侯永亮，宋峙潮，陳 真，王志超，趙 鵬，和鵬飛

（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）

近年來(lái)，尤其新環(huán)保實(shí)施后，海上油氣田生態(tài)保護(hù)區(qū)、林漁業(yè)等特殊要求部分海域禁止直接排放入海，需將鉆屑進(jìn)行收集轉(zhuǎn)運(yùn)，因此對(duì)鉆屑的傳輸環(huán)節(jié)要求不斷提高。具體表現(xiàn)在提高傳輸?shù)男?、減少泄漏風(fēng)險(xiǎn)、傳輸距離更遠(yuǎn)；同時(shí)要求傳輸裝置不宜過(guò)大，以滿(mǎn)足能夠在已建設(shè)的鉆井裝備中安裝，縮小空間限制。海上平臺(tái)在鉆井作業(yè)工作過(guò)程中，會(huì)伴隨產(chǎn)生大量的鉆井廢棄物，及時(shí)有效的對(duì)鉆井廢棄物進(jìn)行減量化處理，可以避免由于廢棄物處理不當(dāng)流入大海污染海洋環(huán)境。鉆井平臺(tái)要做全回收的適應(yīng)性改造工作，解決常規(guī)鉆井平臺(tái)系統(tǒng)流程存在跑冒滴漏無(wú)法實(shí)現(xiàn)全回收作業(yè)。受限于海上平臺(tái)空間的影響，如何高效的利用平臺(tái)、甲板現(xiàn)有富?？臻g，搭建適合海洋石油開(kāi)發(fā)的鉆井廢棄物減量化工藝。開(kāi)發(fā)小型化、高效化處理設(shè)備是解決這一問(wèn)題的最好辦法，“零排放”項(xiàng)目在鉆完井作業(yè)中凸顯價(jià)值[1，2]。

1 渤海C 油田項(xiàng)目開(kāi)發(fā)難點(diǎn)

區(qū)域上，C 油田位于石臼坨凸起西段陡坡帶，緊鄰渤中西次洼，東距渤中2-1 油田約20.0 km，西北距南堡35-2 油田約12.5 km。C 油田構(gòu)造為依附于石南一號(hào)邊界斷層發(fā)育的被斷層復(fù)雜化的斷鼻構(gòu)造，在空間上由陡坡帶和斷階帶組成。平臺(tái)分南北井區(qū)，44 個(gè)槽口，設(shè)計(jì)42 口開(kāi)發(fā)井。渤海C 油田位于生態(tài)紅線(xiàn)區(qū)，嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)污染物“零排放”[3]。

我國(guó)法律規(guī)定水基鉆井液（不包含磺化體系）及鉆屑為一般廢棄物，針對(duì)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)海域滿(mǎn)足國(guó)家法律要求即可排海。隨著國(guó)家級(jí)行業(yè)對(duì)鉆井廢棄物的危害認(rèn)知度提升，海洋鉆井尤其是內(nèi)海環(huán)保政策的收緊，渤海“零排放”最新要求的落地，部分區(qū)域已經(jīng)在執(zhí)行“零排放”鉆井。

以渤海灣為例，現(xiàn)階段使用水基鉆井液體系鉆井，平均單井使用鉆井液超過(guò)1 000 m3，產(chǎn)生鉆屑400 m3，而每年要作業(yè)200～300 口井。隨著環(huán)保政策收緊，所有產(chǎn)生的廢棄物都不允許排海，鉆井液重復(fù)使用及鉆屑無(wú)害化資源化處理是唯一解決辦法[4]。

2 “零排放”技術(shù)研究

針對(duì)渤海C 油田項(xiàng)目開(kāi)發(fā)在環(huán)保領(lǐng)域面臨的難點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)研發(fā)了泥漿回收系統(tǒng)、雨水回收系統(tǒng)、鉆井水基泥漿處理系統(tǒng)，在降低設(shè)備占地面積的同時(shí)也降低了設(shè)備的運(yùn)行成本，綜合提升海上平臺(tái)的經(jīng)濟(jì)效益[5]。

2.1 泥漿回收系統(tǒng)

（1）更新改造井口積油盤(pán)，在積油盤(pán)與喇叭管貼合面增加膠皮，使積油盤(pán)更貼合喇叭管，同時(shí)增加積油盤(pán)倒流坡度，全面回收井口區(qū)域漏失的鉆井液；

