姬 園 周楊振 魏自濤 劉 平

(1.中國石油長慶油田第三采氣廠；2.中國石油長慶油田蘇里格氣田開發(fā)分公司)

0 引 言

鉆井廢物主要包含鉆井液和鉆井巖屑，2015年在新《環(huán)保法》推出后，為防止鉆井廢液等污染物對環(huán)境造成污染，蘇里格氣田結(jié)合國內(nèi)各油氣企業(yè)鉆井試氣廢物處置利用情況，積極推進“清潔化新工藝”，其中鉆井采取“鉆井液不落地”工藝、試氣采取“壓裂返排液回收利用”工藝[1-3]。實施過程中不斷改進和優(yōu)化相關(guān)工藝，強化全過程監(jiān)管，積極探索和嘗試鉆井廢物資源化利用的有效途徑，先后經(jīng)歷了試驗、應(yīng)用和推廣3個階段，形成了多種處置工藝并存的鉆井廢物處置模式。

1 巖屑成分

1.1 巖屑檢測與鑒定

自2015年以來，長慶油田多次組織對鉆井巖屑進行檢測，摸清蘇里格區(qū)域鉆井巖屑成分。巖屑主要是碎屑巖和碳酸鹽巖，成分為石英、長石、方解石、白云石、高嶺石及蒙脫石等，其固相含量為70%～80%。碎屑巖巖屑固相中SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3含量分別為：44%～67%，4%～55%，0.3%～0.6%，0.5%～7%。碳酸鹽巖巖屑固相CaO、MgO、SiO2、Al2O3含量分別為：38%～56%，11%～21%，5%～12%，4%～9%。

長慶油田委托兩家具有危險廢物鑒定資質(zhì)的機構(gòu)開展了鉆井巖屑的危險特性鑒別。鑒定結(jié)果均為：各項指標未超過標準限值，不具有危險特性。

為探索巖屑的資源化利用方式，長慶油田委托建筑材料鑒定專業(yè)機構(gòu)對巖屑理化指標和放射指數(shù)進行檢測，檢測結(jié)果為與GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》中Ⅲ類砂指標相當(dāng)，內(nèi)、外放射指數(shù)均未超過標準限值。

通過對巖屑的各類指標、危害性的檢測與鑒定，綜合結(jié)論為：水基巖屑不具有危險屬性，組分與天然砂石類似，放射性未超過標準限值，可用于油田基礎(chǔ)建設(shè)[4-6]。

1.2 泥漿池土壤和植被環(huán)境調(diào)研

長慶油田邀請專門機構(gòu)對油氣井井場泥漿池土壤和植被環(huán)境現(xiàn)狀進行調(diào)研，評估之前鉆井巖屑原位固化處理對環(huán)境帶來的風(fēng)險。

為保證采樣的連續(xù)性與科學(xué)性，更好地反映井場土壤和植被情況，采用兩種時間間隔取樣。1991—2010年每隔5年選取有代表性的井場進行調(diào)查；2011—2015年逐年選取具有代表性的井場進行調(diào)查。共完成2個采氣廠土壤樣品560個，植物樣品50個，農(nóng)作物樣品20個，泥漿池巖屑樣品6個。

采樣情況統(tǒng)計見表1。

表1 采樣情況統(tǒng)計

調(diào)研結(jié)果表明：95%以上井場泥漿池內(nèi)植被長勢優(yōu)于池外。主要體現(xiàn)在兩個方面：一是泥漿池內(nèi)優(yōu)勢種群的總蓋度、株高和生物量顯著高于泥漿池外；二是泥漿池內(nèi)植被種類普遍比池外多，物種多樣性增加，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性增強。

泥漿池內(nèi)的農(nóng)作物長勢優(yōu)于池外，體現(xiàn)在單株作物株高、生物量和籽粒飽滿度等方面，其中蕎麥增產(chǎn)30%，大豆、玉米增產(chǎn)10%以上。不同時間段泥漿池內(nèi)、外植被數(shù)量比較見圖1。

圖1 不同時間段泥漿池內(nèi)、外植被數(shù)量比較

泥漿池內(nèi)土壤剖面是一種類似“上沙下黏”的土壤結(jié)構(gòu)。土壤上層(0～100 cm)孔隙結(jié)構(gòu)顯著提高，可以增加降水入滲、減少地表徑流，進而增加土壤貯水量，可促進植被生長。泥漿池內(nèi)外農(nóng)作物取樣質(zhì)量(濕重)比較見表2。

表2 泥漿池內(nèi)外農(nóng)作物取樣質(zhì)量(濕重)比較

整體試驗結(jié)果表明：巖屑泥漿池安全固化填埋技術(shù)可以改善土壤剖面物理結(jié)構(gòu)特性，起到了蓄水保墑的效果。井場內(nèi)泥漿池生長的冰草見圖2。

