徐銳

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300459

引言

國(guó)內(nèi)石油資源總量越來(lái)越低，同時(shí)人均資源占有量相對(duì)較低。在大量開(kāi)采石油資源的過(guò)程中，油氣資源被快速開(kāi)發(fā)，現(xiàn)階段，已知油氣量已無(wú)法滿足人口數(shù)量增長(zhǎng)所帶來(lái)的能源需求。換言之，油氣資源供應(yīng)問(wèn)題和人口經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)之間的矛盾日益尖銳，必須引起足夠重視，降低這一矛盾對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不利影響，確保國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全效果。因此，加強(qiáng)新型油氣渠道的開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)下首要任務(wù)。海洋內(nèi)部包含了大量的油氣資源，同時(shí)海上鉆井是開(kāi)拓油氣的主要方法，其中伴隨著產(chǎn)生了大量的廢氣廢物，如泥漿、巖屑等，均會(huì)污染海洋環(huán)境，為此，加強(qiáng)各類先進(jìn)技術(shù)的落實(shí)，合理整治海洋環(huán)境具有重大價(jià)值和意義。

1 海上鉆井廢物的種類

海上鉆井作業(yè)期間，極易產(chǎn)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(jī)器的運(yùn)行、海上鉆進(jìn)操作和沖洗等作業(yè)均會(huì)產(chǎn)生污水危害，有時(shí)還會(huì)生成普通廢水，都會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐暮Ｑ蟓h(huán)境產(chǎn)生危害。其中包括油類物質(zhì)、硫化物、COD等，嚴(yán)重破壞了海洋生態(tài)系統(tǒng)，一定程度上阻礙了海洋資源的開(kāi)發(fā)。海上鉆井作業(yè)中，部分井眼存在不穩(wěn)定的情況，鉆穿地層環(huán)節(jié)中會(huì)產(chǎn)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(huì)產(chǎn)生各種問(wèn)題。外界礫巖遇水垮塌，形成的泥漿有多重形式，都會(huì)污染當(dāng)?shù)睾Ｓ颦h(huán)境。海上鉆井期間，鉆頭施工時(shí)，底部巖層會(huì)產(chǎn)生鉆屑，然后順著泥漿運(yùn)動(dòng)，可能會(huì)到達(dá)地表，也是一種污染形式。最后，海洋鉆井作業(yè)期間，由于鉆具的撞擊、底座震動(dòng)作用等、氣控鉆機(jī)形成的快速氣流等，都會(huì)形成噪聲污染。

2 海上鉆井廢物的環(huán)境效應(yīng)分析

根據(jù)上文分析可發(fā)現(xiàn)，海上鉆井作業(yè)中，極易生成泥漿、污水、鉆屑等雜質(zhì)，此外，還會(huì)包括污水、污油、黏土等，這些物質(zhì)的成分以鹽類物質(zhì)、重金屬離子等為主，極易危害海洋環(huán)境。上述鉆井廢物中，包含大量的懸浮物、石油類物質(zhì)等，是海上鉆井常見(jiàn)污染物。海上鉆井作業(yè)工程中，一口井鉆完之后，必然會(huì)形成一個(gè)廢棄泥漿池[1]。因此，隨著海上鉆井施工的進(jìn)行，必然會(huì)遺留諸多廢棄鉆井池，對(duì)應(yīng)鉆井廢物也會(huì)越來(lái)越多。這一大環(huán)境下，鉆井廢物可能會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在海水流動(dòng)作用下，極易對(duì)農(nóng)田、土壤、空氣等產(chǎn)生污染作用。不但會(huì)威脅當(dāng)?shù)卮蟊姷纳眢w健康，還會(huì)影響海洋環(huán)境。如海上鉆井作業(yè)中產(chǎn)生的鉆屑廢物，其中可能會(huì)含有油類物質(zhì)，大量油類物質(zhì)連接形成油膜，會(huì)將海水和空氣隔斷，影響了海洋內(nèi)部環(huán)境，水中氧氣溶解量下降，極易對(duì)其中的生物產(chǎn)生危害，嚴(yán)重時(shí)海洋生物甚至?xí)霈F(xiàn)死亡。此外，海上鉆井作業(yè)中新生成的油類物質(zhì)、分解物等可能會(huì)具有一定毒性。當(dāng)海洋生物體內(nèi)流入上述毒性物質(zhì)后，經(jīng)過(guò)生物鏈傳播，這一類毒性會(huì)逐步進(jìn)入人體，威脅人類健康。最后，海洋鉆井廢物的油類物質(zhì)漂浮于海面上，海水質(zhì)量會(huì)下降，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展會(huì)產(chǎn)生惡劣影響。

