崔樹清，黃博華

（中國石油華北油田公司，河北任丘 062552）

據(jù)統(tǒng)計測算，在不發(fā)生井下復(fù)雜的情況下，平均一口測深4 000 m的215.9 mm井眼，產(chǎn)生的鉆屑等固體廢物超過600 m3，產(chǎn)生的廢液量大于850 m3。以某油田為例，按年鉆井進尺110×104m測算，年產(chǎn)生固廢16.5×104m3，廢液23.4×104m3。隨著勘探開發(fā)的不斷發(fā)展，產(chǎn)生大量鉆井廢棄物，制約了石油工業(yè)清潔生產(chǎn)的發(fā)展進程，增加了環(huán)保工作負擔。隨著國家循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展，特別是新《固體廢物污染環(huán)境防治法》的頒布實施，國家對固廢管理愈加嚴格、規(guī)范。推進廢棄鉆井液減量化技術(shù)，從源頭減少廢棄鉆井液的產(chǎn)生顯得尤為重要。

1 鉆井泥漿不落地處理存在的技術(shù)缺陷分析

鉆井液用于鉆井過程中循環(huán)攜帶巖屑，對安全高效鉆井起著非常重要的作用，被譽為“鉆井的血液”。廢棄鉆井液的主要來源包括：在鉆井過程中因調(diào)整鉆井液性能或改變鉆井液體系而排出的鉆井液、振動篩等固控系統(tǒng)分離脫除的鉆屑、處理井下事故復(fù)雜排出的鉆井液、固井作業(yè)排放出的被水泥漿污染的鉆井液、為應(yīng)對井控險情而儲備的重漿等。

為實現(xiàn)清潔鉆井，目前國內(nèi)油氣田企業(yè)對廢棄鉆井液的處理方式由過去的泥漿池固化填埋逐漸被鉆井泥漿不落地處理[1，2]技術(shù)所替代。所謂泥漿不落地技術(shù)，又稱“鉆井廢棄物隨鉆處理技術(shù)”。該技術(shù)是在鉆進過程中通過配套的隨鉆處理設(shè)備和添加相應(yīng)的處理藥劑，使廢棄鉆井液實現(xiàn)不落地無害化處理。鉆井廢棄物隨鉆處理設(shè)備和工藝一般包括廢棄物收集單元、破膠脫穩(wěn)單元、固液分離單元、污水處理單元四部分。鉆井過程中產(chǎn)生的廢棄泥漿、巖屑通過收集單元被收集后，添加化學藥劑進行破膠脫穩(wěn)、絮凝分離，進入固液分離單元通過壓濾設(shè)備進行固液分離。固液分離后形成的固廢（泥餅）可與黏土、水泥按比例摻和用來燒磚或填埋，分離出的濾液水經(jīng)吸附過濾等預(yù)處理工藝后可用于再次配漿或油田回注、回灌安全地層、達標排放。

鉆井廢棄物隨鉆處理技術(shù)替代了傳統(tǒng)的泥漿坑，有效降低了廢棄鉆井液帶來的環(huán)保風險，有利于保護生態(tài)環(huán)境；同時，也減少了井場占地面積，節(jié)約了一定的土地征用費。近年來，泥漿不落地技術(shù)在各油氣田企業(yè)得到廣泛的推廣應(yīng)用，但現(xiàn)階段該技術(shù)仍存在以下問題尚未得到有效解決：

（1）固液分離后固相泥餅處置。鉆井泥漿不落地處理后的固相盡管主要指標能夠達到GB15618-2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準》（試行）要求，具體見表1，但仍屬于一般工業(yè)固體廢物，不能隨意丟棄、散落。目前，各油氣田正在積極探索用于機械化制磚、鋪路或其它建筑用途的可行性，但技術(shù)還不成熟，工業(yè)化推廣應(yīng)用尚須時日。近年來，該油田采用填埋場集中填埋處理，有效規(guī)避了大量固相泥餅露天存放可能帶來的二次污染風險，但每一口井產(chǎn)生的固相泥餅需要長距離拉運至填埋場進行二次無害化處置，大幅增加了處置成本。

表1 華北油田固液分離后固相泥餅的主要指標

（2）固液分離后的廢水處置?，F(xiàn)有技術(shù)條件下，固液分離后的廢水尚達不到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）Ⅲ類排放要求，化學需氧量、總磷、總氮等指標超出基本限值。因此，需要將鉆井現(xiàn)場處理后的廢水拉運進入污水處理系統(tǒng)進行二次處理，或拉運至附近的聯(lián)合站（集中處理站）進入聯(lián)合站污水系統(tǒng)，增加了拉運成本和聯(lián)合站運轉(zhuǎn)負荷。

（3）建井周期延長。一是開鉆前不落地處理設(shè)備需要在鉆井設(shè)備安裝就位后再進行安裝，即：鉆井設(shè)備安裝就位后不能立即開鉆，不落地處理設(shè)備的安裝需要1～2天，從而延長了正常開鉆時間；二是在淺層大井眼鉆速快的井段，目前不落地設(shè)備的正常處置能力尚不能滿足快速鉆進要求，有時會出現(xiàn)控制機械鉆速等不落地處理的情況。例如持續(xù)大雨造成道路受阻，由于臨時儲存固液分離后廢水的儲罐裝滿后不能及時拉運，往往會影響正常鉆進，甚至造成污水外溢等較大環(huán)保隱患。

2 廢棄鉆井液減量化技術(shù)

