蘇里格氣田鉆采廢物集中處理實踐

孫大杰 羅平凱 洛邊克哈 潘啟文 楊 軍 朱小江

(中石化西南石油工程有限公司油田工程服務(wù)分公司)

0 引 言

蘇里格氣田天然氣儲量超萬億立方米，每年鉆井超千口，而每打一口井都會產(chǎn)生約300～1 000 m3的廢鉆井液和約1 000 m3的洗井水和壓裂返排液，大部分廢鉆井液和壓裂返排液不能回收利用，處置不當(dāng)可能會長期占用井場土地和污染周邊水體。

當(dāng)前蘇里格氣田鉆采作業(yè)廢物(主要包括鉆采廢水、廢鉆井液)現(xiàn)場處置技術(shù)主要以鉆井液不落地技術(shù)和撬裝式壓裂返排液回收處理技術(shù)為主，但由于現(xiàn)場突發(fā)情況多，廢鉆井液每日產(chǎn)生量沒有規(guī)律，而不落地和撬裝式設(shè)備容量較小，處理規(guī)模和速度的不足很容易影響正常鉆井作業(yè)，加之施工井位分散，設(shè)備長期使用需反復(fù)拆裝和搬遷[1-2]，處理后的泥餅和壓濾液常因不能穩(wěn)定達標或資源化利用而堆積于現(xiàn)場，泥餅和固化物長期堆積于井場，遇極端天氣極易造成污染。

肖春學(xué)等在蘇里格氣田鉆井液不落地技術(shù)研究中指出，為提高處理量、降低治理成本，建設(shè)專業(yè)鉆井液處理廠已是大勢所趨[3]。將油氣井分散的鉆采廢物進行集中處理，可大幅度降低其對生態(tài)環(huán)境、地下水等的污染，同時處理后的水再回用于氣井鉆采或其他綠化澆灌，極大地減少了對地下水的過度開采，從而保護了沙漠草原的生態(tài)平衡；處理后的固相產(chǎn)物可用于制磚和制作路沿石等，實現(xiàn)了鉆采廢物的資源化利用。

1 鉆采廢物集中處理工藝

鉆采廢物集中處理工藝需要在合理區(qū)域內(nèi)建設(shè)以水處理系統(tǒng)、鉆井液處理系統(tǒng)、免燒磚和燒結(jié)磚系統(tǒng)、MVR(機械式蒸汽再壓縮技術(shù))蒸發(fā)器4個單元組成的集中處理廠，采用“收集—處理—資源化處置”的模式實現(xiàn)一站式深度處理和廢物資源化利用，避免了鉆采廢物再次轉(zhuǎn)運。

鉆采廢物集中處理工藝流程見圖1。

圖1 鉆采廢物集中處理工藝流程

井場鉆采廢物統(tǒng)一收集后，根據(jù)其類型分別采用不同的處理工藝對廢鉆井液、鉆采廢水進行處理，此過程中，廢鉆井液處理所產(chǎn)生的壓濾液可以直接經(jīng)由鉆采廢水處理系統(tǒng)處理。廢鉆井液經(jīng)過處理后泥餅浸出液的pH值、CODCr、氨氮、金屬離子含量等主要指標可達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級標準，產(chǎn)物泥餅用于燒結(jié)磚，巖屑用于制作免燒磚，廢水經(jīng)過處理和MVR脫鹽后可同時滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A類標準及GB 18920—2002《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》中綠化用水標準，并最終用于綠化。

1.1 鉆采廢水處理系統(tǒng)

鉆采廢水主要來源于鉆井廢水和采氣廢水，鉆采廢水處理系統(tǒng)主要用于壓裂返排液、鉆井液壓濾液和洗修井廢水的處理。鉆采廢水處理系統(tǒng)的主要流程為：來水緩沖—隔油—化學(xué)破膠—混凝氣浮—兩級氧化—過濾—MVR。針對壓裂返排液胍膠等含量較高、難以分離等問題，使用新型破膠劑，在常溫常壓下實現(xiàn)胍膠脫穩(wěn)，并采用電化學(xué)氧化、催化氧化組成的兩級氧化設(shè)施和架構(gòu)式微孔結(jié)構(gòu)的無板結(jié)催化填料，可高效去除COD、降低色度及提高可生化性等。處理后的污水TDS含量較高，因此選用了MVR蒸發(fā)器做蒸發(fā)處理，該蒸發(fā)器可通過PLC、FA、組態(tài)等形式來控制系統(tǒng)溫度、壓力、電機轉(zhuǎn)速，保持系統(tǒng)蒸發(fā)平衡，同時比傳統(tǒng)蒸發(fā)器節(jié)能80%以上，節(jié)水90%以上，MVR對廢水中TDS的去除率高達98%以上，最終經(jīng)過MVR蒸發(fā)脫鹽處理后的中水可用于綠化[4-5]。進出水指標見表1，工藝流程見圖2。

