施覽玲，張海山，王 濤，朱 勝，袁則名，和鵬飛

（1.中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

隨著東海低孔滲油氣田的不斷勘探與開發(fā)，鉆井井深不斷增加，鉆井難度也隨之增大，鉆井液技術(shù)主要面臨以下困難：（1）鉆井液對低孔滲儲層的保護問題；（2）東海復(fù)雜地層井壁穩(wěn)定性問題；（3）深部地層溫度較高，鉆井液高溫穩(wěn)定性的問題。針對以上難題，構(gòu)建了有利于東海低孔滲儲層保護、抗高溫、井壁穩(wěn)定性好和高潤滑性的油基鉆井液體系[1，2]，該體系近年來在東海廣泛應(yīng)用。但油基鉆井液使用環(huán)保要求高，為了解決在鉆井作業(yè)過程中油基鉆井液含油巖屑的處理問題，研究形成了海上含油巖屑深度固控技術(shù)，這是一項極具發(fā)展?jié)摿Φ暮臀勰嗵幚砑夹g(shù)[3-6]。

1 海上含油巖屑深度固控技術(shù)

1.1 國內(nèi)常用技術(shù)

目前國內(nèi)外常用的含油巖屑處理方法[7]主要有以下幾種。

（1）熱解吸法：通過提供高熱量的密閉減壓系統(tǒng)，將含油巖屑等固相中的烴類加熱揮發(fā)，揮發(fā)物經(jīng)過冷凝系統(tǒng)回收，據(jù)統(tǒng)計，該技術(shù)對油的回收率可達90 %以上；此方法存在高能耗、高成本以及高溫減壓裝置安全隱患高等問題。

（2）溶劑萃取法：該方法主要用于分離液體混合物。通過將萃取劑加入到混合液體中，根據(jù)不同液體在萃取劑中的溶解度不同而達到兩相或多相分離的目的，然后加熱將低沸點的萃取劑揮發(fā)回收，得到需要分離的液體。該方法比較適合回收含油鉆屑中的油相，但因萃取溶劑揮發(fā)性大，安全要求嚴格，成本較高。

（3）化學(xué)破乳法：利用具有破乳作用的化學(xué)處理藥劑加上具有協(xié)同或催化作用的助劑，使含油廢棄物中因乳化混在一起的油產(chǎn)生破乳化而凝析出來，然后對凝析出的油進行回收。但該方法用于含油巖屑的處理效果不理想。

（4）超聲空化處理技術(shù)：利用超聲波的聲空化作用使含油鉆屑中的油從固體顆粒表面分離，然后通過超聲機械振動使這些分離的油相顆粒聚集，從而達到將含油鉆屑中的油分離出來。但該方法易使巖屑黏度增加，降低脫水性能。

（5）生物處理法：利用能夠分解烴類物質(zhì)的微生物，通過堆肥、生物反應(yīng)器或生物強化等方法讓微生物在含油鉆屑中大量繁殖，最終將鉆屑中的油類物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化。但該方法降解時間長且對環(huán)境要求高。

（6）甩干-離心分析技術(shù)：該方法是機械式的處理方法，通過甩干機和離心機相結(jié)合，將含油巖屑中的油類物質(zhì)甩離巖屑，該方法能將巖屑含油量降低至3 %～5 %。這是目前海上含油巖屑處理的第一步，此過程中產(chǎn)生的細小含油巖屑仍需要運回陸地進一步處理。

1.2 含油巖屑深度固控技術(shù)原理

該技術(shù)的主要原理為：利用電磁感應(yīng)熱解[8-10]技術(shù)，將鉆井過程中的油基鉆屑、鉆井廢棄物等置于封閉容器內(nèi)，進行電磁熱解加熱，使產(chǎn)生的油、氣、水均回收處理，不產(chǎn)生污染氣體，剩余的固態(tài)廢棄物達到海上直接排放標準后直接排放。