（2）升級(jí)改造鉆臺(tái)地漏管線(xiàn)，增加鉆臺(tái)地漏全面覆蓋鉆臺(tái)區(qū)域，降低堵塞風(fēng)險(xiǎn)，在鉆井作業(yè)期間將鉆臺(tái)面泥漿導(dǎo)流至泥漿循環(huán)系統(tǒng)，雨水及衛(wèi)生用水通過(guò)倒換流程進(jìn)入污水柜，統(tǒng)一回收至3P、3S 污水收集艙；

（3）增加沉砂池泥漿返排功能，在三除泵排出端管線(xiàn)增加三通及蝶閥，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離密閉傳輸功能。

2.2 雨水回收系統(tǒng)

鉆臺(tái)污水收集排放：對(duì)鉆臺(tái)污水地漏管線(xiàn)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)鉆臺(tái)地漏污水，轉(zhuǎn)盤(pán)旁污水槽收集污水進(jìn)入鉆臺(tái)污水柜，最后通過(guò)76.2 mm 氣動(dòng)隔膜泵連接軟管將污水柜污水排至移動(dòng)污水罐或連接外輸站外輸。

生活污水、艙底水、甲板污水收集：（1）左舷散裝艙地漏水總管線(xiàn)切斷排海處閥門(mén)，閥門(mén)前加管線(xiàn)，順延地漏總管線(xiàn)的坡度，在樓梯口處地漏水管線(xiàn)彎頭變?nèi)ǎ┡摰轿鬯幚硌b置這一側(cè)，順延坡度，在3P 艙開(kāi)洞進(jìn)入3P 艙。實(shí)現(xiàn)3P 艙用來(lái)收集左舷的甲板水；（2）左舷污水處理裝置處理后的黑灰水管線(xiàn)在穿過(guò)散料倉(cāng)的位置管線(xiàn)上增加閥門(mén)并切斷，閥門(mén)前加三通引出一路管線(xiàn)順延艙壁到達(dá)3P 艙開(kāi)洞進(jìn)入。實(shí)現(xiàn)3P 艙用來(lái)收集整個(gè)船的生活污水；（3）左舷散裝艙排海處艙底水管線(xiàn)在排海處切斷艙底水管線(xiàn)閥門(mén)，閥門(mén)前引出一路分支管線(xiàn)，沿著左舷散裝艙上部開(kāi)洞進(jìn)入3P 艙。實(shí)現(xiàn)3P艙用來(lái)收集艙底水。右舷地漏水總管線(xiàn)切斷排海處閥門(mén)，閥門(mén)前加管線(xiàn)，順延地漏總管線(xiàn)的坡度，在3S 艙開(kāi)洞進(jìn)入3S 艙。實(shí)現(xiàn)3S 艙用來(lái)收集右舷的甲板水。

所有污水收集，外輸：所有污水收集到3P、3S 艙，通過(guò)新加電動(dòng)泵外輸?shù)郊幼⒄荆詈笸ㄟ^(guò)軟管輸送到供應(yīng)船。原有艙底水泵也可實(shí)現(xiàn)3S 艙倒艙到3P 的功能（見(jiàn)圖1）。

圖1 雨水回收流程圖

2.3 鉆井水基泥漿處理系統(tǒng)

2.3.1 鉆屑干燥分選系統(tǒng) 廢棄鉆屑的主要來(lái)源為：（1）鉆井過(guò)程中排放的多余的廢棄鉆井液；（2）循環(huán)系統(tǒng)盛放的為了處理復(fù)雜情況儲(chǔ)備的鉆井液；（3）固井時(shí)水泥漿置換出的鉆井液。廢棄鉆井液約占總廢棄物的70%左右，所含污染物主要是各種有害的鉆井液處理劑。

廢棄鉆屑的主要來(lái)源是鉆井廢水、廢棄鉆井液和鉆井巖屑。而鉆井廢棄物的組成與廢棄鉆井液組成一致，是由黏土、鉆屑、加重材料、化學(xué)添加劑、無(wú)機(jī)鹽、污水、污油（油基鉆井廢棄物則含有大量的油類(lèi)，如柴油、原油、植物油、礦物油等）組成的多相穩(wěn)定膠體體系。

