，排污池的使用面積為400～1200m2，使用容積為1200～3600m3。以國內(nèi)某口直井為例，井深4300m，排污池使用容積為3450m3，井筒計(jì)算容積為284m3，二者的比值為12.5。

2 環(huán)境影響

從排污池的開挖、防滲到廢物最終處置，都會(huì)占用土地、消耗資源、直接或間接排放廢氣。由于鉆井生產(chǎn)的分散性和階段性，實(shí)際上難以保證排污池完全符合防滲標(biāo)準(zhǔn)。即使鉆井承包商充分履行維護(hù)排污池完整性的責(zé)任，在靠近環(huán)境敏感區(qū)域時(shí)，也經(jīng)常因可能的滲流對養(yǎng)殖等功能水體污染而發(fā)生環(huán)境糾紛、補(bǔ)償和賠償，同時(shí)影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，造成更多的間接經(jīng)濟(jì)損失。在雨季和汛期或排污池容積不能滿足要求時(shí)，必須將廢鉆井液轉(zhuǎn)運(yùn)到其他地方。

按國家現(xiàn)行危險(xiǎn)廢物分類標(biāo)準(zhǔn)，廢鉆井液處理產(chǎn)生的污泥為危險(xiǎn)廢物［5］，即使進(jìn)行了無害化處理，也不能免除業(yè)主的長期環(huán)境責(zé)任。例如德士古石油公司（TexacoPetroleumCompany）在與厄瓜多爾石油二十年的聯(lián)營期結(jié)束后，根據(jù)政府按新的法規(guī)監(jiān)督審計(jì)的結(jié)論，從1995年開始，花費(fèi)4000萬美元，對161處排污進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，包括清理、換土、水處理、分析、植被恢復(fù)等多個(gè)環(huán)節(jié)［6］。

3 替代方案

3.1 優(yōu)化鉆井設(shè)計(jì)

特殊工藝井（水平井、叢式井、大位移定向井）技術(shù)的廣泛應(yīng)用，尤其是水平鉆井技術(shù)對廢鉆井液的排放削減作用最為突出。鉆井?dāng)?shù)量沒有增加，卻能夠極大的提高油氣資源采收率，使鉆井廢物的排放強(qiáng)度和總量大幅度降低。在叢式井現(xiàn)場，還能夠?qū)崿F(xiàn)鉆井液的重復(fù)再利用。

先進(jìn)鉆井工具（PDC鉆頭、頂驅(qū)、螺桿等）可大幅提高鉆井速度。PDC鉆頭在中軟底層是牙輪鉆頭鉆速的2～5倍，是牙輪鉆頭鉆井進(jìn)尺的5倍以上，可大大減少起下鉆次數(shù)，縮短鉆井周期，減少能源消耗和廢物排放量效果明顯。頂驅(qū)的應(yīng)用是通過減少接單根的次數(shù)，提高鉆具活動(dòng)范圍，改變鉆具活動(dòng)方式，便于處理井下復(fù)雜情況，減少鉆井事故、提高鉆井速度、縮短鉆井周期、減少廢棄物等效果顯著。螺桿的應(yīng)用可使鉆速成倍增加，新型螺桿控制井斜、方位的同時(shí)，在不需要起下鉆的情況直接進(jìn)行鉆進(jìn)，能夠大幅提高鉆速、縮短鉆井周期、減少鉆井液總量、控制廢鉆井液的排放，從而有效的減少了固體廢物產(chǎn)出。

側(cè)鉆水平井技術(shù)是在原報(bào)廢油氣井的基礎(chǔ)上，根據(jù)油藏工程和地質(zhì)設(shè)計(jì)的需要，在原井套管某一預(yù)定的方向和深度，采用專用的工具和工藝開窗鉆進(jìn)后，使井眼軌跡偏離井口垂線一定距離的井深刨面，最終入靶的井斜角接近90°，則成為側(cè)鉆水平井。目前側(cè)鉆水平井已成為老油區(qū)挖潛增效的重要手段，它不僅節(jié)省了大量的鉆井用地、節(jié)約鉆井成本、縮短了鉆井周期，還有效削減了鉆井中的各類風(fēng)險(xiǎn)，極大減少了廢物排放量。

3.2 鉆屑干燥

在現(xiàn)有固控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加干燥器，可減少振動(dòng)篩后的鉆井液損失（廢物）89.5%左右（從34.2%降到3.61%），不含油的鉆屑可直接作為建筑材料，通過熱解吸可回收含油鉆屑中的烴類。

3.3 閉路系統(tǒng)

閉路系統(tǒng)靠近泥漿罐和振動(dòng)篩布置，進(jìn)一步分離固控系統(tǒng)的固相和漿體，包括密度控制、絮凝、脫水、鉆屑干燥、重晶石回收、油基鉆井液回收和調(diào)配，可減少鉆井液損失。需要最終處置的廢物減少90%以上，鉆井液的回收量可高達(dá)36%。

3.4 中心廢物處理設(shè)施

中心廢物處理設(shè)施（CRTD）強(qiáng)調(diào)廢物的減量、再利用、回收和廢物流的循環(huán)利用。鉆井廢物由罐車通過道路運(yùn)輸送達(dá)，加入絮凝劑和混凝劑，用離心機(jī)脫水，去除絮凝固體，脫出的水去除油和懸浮物，澄清的水用于井場配制鉆井液、清洗和抑塵，固體自然干燥后直接利用或按環(huán)境規(guī)定進(jìn)一步處置。