該技術(shù)的核心設(shè)備為電磁加熱反應(yīng)釜裝置，其他主要設(shè)備還包括尾氣處理裝置、柱塞泵、螺旋輸送器、冷凝裝置、真空泵、氣動隔膜泵和制氮機。技術(shù)特點包括：（1）綠色環(huán)保，無二次污染；（2）原油可以回收再利用，回收利用率高（＞98 %）；（3）產(chǎn)生的殘渣[11]滿足海上直接排放標準；（4）海上運輸、儲存、處理，污染土壤、水源、空氣風險概率相對較低；（5）熱解產(chǎn)生廢氣量小，自帶尾氣凈化裝置，達到尾氣零排放；（6）使用的設(shè)備為撬裝設(shè)備，便于海上導(dǎo)管架的運輸與安裝；（7）設(shè)備自動化控制，人員工作強度小；（8）技術(shù)成熟，設(shè)備運行穩(wěn)定，綜合處理成本低。

經(jīng)該技術(shù)處理后的含油巖屑中油、水、固三相含量指標如下：（1）回收油中固態(tài)物質(zhì)和水為0.5%～2%；（2）分離出的水中石油和沉淀物為0.5 %～3 %；（3）處理后的含油巖屑含油量為0.1%～1%、含水量小于5%。處理前和處理后含油巖屑含水量、含油量和含固量對比情況（見表1）。

表1 處理前和處理后含油巖屑含水量、含油量和含固量的對比情況

2 含油巖屑深度固控技術(shù)優(yōu)勢

根據(jù)國家海洋法GB4914-2008 標準，東海海域?qū)儆谌壓Ｓ?，鉆井廢棄物排放標準為含油量≤8%。在海上油基鉆井液使用過程當中產(chǎn)生的含油巖屑，約80 %由振動篩返出，另外約20 %由離心機等產(chǎn)生。振動篩返出的含油巖屑由環(huán)境保護系統(tǒng)EPS 處理，被輸送至甩干機內(nèi)進行固液分離，液相經(jīng)高速離心機進一步處理后，循環(huán)利用，固相通過實時的含油量檢測，達標則直接排放，若不達標，進行回收。離心機、除泥器和除砂器產(chǎn)生的巖屑由于粒徑過小而無法再通過甩干機處理，與經(jīng)甩干機處理后含油量不達標的固相一起裝入密封的巖屑箱運回陸地處理，處理流程為：（1）海上平臺使用巖屑箱裝箱；（2）拖輪運輸至陸地；（3）陸地交通工具轉(zhuǎn)運至處理廠堆場；（4）進行處理；（5）巖屑箱再返回海上平臺，工藝流程（見圖1）。

圖1 環(huán)境保護系統(tǒng)EPS 處理工藝流程圖

上述處理模式有諸多弊端：首先含油巖屑在運輸過程當中，泄露風險高、環(huán)保風險大。轉(zhuǎn)運含油巖屑所需的巖屑箱、拖輪及陸地交通工具費用較高。在陸地處理廠堆場儲存期間，含油巖屑本身就存在風險，還有污染周邊土壤、水源及空氣的風險，且占用了存儲面積、產(chǎn)生了存儲費用。整個處理流程周期長，未知風險高。且在陸地尋找含油巖屑處理廠的難度非常大，如果不能找到合適的處理廠則無法使用油基鉆井液。因此，將含油巖屑運回陸地處理是在海上處理技術(shù)不成熟的條件下不得已而為之的一種辦法。

而含油巖屑深度固控技術(shù)所需的設(shè)備可以安裝在海上導(dǎo)管架平臺上，解決了傳統(tǒng)還需運回陸地尋找處理廠再處理的問題，且轉(zhuǎn)運距離近，大大降低了運輸過程中的環(huán)保風險。處理流程周期短，降低了未知風險。單位含油巖屑處理費用低，降低了處理成本。該技術(shù)使用的裝置操作系統(tǒng)封閉，無污染氣體排放，對環(huán)境的影響大大減小。

上述兩種處理含油巖屑的方式對比情況（見表2）。

表2 兩種處理方式對比

3 含油巖屑深度固控處理工藝流程

圖2 含油巖屑深度固控處理工藝流程圖

含油巖屑深度固控處理工藝流程（見圖2）。首先將含油巖屑通過螺旋輸送器或者柱塞泵輸送至電磁加熱反應(yīng)釜裝置內(nèi)，反應(yīng)釜采用高頻電磁感應(yīng)電源加熱，隨著釜內(nèi)攪拌槳葉轉(zhuǎn)動，在高溫真空狀態(tài)下，含油巖屑發(fā)生熱解反應(yīng)，油基鉆井液基礎(chǔ)油和水以氣體餾分的形式分離出來，經(jīng)冷凝裝置冷卻液化成油和水，進入緩沖液罐對其加以回收，剩余的固態(tài)殘渣自動排出，實現(xiàn)無害化。

