海上水基钻井废弃物处理技术试验性研究

王昆剑，王栋森，张羽臣，岳明，刘小年，关彦磊

海上水基钻井废弃物处理技术试验性研究

王昆剑1，王栋森1，张羽臣1，岳明1，刘小年2，关彦磊2

（1. 中海石油（中国）有限天津分公司, 天津 塘沽 300452； 2. 中海油能源发展工程技术公司, 天津 塘沽 300452）

为保护渤海生态环境，在环境保护的敏感海域进行钻井作业，需要对废弃钻井液及岩屑进行回收处理，由于海上平台空间有限，且钻井废弃物产生量较大，回收处理存在运输困难、吊装风险大、处理费用高等问题。通过对几种新处理技术装备进行试验性研究，并对废弃钻井物回收处理技术提出合理优选工艺。

试验；水基钻井废弃物；处理技术

在国家环保要求日益严格的形势下，如何在油气勘探开发过程中更好地实现清洁生产，是海上油田面临的突出问题[1]。随着海上钻井作业量持续增加，钻井废物产生量也随之增加[2]，部分区块要求钻井废物“零排放”，对环境保护带来巨大挑战，而海上作业特点是平台空间严重受限，运输成本较高[3-6]。为解决这个难题，在陆地开展了模拟海上钻井废弃物处理试验，以此探索在钻井平台上对钻井废弃物进行现场减量处理，从而保障钻井作业的连续性[7]。

1 渤海水基钻井废弃物处理技术现状

1.1 传统作业模式

渤海钻井平台传统的作业模式是通过使用螺旋输送机或隔膜泵等制作将振动筛返出的钻井岩屑收集至岩屑箱内，再吊装到运输拖轮上，废弃钻井液泵送至运输拖轮的泥浆舱中；最后通过船舶运送到陆地处理终端，对钻井废弃物进行集中处理[8]。该作业模式操作实施简单，但对于全井段回收的作业所需的吊机资源、岩屑箱数量、拖轮资源、陆地接收能力要求较高，且费用高昂。

1.2 平台压滤处理模式

该作业模式是岩屑通过管线或者岩屑箱经减排分选筛处理，实现固液分离分成干渣和滤液；废弃钻井液和岩屑分离的滤液经过破胶絮凝罐添加絮凝剂等药剂实现絮凝后，再经过压滤机压滤实现固液分离[8]。该模式的设备工艺简单，易于实现，但由于设备及废弃物存储占用空间较大，且压滤后的滤液较难处置，难以在海上平台推广应用。

1.3 环保压滤船处理模式

环保压滤船是将拖轮与压滤设备相结合，在拖轮上安装压滤机、减排分选筛等整套压滤设备，通过岩屑箱收集岩屑（或远距离传输岩屑）、船舱收集废弃钻井液分别对废弃钻井液和岩屑进行处理。该作业模式将压滤设备处理能力与船舶机动性有机结合在一起，可在一定区域2～3个作业点进行作业，能保障钻井作业的连续性，但由于增加了拖轮，导致费用较高，且仍无法解决滤液难处置的问题。

2 水基钻井废弃物处理试验

2.1 设备配置

经过调研与技术分析，可用于水基钻完井废弃物处理技术根据技术原理分为机械挤压、真空吸附、离心甩干、加热干化等[9-10]。本试验目的是优选钻屑减量处理技术，减少返陆处理的废弃物总量。主要处理设备选择见表1。

表1 试验设备配置表

2.2 试验工艺流程

钻井废弃物减量处理试验流程见图1。

图1 钻井废弃物减量处理试验工艺流程图

2.2.1 钻屑预处理

配置PAM、PAC溶液，按比例将溶液加入钻屑箱内，并用挖掘机进行反复搅拌，使药剂溶液与钻屑充分反应。

2.2.2 钻屑传输

用挖掘机将钻屑送入液压柱塞泵进料斗，进料斗入口处配备钢格栅网，可将大块易堵管钻屑筛出，管线铺设至钻屑干化机、真空带滤机、钻屑压榨机和钻屑甩干机，每套设备前的管线单独配有阀门，方便每套设备单独测试。

2.2.3 钻屑减量

对每套设备进行单独试验。

2.3 各设备试验情况

2.3.1 钻屑干化机

钻屑干化机设备及处理钻屑情况见图2。

图2 钻屑干化机及处理钻屑情况

本次试验累计处理钻屑302.6 t，累计运行62.5 h，处理后含水率在18.57%～27.42%之间，最大处理量8 t·h-1（3 m³·h-1），各加热室温度在300～400 ℃之间，详细试验数据见表2。

小结：该设备钻屑无需进行加药絮凝即可进行处理，且泥岩和砂岩段钻屑的处理效果处理后物料含水率低，处理效果好。缺点是能耗高，海上使用需单独配备发电机，平均处理量不高，无法处理少量含油的物料。

表2 钻屑干化机处理试验数据表

注：处理时间长短，显著影响处理后物料的含水率，时间越长，含水率越低，单位时间处理量越低。

2.3.2 真空带滤机

真空带滤机及配套设备见图3。

图3 真空带滤机及配套设备

泥岩钻屑加入2%PAC，充分搅拌均匀后，用液压柱塞泵将物料输送至真空带滤机，物料平均厚度10 mm，滤带行进速度1～1.2 m·min-1，试验数据见表3。

表3 真空带滤机处理试验数据

小结：真空带滤机处理效果不稳定，该设备对钻屑的絮凝效果要求较高，只有絮凝充分才能获得较低的含水率。优点：该设备可连续运行，设备结构简单，无易损件，能耗低，运行成本低；缺点：对物料的状态以及化学脱稳效果要求严格，滤布易堵塞，设备占地较大。