表1 鉆采廢水處理系統(tǒng)設(shè)計進出水指標

圖2 鉆采廢水處理系統(tǒng)工藝流程

1.2 廢鉆井液處理系統(tǒng)

蘇里格氣田鉆井使用的水基鉆井液中含有多種化學(xué)處理劑和活性劑，如油類、膨潤土、堿、無機鹽及有機物等，成分十分復(fù)雜，其中，銨鹽、超細碳酸鈣、脂肪酸甲酯、磺化瀝青、磺化栲膠、磺化褐煤等，比較難處理，而巖屑為固體顆粒狀，以泥砂的形式混在鉆井液中，二者比例約為3∶2。因此，廢鉆井液不能直接用于其他用途，資源化利用前必須經(jīng)過破膠、氧化和固液分離等無害化處理工序[6-8]。處理后形成泥餅和鉆井液壓濾液，廢鉆井液處理系統(tǒng)工藝流程見圖3。

1.3 資源化處置

篩分后洗滌的巖屑經(jīng)過改性后可成為制作免燒磚的基礎(chǔ)材料，廢鉆井液處理系統(tǒng)產(chǎn)生的泥餅按一定比例與配伍材料和補強劑制成符合GB/T 5101—2017《燒結(jié)普通磚》、GB/T 2542—2012《砌墻磚試驗方法》要求的燒結(jié)磚[9-11]，鉆采廢水經(jīng)過處理后的中水可用于綠化和井場回用等，蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)生的工業(yè)鹽可以回收利用，從而使鉆采廢物實現(xiàn)資源化處置，減少了鉆采過程中的污染和土地占用。

2 鉆采廢物集中資源化處置技術(shù)在蘇里格氣田的應(yīng)用

2016年至今，中石化西南油服蘇里格氣田上百口井應(yīng)用了鉆采廢物集中處理工藝，并在蘇里格氣田建設(shè)了鉆采廢物集中處理廠，集中處置了鉆采廢物數(shù)十萬立方米，實現(xiàn)了鉆采廢物資源化處理，并消除了大部分殘留在周邊井場上的遺留廢物，取得了良好效果。

2.1 鉆采廢水的處理效果

中石化西南油服在蘇里格氣田建設(shè)了鉆采廢物集中處理廠，處理廠前期選取了蘇里格氣田不同區(qū)域的4口井的壓裂返排液以及鉆井液系統(tǒng)壓濾液進行了集中處理試驗，結(jié)果見表2。

表2 鉆采廢水處理結(jié)果

①GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A類標準；

②GB 18920—2002《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》中綠化用水標準。

結(jié)果表明，集中處理工藝能夠有效去除鉆采廢水中大部分有害物質(zhì)，出水可以達到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A類標準及GB 18920—2002《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》中綠化用水標準。處理廠鉆采廢水庫容超過50 000 m3，日處理量可達500 m3，緩解了周邊井場壓裂試氣作業(yè)的返排液存儲壓力，產(chǎn)出的中水在井場部分回用后其余全部用于灌溉園區(qū)植被，產(chǎn)品鹽呈顆粒狀，外觀潔白，產(chǎn)出水清澈。

采用該項工藝每口井可節(jié)約2～3個40 m3的儲存罐，廢返排液可以及時得到深度處理，同時避免了廢壓裂返排液在井場滯留時間過長及回注產(chǎn)生的諸多問題。

2.2 廢鉆井液處理效果

處理廠將蘇里格氣田A、B、C等井收集的廢鉆井液和巖屑經(jīng)廢鉆井液系統(tǒng)處理和資源化處置后，對產(chǎn)出的固相泥餅和以泥餅及巖屑為原材料的免燒磚、燒結(jié)磚成品浸出液進行了檢測，結(jié)果見表3。

表3 泥餅、免燒磚、燒結(jié)磚浸出液檢測結(jié)果

* GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級標準限值；檢測值帶L為低于儀器檢測限。

結(jié)果表明，處理后的產(chǎn)物浸出液可以達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級標準。廢鉆井液集中處理不需要在現(xiàn)場配備鉆井液不落地設(shè)施，更不用二次轉(zhuǎn)運廢物和隨鉆搬遷，處理廠的緩沖庫容和處理量較大，因此不會因為設(shè)備故障或檢修而影響井隊的生產(chǎn)任務(wù)，廢鉆井液處理過程具有充分的反應(yīng)和調(diào)節(jié)時間，達標更穩(wěn)定。同時，批量產(chǎn)出的泥餅和巖屑可作為制作免燒磚、燒結(jié)磚的原料，在一個固定的站點即實現(xiàn)了廢鉆井液無害化治理和資源化處置。免燒磚成品抗壓強度≥7.5 MPa，燒結(jié)磚成品抗壓強度≥15 MPa，制磚成品見圖4。