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

該技術(shù)已在東海探井、調(diào)整井作業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，處理含油巖屑量達2 000 t，很好地解決了東海含油巖屑處理周期長而導(dǎo)致的巖屑箱周轉(zhuǎn)困難以及處理費用高等難題，現(xiàn)以N1 井為例說明現(xiàn)場的應(yīng)用情況。N1 井是一口探井，該井使用油基鉆井液作業(yè)，整個作業(yè)過程總體平穩(wěn)順利，海上共處理含油巖屑162.20 t，運用該技術(shù)圓滿完成了鉆井產(chǎn)生含油巖屑的處理任務(wù)，未發(fā)生任何性質(zhì)油基鉆井液及含油廢料污染問題，處理后的巖屑平均含油量小于1 %，滿足國家海洋法對鉆井廢棄物排放含油量的排放標準（8 %），實現(xiàn)了含油巖屑的全部達標排放。N1 井在油基鉆井液使用過程中產(chǎn)生的含油巖屑每日處理排放情況（見表3）。N1井處理前和處理后巖屑樣品對比圖（見圖3）。

該井處理含油巖屑的流程為：（1）將含油巖屑箱吊至巖屑收集箱上方，通過翻轉(zhuǎn)將巖屑倒至巖屑收集箱內(nèi)。（2）將巖屑收集箱吊至漏斗上方，打開下閘門將巖屑轉(zhuǎn)移至漏斗內(nèi)，隨后通過柱塞泵將含油巖屑輸送至深度固控處理設(shè)備。（3）通過高溫（280 ℃～460 ℃）、脫硫等措施對含油巖屑進行處理，產(chǎn)生氣、液、固三相廢物，氣相經(jīng)過高溫催化、脫硫等處理排放，液相廢物轉(zhuǎn)移至白油罐內(nèi)，固相經(jīng)檢測合格后排海。巖屑收集箱及漏斗（見圖4）。整體作業(yè)流程（見圖5），其中紅色箭頭表示固相處理及排放流程，藍色箭頭表示液相處理及排放流程，綠色為氣相處理及排放流程。

從應(yīng)用效果來看，N1 井使用該技術(shù)較傳統(tǒng)運回陸地再處理的方式相比，不需要占用轉(zhuǎn)運船舶資源及陸地運輸交通工具，使用巖屑箱數(shù)量少，轉(zhuǎn)運距離近，降低了海上運輸期間的溢油風險，從根本意義上實現(xiàn)了含油廢棄物“零”排放，而且單位含油巖屑處理費用低，節(jié)約了單井費用。N1 井運用含油巖屑深度固控技術(shù)與傳統(tǒng)方式對比節(jié)省費用情況（見表4）。

表3 N1 井含油巖屑處理排放記錄

圖3 N1 井處理前和處理后巖屑樣品對比圖

圖4 巖屑收集箱（左圖）及漏斗（右圖）

圖5 含油巖屑深度固控現(xiàn)場作業(yè)流程圖

表4 N1 井運用含油巖屑深度固控技術(shù)與傳統(tǒng)方式相比節(jié)省費用情況

N1 井使用該技術(shù)處理含油巖屑可節(jié)省運輸成本及碼頭服務(wù)費用約30 萬元，且處理費用為3 500 元/噸，總處理量為162.20 t，傳統(tǒng)運回陸地再處理含油巖屑處理費用為7 000 元/噸，N1 井運用含油巖屑深度固控技術(shù)共計可節(jié)省費用87 萬元。

5 結(jié)論及認識

（1）含油巖屑深度固控技術(shù)與傳統(tǒng)運回陸地再處理的方式相比，具有巨大的優(yōu)勢，不僅降低了運輸過程中的環(huán)保風險，減小了其對周圍環(huán)境的影響，還降低了處理成本。

（2）該技術(shù)在東海探井、調(diào)整井中得到了成功應(yīng)用，有效解決了油基鉆井液使用過程中產(chǎn)生含油巖屑無法直接排放的問題，使得油基鉆井液的應(yīng)用成為可行。

（3）該技術(shù)創(chuàng)新成果應(yīng)用前景廣闊，可推廣應(yīng)用于東海所有采用油基鉆井液作業(yè)的探井、調(diào)整井和開發(fā)井中，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。