現(xiàn)階段海洋產(chǎn)生的固相主要來(lái)源方向：（1）鉆屑：振動(dòng)篩出來(lái)后，經(jīng)過(guò)螺旋輸送至巖屑箱收集；（2）三除底流（除砂、除泥器、離心機(jī)底流）：處理振動(dòng)篩后鉆井液，產(chǎn)出物為細(xì)小固相顆粒，不具備一定流動(dòng)性，黏稠度較高（此部分經(jīng)過(guò)分選篩都會(huì)進(jìn)入篩下罐）。

本文研制的巖屑分選篩成套設(shè)備為單撬結(jié)構(gòu)，首批設(shè)備在海上鉆井平臺(tái)空間有限的情況下達(dá)到預(yù)期效果。緊湊的單撬集成化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念不僅滿(mǎn)足于空間有限的作業(yè)場(chǎng)地條件限制，而且還發(fā)揮最大的作業(yè)效果。隨著集成化程度的進(jìn)一步優(yōu)化升級(jí)，各個(gè)設(shè)備布局更加合理，工作效率進(jìn)一步提升。主要由篩分單元、混合均質(zhì)單元、外排輸送單元等部件以及存儲(chǔ)單元、走道護(hù)欄部分、管匯部分總裝及其他附屬設(shè)備組成。結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2）。

圖2 分選篩成套設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

結(jié)合國(guó)內(nèi)外振動(dòng)篩的技術(shù)優(yōu)劣點(diǎn)，選取了GNZS594EH-DZ 高G 振動(dòng)篩作為分選篩的干燥篩分單元。高G 振動(dòng)篩是一種激振力可以達(dá)到8 G，篩網(wǎng)面積達(dá)到3.2 m2的直線(xiàn)振動(dòng)篩。它既可以作為鉆井一級(jí)固控設(shè)備，也可以用于干燥油基泥漿或者水基泥漿，將其轉(zhuǎn)化便于運(yùn)輸較干燥的鉆屑，更適用于海上水基鉆屑干燥分選作業(yè)。

振動(dòng)篩增加噴淋清洗裝置，用于沖洗篩網(wǎng)防止篩網(wǎng)堵塞，并清洗固相，能夠降低泥漿液相在巖屑固相表面的吸附量，達(dá)到降低含液率的目的。

2.3.2 鉆井液絮凝壓濾系統(tǒng) 海上鉆井平臺(tái)小型化集成化壓濾成套設(shè)備要打破傳統(tǒng)壓濾設(shè)備的一般概念，經(jīng)集成化，小型化，輕量化及高效化集中于一臺(tái)設(shè)備之上，真正實(shí)現(xiàn)鉆井廢棄液從水基泥漿到濾餅濾渣的過(guò)程。首先本設(shè)備是將物料調(diào)理系統(tǒng)，物料壓榨系統(tǒng)以及濾餅輸送系統(tǒng)和進(jìn)料系統(tǒng)融為一體，完美結(jié)合，不再是簡(jiǎn)單的壓濾機(jī)，皮帶輸送機(jī)是皮帶輸送機(jī)，將設(shè)備功能不同，結(jié)構(gòu)不同且相互獨(dú)立的多個(gè)系統(tǒng)緊密結(jié)合起來(lái)，是一種集多種功能于一身的新概念組合產(chǎn)品。新設(shè)備不僅提高了生產(chǎn)效率，減小設(shè)備的占地面積及空間，更提高了設(shè)備運(yùn)輸便捷性。

集成化小型化的過(guò)濾設(shè)備研制開(kāi)發(fā)不僅適應(yīng)于多樣的環(huán)境，更方便運(yùn)輸，方便拆裝，方便海上平臺(tái)吊裝，同時(shí)也增加海上平臺(tái)空間利用率。平臺(tái)設(shè)備空間有限，并且在有限的空間上，實(shí)現(xiàn)鉆井廢棄液減量化處理，將設(shè)備的整機(jī)體積縮小的同時(shí)，還要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高效運(yùn)行，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化，生產(chǎn)高效化，實(shí)現(xiàn)污泥調(diào)理攪拌系統(tǒng)，進(jìn)料系統(tǒng)，壓濾系統(tǒng)，濾餅輸送系統(tǒng)，濾餅破碎系統(tǒng)，清理管道的反吹系統(tǒng)和濾布清洗系統(tǒng)等系統(tǒng)于一個(gè)集成設(shè)備中，每個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行且各系統(tǒng)相互密切配合[6]。

