雙碳目標(biāo)下水基鉆井廢液循環(huán)利用技術(shù)試驗(yàn)研究

摘要：石油天然氣作為重要能源和戰(zhàn)略資源，對(duì)我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。隨著開采力度不斷加大，能源供給模式逐漸改善，但鉆井作業(yè)過程能源投入和水資源耗費(fèi)為雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)增加難度。為進(jìn)一步推廣鉆井廢液循環(huán)利用技術(shù)，本研究采用聚合氯化鋁、硫酸鐵等無機(jī)鋁鐵鹽作為鉆井廢液處理劑，在威遠(yuǎn)頁巖氣開發(fā)區(qū)塊開展鉆井廢液處理工程實(shí)踐。其間，現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生鉆井廢液1 752.7 m3，其中1 032.60 m3用于配制聚合物鉆井液，406.90 m3用于配制鉀-聚磺鉆井液，回用率為82.13%。鉆井廢液無須深度處理即可循環(huán)利用，符合低碳節(jié)能發(fā)展要求，本研究結(jié)果為我國鉆井廢液處理領(lǐng)域早日實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：雙碳目標(biāo)；鉆井廢液；循環(huán)利用；無機(jī)鋁鐵鹽

中圖分類號(hào)：X741 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2023）06-000-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.06.003

Experimental Study on the Recycling Technology of Water-based Drilling Waste Liquid under the Dual Carbon Target

SHU Chang1，2， ZHU Dongchang3， WANG Shuwei4， LIU Chuanyan5， ZENG Xiuqing1， ZHONG Guangrong6， LIU Shuyu7

（1. Safety Environment Quality Supervision amp; Testing Research Institute， Chuanqing Drilling Engineering Co.， Ltd.， China National Petroleum Corporation， Guanghan 618300， China; 2. College of Chemistry and Chemical Engineering， Southwest Petroleum University， Chengdu 610500， China; 3. Development Division of Southwest Oil and Gas Field Company， Chengdu 610000， China; 4. Chuanxi Drilling Company， Chuanqing Drilling Engineering Co.， Ltd.， China National Petroleum Corporation; 5. Drilling Fluid Technology Service Co.， Ltd.， Chuanqing Drilling Engineering Co.， Ltd.， China National Petroleum Corporation， Chengdu 610051， China; 6. Chuandong Drilling Company， Chuanqing Drilling Engineering Co.， Ltd.， China National Petroleum Corporation， Chongqing 401120， China;

7. Yibin Campus， Chengdu University of Technology， Yibin 610059， China）

Abstract： As important energy and strategic resources， oil and natural gas play a crucial role in the rapid development of China's economy. As mining efforts continue to increase， the energy supply model gradually improves， but during drilling operations， energy investment and water resource consumption increase the difficulty of achieving the dual carbon target. In order to further promote the recycling technology of drilling waste liquid， this study uses polyaluminum chloride， ferric sulfate and other inorganic aluminum and iron salts as drilling waste liquid treatment agents to carry out drilling waste liquid treatment engineering practice in Weiyuan shale gas development block. During this period， 1 752.7 m3 of drilling waste liquid is generated on site， of which 1 032.60 m3 is used to prepare polymer drilling fluid and 406.90 m3 is used to prepare potassium-polysulfonate drilling fluid， with a recycling rate of 82.13%. Drilling waste liquid can be recycled without deep treatment， meeting the requirements of low-carbon and energy-saving development， and the results of this study provide technical support for the early realization of the dual carbon target in the field of drilling waste liquid treatment in China.

