王 強(qiáng) 朱冬昌 夏國(guó)勇 曾 光 李小斌 陳 虎 魏 萊 劉雨舟

川渝地區(qū)人口密集、植被豐富、水系豐沛，部分區(qū)域喀斯特地貌屬性導(dǎo)致地表溝壑縱橫，地下溶洞多、暗河多、裂縫多、漏失層多，頁(yè)巖氣有利區(qū)域內(nèi)環(huán)境敏感點(diǎn)多，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管控要求高[1]。頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中的廢水（鉆井廢水、壓裂返排液和生活廢水）、廢氣、廢渣（水基巖屑和含油巖屑）、施工噪聲和水土流失等是主要環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源。如何防治這些環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源，確保頁(yè)巖氣的“綠色”開(kāi)發(fā)一直是個(gè)重大難題。為此，結(jié)合中石油在長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)示范區(qū)開(kāi)發(fā)實(shí)踐中形成的系列環(huán)保配套措施，探討了在當(dāng)前技術(shù)條件下，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣“綠色”開(kāi)發(fā)的路徑。

1 鉆井清潔生產(chǎn)

鉆井液中添加有堿、羧甲基纖維素鈉鹽（CMC）、聚合物、潤(rùn)滑劑、磺化褐煤（SMC）、磺甲基化酚醛樹(shù)脂（SMP）、抑制劑、硅酸鈉和腐植酸鹽及堵漏劑等。因此，鉆井廢液中不僅含有一定量的油類物質(zhì)、酚類物質(zhì)和硫化物，還有一些可溶性有機(jī)小分子和高分子物質(zhì)。針對(duì)鉆井廢液（包括鉆井鉆屑）具有色度高（棕褐色—黑褐色）、化學(xué)需氧量含量高（1000～70000 mg/L）、pH值高、懸浮固體含量高（1 000～5 000 mg/L）等特點(diǎn)，主要采用4個(gè)技術(shù)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行處理：井場(chǎng)清污分流系統(tǒng)、鉆井液不落地技術(shù)、隨鉆實(shí)時(shí)處理工藝和巖屑資源化利用技術(shù)。

1.1 清污分流系統(tǒng)

四川盆地多雨，在傳統(tǒng)井場(chǎng)，大量雨水通過(guò)污水溝匯入廢水池，不僅增加了廢水處理量，還容易造成廢水池滿溢，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大。中石油頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)傳統(tǒng)井場(chǎng)的清污分流系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，取消井場(chǎng)污水溝和廢水池（設(shè)置應(yīng)急池），按功能將井場(chǎng)分為集污區(qū)和清潔區(qū)（圖1）。集污區(qū)采用封閉式圍堰隔離，且上部搭建雨棚，場(chǎng)面降雨水不受污染，雨水匯入井場(chǎng)四周隔油池沉淀，隔油后流入自然水系。統(tǒng)計(jì)表明，頁(yè)巖氣鉆井平臺(tái)雨季廢水產(chǎn)量較傳統(tǒng)井場(chǎng)減少34.8%[2]。

1.2 鉆井液不落地措施

傳統(tǒng)井場(chǎng)中，廢棄物往往在地面溝渠中匯聚至廢水池和巖屑池，不適用于產(chǎn)污量大的頁(yè)巖氣平臺(tái)井工廠化作業(yè)。因此，中石油的頁(yè)巖氣平臺(tái)采用了鉆井液不落地措施：利用振動(dòng)篩、除砂器、除泥器及離心機(jī)對(duì)收集的巖屑和鉆井液進(jìn)行固液分離，分離出的鉆井液進(jìn)行回收循環(huán)利用，將分離出來(lái)的巖屑通過(guò)螺旋輸送器運(yùn)送至巖屑中轉(zhuǎn)箱，從而實(shí)現(xiàn)鉆井液不落地，確保場(chǎng)面清潔。

1.3 隨鉆實(shí)時(shí)處理工藝

螺旋輸送器運(yùn)送巖屑至中轉(zhuǎn)箱后，用叉車將巖屑轉(zhuǎn)運(yùn)至巖屑攪拌罐或制磚機(jī)，對(duì)水基巖屑實(shí)時(shí)處理（圖2）。鉆井過(guò)程由于鉆進(jìn)的層位不同，鉆井液的性能有區(qū)別，產(chǎn)生的廢棄物有害物質(zhì)也存在差異，對(duì)不同層位、不同鉆井液產(chǎn)生的廢物做固化處理小樣試驗(yàn)，根據(jù)合格固化試驗(yàn)配方進(jìn)行施工。含油巖屑則用現(xiàn)場(chǎng)甩干裝置初步處理，回收部分油基鉆井液[3]，再進(jìn)入資源化利用。