2.3.3 離心機(jī)高效分離系統(tǒng) 螺旋卸料器的出料口采用渦流式，以及三個(gè)相垂直的寬大式逃逸口，加速物料進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓，減少出料對(duì)已形成的分離固相的擾動(dòng)，提高處理能力。在使用絮凝劑的行業(yè)，可有效降低高速出料狀態(tài)下出料孔對(duì)成型絮團(tuán)的剪切作用，從而降低藥劑消耗。

錐角的大小決定離心機(jī)使用的穩(wěn)定性，物料分離效果的優(yōu)劣性，為了達(dá)到更好的分離效果，針對(duì)不同物料的參數(shù)特性進(jìn)行測(cè)定，設(shè)計(jì)不同錐角大小，滿(mǎn)足離心機(jī)的連續(xù)出料，提升分離效果。

懸浮液中不可避免存在砂石、玻璃、金屬等細(xì)小的堅(jiān)硬顆粒和雜質(zhì)，若離心機(jī)未采取可靠的耐磨配置，嚴(yán)重影響離心機(jī)的使用壽命和運(yùn)行穩(wěn)定性。離心機(jī)的耐磨防護(hù)方案是完全有針對(duì)性的，根據(jù)物料的特性（pH值、腐蝕性物質(zhì)、固體顆粒大小硬度等），可選擇采用硬質(zhì)合金或者陶瓷或根據(jù)物料特性任意組合使用。

離心機(jī)在運(yùn)行工作時(shí)，由進(jìn)料管連續(xù)供料，在供料量加大或離心機(jī)堵塞的情況下，物料會(huì)沿進(jìn)料管外圓返回到設(shè)備外，造成泄漏，影響環(huán)境。本項(xiàng)目在進(jìn)料管上增加了托架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可將泄漏的物料收集并排至收集罐，能有效防止物料掉落。

3 “零排放”技術(shù)應(yīng)用

3.1 全回收作業(yè)模式（見(jiàn)圖3）

圖3 全回收作業(yè)流程圖

（1）巖屑泥漿處理：主要使用EPS 工程船，巖屑處理量為60 m3/h（1 400 m3/d）；備用平臺(tái)上分選篩和水洗螺旋輸送機(jī)，最大處理能力30 m3/h，分選篩處理后的濾液利用小型化壓濾設(shè)備處理。

（2）海水膨潤(rùn)土漿、簡(jiǎn)易聚合物和BIODRILL A 等鉆井液處理：主要使用EPS 工程船處理，處理量為450～600 m3/d，備用平臺(tái)上小型化壓濾設(shè)備，處理量為130～150 m3/d。

（3）鉆開(kāi)液、完井液處理：使用EPS 工作船處理，鉆開(kāi)液處理量為120 m3/d，完井液處理量為300 m3/d。

（4）固井混漿等處理：利用巖屑箱回收，添加緩凝劑后回收至陸地處理。

（5）返排液處理：返排出完井液回收使用，原油返至拖輪，轉(zhuǎn)移至NB35-2B 平臺(tái)進(jìn)流程處理。

（6）生活污水等處理：每個(gè)平臺(tái)產(chǎn)量約為20 m3/d，鉆井船進(jìn)行相關(guān)改造回收生活污水，利用拖輪定期返輸至塘沽碼頭處理。

以渤海C 油田一口3 200 m 井為例，進(jìn)行傳輸系統(tǒng)及處理系統(tǒng)能力校核。

（1）巖屑處理能力：高峰期二開(kāi)日進(jìn)尺800 m 計(jì)算，每小時(shí)產(chǎn)生鉆屑25 m3，EPS 負(fù)荷使用率42%。

（2）巖屑儲(chǔ)存能力：每日產(chǎn)生噸袋：336×0.6+336×0.4×1.09×0.3×0.5=224 袋，兩口井產(chǎn)生噸袋952×0.6+952×0.4×1.09×0.3×0.5=633 袋，EPS 甲板可儲(chǔ)存800袋。10～15 d（兩口井二開(kāi)周期）需要進(jìn)行回港卸料或者料船進(jìn)行轉(zhuǎn)送。