3.5 鉆井液全面管理

鉆井液全面管理（TFM）服務(wù)是由鉆井承包商負(fù)責(zé)所有鉆井液管理，包括廢物的最終處置。在服務(wù)過程中，承包商會(huì)協(xié)調(diào)鉆井液的工藝性能和環(huán)境性能，提高循環(huán)利用率，減少廢物排放量、降低最終處置難度，爭取實(shí)現(xiàn)合同雙方利益最大化。

3.6 鉆井液回收再利用

鉆井液回收再利用，主要是收集上一口油氣井泥漿罐內(nèi)剩余的的鉆井液，通過對鉆井液密度等相關(guān)性能的簡單調(diào)整，應(yīng)用于下口同平臺井或使用罐車?yán)R近井用于打表層或二開后的淺層井段，近年來中國石油長城鉆探工程有限公司通過對鉆井液的回收再利用，獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 效益分析

通過提高固控水平、區(qū)域回收、循環(huán)利用，可以取消陸上油、氣田鉆井的排污池。美國的案例表明，排污池替代方案與就地填埋相比不會(huì)顯著增加費(fèi)用，與需要道路運(yùn)輸?shù)漠惖靥幹孟啾葎t節(jié)約費(fèi)用。中心廢物處理設(shè)施可減少22%的廢物管理和處置費(fèi)用。

表1是國內(nèi)某直井排污池與區(qū)域回收利用的費(fèi)用對比數(shù)據(jù)，二者費(fèi)用相差12.11萬元。水量（液量、回收的鉆井液量）為按12.5的廢物量與井筒體積比計(jì)算得出，單價(jià)為實(shí)際發(fā)生的數(shù)據(jù)。排污池的費(fèi)用集中在用地、用水運(yùn)輸和廢物固化處理三個(gè)方面，量化體現(xiàn)了其環(huán)境影響和資源消耗的缺點(diǎn)，由于更加嚴(yán)格的環(huán)境和資源的管理，費(fèi)用將會(huì)進(jìn)一步大幅度上升。運(yùn)輸和再處理構(gòu)成了區(qū)域回收利用的大部分費(fèi)用，如處理設(shè)施采取機(jī)動(dòng)或半機(jī)動(dòng)形式建造，靠近鉆井現(xiàn)場運(yùn)行，運(yùn)輸費(fèi)用可以大幅度降低，效益將更加顯著。

作為源削減的方案，水平井、鉆屑干燥、閉路系統(tǒng)、鉆井液全面管理的設(shè)備、工藝簡單，可直接減少鉆井液的消耗和排放，效益好于區(qū)域回收。

表1 國內(nèi)某直井排污池與區(qū)域回收利用費(fèi)用對比

5 結(jié)束語

目前陸上油氣田廢鉆井液處理普遍采用排污池收集和無害化處置管理方案，除存在占用土地、消耗水資源等缺點(diǎn)，業(yè)主還要承擔(dān)長期的環(huán)境責(zé)任。

應(yīng)制訂廢鉆井液排放強(qiáng)度的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，用來規(guī)定鉆井液管理的環(huán)境績效，鼓勵(lì)源頭控制的清潔生產(chǎn)技術(shù)和管理做法，限制可避免的排放。

業(yè)主和鉆井承包商應(yīng)共同承擔(dān)保護(hù)環(huán)境的社會(huì)責(zé)任，對鉆井液實(shí)行全生命周期環(huán)境管理，積極采用廢鉆井液的區(qū)域回收利用，促進(jìn)可持續(xù)的環(huán)境友好鉆井。

［1］ 孫金聲,劉雨晴.鉆井液技術(shù)文集(2005)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2006.

［2］ 國務(wù)院第一次全國污染源普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.第一次全國污染源普查工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊[R].2008.

［3］ Rogers Dorsey,Fout Gary,Piper William A.New Innovative Process Allows Drilling Without Pits in New Mexic[C]//10thAnnual International Petroleum Environmental Conference,October 16-20,2006,San Antonio,Texas.

［4］ Lewis Aurana.Wastewater Generation and Disposal from Natural Gas Wells in Pennsylvania[D].Durham:Duke University,2012.

［5］ 環(huán)境保護(hù)部,發(fā)展改革委.中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì)令第1號[EB/ OL].[2015-12-10].http://www.gov.cn/flfg/2008-06/ 17/content＿1019136.htm.

［6］ 李偉.鉆井液公司清潔生產(chǎn)審核結(jié)果分析[J].科技信息,2010(17):369.

10.3969／j.issn.1005-3158.2015.03.005

：1005-3158（2015）03-0015-03

2014-12-23）（編輯 石津銘）

戴洪寶，2006年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè)，注冊安全工程師，現(xiàn)在中國石油長城鉆探工程有限公司東部HSE監(jiān)督中心從事HSE監(jiān)督工作。通信地址：遼寧省盤錦市興隆臺區(qū)振興街道石油大街96號B座226房間，124010