2.3.3 钻屑压榨机

钻屑取样PEC体系泥浆泥岩和砂岩层，压榨时间在5 min以内，泥饼厚度70 mm左右，含水率不超过30%，减重40%左右，综合处理量约6 t·h-1，处理情况见图4。

图4 钻屑压榨机设备

小结：钻屑压榨机处理效果稳定，处理后物料含水较低，设备能耗低；但该装置无法连续处理运行，处理量较低，钻屑需加药脱稳絮凝后再进行压榨处理才能获得较好的效果。

2.3.4 钻屑甩干机

甩干机常用于油基钻屑干燥，本试验拟用该设备处理渤海水基钻屑，研究甩干机处理水基钻屑的适用性。

分别对泥岩、砂岩段钻屑进行甩干处理，处理效果数据见表4。

砂岩段钻屑甩干处理效果较好（见图5），泥岩段钻屑不加药处理几乎无效果，加药絮凝后处理效果较好（见图5），处理后的液相含固率较高（约30%）。

表4 钻屑甩干机处理试验数据

图5 处理后的砂岩段和泥岩段钻屑

小结：砂岩段钻屑处理效果较好，处理量大，能耗低；目前处理难点在于泥岩段钻屑，处理效果不稳定，但加药后再进行甩干处理效果较好。

3 海上处理工艺设计

3.1 海上处理工艺流程图

根据各设备的处理量、处理效果等特点，由于钻屑甩干机处理量较大，运转稳定，且泥岩段加药后再处理效果较好，并可通过加入高速离心机来解决甩干机液相中含固率高的问题，然后配合钻屑干化机处理后，含水率低，可直接处理，因此可选取钻屑甩干机配合钻屑干化机和高速离心机，组成海上水基钻井废弃物处理流程，具体流程见图6。

图6 海上水基钻井废弃物处理流程图

3.2 工艺流程说明

海上钻井平台产生的钻井废弃物，根据性状不同，泥岩段和泥砂混合段的废弃物进入钻屑缓存罐进行收集暂存，并加入药剂进行处理，然后进入钻屑甩干机进行处理；砂岩段废弃物直接进入甩干机。废弃物进入钻屑甩干机进行固液分离，分离出的液体，再进入高速离心机进行处理，分离出的固体进入钻屑干化机； 离心机分离出的固体进入钻屑干化机，分离出的液体返回加药混凝罐进行配药、稀释钻屑。固体进入钻屑干化机进行海上最终处理，处理后的固体含水率低于30%，可装袋返陆处理。

4 结束语

经初步探索试验研究，该工艺可解决渤海主产区的废弃物的处理问题，提高海上周转效率，降低废弃物处置费用，确保渤海勘探开发的顺利进行，保障国家能源安全，还渤海碧水蓝天，履行国企的社会责任。

［1］赵广宇，白鹤，曹兴涛，等．海上钻井废弃物集中处置技术及工程化应用[J]. 环境工程，2016, 34（12）: 129-132.

［2］王东，冯定. 海上油田废弃钻井液的毒性评价及无害化处理技术研究进展[J].环境科学与管理，2011，36 (6)：78-83．

［3］张羽臣，林家昱．海上钻井废物管理原则及处理技术探讨[J]. 油气田环境保护，2019, 29（4）:1-3.

［4］冯帆. 王超国内海上油田油基钻屑处理现状及技术展望[J]. 资源节约与环保，2009（1）：78-91．

［5］李历. 海上钻井平台钻屑处理与远距离输送[J]. 化工管理，2017（6）：220．

［6］李绪阁 . 浅析海上废弃钻井液处理技术和管理原则[J]. 内蒙古石油化工，2016（5）：121-122.

［7］张羽臣，岳明.渤海油田钻井废物处置技术适用性分析[J].油气田环境保护，2019，29（1）：26-28.

［8］张庆春，冯硕. 海上废弃钻井物回收处理技术优选研究[J]. 化工管理，2020（4）：61-62.

［9］周风山,曾光.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(supplement)：59-64．

［10］周建良，岳前升. 海上油田废弃钻井液固液分离技术研究[J].石油天然气学报，2012，34（9）：148-151．

Experimental study on Treatment Technology of Offshore Water-based Drilling Waste

1,1,1,1,2, GUAN Yan-lei

（1. CNOOC Tianjin Branch, Tianjin 300452, China;2. CNOOC EnerTech-Drilling & Production Co., Taijin, 300452, China）

In order to protect the ecological environment of Bohai Sea, it is necessary to recycle the waste drilling fluid and cuttings during the drilling in the sensitive sea area of environmental protection. Due to the limited space of offshore platform and the large amount of drilling waste, there are the problems of transportation difficulty, hoisting risk and high treatment cost in the recycling. Based on the experimental study of several new treatment technologies and equipments, the reasonable optimization process of waste drilling material recycling technology was proposed.

Test; Water based drilling waste; Treatment technology

中海石油（中国）有限公司综合科研项目，钻完井废弃物海上处理技术研究与应用（项目编号：YXKY-2019-TJ-05）。

2021-05-05

王昆剑（1983－），男，四川绵阳人，高级工程师，研究方向：钻完井技术研究与管理。

刘小年（1984-）男，中级工程师，研究方向：钻完井环保技术研究。

TE992

A

1004-0935（2021）11-1662-04