3 海上鉆井廢物處理方法的現(xiàn)狀

當(dāng)下，海上鉆井廢物處理中，其管理原則相對(duì)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(guó)家相關(guān)機(jī)構(gòu)出臺(tái)了鉆井廢物的排放標(biāo)準(zhǔn)，如GB4914-2008《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放物濃度限值》。一般情況下，如果鉆井液、鉆屑未進(jìn)入油氣層中，同時(shí)滿足上述標(biāo)準(zhǔn)的情況下，經(jīng)相關(guān)海域的主要機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)后，可直接排放進(jìn)海水中；如果鉆井液、鉆屑等進(jìn)入了油氣層中，可采用專用的回收箱對(duì)其進(jìn)行處理。經(jīng)過(guò)專業(yè)船舶送到陸地區(qū)域進(jìn)行處理，一般是需要相應(yīng)資質(zhì)的處理廠方可進(jìn)行無(wú)害化處理。海上鉆井工作的發(fā)展中，隨著鉆井廢物的增加，業(yè)內(nèi)人士發(fā)現(xiàn)存在諸多隱患問(wèn)題：第一、對(duì)鉆井廢物的回收、運(yùn)輸以及陸地區(qū)域的無(wú)公害化處理等工作，都會(huì)存在運(yùn)行成本高的特點(diǎn)。第二、現(xiàn)行處置方法中，回收效率相對(duì)較小，嚴(yán)重影響了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)效果。第三、處理廠接收能力、處理負(fù)荷等相對(duì)有限，導(dǎo)致廢物堆積量明顯增加，為后續(xù)HSE管控工作埋下隱患。綜上，現(xiàn)行處理方法已經(jīng)無(wú)法滿足新時(shí)期鉆井廢物的處理要求。

4 海上鉆井廢物的處理原則

國(guó)外同行在進(jìn)行廢物管理工作中，一般遵循的管理原則分析如下：處理數(shù)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(huán)（recycle）、再回收（recovery）。近年來(lái)，諸多海上區(qū)域在鉆井處理中，都會(huì)要求廢物零排放，為此，必須建立系統(tǒng)化的廢物管理體系。此時(shí)“4R”原則便十分適用，圍繞這一原則作業(yè)，可達(dá)到從源頭出發(fā)降低過(guò)程控制、過(guò)程循環(huán)的目標(biāo)，最終回收處理都可得到嚴(yán)格把控。

5 海上鉆井廢物治理技術(shù)分析

5.1 源頭減量法

鉆井廢物控制過(guò)程中，需要從初期便進(jìn)行考慮，從源頭出發(fā)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(huì)相對(duì)較低。井深500m的區(qū)域內(nèi)，井眼直徑和鉆井廢物之間的關(guān)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(chǎn)出率明顯下降。

表1 井深500m 時(shí)井眼直徑與鉆井廢物產(chǎn)生量的關(guān)系分析

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

第三，合理進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)污染源的管控，從提高固控效率的目標(biāo)出發(fā)，需要逐步淘汰老舊設(shè)備，為此，需及時(shí)進(jìn)行固控系統(tǒng)的升級(jí)，從而確保固控效果，有效避免鉆井液性能下降導(dǎo)致的稀釋問(wèn)題，也可避免反復(fù)添加處理劑的問(wèn)題，降低了“跑冒滴漏”的發(fā)生概率，最終目標(biāo)是降低廢物產(chǎn)出量。

5.2 鉆井廢物現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)減量技術(shù)

當(dāng)下，國(guó)內(nèi)外有諸多鉆井廢物處理技術(shù)，包括焚燒法、回注法、固化法等，康菲公司一般采用回注法進(jìn)行鉆井巖屑的處理，這一方法在進(jìn)行鉆井液回注處理中，一方面可能會(huì)造成地層污染問(wèn)題，另一方面還會(huì)導(dǎo)致地層壓力明顯增大，對(duì)地層而言極易壓漏。對(duì)陸地油田而言，其早期曾出現(xiàn)過(guò)回填法。一般是借助廢鉆井液絮凝后進(jìn)行處理，當(dāng)他們自然干化后，需要加土掩埋，此時(shí)容易導(dǎo)致水源污染、土壤污染等問(wèn)題?？紤]到海上運(yùn)輸成本偏高、鉆井平臺(tái)作業(yè)空間有限等方面的限制，一般都會(huì)建議循環(huán)使用廢鉆井液。結(jié)合各種方法的工藝操作條件、設(shè)備規(guī)模、占地面積出發(fā)，水基廢鉆井液中一般建議采用脫穩(wěn)固液分離技術(shù)，而在油基廢鉆井液中，一般可采用熱處理技術(shù)。

