新环保法给海上钻井流体处理带来的挑战及对策

邢希金，耿亚楠

中海油研究总院钻采研究院（北京100028）

■研究与探讨

新环保法给海上钻井流体处理带来的挑战及对策

邢希金，耿亚楠

中海油研究总院钻采研究院（北京100028）

从我国海洋环境保护法演进历程出发，针对海洋石油勘探与开发阐述了新环保法修订新增加强监管力度条例，与国外海洋环保法案对比，我国海洋环境保护法已与国际接轨。基于新颁布的环保法的严格要求，分析认为海洋石油钻勘探钻井流体主要面临的挑战是油田建设过程中的减排压力和废弃流体的高昂处置费用。指出在高环保标准下海上钻井流体的对策集中在减量技术上，一方面要减少复杂配方钻井液的使用量，另一方面为减少钻井液废弃量。针对减少复杂钻井液的使用量提出了海水深钻技术，针对减少排放量提出了水基钻井液批钻重复利用技术与回收再利用技术，预测我国海上钻井流体未来的发展方向为水基钻井液易脱稳技术，未来油基钻井液将广泛应用于海洋石油钻探中。

新环保法；钻井液；重复利用；回收再利用

我国早在20世纪80年代就开始重视海洋环境保护，《中华人民共和国海洋环境保护法》于1982年8月23日首次颁布实施，针对海洋石油的勘探开发，以此法为基础，1983年12月29日国务院公布了《海洋石油勘探开发环境保护管理条例》。针对以上条例，国家海洋局于1990年9月20日发布实施《海洋石油勘探开发环境保护管理条例实施办法》，办法第15条规定量化了含油钻井废弃物排放标准，水基泥浆含油质量分数超过10%及油基钻屑含油量超过15%时，禁止排放入海。1999年12月25日首次修订《中华人民共和国海洋环境保护法》，2000年4月1日正式施行，该法律第51条对海洋石油钻井和开采提出明确要求，含油污水和油性混合物，必须经过处理达标后排放，其含油量不得超过国家规定的标准，这里国家规定标准是指GB 4914-1985《海洋石油勘探开发污染物的排放浓度限值》。2001年国家发布标准GB 18420.1-2001《海洋石油勘探开发污染物生物毒性》，水基钻井液生物毒性容许值一级海域大于30 000mg/L、二级海域大于20 000mg/L，非水基钻井液一级海域大于15 000mg/L、二级海域大于10 000mg/L。2008年修订GB 4914-1985，海域三级划分，渤海和北部湾被划定为一级海域，一级海域不得排放非水基钻井液钻屑和油层段钻井液及钻屑，并对各海域排放的污染物含油量、Hg和Cd重金属含量进行了界定。2009年修订GB 18420.1，钻井液生物毒性的检测频率由原每井1次修订为每月1次。

2015年1月1日我国施行最新修订的《中华人民共和国环境保护法》，本法第六章法律责任中新增了按日计罚、查封扣押、行政拘留等条款，被誉为“史上最严环保法”。本次修订重点加强监管力度，建立了公共检测预警机制，划定了生态保护红线，环境公益诉讼主体扩大，按日计罚无上限，出现环境违法事件，造成严重后果的，地方政府分管领导、环保部门等监管部门主要负责人，要承担相应的刑事责任。按照新法要求，对于违法排放污染物的企事业单位和生产经营者，引入治安拘留处罚；构成犯罪的，还要依法追究刑事责任。此外，新环保法赋予了环保部门一定条件下对违法项目采取强制措施的权力。