圖1 清污分流系統(tǒng)示意圖

圖2 鉆井清潔生產(chǎn)工藝流程圖

1.4 含油巖屑資源化利用技術(shù)

因工程需要（油基鉆井液能較好地保持井壁穩(wěn)定），川渝地區(qū)的頁(yè)巖氣井在鉆井過(guò)程中，井身結(jié)構(gòu)造斜段及水平段（目的層頁(yè)巖段）采用油基鉆井液[4-8]。而氣井的水平段長(zhǎng)達(dá)1 500 m[9]，單井含油巖屑產(chǎn)量約300 m3，其成分復(fù)雜（由油、水、鉆屑、高分子化合物、其他雜質(zhì)等構(gòu)成），難以在環(huán)境中自然降解，存在著較大的環(huán)境隱患。在生產(chǎn)實(shí)踐中，一般采用熱解吸附、萃取、燃料漿技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理。

1.4.1 熱解吸附

在絕氧或缺氧環(huán)境中，將含油鉆屑放入處理單元，間接加熱至420～450 ℃（高于白油終餾點(diǎn)，低于裂化溫度）[10]，從而將鉆屑中的水和油類蒸餾出來(lái)，再通過(guò)冷凝裝置收集蒸氣，分離水和油后，可將油類回收，其工藝流程如圖3所示。

圖3 熱解吸附工藝流程圖

1.4.2 萃取技術(shù)

萃取劑的研制是LRET技術(shù)的核心，其作用原理是吉布斯函數(shù)在表面吸附與脫除過(guò)程中的應(yīng)用。萃取藥劑的設(shè)計(jì)一般選擇脫附過(guò)程中吉布斯自由能變化最為顯著的藥劑體系[11]。針對(duì)油基鉆井廢物中的固相物、基油、水等形成的混合體系，脫附過(guò)程包括：①藥劑傳遞到固體顆粒的表面；②藥劑擴(kuò)散滲入固體內(nèi)部和內(nèi)部微孔隙內(nèi)；③溶質(zhì)溶解進(jìn)入藥劑；④通過(guò)固體微孔隙通道中的溶液擴(kuò)散至固體表面并進(jìn)一步進(jìn)入藥劑主體。

1.4.3 燃料漿技術(shù)

根據(jù)含油鉆屑本身的燃值潛力，現(xiàn)場(chǎng)以含油鉆屑為基質(zhì)材料，添加燃料助劑（專利產(chǎn)品），在一定的條件下反應(yīng)，形成性能穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、燃值較高、安全環(huán)?？煽康牧黧w燃料產(chǎn)品。

熱解吸附技術(shù)、萃取技術(shù)處置高效（熱解吸附技術(shù)設(shè)計(jì)處理能力達(dá)到40 t/d、萃取技術(shù)設(shè)計(jì)處理能力達(dá)到150 t/d），油回收率達(dá)到98%，處理后巖屑含油率低于1%[12]，但熱解析技術(shù)、萃取技術(shù)設(shè)備投資大，使用成本高。燃料漿技術(shù)處理能力超過(guò)15 t/d，優(yōu)勢(shì)是工藝簡(jiǎn)單、處理成本低、處理徹底，燃料漿產(chǎn)品用于制磚輔料，燃渣含油率低于1%。

2 壓裂環(huán)保管理

2.1 優(yōu)選環(huán)保型壓裂液

川渝地區(qū)頁(yè)巖氣井采用分段壓裂工藝改造目的層[13]，壓裂液用量大。如單井水平段長(zhǎng)1 500 m，分段方案為60～80 m/段，總共分為25段，壓裂液用量約為1 800 m3/段，即45 000 m3/井。為了降低環(huán)保危害，長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)地區(qū)頁(yè)巖氣井分段壓裂中優(yōu)選環(huán)境友好型壓裂液，壓裂液中水和支撐材料（如沙等）占99.51%，添加劑占0.49%，大多添加劑對(duì)環(huán)境無(wú)毒且廣泛應(yīng)用于食品衛(wèi)生行業(yè)（表1），從源頭控制了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

