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）

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，借鑒國外先進廢鉆井液處理方案，通過采取優(yōu)化鉆井工藝設(shè)計、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)濟效益顯著，能夠有效促進鉆井工業(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、成分復雜、對環(huán)境影響最為嚴重［1］。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2013年中石油全年完成鉆井進尺共計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，恢復地表。為了滿足新環(huán)境保護法更加嚴格的要求，必須通過優(yōu)化鉆井工藝設(shè)計、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，實際運行時必須重復進行“排出和稀釋”（dumpanddilutestrategy），將高固相濃度的鉆井液排入排污池，同時補充新的鉆井液。可采用排出廢物與井筒的體積比值衡量整體固控效率，高于12時表示效率非常低。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)會排出部分泥漿，振動篩、除砂器、除泥器排出的固體一般含有30%～50%的泥漿，離心機排出的固體含10%～15%的泥漿［3］。

在更換新的鉆井液體系或完井時，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)濟方面的考慮，鉆井承包商會回收和重復利用部分高價值的鉆井液，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準，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，實際上難以保證排污池完全符合防滲標準。即使鉆井承包商充分履行維護排污池完整性的責任，在靠近環(huán)境敏感區(qū)域時，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、補償和賠償，同時影響生產(chǎn)的正常進行，造成更多的間接經(jīng)濟損失。在雨季和汛期或排污池容積不能滿足要求時，必須將廢鉆井液轉(zhuǎn)運到其他地方。

按國家現(xiàn)行危險廢物分類標準，廢鉆井液處理產(chǎn)生的污泥為危險廢物［5］，即使進行了無害化處理，也不能免除業(yè)主的長期環(huán)境責任。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)督審計的結(jié)論，從1995年開始，花費4000萬美元，對161處排污進行生態(tài)恢復，包括清理、換土、水處理、分析、植被恢復等多個環(huán)節(jié)［6］。

3 替代方案

3.1 優(yōu)化鉆井設(shè)計

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。鉆井數(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)鉆井液的重復再利用。

先進鉆井工具（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)，提高鉆具活動范圍，改變鉆具活動方式，便于處理井下復雜情況，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，在不需要起下鉆的情況直接進行鉆進，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)是在原報廢油氣井的基礎(chǔ)上，根據(jù)油藏工程和地質(zhì)設(shè)計的需要，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險，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)靠近泥漿罐和振動篩布置，進一步分離固控系統(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36%。

3.4 中心廢物處理設(shè)施

中心廢物處理設(shè)施（CRTD）強調(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輸送達，加入絮凝劑和混凝劑，用離心機脫水，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)是由鉆井承包商負責所有鉆井液管理，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拉往臨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)濟效益和社會效益。

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顯著增加費用，與需要道路運輸?shù)漠惖靥幹孟啾葎t節(jié)約費用。中心廢物處理設(shè)施可減少22%的廢物管理和處置費用。

表1是國內(nèi)某直井排污池與區(qū)域回收利用的費用對比數(shù)據(jù)，二者費用相差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算得出，單價為實際發(fā)生的數(shù)據(jù)。排污池的費用集中在用地、用水運輸和廢物固化處理三個方面，量化體現(xiàn)了其環(huán)境影響和資源消耗的缺點，由于更加嚴格的環(huán)境和資源的管理，費用將會進一步大幅度上升。運輸和再處理構(gòu)成了區(qū)域回收利用的大部分費用，如處理設(shè)施采取機動或半機動形式建造，靠近鉆井現(xiàn)場運行，運輸費用可以大幅度降低，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，業(yè)主還要承擔長期的環(huán)境責任。

應(yīng)制訂廢鉆井液排放強度的環(huán)境標準，用來規(guī)定鉆井液管理的環(huán)境績效，鼓勵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)共同承擔保護環(huán)境的社會責任，對鉆井液實行全生命周期環(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)境保護部,發(fā)展改革委.中華人民共和國環(huán)境保護部中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會令第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