从全球范围看，其他国家也十分重视海洋油气开发过程中的环境保护问题，并制定了相关限制性法律法规，来控制海洋油气勘探开发对环境的影响与危害，表1给出各国对于海上石油开发相关的环境保护规定。对于钻井废弃物，美国不同地域制定了不同的法律法规，这些法律法规均禁止油基钻井液及其产生含油钻屑排放入海，原则上通过生物毒性评价和游离油评价的水基钻井液及钻屑可排放，某些特定水基钻井液添加剂除外。美国立法与执法十分严格，有关法律规定，作业期间每月必须做一次钻井液生物毒性检测，钻井液及钻屑达到标准后方可排放。超标排放将受到经济处罚，罚款金额1 000美元/d；对蓄意或无视规定超标排放的罚款金额按2 500～25 000美元/d计，对海洋环境破坏严重者可以处以一年监禁。加拿大禁止含柴油及高芳香烃原油的钻屑排海，基础油要通过生物毒性试验，添加剂需提供生物毒性等相关检测数据，干钻屑中含油量低于30g/100g。英国禁止任何有毒及难生物降解的化学处理剂排放入海，禁止含有如汞、镉、有机锡等产品排放，禁止含重金属和有机卤素、氯酚类有机物的产品排放。挪威在生物毒性和含油上规定，所有粘附在钻屑上的化学剂只要能通过生物毒性试验均可排海，含油量低于10%钻屑可以排放。荷兰从1993年起禁止排放油基钻井液入海，非水基钻井液及含油钻屑必须通过生物毒性检测，证明符合标准才允许排放。

表1 国外与海上石油开发相关的环境保护法规

我国和其他许多国家都十分重视含油钻井废弃物对海洋环境的污染危害。就排海限制标准而言，目前最严格的是美国，其他国家标准如英国、法国、荷兰、挪威等则居中。对比发现，我国新修订的《环境保护法》的严格程度已与国际接轨。

1 海上钻井流体面临的挑战

1.1 减排压力大

由于新修订的环保法加强的监管力度，对海上钻井流体排放的量进行严格控制，并逐渐呈现出“零排放”趋势，无形中增加了海上油田减排压力。海上钻井平台空间有限，泥浆池的容量相对固定，实施新环保法前，参考国家标准GB 4914-2008[1]和GB 18420.1-2009[2]钻井作业过程中尚可排放部分上部层段满足海洋环保要求的环境友好型水基钻井液，以维持油气井钻进作业的正常进行。实施“零排放”后，钻井液需要全部回收，包括表层海水和膨润土浆钻进的大井眼段钻井液，钻井液总量大幅增加，单井钻井作业需要调用多艘守护拖轮的底仓作为废弃钻井液储存池，无疑增加了海上钻井液的仓储压力。

国外在禁止排放的海域同样面临减排压力，在不能排放的情况下国外使用通常油基钻进井流体，以提高重复利用率，减少最终废弃钻井液的处置量。我国受技术发展限制，海上钻井一直以水基钻井液为主，并且技术相对成熟，新环保法施行对海上水基钻井液减排带来了挑战。

1.2 废液处理费用高

禁止排放后，海洋石油开发废弃钻井液处理需要支付高昂费用，这是中外油田管理者必须面对的共性问题。为保持钻井过程性能稳定，钻井液通常被设计成不容易脱稳分离，因此处理废弃钻井液需要高能耗，通常处理费用较高。“零排放”产生的大量钻井废弃物均需要运回陆地处理，处理严格执行陆地关于“三废”国家标准及地方标准，废弃钻井液的仓储、运输及处理均会发生高昂的费用，降低了海上油田开发的经济性，提高了海上低品质油藏经济开发的门限。

表2 钻井液重复利用对废弃量的影响预测

2 海上钻井流体技术对策

基于新环保法带来的减排压力与高昂的废液处理费用，考虑我国海洋钻井液技术发展现状，严格环保要求下海上钻井流体要解决的核心问题是发展减量技术，可以采取减少钻井流体使用量对策和减少钻井流体废弃量对策来实现。

2.1 海水深钻减少复杂钻井液用量

国外减少钻井流体使用量的通常做法是使用小井眼技术，与常规井眼相比逐级缩小井眼尺寸，从而减少钻井流体使用量的目的[3]，但小井眼技术的使用存在较多的限制条件，通常不符合我国的油田开发要求。另，国外多以油基钻井流体为主，废弃的钻井流体的仍可回收再利用，因此对减少钻井流体的关注程度不高。