表1 壓裂液主要添加劑的化學(xué)成分及日常用途一覽表

2.2 壓裂液循環(huán)利用

壓裂作業(yè)完成后，壓入地層的水將逐漸返排，返排周期主要分兩個(gè)階段：第一個(gè)階段是在壓裂作業(yè)完成后試油期間返排的壓裂液，返排時(shí)間短，日返排量大；第二階段是生產(chǎn)階段返排出來(lái)的壓裂液，返排周期可長(zhǎng)達(dá)數(shù)年。統(tǒng)計(jì)顯示，長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)示范區(qū)試油期間壓裂液返排率為30%～70%[14]，為12 000～28 000 m3/井。

壓裂返排液進(jìn)行循環(huán)利用，對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境和降低生產(chǎn)成本意義重大。長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)示范區(qū)加強(qiáng)頁(yè)巖氣區(qū)塊用水管理，建設(shè)壓裂用水管網(wǎng)，強(qiáng)化壓裂用水調(diào)度，提高循環(huán)使用效率，區(qū)塊部分平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)回用率90%的目標(biāo)；對(duì)不能回用的返排液，交污水處理站處置達(dá)標(biāo)排放或運(yùn)至回注站回注。

3 其他環(huán)保配套技術(shù)

3.1 配套平臺(tái)化作業(yè)實(shí)現(xiàn)“井工廠化”

長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)區(qū)塊頁(yè)巖氣井通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行集中部署，一個(gè)平臺(tái)平均部署6口井。采用平臺(tái)部署有諸多優(yōu)點(diǎn)：①平臺(tái)井場(chǎng)比單井更有效利用土地，同井場(chǎng)鉆6口井可節(jié)約用地70%；②工藝流程和設(shè)備可以更加優(yōu)化，減少了運(yùn)行設(shè)備和管線；③有利于推行平臺(tái)無(wú)人值守、中心站管理，實(shí)現(xiàn)綠色開(kāi)發(fā)，低碳發(fā)展；④有利于集中分散的風(fēng)險(xiǎn)，便于管控，可以更好地實(shí)現(xiàn)HSE目標(biāo)。井位部署平臺(tái)化是頁(yè)巖氣規(guī)模化建產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)集中管控的重要基礎(chǔ)。

3.2 實(shí)施油改電降噪音

鉆井工程中常用的動(dòng)力是柴油發(fā)電機(jī)組，柴油機(jī)發(fā)電機(jī)使用過(guò)程中能耗比較高，能量轉(zhuǎn)換率比較低，排出的CO2等溫室氣體污染大氣環(huán)境，且柴油發(fā)電機(jī)組噪聲比較大，影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳?。在長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)示范區(qū)鉆井過(guò)程中，若當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)條件合適，一些鉆井平臺(tái)就改用高壓網(wǎng)電進(jìn)行鉆井，這有利于節(jié)能、降噪，降低鉆井成本，提高鉆井效益。在實(shí)施網(wǎng)電改造的過(guò)程中，也需要解決兩個(gè)方面的問(wèn)題: ①動(dòng)力模塊替代，即把原柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)替換為電機(jī)驅(qū)動(dòng)； ②網(wǎng)電接入變壓調(diào)整控制。

3.3 推行環(huán)保鉆井工藝

圖4 不同井段鉆井液選用示意圖

鉆井施工中，一開(kāi)采用聚合物無(wú)固相（清水）鉆井液，配合導(dǎo)管封隔漏層（圖4），確保距地面最近的隔水層以上井段地表水不受污染；二開(kāi)和直井段用水基鉆井液；三開(kāi)（造斜段和水平段）才采用油基鉆井液[15]。