圖2 井場內(nèi)泥漿池生長的冰草

在陜北和內(nèi)蒙3個井場內(nèi)發(fā)現(xiàn)我國特有珍稀牧草——蒙古冰草，又名沙蘆草，為禾本科優(yōu)質(zhì)牧草。其中烏審旗井場內(nèi)泥漿池上發(fā)現(xiàn)了4株沙蘆草，2株根系已經(jīng)扎根在巖屑當(dāng)中。沙蘆草是國家二級保護植物，列入我國珍稀瀕危保護植物名錄，出芽率低至千分之一，能在泥漿池正常發(fā)育，說明泥漿池生態(tài)環(huán)境適合沙蘆草生長。

2 鉆井廢物處置及資源化利用情況

2.1 固化法

2015年以前，井場修建泥漿池并鋪設(shè)土工膜進行防滲，泥漿池使用完畢后進行無害化處理，蘇里格氣田開發(fā)伊始，制定了以“固化法”為主的泥漿池治理的標準、規(guī)范，從企業(yè)資質(zhì)審查、現(xiàn)場開工管理、治理過程控制、驗收質(zhì)量檢測等方面進行規(guī)范。其主要工藝是在泥漿池內(nèi)加入混凝劑沉降分離，清液經(jīng)地方環(huán)保部門檢測達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》二級標準后用于井場綠化；隨后在泥漿池內(nèi)加入固化劑，通過挖掘機攪拌，與鉆井廢液進行混合、固化，固化后的浸出液達到GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》三級標準，適時進行植被恢復(fù)?！肮袒ā碧幚砉に囀疽庖妶D3。

圖3 “固化法”處理工藝示意

2.2 實施鉆井液不落地

2015年蘇里格氣田全面推廣實施鉆井液不落地和壓裂液循環(huán)利用工藝，取消開挖泥漿池，強化源頭控制，從根本上降低鉆井廢物排放。巖屑固廢處理工藝從試驗到推廣經(jīng)歷了3個階段的發(fā)展。

2.2.1 試驗階段(2015—2016年)

該階段主要采取的工藝有：“混合收集、破膠脫穩(wěn)壓濾”“四級振動篩分+機械離心分離”“大罐循環(huán)沉降+隨鉆隨拉運”。這些工藝雖然對鉆井廢物進行了合理處置，但在成本控制、巖屑減量、鉆井提速等方面存在很多弊端。

“混合收集、破膠脫穩(wěn)壓濾”工藝：完井液經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)處理后部分用于配制鉆井液，鉆井液循環(huán)處理系統(tǒng)排出的鉆井廢物進行混相收集，進入儲液罐，經(jīng)破膠脫穩(wěn)和板框壓濾機處置，脫出水用于鉆井液補充液或下口井表層鉆進施工，分離出的巖屑在儲存箱或地面用防滲布下鋪上蓋暫存。優(yōu)點：固液分離徹底，巖屑脫水率高，便于存儲、拉運處置。直/定向井產(chǎn)生量約380～450 m3/口；缺點：破膠后的鉆井廢液性能無法滿足循環(huán)利用要求，需要再加化學(xué)藥劑進行鉆井液性能調(diào)整，破膠及再調(diào)整性能均存在化學(xué)藥劑成本，同時，性能調(diào)整需要一定周期，不能滿足鉆井“快速鉆進階段”鉆井提速要求。

“四級振動篩分+機械離心分離”工藝：鉆井液循環(huán)處理系統(tǒng)排出的巖屑及鉆井液經(jīng)螺旋輸送機進入四級振動篩篩出，循環(huán)罐排出的鉆井液經(jīng)低位回收罐進入下一級振動篩，篩出的鉆井液經(jīng)高速離心及處理后補充鉆井液重復(fù)利用，巖屑收集后干化處理。優(yōu)點：通過物理分離，固液分離后的鉆井液性能未被破壞，能夠滿足鉆井“快速鉆進階段”鉆井提速鉆井液性能要求，無需使用化學(xué)藥劑，相對成本較低。缺點：固液不能有效分離，固液混合物需要進行固化，極大增加了單井巖屑產(chǎn)生量，直/定向井產(chǎn)生量約750～850 m3/口。

“大罐循環(huán)沉降+隨鉆隨拉運”工藝：將返出的鉆井液和巖屑收集在大罐內(nèi)，沉降分離，逐級沉降后，上層鉆井液循環(huán)利用，下層巖屑等固液混合物及時隨鉆隨拉運出井場。優(yōu)點：采用罐體逐級沉降的方式取代原有壓濾設(shè)備，成本降低，做到“隨鉆隨拉運”，實現(xiàn)簡化處理工藝，提高鉆井效率，消除環(huán)保隱患，做到“工完、料凈、場地清”，同時，鉆井液性能也未被破壞，能夠滿足鉆井“快速鉆進階段”鉆井提速鉆井液性能要求。直/定向井產(chǎn)生量約500～600 m3/口。缺點：固液未被分離，處理廠暫存困難且處置費用相對較高。