对水基钻井流体，通常钻井流体配方越复杂对海洋环境影响越大，如可使用一些简单的配方完成钻井，其钻井流体处理起来也相对简单，且对环境影响小。海水深钻技术是减少复杂配方钻井液使用的有效方法之一，也是海洋钻探的特色技术。海水深钻技术就是利用海水低黏、低密度特点减小钻头压持作用，实现快速钻进，通过定期泵入稠膨润土浆清洁井眼，在井壁坍塌周期内完成下套管固井作业，从而减少复杂配方钻井液使用量，提高作业效率。该技术的使用条件建立在熟知目标区块的地层特征与井壁坍塌周期的基础上的，因此，该技术多在老油田调整区块或是成熟的勘探区应用。目前海水深钻技术在渤海应用反馈效果较好，典型案例为QK18-1油田2期调整项目，共钻生产8口井，采用海水深钻释放机械钻速，海水钻进段平均机械钻速为83.9m/h，平均转换深度为1 907m，生产时效达92.23%。海水深钻技术在东海宁波区块进行了推广应用，目前可钻深度达1 800m。海水深钻技术的成功应用大幅减少了聚合物钻井液体系的废弃量，降低了废液处置费用。

2.2 批钻重复利用减少废弃量

国外油田开发中油基钻井液的多井重复利用可以大幅降低钻井成本，同时也可以减少废弃量。国内虽以水基钻井液为主，但海上平台集束钻井仍可实现同井段的钻井液重复利用。该法简单易行，成本低，无需中转处理，所需设备和人员比较少，是一条降低钻井泥浆成本、减少废弃量的有效途径。海洋石油钻探作业过程中，钻井液是否可以重复利用主要取决于海上作业模式，这主要受制于钻井机具与投产时间。海上固定式模块钻机、自升式钻井船和井架修井机钻井可以实现多井批量作业，这些钻井机具能够在各井槽间快速移动完成同一井眼段的钻进作业，目前通常为3～5口井为1批，先分别完钻技术套管段，再依次揭开储层段，同一井段间钻井液可以重复利用，从而减少了钻井液废弃量。使用半潜式船钻井、水下井口开发模式或钻完1口井就要投产时，钻井液无法重复利用。

为量化钻井液重复利用对废弃的影响，现以渤海2 400m井为例进行测算，分别计算出1至5口井钻井液废弃量，预测结果如表2所示。由预测结果可知，重复利用井数越多，其平均单井废弃量越小，越有利于降低废弃钻井流体的处置费用。

2.3 回收再利用减少废弃量

如何实现钻井液回收再利用一直困扰着泥浆工程师。美国工程师曾尝试开发闭合回路系统解决这一问题[4]。闭合回路系统的核心部件为高效的固相控制设备，配合严格的管理程序，钻井作业时无流体状废弃物向外排放，仅有一定数量的湿固相输出，适用于陆上或海上非气态分散的钻井液体系。该系统液相部分回收后可再利用，从而降低排放量，不但节省钻井液处理费用，又节约了宝贵的水资源，输出的湿固相有多种处理途径，可以就近掩埋、筑路、土壤稀释、固化填方或集中处理。上世纪80年代末，美国一些石油公司专门评价了闭合回路系统的经济性，评价结果证实该系统在经济上是合算的。但随石油开发技术发展，基于先进的固液分离技术，钻井液回收再利用得到了广泛关注[5-8]。结合固液分离技术，分别利用脱出水和脱出固相再配钻井液成为现实，可配制的钻井液各类包括淡水钻井液、盐水钻井液及饱和盐水钻井液。这种二次配的钻井液其性能与现场井浆和实验室内按传统方法配制的钻井液性能接近；将脱出固相作为再配置的钻井液原材料成本只是常规钻井液材料成本的1/6。为钻井废弃物再利用和解决钻井废弃物环境污染问题提供有效的方法。我国陆地油田近些年也在钻井流体回收再利用方面开展大量研究和现场实验工作，并提出泥浆不落地技术[9-11]；同时解决了钻井液回收再利用与废弃物处置难题，但迫于处理成本压力，该技术并没有广泛推广应用。