Keywords： dual carbon target; drilling waste liquid; recycling; inorganic aluminum and iron salts

近年來，我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，作為重要能源和戰(zhàn)略資源，石油天然氣發(fā)揮至關(guān)重要的作用。頁巖氣作為低碳清潔能源，已成為全球開采焦點(diǎn)[1]。我國擁有豐富的頁巖氣資源，可開采量達(dá)到36×1012 m3，隨著開采力度不斷加大，能源供給模式逐漸改善，但鉆井作業(yè)消耗水資源，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大，容易破壞土壤環(huán)境。鉆井廢液是鉆井過程中具有代表性的廢棄物之一，其產(chǎn)生量大、成分復(fù)雜、處理成本高。鉆井廢液是一種高色度、高礦化度、含油、含懸浮物的穩(wěn)定膠態(tài)體系[2-3]，其主要來源為鉆井廢棄物內(nèi)的液相、廢棄的鉆井液和井場(chǎng)設(shè)備設(shè)施周邊的集污坑里收集的污水和雨水等，它具有成分復(fù)雜、性能穩(wěn)定、pH偏高、懸浮物含量高、有機(jī)質(zhì)添加劑種類多、污染源廣和排放不連續(xù)等特征[4]。

2021年10月，國務(wù)院印發(fā)《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》，明確各地區(qū)、各領(lǐng)域、各行業(yè)目標(biāo)任務(wù)，加快實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)生活方式綠色變革，實(shí)現(xiàn)資源高效利用和綠色低碳發(fā)展，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，確保在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)[5]。目前，鉆井廢液的各項(xiàng)處理技術(shù)較為成熟，處理效果也達(dá)到相當(dāng)高的標(biāo)準(zhǔn)。但已有研究表明，污水排放標(biāo)準(zhǔn)越高，生態(tài)環(huán)境負(fù)效應(yīng)越大，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)越難[6]。同時(shí)，受處理成本較高、處理劑效能不高、鉆井廢水連續(xù)式處理裝置能耗較高等因素影響，直接、間接溫室氣體排放較高[7]。有研究[8-10]利用鉆井廢液配制鉆井液，但由于廢液循環(huán)控制指標(biāo)簡(jiǎn)單、體系不完善等問題，試驗(yàn)結(jié)果無法在生產(chǎn)實(shí)踐中規(guī)模化應(yīng)用。李潤生等[11]研究指出，無機(jī)鋁鐵鹽材料對(duì)水處理領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳達(dá)峰碳中和具有至關(guān)重要的作用。為進(jìn)一步推廣鉆井廢液循環(huán)利用技術(shù)，本研究采用聚合氯化鋁（PAC）、硫酸鐵（FeSO4）等無機(jī)鋁鐵鹽作為鉆井廢液處理劑，在威遠(yuǎn)頁巖氣開發(fā)區(qū)塊開展鉆井廢液處理工程實(shí)踐，論證該技術(shù)的可行性，為我國鉆井廢液處理領(lǐng)域早日實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)提供技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)處理對(duì)象

試驗(yàn)處理對(duì)象為威遠(yuǎn)某平臺(tái)鉆井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)系統(tǒng)、方井、集污坑和清掏罐時(shí)產(chǎn)生的鉆井廢水和鉆井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)收集的鉆井廢液，該作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采用的水基鉆井液體系為聚合物鉆井液和鉀-聚磺鉆井液。按照鉆井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常規(guī)流程收集，循環(huán)系統(tǒng)、方井和集污坑收集的鉆井廢水儲(chǔ)存至廢水儲(chǔ)存罐；廢棄鉆井液、鉆井廢棄物經(jīng)板框壓濾機(jī)壓濾處理，處理劑采用CaO、PAC和FeSO4，處理后的液相儲(chǔ)存至廢水儲(chǔ)存罐。廢水儲(chǔ)存罐內(nèi)鉆井廢液進(jìn)行硬度、Al3+、Fe3+和SO42-等控制指標(biāo)的檢測(cè)，按鉆井液性能要求及配方設(shè)計(jì)加入泥漿材料，測(cè)試配制的鉆井液性能指標(biāo)。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)備

