海上鉆井廢物環境效應與治理技術探析

徐銳

中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司 天津 300459

引言

國內石油資源總量越來越低，同時人均資源占有量相對較低。在大量開采石油資源的過程中，油氣資源被快速開發，現階段，已知油氣量已無法滿足人口數量增長所帶來的能源需求。換言之，油氣資源供應問題和人口經濟快速增長之間的矛盾日益尖銳，必須引起足夠重視，降低這一矛盾對社會經濟發展的不利影響，確保國家經濟安全效果。因此，加強新型油氣渠道的開發已經成為當下首要任務。海洋內部包含了大量的油氣資源，同時海上鉆井是開拓油氣的主要方法，其中伴隨著產生了大量的廢氣廢物，如泥漿、巖屑等，均會污染海洋環境，為此，加強各類先進技術的落實，合理整治海洋環境具有重大價值和意義。

1 海上鉆井廢物的種類

海上鉆井作業期間，極易產生各類污染物，危害巨大，包括污水、泥漿等。此外，鉆井工作中機器的運行、海上鉆進操作和沖洗等作業均會產生污水危害，有時還會生成普通廢水，都會對當地的海洋環境產生危害。其中包括油類物質、硫化物、COD等，嚴重破壞了海洋生態系統，一定程度上阻礙了海洋資源的開發。海上鉆井作業中，部分井眼存在不穩定的情況，鉆穿地層環節中會產生大量的泥漿。此外，由于地層壓力和外界壓力柱之間的平衡效果差，泥巖吸收膨脹、井眼縮小，也會產生各種問題。外界礫巖遇水垮塌，形成的泥漿有多重形式，都會污染當地海域環境。海上鉆井期間，鉆頭施工時，底部巖層會產生鉆屑，然后順著泥漿運動，可能會到達地表，也是一種污染形式。最后，海洋鉆井作業期間，由于鉆具的撞擊、底座震動作用等、氣控鉆機形成的快速氣流等，都會形成噪聲污染。

2 海上鉆井廢物的環境效應分析

根據上文分析可發現，海上鉆井作業中，極易生成泥漿、污水、鉆屑等雜質，此外，還會包括污水、污油、黏土等，這些物質的成分以鹽類物質、重金屬離子等為主，極易危害海洋環境。上述鉆井廢物中，包含大量的懸浮物、石油類物質等，是海上鉆井常見污染物。海上鉆井作業工程中，一口井鉆完之后，必然會形成一個廢棄泥漿池[1]。因此，隨著海上鉆井施工的進行，必然會遺留諸多廢棄鉆井池，對應鉆井廢物也會越來越多。這一大環境下，鉆井廢物可能會發生化學反應。在海水流動作用下，極易對農田、土壤、空氣等產生污染作用。不但會威脅當地大眾的身體健康，還會影響海洋環境。如海上鉆井作業中產生的鉆屑廢物，其中可能會含有油類物質，大量油類物質連接形成油膜，會將海水和空氣隔斷，影響了海洋內部環境，水中氧氣溶解量下降，極易對其中的生物產生危害，嚴重時海洋生物甚至會出現死亡。此外，海上鉆井作業中新生成的油類物質、分解物等可能會具有一定毒性。當海洋生物體內流入上述毒性物質后，經過生物鏈傳播，這一類毒性會逐步進入人體，威脅人類健康。最后，海洋鉆井廢物的油類物質漂浮于海面上，海水質量會下降，對當地經濟的發展會產生惡劣影響。

3 海上鉆井廢物處理方法的現狀

當下，海上鉆井廢物處理中，其管理原則相對粗獷，并未充分考慮鉆井廢物的減排、處理。大部分海上鉆井廢物都是排海、回收兩種形式。國家相關機構出臺了鉆井廢物的排放標準，如GB4914-2008《海洋石油勘探開發污染物排放物濃度限值》。一般情況下，如果鉆井液、鉆屑未進入油氣層中，同時滿足上述標準的情況下，經相關海域的主要機構批準后，可直接排放進海水中；如果鉆井液、鉆屑等進入了油氣層中，可采用專用的回收箱對其進行處理。經過專業船舶送到陸地區域進行處理，一般是需要相應資質的處理廠方可進行無害化處理。海上鉆井工作的發展中，隨著鉆井廢物的增加，業內人士發現存在諸多隱患問題：第一、對鉆井廢物的回收、運輸以及陸地區域的無公害化處理等工作，都會存在運行成本高的特點。第二、現行處置方法中，回收效率相對較小，嚴重影響了現場作業效果。第三、處理廠接收能力、處理負荷等相對有限，導致廢物堆積量明顯增加，為后續HSE管控工作埋下隱患。綜上，現行處理方法已經無法滿足新時期鉆井廢物的處理要求。

4 海上鉆井廢物的處理原則

國外同行在進行廢物管理工作中，一般遵循的管理原則分析如下：處理數量最小化、毒性最低化，也稱為“4R”原則[2]。即源頭降低（reduce）、再利用（reuse）、再循環（recycle）、再回收（recovery）。近年來，諸多海上區域在鉆井處理中，都會要求廢物零排放，為此，必須建立系統化的廢物管理體系。此時“4R”原則便十分適用，圍繞這一原則作業，可達到從源頭出發降低過程控制、過程循環的目標，最終回收處理都可得到嚴格把控。