新环保形势下，海上水基钻井液仍然为主流体系，但水基钻井液自身也存在问题，其一是抗污染能力有限，再重复利用性差，一般用过3口井后水基钻井液因低比重固相含量高，且固控制设备不易去除，流变性难于调节；其二是目前常用的水基钻井液均使用了膨润土，表面带有双电层，分散于聚合物后性能相对稳定，不便于回收再利用，且脱稳能耗高。受固有技术成熟度影响，短期来看海洋石油钻井液仍会以水基钻井液为主，未来水基钻井液将向易脱稳、便于回收再利用方向发展，利用钻井平台或支持船来实现固液快速分离，大量的液相将用来重复配浆，少量的固相运回陆地处理。目前中海油已将易脱稳和快速降解钻井液纳“十三五”规划。长远来看，“零排放”后油基钻井液因其抗污染能力强、重复利用性好，未来将在海洋石油钻探中广泛应用。

3 结论与认识

通过环保法的修订演进历程可以发现，我国对海洋环境保护日益严格，与其他发达国家的环境法规相比，我国海洋石油勘探开发距离“零排放”已经很近。新环保法加强监管力度增加了海上钻井流体的减排压力，高昂的处置费用降低了海上油田开采的经济性。在现有水基钻井液基础上，通过优化作业程序，可以缓解减排压力，海水深钻技术与批钻重复利用技术已在中国近海油气田推广应用，减排效果显著，废弃钻井流体的回收再利用目前仍然是一个经济性权衡问题。通过分析可以预测，短期内，减量减排技术是海上钻井流体的主导发展方向，易脱稳和快速降解钻井液的研究将加速海上钻井流体回收再利用的进程；放眼长远，“零排放”将使用油基钻井液重返中国近海作业平台。

[1]全国海洋标准化技术委员会.海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值:GB 4914-2008[S].北京：中国标准出版社，2009.

[2]全国海洋标准化技术委员会.海洋石油勘探开发污染物生物毒性第1部分分级:GB 18420.1-2009[S].北京：中国标准出版社，2009.

[3]刘先刚.国外小井眼钻井技术的应用与发展[J].钻采工艺, 1994,17（2）：18-23.

[4]叶雅文.国外钻井泥浆处理水平调查[J].油气田环境保护, 1993,3(1):48-55.

[5]黎钢,朱墨,钱家麟.用固液分离方法处理水基废弃钻井液[J].钻井液与完井液,1999,16(3)：25-27.

[6]黎钢,朱墨,钱家麟.固液分离法处理废弃钻井液的技术与现状[J].工业水处理,1997,17(1)：13-17.

[7]周凤山,曾光,何纶,等.废弃钻井完井液固液分离技术研究进展[J].钻井液与完井液,2007,24(S1)：59-64.

[8]张建国,聂进,邓皓,等.固液分离法处理废钻井液的实验研究[J].油气田环境保护,2001(1)：35-37.

[9]魏云峰,于涛,陈晨,等.塔里木油田钻井废物处理技术研究[J].油气田环境保护,2012,22（2）：39-44.

[10]张祥,赵凤臣,曹晓晖,等.苏里格气田钻井液回收再利用技术[J].钻井液与完井液,2015,32（3）：99-102.

[11]赵向阳,林海,张振活,等.长北气田钻井液回收重复利用实践与认识[J].钻井液与完井液,2013,30（1）：80-82.

the newly added terms on offshore oil exploration and development in new environmental protection law are simply introduced based on the analysis of the evolution of the marine environmental protection law of our country.Compared with foreign marine environ⁃mental protection acts,the marine environment protection law of our country has been with the international standards.Based on the strict requirements of the new environmental protection law,it is considered that the main challenge of drilling fluid in offshore oil drill⁃ing is the reduction of emissions and high disposal costs of waste fluid during the construction of oil field.It is pointed out that the think⁃ing on under the conditions of high environmental protection standards should focus on reducing the use amount of the drilling fluid with complex formulation and reducing the waste amount of drilling fluid.The taken corresponding measures are the use of the seawater deep drilling technology to reducing the use amount of the drilling fluid with complex formulation and the reuse technology and the recovery and reuse technology of water-base drilling fluid to reducing the waste amount of drilling fluid.It is predicted that the future develop⁃ment of offshore drilling fluid in China is the development of the stability technique of water-base drilling fluid,and the wide application of oil-base drilling fluid.

new environmental protection law;drilling fluid;reuse;recovery and reuse

路萍

2016-03-11

邢希金（1981-），男，高级工程师，主要从事海洋石油开发入井工作液研究与设计工作。