陆上油气田废钻井液排污池替代方案

戴洪宝

（中国石油长城钻探工程有限公司东部HSE监督中心）

陆上油气田废钻井液排污池替代方案

戴洪宝

（中国石油长城钻探工程有限公司东部HSE监督中心）

针对国内陆上油气田采用排污池处理废弃钻井液存在的资源、环境等多方面问题，借鉴国外先进废钻井液处理方案，通过采取优化钻井工艺设计、钻屑干燥、闭路系统、中心废物处理、钻井液全面管理及回收再利用等综合措施，减少了废钻井液的排放量，环境效益和经济效益显著，能够有效促进钻井工业环境友好可持续发展。

废钻井液；废物排放；排污池；区域回收利用

0 引 言

在陆上油气田钻井施工中，主要污染物有废水、废气、噪声、固体废物，其中废钻井液的产量最大、成分复杂、对环境影响最为严重［1］。根据统计数据，2013年中石油全年完成钻井进尺共计4487.92万m。不同的油气井废钻井液的产污系数为11.28～46.01t／百m［2］，与上述进尺对应的废钻井液量为506.2～2064.9万t。

国内陆上油气田钻井普遍配置排污池，用于接纳废弃泥浆和钻屑。排污池必须做防渗处理，防止废弃物渗出造成地下水和土壤污染，在完井之后，由建设方（业主）完成固化处理，恢复地表。为了满足新环境保护法更加严格的要求，必须通过优化钻井工艺设计、钻屑干燥、闭路系统、钻井液回收再利用等综合措施，减少废钻井液的排放量。

1 常规做法

由于现有固控系统效率不能保证对钻井液中固相含量的要求，实际运行时必须重复进行“排出和稀释”（dumpanddilutestrategy），将高固相浓度的钻井液排入排污池，同时补充新的钻井液。可采用排出废物与井筒的体积比值衡量整体固控效率，高于12时表示效率非常低。美国德州西部低值为9.7∶1，高值超过30∶1［3］。美国宾州的页岩气井的钻井废物量要小得多，平均为116.05±66.15m3［4］。固控系统会排出部分泥浆，振动筛、除砂器、除泥器排出的固体一般含有30%～50%的泥浆，离心机排出的固体含10%～15%的泥浆［3］。

在更换新的钻井液体系或完井时，需要替换出循环罐和井筒所有钻井液，单井钻井液总量约为300～800m3。出于经济方面的考虑，钻井承包商会回收和重复利用部分高价值的钻井液，而将大部分替出钻井液排入排污池。

到目前为止，国内还没有任何确定排污池容积或排污量的明确标准，一般按可利用的场地大小、允许的挖深、池子开挖土方存放面积等因素确定，场地的大小与钻机型号或钻井深度有关，对于2000～5000m的常见井筒深度，排污池的使用面积为400～1200m2，使用容积为1200～3600m3。以国内某口直井为例，井深4300m，排污池使用容积为3450m3，井筒计算容积为284m3，二者的比值为12.5。

2 环境影响

从排污池的开挖、防渗到废物最终处置，都会占用土地、消耗资源、直接或间接排放废气。由于钻井生产的分散性和阶段性，实际上难以保证排污池完全符合防渗标准。即使钻井承包商充分履行维护排污池完整性的责任，在靠近环境敏感区域时，也经常因可能的渗流对养殖等功能水体污染而发生环境纠纷、补偿和赔偿，同时影响生产的正常进行，造成更多的间接经济损失。在雨季和汛期或排污池容积不能满足要求时，必须将废钻井液转运到其他地方。

按国家现行危险废物分类标准，废钻井液处理产生的污泥为危险废物［5］，即使进行了无害化处理，也不能免除业主的长期环境责任。例如德士古石油公司（TexacoPetroleumCompany）在与厄瓜多尔石油二十年的联营期结束后，根据政府按新的法规监督审计的结论，从1995年开始，花费4000万美元，对161处排污进行生态恢复，包括清理、换土、水处理、分析、植被恢复等多个环节［6］。

3 替代方案

3.1 优化钻井设计

特殊工艺井（水平井、丛式井、大位移定向井）技术的广泛应用，尤其是水平钻井技术对废钻井液的排放削减作用最为突出。钻井数量没有增加，却能够极大的提高油气资源采收率，使钻井废物的排放强度和总量大幅度降低。在丛式井现场，还能够实现钻井液的重复再利用。

先进钻井工具（PDC钻头、顶驱、螺杆等）可大幅提高钻井速度。PDC钻头在中软底层是牙轮钻头钻速的2～5倍，是牙轮钻头钻井进尺的5倍以上，可大大减少起下钻次数，缩短钻井周期，减少能源消耗和废物排放量效果明显。顶驱的应用是通过减少接单根的次数，提高钻具活动范围，改变钻具活动方式，便于处理井下复杂情况，减少钻井事故、提高钻井速度、缩短钻井周期、减少废弃物等效果显著。螺杆的应用可使钻速成倍增加，新型螺杆控制井斜、方位的同时，在不需要起下钻的情况直接进行钻进，能够大幅提高钻速、缩短钻井周期、减少钻井液总量、控制废钻井液的排放，从而有效的减少了固体废物产出。