（3）泥漿處理能力：兩口井同時(shí)開(kāi)鉆，需同時(shí)處置182 m3泥漿，兩口井同時(shí)完鉆，最多需同時(shí)處置330 m3鉆井液，EPS 工作船均能在1 日內(nèi)完成。

（4）泥漿儲(chǔ)存能力：泥漿倉(cāng)為1 295 m3，濾液倉(cāng)為1 620 m3。

3.2 巖屑密閉傳輸系統(tǒng)

為了保證巖屑傳輸?shù)陌踩?、可靠性，采用兩種傳輸方案（見(jiàn)圖4）：密閉傳輸泵為主傳輸方案，實(shí)現(xiàn)將巖屑傳輸至EPS 工作船和平臺(tái)處置設(shè)備的兩條傳輸路線(xiàn)；螺旋輸送器為備用傳輸方案，實(shí)現(xiàn)將巖屑傳輸至平臺(tái)處置設(shè)備。螺旋輸送器出料口，滿(mǎn)足3 個(gè)方向的轉(zhuǎn)換，分別為傳輸泵、分選篩、巖屑箱；巖屑由平臺(tái)固控區(qū)經(jīng)螺旋輸送器傳輸至密閉傳輸系統(tǒng)，再由傳輸泵通過(guò)主管線(xiàn)傳輸至EPS 接收船；巖屑由平臺(tái)固控區(qū)經(jīng)螺旋輸送器傳輸至EPS 分選篩或巖屑箱。

圖4 巖屑密閉傳輸系統(tǒng)圖

鉆井廢棄物經(jīng)螺旋輸送器、通過(guò)密閉傳輸泵直接泵送至EPS 工作船進(jìn)行處置，傳輸管線(xiàn)用一備一；可實(shí)現(xiàn)靠一條EPS 船同時(shí)解決兩條鉆井船巖屑的傳輸及處理，降低吊車(chē)工作頻次，減少占用鉆機(jī)甲板面積。

3.3 鉆完井液

鉆井液：海水膨潤(rùn)土漿、海水聚合物、水基環(huán)保鉆井液（BIODRILL A）等可以實(shí)現(xiàn)減量70%～80%，濾液直接回用。

固井頂替液：通過(guò)加入防腐劑，后續(xù)鉆水泥塞期間頂替回收后進(jìn)行減量化，可以實(shí)現(xiàn)減量化處理，濾液直接回用。

鉆開(kāi)液、完井液：針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)EZFLOW 鉆開(kāi)液、HTAFLOW 完井液、洗井液，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)氣浮壓濾處理，實(shí)現(xiàn)固液分離，油相和固相回收，處理后的液相進(jìn)行水處理設(shè)備，處理后液相用于重復(fù)循環(huán)配制EZFLOW、HTAFLOW 基液，實(shí)驗(yàn)并不影響其性能（見(jiàn)圖5）。

圖5 鉆完井液處理后性能對(duì)比

4 結(jié)論

（1）新環(huán)保法實(shí)施后，海上油氣田生態(tài)保護(hù)區(qū)、林漁業(yè)等特殊海域禁止直接排放入海，以渤海C 油田為例的諸多油田都處于海洋生態(tài)紅區(qū)，要求嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)污染物“零排放”，對(duì)海洋鉆井及油氣田開(kāi)發(fā)提出了巨大挑戰(zhàn)。

（2）針對(duì)海洋鉆井面臨的環(huán)保難題，從泥漿回收、雨水回收、鉆井水基泥漿處理三個(gè)角度進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)，在降低設(shè)備占地面積的同時(shí)也降低了設(shè)備的運(yùn)行成本，綜合提升海上平臺(tái)的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）“零排放”技術(shù)在渤海C 油田中實(shí)踐應(yīng)用，形成了獨(dú)特的全回收作業(yè)模式、密閉的巖屑傳輸系統(tǒng)及鉆完井工作廢液處理方法，對(duì)海洋生態(tài)紅區(qū)油氣田開(kāi)發(fā)具有極其重要的意義。