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)材料分為鉆井廢液處理材料（CaO、PAC和FeSO4等）和油田化學(xué)劑（膨潤土和重晶石等）。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備主要包括收集裝置、處理設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備。收集裝置主要用于鉆井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)廢水、鉆井廢棄泥漿和鉆井廢棄物的收集、傳輸和儲(chǔ)存。處理設(shè)備主要是指板框壓濾機(jī)，該裝置由排列緊密的濾板組成，鉆井廢棄物通過泵壓入濾板間的濾室，液體通過濾布排出濾室，固體部分則被截留形成濾餅，最終實(shí)現(xiàn)鉆井廢棄物的固液分離。檢測(cè)設(shè)備主要包括現(xiàn)場(chǎng)鉆井廢液的主要指標(biāo)檢測(cè)試紙和處理后鉆井廢液配制形成的鉆井液性能檢測(cè)儀器。

1.3 分析檢測(cè)方法

根據(jù)鉆井廢液的來源不同，采用不同的處理劑配方。不同鉆井液體系的配比如表1所示。根據(jù)不同鉆井液體系要求，用于配制鉆井液的鉆井廢液接收指標(biāo)如表2所示。除此之外，鉆井廢液的pH均為7.0～10.0。依照《石油天然氣工業(yè) 鉆井液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 第1部分：水基鉆井液》（GB/T 16783.1—2014）的相關(guān)要求，開展鉆井液性能指標(biāo)檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

該作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)系統(tǒng)、方井、集污坑和清掏罐時(shí)產(chǎn)生的鉆井廢水通過污水泵收集至廢水儲(chǔ)存罐。現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的鉆井固體廢棄物經(jīng)螺旋傳輸器進(jìn)入傳輸泵，通過泵運(yùn)送至清潔生產(chǎn)區(qū)域。鉆井廢液轉(zhuǎn)運(yùn)至清潔生產(chǎn)區(qū)域后存放在巖屑攪拌罐內(nèi)，在巖屑攪拌罐內(nèi)加入CaO、FeSO4和PAC等處理劑，攪拌，待充分反應(yīng)。將廢棄物泵入壓濾機(jī)，通過物理擠壓作用實(shí)現(xiàn)固液分離。

2.1 鉆井廢液指標(biāo)檢測(cè)

取現(xiàn)場(chǎng)鉆井廢液1 L，加入去離子水稀釋（1∶10）后，用檢測(cè)試紙測(cè)試主要指標(biāo)，如表3所示。檢測(cè)結(jié)果顯示，處理后的鉆井廢液滿足配制鉆井液體系的性能要求。按照該平臺(tái)聚合物鉆井液體系和鉀-聚磺鉆井液體系的性能要求，加入泥漿材料，回配鉆井液。經(jīng)性能檢測(cè)，處理后鉆井廢液配制的鉆井液體系性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，可以進(jìn)行循環(huán)利用。

2.2 鉆井廢液循環(huán)利用

該平臺(tái)共布井8口，鉆井周期為592 d，直井段井深為3 400～3 500 m。現(xiàn)場(chǎng)收集處理廢棄水基鉆井液764 m3，現(xiàn)場(chǎng)收集處理鉆井廢棄物4 776 m3，處理后產(chǎn)生液相1 484.7 m3，現(xiàn)場(chǎng)收集鉆井廢水268 m3。經(jīng)合計(jì)，鉆井廢液產(chǎn)生總量為1 752.7 m3，其中1 032.60 m3用于配制聚合物鉆井液，406.90 m3用于配制鉀-聚磺鉆井液，回用率為82.13%。

3 結(jié)論

經(jīng)工程實(shí)踐驗(yàn)證，技術(shù)應(yīng)用期間，現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生鉆井廢液1 752.7 m3，其中1 032.60 m3用于配制聚合物鉆井液，406.90 m3用于配制鉀-聚磺鉆井液，回用率達(dá)到82.13%。經(jīng)回用指標(biāo)檢測(cè)，處理后的鉆井廢液滿足聚合物鉆井液體系和鉀-聚磺鉆井液體系的接收要求，可用于循環(huán)配制鉆井液。該技術(shù)采用無鋁鐵鹽處理劑處理鉆井廢液，其無須深度處理即可循環(huán)利用，符合低碳綠色發(fā)展要求。

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