侧钻水平井技术是在原报废油气井的基础上，根据油藏工程和地质设计的需要，在原井套管某一预定的方向和深度，采用专用的工具和工艺开窗钻进后，使井眼轨迹偏离井口垂线一定距离的井深刨面，最终入靶的井斜角接近90°，则成为侧钻水平井。目前侧钻水平井已成为老油区挖潜增效的重要手段，它不仅节省了大量的钻井用地、节约钻井成本、缩短了钻井周期，还有效削减了钻井中的各类风险，极大减少了废物排放量。

3.2 钻屑干燥

在现有固控系统的基础上增加干燥器，可减少振动筛后的钻井液损失（废物）89.5%左右（从34.2%降到3.61%），不含油的钻屑可直接作为建筑材料，通过热解吸可回收含油钻屑中的烃类。

3.3 闭路系统

闭路系统靠近泥浆罐和振动筛布置，进一步分离固控系统的固相和浆体，包括密度控制、絮凝、脱水、钻屑干燥、重晶石回收、油基钻井液回收和调配，可减少钻井液损失。需要最终处置的废物减少90%以上，钻井液的回收量可高达36%。

3.4 中心废物处理设施

中心废物处理设施（CRTD）强调废物的减量、再利用、回收和废物流的循环利用。钻井废物由罐车通过道路运输送达，加入絮凝剂和混凝剂，用离心机脱水，去除絮凝固体，脱出的水去除油和悬浮物，澄清的水用于井场配制钻井液、清洗和抑尘，固体自然干燥后直接利用或按环境规定进一步处置。

3.5 钻井液全面管理

钻井液全面管理（TFM）服务是由钻井承包商负责所有钻井液管理，包括废物的最终处置。在服务过程中，承包商会协调钻井液的工艺性能和环境性能，提高循环利用率，减少废物排放量、降低最终处置难度，争取实现合同双方利益最大化。

3.6 钻井液回收再利用

钻井液回收再利用，主要是收集上一口油气井泥浆罐内剩余的的钻井液，通过对钻井液密度等相关性能的简单调整，应用于下口同平台井或使用罐车拉往临近井用于打表层或二开后的浅层井段，近年来中国石油长城钻探工程有限公司通过对钻井液的回收再利用，获得了很好的经济效益和社会效益。

4 效益分析

通过提高固控水平、区域回收、循环利用，可以取消陆上油、气田钻井的排污池。美国的案例表明，排污池替代方案与就地填埋相比不会显著增加费用，与需要道路运输的异地处置相比则节约费用。中心废物处理设施可减少22%的废物管理和处置费用。

表1是国内某直井排污池与区域回收利用的费用对比数据，二者费用相差12.11万元。水量（液量、回收的钻井液量）为按12.5的废物量与井筒体积比计算得出，单价为实际发生的数据。排污池的费用集中在用地、用水运输和废物固化处理三个方面，量化体现了其环境影响和资源消耗的缺点，由于更加严格的环境和资源的管理，费用将会进一步大幅度上升。运输和再处理构成了区域回收利用的大部分费用，如处理设施采取机动或半机动形式建造，靠近钻井现场运行，运输费用可以大幅度降低，效益将更加显著。

作为源削减的方案，水平井、钻屑干燥、闭路系统、钻井液全面管理的设备、工艺简单，可直接减少钻井液的消耗和排放，效益好于区域回收。

表1 国内某直井排污池与区域回收利用费用对比

5 结束语

目前陆上油气田废钻井液处理普遍采用排污池收集和无害化处置管理方案，除存在占用土地、消耗水资源等缺点，业主还要承担长期的环境责任。

应制订废钻井液排放强度的环境标准，用来规定钻井液管理的环境绩效，鼓励源头控制的清洁生产技术和管理做法，限制可避免的排放。

业主和钻井承包商应共同承担保护环境的社会责任，对钻井液实行全生命周期环境管理，积极采用废钻井液的区域回收利用，促进可持续的环境友好钻井。

［1］ 孙金声,刘雨晴.钻井液技术文集(2005)[M].北京:石油工业出版社,2006.

［2］ 国务院第一次全国污染源普查领导小组办公室.第一次全国污染源普查工业污染源产排污系数手册[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］ 环境保护部,发展改革委.中华人民共和国环境保护部中华人民共和国国家发展和改革委员会令第1号[EB/ OL].[2015-12-10].http://www.gov.cn/flfg/2008-06/ 17/content＿1019136.htm.

［6］ 李伟.钻井液公司清洁生产审核结果分析[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）（编辑 石津铭）

戴洪宝，2006年毕业于大庆石油学院石油工程专业，注册安全工程师，现在中国石油长城钻探工程有限公司东部HSE监督中心从事HSE监督工作。通信地址：辽宁省盘锦市兴隆台区振兴街道石油大街96号B座226房间，124010