5 海上鉆井廢物治理技術分析

5.1 源頭減量法

鉆井廢物控制過程中，需要從初期便進行考慮，從源頭出發降低鉆井廢物的毒性。具體分析如下。

第一，小井眼鉆井工藝分析。井眼尺寸足夠小，廢鉆井液、鉆屑的生成量便會相對較低。井深500m的區域內，井眼直徑和鉆井廢物之間的關系如表1所示。從中可看出，小井眼施工條件下，鉆井廢物的產出率明顯下降。

表1 井深500m 時井眼直徑與鉆井廢物產生量的關系分析

第二，合理適用添加劑、選擇環境友好型鉆完井液。鉆井技術的發展，使得鉆井液的種類逐漸增多，同時各類添加劑也日漸豐富，在一口井中可能會包含多種鉆井液體系，一定程度上增加了鉆井廢物的復雜程度，導致后續處理難度明顯增加。為此，專家建議采用環境友好型、通用型鉆井液，力求提高鉆井液的重復利用率，合理降低廢液產出比例。

第三，合理進行現場污染源的管控，從提高固控效率的目標出發，需要逐步淘汰老舊設備，為此，需及時進行固控系統的升級，從而確保固控效果，有效避免鉆井液性能下降導致的稀釋問題，也可避免反復添加處理劑的問題，降低了“跑冒滴漏”的發生概率，最終目標是降低廢物產出量。

5.2 鉆井廢物現場循環減量技術

當下，國內外有諸多鉆井廢物處理技術，包括焚燒法、回注法、固化法等，康菲公司一般采用回注法進行鉆井巖屑的處理，這一方法在進行鉆井液回注處理中，一方面可能會造成地層污染問題，另一方面還會導致地層壓力明顯增大，對地層而言極易壓漏。對陸地油田而言，其早期曾出現過回填法。一般是借助廢鉆井液絮凝后進行處理，當他們自然干化后，需要加土掩埋，此時容易導致水源污染、土壤污染等問題。考慮到海上運輸成本偏高、鉆井平臺作業空間有限等方面的限制，一般都會建議循環使用廢鉆井液。結合各種方法的工藝操作條件、設備規模、占地面積出發，水基廢鉆井液中一般建議采用脫穩固液分離技術，而在油基廢鉆井液中，一般可采用熱處理技術。

水基脫穩固液分離技術在國內外已經得到了廣泛應用，這一方法在使用期間，可采用化學制劑進行破膠、絮凝、固液分離等方面的組合處理，達到分離鉆井液固液兩項的目標。其中的液相可進行重復配漿處理[3]。一般情況下，廢鉆井液中包含了大量的添加劑、無機鹽，同時還會在其中增加護膠劑，提高鉆井液的穩定效果。簡單的沉降作用、固液分離等不會破壞鉆井液的膠體結構。可添加破膠劑達到處理效果。當膠體體系破壞后，其中懸浮的小顆粒便會發生絮凝作用，此時便可借助離心設備進行固液分離。該方法在蘇格里油田中得到了廣泛應用，固液分離后液體內部的COD便會明顯下降。這一狀況下，采用清水配置或者回配鉆井液，得到的效果大體一致。固液分離后，液相體積可達到70%，分離出的固相具有含水率低的特點，具體操作流程如圖1所示。

圖1 化學脫穩固液分離處理流程圖

其次，油基鉆屑熱處理技術，該技術在國外較為常見，是機械分離與熱脫附相組合后的技術。在離心力作用下，可將含油鉆屑的外部油類物質去除，達到固液分離的目的。對于含油鉆屑滿足規范標準的，可進行回收處理，未達標部分需要經過高溫脫附處理，保證固相含油率、尾氣等滿足國家允許的排放標準。對于油基廢鉆井液而言，其處理體系中一般包括機械固液分離裝置、電磁感應熱脫附裝置。前者多為高速離心機、甩干機，針對大顆粒含油鉆屑進行處理，處理后物質的含油比例一般可達到6%以下；高速離心設備中，則主要是針對2-10μm固體進行脫除處理[4]。后者包括鉆屑輸送設備、冷卻設備、油水回收設備等。其工作原理為：高溫高壓條件下，含油鉆屑會在設備內發生熱解反應，帶動了油、水分離，剩余殘渣可自動排出。廢氣中的有機物、含硫物質等一般需要進入堿罐處理、脫硫裝置除硫，最后經過催化高溫后方可排放。上述方法主要處理對象是機械油處理后不達標的含油鉆屑類物質。含油鉆屑經過熱脫附處理后，其內部含有比例會降低至1%。工程表明油水回收后，尾氣逐步達標，可保證滿足無害化處理含油鉆屑的要求。

6 結束語

海上鉆井廢物處理過程中，存在數量龐大的問題，現場作業人員在開展相關工作時，一般需要從源頭出發，加強現場控制管理，保證從循環到最終回收都滿足控制要求，遵守“4R”原則，滿足“零排放”目標，確保廢物對環境的影響達到最低化[5]。其次，積極落實環保型鉆井液的使用，加強小井眼工藝的處理，保證逐步達到系統標準化、單井一致性、區域適應性的要求，從源頭出發降低鉆井廢物的比例。最后，新時期，國內外的油田在處理中，水基、油基鉆井廢物處理中，主流循環是采用水基鉆井液化學脫穩固液分離技術、油基鉆屑熱處理技術。但是考慮到海洋作業的特殊效果，平臺空間極為有限等方面的影響，鉆井平臺作業中存在難度高、局限性強的特點，后續研發期間，必須加強小型化、高效化工藝設備的推廣。