3.4 制訂全面的環(huán)境評(píng)價(jià)方案

在頁(yè)巖氣建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，需要做到的是：①積極介入鉆井井位選址，盡量避開(kāi)生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)域，減少樹(shù)木砍伐、植被破壞；②優(yōu)化壓裂液取水口選址，確保就近原則的同時(shí)，不得影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)用水；③強(qiáng)化廢水處置管理，回用后按照就近原則選擇廢水處置廠或者回注井，并認(rèn)真勘察拉運(yùn)路線，嚴(yán)格廢水拉運(yùn)清單管理；④施工結(jié)束后，嚴(yán)格按照復(fù)墾方案進(jìn)行植被恢復(fù)、水土保持和土地復(fù)耕，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程控制環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了控制頁(yè)巖氣產(chǎn)能建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生大量的廢水、廢氣、廢渣（特別是含油巖屑）、噪聲、水土流失等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，中石油在長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)示范區(qū)開(kāi)發(fā)實(shí)踐中形成了系列環(huán)保配套管理機(jī)制和技術(shù)體系：采用井場(chǎng)清污分流系統(tǒng)、鉆井液不落地技術(shù)、隨鉆實(shí)時(shí)處理工藝和巖屑資源化利用技術(shù)保障鉆井清潔生產(chǎn)；選取優(yōu)選環(huán)保型壓裂液、對(duì)壓裂返排液進(jìn)行循環(huán)利用，從而實(shí)現(xiàn)壓裂環(huán)保管理；配套平臺(tái)化作業(yè)“井工廠化”、油改電降噪音、推行環(huán)保鉆井工藝、制訂全面的環(huán)評(píng)方案進(jìn)一步降低環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，有效促進(jìn)了頁(yè)巖氣可持續(xù)開(kāi)發(fā)。為了更好地面對(duì)國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，建議頁(yè)巖氣生產(chǎn)企業(yè)加大含油巖屑處理技術(shù)的研究，加強(qiáng)與相關(guān)部門(mén)的溝通，努力推動(dòng)含油巖屑處置國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)。同時(shí)建議各方加強(qiáng)對(duì)頁(yè)巖氣井水平段鉆井水基鉆井液技術(shù)的研發(fā)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，從根本上解決含油鉆屑處理成本高和難度大的問(wèn)題。

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（修改回稿日期 2018-01-04 編 輯 陳 嵩）

中國(guó)石油西南油氣田公司喜迎天然氣勘探開(kāi)發(fā)黃金時(shí)代

2017年中國(guó)石油西南油氣田公司（以下簡(jiǎn)稱西南油氣田）新增天然氣探明儲(chǔ)量2 248h108m3，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)量連續(xù)14年高峰增長(zhǎng)；生產(chǎn)天然氣210h108m3，創(chuàng)造年產(chǎn)量新紀(jì)錄。

四川盆地地質(zhì)條件復(fù)雜，勘探開(kāi)發(fā)難度大。西南油氣田統(tǒng)籌管理要素，激發(fā)創(chuàng)新活力，推行技術(shù)人才“雙序列”改革，修訂“科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)辦法”，激發(fā)各類技術(shù)人才干事創(chuàng)業(yè)的熱情。同時(shí)，西南油氣田拓展開(kāi)放空間，借腦引智聚力：2018年1月12日，西南油氣田與中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院（以下簡(jiǎn)稱勘探開(kāi)發(fā)研究院）聯(lián)合組建四川盆地研究中心，勘探開(kāi)發(fā)研究院80多名科研人員與西南油氣田科研人員并肩戰(zhàn)斗，攻關(guān)技術(shù)難題；在常規(guī)天然氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，西南油氣田正攻關(guān)“長(zhǎng)興組—飛仙關(guān)組勘探有利區(qū)帶評(píng)價(jià)及目標(biāo)優(yōu)選論證”等5個(gè)課題，參加研究單位不乏國(guó)內(nèi)知名研究機(jī)構(gòu)、“雙一流”高校；為規(guī)模效益開(kāi)發(fā)深層頁(yè)巖氣，西南油氣田籌建四川頁(yè)巖氣院士工作站，推進(jìn)科技攻關(guān)、人才培養(yǎng)的一體化，為國(guó)內(nèi)深層頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)闖出一條新路。

為喜迎天然氣勘探開(kāi)發(fā)黃金時(shí)代，西南油氣田2018年度工作會(huì)議提出：到2020年，全面建成年產(chǎn)氣300h108m3戰(zhàn)略大氣區(qū)，其中頁(yè)巖氣產(chǎn)量達(dá)到100h108m3，氣田開(kāi)發(fā)管理水平國(guó)內(nèi)領(lǐng)先；到2035年，天然氣產(chǎn)量達(dá)到700h108m3，其中頁(yè)巖氣產(chǎn)量達(dá)到400h108m3，核心技術(shù)和自主創(chuàng)新能力國(guó)內(nèi)領(lǐng)先；21世紀(jì)中葉，中石油西南增長(zhǎng)極地位更加牢固，年產(chǎn)油氣當(dāng)量保持5 000h104t以上并穩(wěn)產(chǎn)20年，規(guī)模實(shí)力、核心競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新創(chuàng)效能力保持國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、達(dá)到國(guó)際一流。