圖4 免燒磚(左)和燒結(jié)磚(右)

2.3 經(jīng)濟效益和環(huán)境效益

鉆采廢物集中處理的最終產(chǎn)物不直接排放，資源化處理后，減少了水資源的浪費，同時，每口井可以節(jié)約6%～10%的征地面積。

實踐表明，在150 km運距內(nèi)，由于沒有二次轉(zhuǎn)運和巖屑再處理費用，在蘇里格氣田應(yīng)用集中處理技術(shù)比不落地技術(shù)更節(jié)約成本，處理單井廢鉆井液在800 m3以內(nèi)的水平井，集中處理技術(shù)相比鉆井液不落地技術(shù)可節(jié)約7×104～15×104元/井，兩者對比見表4。

表4 集中處理和鉆井液不落地技術(shù)處理費用萬元

注：單井廢鉆井液產(chǎn)量800 m3，運距≤150 km。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié) 論

鉆采廢物集中無害化處理避免了固體廢物現(xiàn)場存放和濾液處理問題，并實現(xiàn)資源化利用，較大限度地控制了井場的污染隱患，降低了環(huán)保風(fēng)險，過程可控，操作性強，其高負荷處理能力，能夠適應(yīng)高強度生產(chǎn)任務(wù)，滿足施工需要，且鉆井現(xiàn)場不需要預(yù)留隨鉆場地和做防滲，節(jié)約了6%～10%的征地面積和隨鉆設(shè)備搬遷成本，且鉆采廢物的性質(zhì)和去向更容易監(jiān)控，集中處理技術(shù)在蘇里格氣田得到了廣泛應(yīng)用。但其固相產(chǎn)物資源化用途過于單一，長期用于制磚，市場難以消化如此龐大的磚產(chǎn)量，因此，探索更多適用于固相產(chǎn)物的用途，實現(xiàn)最終產(chǎn)物用途多元化已是大勢所趨。

3.2 建 議

1)提前做好運輸準備。蘇里格工區(qū)井場相對較為密集，突發(fā)情況較多，要保證井隊的正常施工，需至少提前一周了解天氣、檢查車輛狀況，派出專員與井隊聯(lián)系，并對路況、工農(nóng)協(xié)調(diào)、地理位置等信息進行詳細考察、取樣，并預(yù)估工作量，預(yù)算車次和需要的工程機械車輛。同時，根據(jù)鉆井隊提供的信息安排好車次、應(yīng)急車輛等，制定詳細的運輸計劃，運輸鉆采廢物須使用密封性好的罐車。

2)質(zhì)量和管控。在收集完成后，井隊、運輸、處理廠三方可現(xiàn)場核對確認鉆采廢物實際數(shù)量，并填寫五聯(lián)單，拉運至處理廠時再次確認核實。出水口可安裝在線監(jiān)測儀，并按時對各工藝環(huán)節(jié)質(zhì)量控制點進行抽檢，維護好設(shè)備設(shè)施，冬季施工應(yīng)做好保暖措施和防凍準備，確保水質(zhì)穩(wěn)定達標。

3)庫容和應(yīng)急。為保證施工順利有序進行，不耽誤甲方施工和生產(chǎn)，應(yīng)制定多項措施和各類突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案。廠區(qū)需具備一定應(yīng)急存儲能力，配備充足的配件、材料、應(yīng)急設(shè)備和物資，并每天派人清點庫容，確保站內(nèi)運行及鉆井隊在生產(chǎn)任務(wù)緊迫時不受限于庫容壓力。運距較遠的井隊?wèi)?yīng)在現(xiàn)場準備容積不少于100 m3的儲備罐，廠區(qū)應(yīng)有不少于20 000 m3的庫容才能滿足30口井同時施工的需要。

4)適用范圍。鉆采廢物集中處理技術(shù)適用于井場較為集中的區(qū)域，過于分散的井場會提高運輸成本，例如，由于運輸和地理條件等原因，該項技術(shù)在四川的運行成本高于鉆井液不落地技術(shù)。此外，集中處理前期投資較大，需要3～5 a才能回收成本，因此，該項工藝只適用于具備一定規(guī)模的大中型油氣田。