2.2.2 應(yīng)用階段(2017—2018年)

該階段主要采取的工藝有：“大罐循環(huán)沉降+隨鉆隨拉運”“多組罐循環(huán)沉降+破膠板框壓濾”?；緷M足了產(chǎn)能部署工作量大幅增加，鉆井全面提速現(xiàn)場“快速鉆進”的需要。同時采取隨鉆隨拉運方式，將鉆井廢物直接拉運至就近的處理廠，經(jīng)濟成本相對較低。但鉆井巖屑無法進行資源化利用，最終只能進行外委處置。

“多組罐循環(huán)沉降+破膠板框壓濾”工藝：將返出的鉆井液和巖屑收集在大罐內(nèi)混相均質(zhì)，通過多組罐分級沉降分離、破膠脫穩(wěn)、板框壓濾后，實現(xiàn)最大程度上的固液分離，脫出水用于鉆井液補充液或下口井表層鉆進施工，分離出的巖屑在井場臨時存儲后外運。優(yōu)點：固液分離徹底，巖屑便于存儲、拉運處置，濾餅拉運、處理費用較“大罐循環(huán)沉降+隨鉆隨拉運”工藝略低。缺點：現(xiàn)場清潔化程度不高，濾液利用率低，環(huán)保風(fēng)險大。

2.2.3 推廣階段(2019年)

提升現(xiàn)場清潔化生產(chǎn)水平，規(guī)模推廣“鉆井廢物隨鉆處理及資源化利用一體化”工程。該階段主要采取的工藝有：“鉆井廢物處理一體化”“大罐循環(huán)沉降+隨鉆隨拉運”。

其中“鉆井廢物隨鉆處理及資源化利用一體化工藝”通過破膠脫穩(wěn)、固液分離、轉(zhuǎn)化還原等物理及化學(xué)方式，鉆井廢液固液分離徹底，轉(zhuǎn)化為泥餅與濾液。泥餅干燥堅硬，含水率控制在30%以內(nèi)，甚至可以達到20%，易于存放和后期利用。濾液澄清，經(jīng)處理后可在鉆井現(xiàn)場回用配制鉆井液。鉆井廢液處理過程中，不添加任何固化劑，固體廢物總量無增加，便于運輸，降低運輸過程中的環(huán)保風(fēng)險，同時可用于制磚或鋪墊井場等資源化再利用。如2019年蘇里格某采氣廠實施的一體化工藝62口井，液相循環(huán)利用率達到73%，固相(壓濾泥餅)含水率低于35%[7-8]。

鉆井廢物隨鉆處理及資源化利用一體化工藝流程見圖4，工藝現(xiàn)場效果見圖5。

圖4 鉆井廢物隨鉆處理及資源化利用一體化工藝流程

圖5 鉆井廢物隨鉆處理及資源化利用一體化工藝現(xiàn)場效果

2.3 存在問題

蘇里格氣田每年產(chǎn)生約50萬m3鉆井固廢，體量巨大，如果全部外委處置，氣田開發(fā)成本大幅增加，平均每口井費用增加20～30萬元，運輸過程中也存在較大的環(huán)保風(fēng)險。而當(dāng)下游巖屑處理廠處于飽和時，鉆屑只能暫存為主。

同時，因暫無鉆井廢物處置及資源化利用標準規(guī)范，只能少部分用于試驗性的制磚，無法大規(guī)模資源化利用。

3 結(jié)論與建議

水基鉆井巖屑屬于一般固體廢物，理化指標和與建設(shè)用砂指標相當(dāng)，在可資源化利用等方面有明顯優(yōu)勢。蘇里格氣田屬于“低滲、低壓、低豐度”氣田，資源品位差，單井產(chǎn)量低，產(chǎn)能遞減快，因此每年建井?dāng)?shù)量多，鉆井巖屑數(shù)量巨大。應(yīng)嘗試在考慮巖屑危險性，保障對環(huán)境無污染的前提下，加大推廣小井眼和水平井鉆井規(guī)模、不斷優(yōu)化鉆井液體系，強化現(xiàn)場處置及監(jiān)管力度，進一步實現(xiàn)源頭控制及循環(huán)利用。同時，盡快制定蘇里格氣田鉆井固廢處置及資源化利用相關(guān)標準，并結(jié)合國內(nèi)外鉆井廢物處置、再利用現(xiàn)狀，積極探索鉆井固廢鋪墊井場、鋪墊油區(qū)道路等大規(guī)模資源化利用方式。