水基脫穩(wěn)固液分離技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，這一方法在使用期間，可采用化學(xué)制劑進(jìn)行破膠、絮凝、固液分離等方面的組合處理，達(dá)到分離鉆井液固液兩項(xiàng)的目標(biāo)。其中的液相可進(jìn)行重復(fù)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(wú)機(jī)鹽，同時(shí)還會(huì)在其中增加護(hù)膠劑，提高鉆井液的穩(wěn)定效果。簡(jiǎn)單的沉降作用、固液分離等不會(huì)破壞鉆井液的膠體結(jié)構(gòu)?？商砑悠颇z劑達(dá)到處理效果。當(dāng)膠體體系破壞后，其中懸浮的小顆粒便會(huì)發(fā)生絮凝作用，此時(shí)便可借助離心設(shè)備進(jìn)行固液分離。該方法在蘇格里油田中得到了廣泛應(yīng)用，固液分離后液體內(nèi)部的COD便會(huì)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(dá)到70%，分離出的固相具有含水率低的特點(diǎn)，具體操作流程如圖1所示。

圖1 化學(xué)脫穩(wěn)固液分離處理流程圖

其次，油基鉆屑熱處理技術(shù)，該技術(shù)在國(guó)外較為常見(jiàn)，是機(jī)械分離與熱脫附相組合后的技術(shù)。在離心力作用下，可將含油鉆屑的外部油類物質(zhì)去除，達(dá)到固液分離的目的。對(duì)于含油鉆屑滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的，可進(jìn)行回收處理，未達(dá)標(biāo)部分需要經(jīng)過(guò)高溫脫附處理，保證固相含油率、尾氣等滿足國(guó)家允許的排放標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于油基廢鉆井液而言，其處理體系中一般包括機(jī)械固液分離裝置、電磁感應(yīng)熱脫附裝置。前者多為高速離心機(jī)、甩干機(jī)，針對(duì)大顆粒含油鉆屑進(jìn)行處理，處理后物質(zhì)的含油比例一般可達(dá)到6%以下；高速離心設(shè)備中，則主要是針對(duì)2-10μm固體進(jìn)行脫除處理[4]。后者包括鉆屑輸送設(shè)備、冷卻設(shè)備、油水回收設(shè)備等。其工作原理為：高溫高壓條件下，含油鉆屑會(huì)在設(shè)備內(nèi)發(fā)生熱解反應(yīng)，帶動(dòng)了油、水分離，剩余殘?jiān)勺詣?dòng)排出。廢氣中的有機(jī)物、含硫物質(zhì)等一般需要進(jìn)入堿罐處理、脫硫裝置除硫，最后經(jīng)過(guò)催化高溫后方可排放。上述方法主要處理對(duì)象是機(jī)械油處理后不達(dá)標(biāo)的含油鉆屑類物質(zhì)。含油鉆屑經(jīng)過(guò)熱脫附處理后，其內(nèi)部含有比例會(huì)降低至1%。工程表明油水回收后，尾氣逐步達(dá)標(biāo)，可保證滿足無(wú)害化處理含油鉆屑的要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

海上鉆井廢物處理過(guò)程中，存在數(shù)量龐大的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員在開(kāi)展相關(guān)工作時(shí)，一般需要從源頭出發(fā)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)控制管理，保證從循環(huán)到最終回收都滿足控制要求，遵守“4R”原則，滿足“零排放”目標(biāo)，確保廢物對(duì)環(huán)境的影響達(dá)到最低化[5]。其次，積極落實(shí)環(huán)保型鉆井液的使用，加強(qiáng)小井眼工藝的處理，保證逐步達(dá)到系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化、單井一致性、區(qū)域適應(yīng)性的要求，從源頭出發(fā)降低鉆井廢物的比例。最后，新時(shí)期，國(guó)內(nèi)外的油田在處理中，水基、油基鉆井廢物處理中，主流循環(huán)是采用水基鉆井液化學(xué)脫穩(wěn)固液分離技術(shù)、油基鉆屑熱處理技術(shù)。但是考慮到海洋作業(yè)的特殊效果，平臺(tái)空間極為有限等方面的影響，鉆井平臺(tái)作業(yè)中存在難度高、局限性強(qiáng)的特點(diǎn)，后續(xù)研發(fā)期間，必須加強(qiáng)小型化、高效化工藝設(shè)備的推廣。