為實現(xiàn)鉆井清潔生產(chǎn)，一方面需要不斷加強鉆井泥漿不落地處理技術(shù)的改進完善[3]，另一方面需要從廢棄鉆井液減量化入手，從源頭控制減少廢棄鉆井液的產(chǎn)生量。廢棄鉆井液減量化是指利用各種技術(shù)手段減少鉆井施工過程中廢棄鉆井液的產(chǎn)生，達到源頭治理的目的。廢棄鉆井液減量化應(yīng)從水基鉆井液固相控制和重復(fù)利用、鉆井液集中配制以及開展清潔鉆井液技術(shù)攻關(guān)、推廣應(yīng)用井筒新技術(shù)等方面入手。

2.1 水基鉆井液固相控制和重復(fù)利用技術(shù)

鉆井液性能指標直接關(guān)系到安全高效鉆井，由于鉆井鉆遇的地層具有多樣性、復(fù)雜性，不同地層所用配漿材料和處理添加劑各不相同。因此，鉆井液體系和添加劑的多樣性制約了鉆井液的重復(fù)利用。

影響水基鉆井液重復(fù)利用的因素主要有：（1）鉆井液中的高分子聚合物類材料在循環(huán)過程中與鉆井液中的固相顆粒吸附結(jié)合形成膠體，該膠體由井口到井底長時間在較高溫度下循環(huán)流動、攜帶巖屑，長鏈高分子受剪切力作用發(fā)生斷裂。同時，一般情況下由于鉆井液使用和儲存需較長時間，導(dǎo)致鉆井液中的大分子發(fā)生降解，使鉆井液各項指標降低，不能滿足重復(fù)再利用的性能要求；（2）各類鹽離子分布不均衡，例如在使用過的氯化鉀聚合物鉆井液中，由于鉀離子較氯離子更易吸附于黏土上，導(dǎo)致鉀離子減少、氯離子相對較多，影響了其原有性能；（3）使用過的鉆井液中固相含量往往較多，主要是重晶石、石灰石等加重材料以及鉆井巖屑等劣質(zhì)固相，特別是經(jīng)過長時間循環(huán)，亞微米級固相顆粒較多；（4）使用過的鉆井液經(jīng)過長時間存儲可能滋生細菌，造成鉆井液變質(zhì)。

2.1.1 充分應(yīng)用固控設(shè)備處理廢棄鉆井液

固相含量高是制約水基鉆井液重復(fù)利用的重要因素之一。振動篩作為一級固控設(shè)備，用于篩除粒徑在250 μm以上的固相顆粒，振動篩布的選擇直接關(guān)系到進入鉆井液中固相顆粒的粒徑范圍[4，5]。因此，在確保不跑漿的前提下，應(yīng)盡可能選用小孔徑篩布。一般情況下，121/4〞井眼可選用不小于140目的篩布，81/2〞井眼應(yīng)選用不小于170目的篩布，篩除盡可能多的固相顆粒。二級固控設(shè)備主要是水力旋流器如除砂器、除泥器，它能篩除粒徑大于64 μm的固相顆粒，旋流器的配置數(shù)量及其有效性直接關(guān)系到二級固控效果。因此，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，現(xiàn)場應(yīng)合理優(yōu)化配備固控設(shè)備，做好日常維護保養(yǎng)，確保固控設(shè)備處理效能最大化。

該油田在楊稅務(wù)潛山帶深井鉆探過程中，根據(jù)鉆井液體系、鉆遇地層巖性特點合理優(yōu)化固相控制技術(shù)，合理配備振動篩、除砂器、除泥器、除氣器等固控系統(tǒng)，強化固控設(shè)施日常管控。鉆進及循環(huán)過程中振動篩、除砂器24小時滿負荷運轉(zhuǎn)，并確保除砂效果良好；除泥器根據(jù)鉆遇地層情況確保開動率不低于80%；鉆進過程中離心機每天開啟不低于8小時。固控技術(shù)的應(yīng)用，有效凈化了鉆井液，提高了井眼清潔程度，減少了廢棄鉆井液產(chǎn)生量。根據(jù)該區(qū)域廢棄鉆井液拉運數(shù)據(jù)統(tǒng)計，AT4X等3口預(yù)探井平均每米進尺鉆井固廢產(chǎn)生量0.29 m3，較該區(qū)域同類井每米進尺減少0.09 m3，3口試驗井累計減少廢棄鉆井液產(chǎn)生量達1 620 m3。

2.1.2 防腐處理

廢棄鉆井液中存在大量厭氧型微生物，用于調(diào)整鉆井液性能的各類添加劑更容易被微生物降解（尤其是功能性官能團），從而使添加劑降低或失去原有功能。由于微生物大多在偏酸性環(huán)境中生長，因此可在使用過的鉆井液中加入適量的氫氧化鈉，將使用過的鉆井液pH值調(diào)整至8.5～9。此外，可在使用過的鉆井液中添加適量的殺菌劑，用于抑制微生物生長。

2.1.3 應(yīng)用新漿稀釋處理廢棄鉆井液

固控設(shè)備無法完全清除廢棄鉆井液中更小的固相顆粒，因此可利用配置新漿來進行稀釋處理。根據(jù)固控設(shè)備及防腐處理后廢棄鉆井液的實際性能，合理確定與新漿的配制比例，確保新、老漿混合均勻后的鉆井液性能滿足安全鉆井要求。

2.1.4 減少鉆井過程中鉆井液的排放量

按照“減量化、資源化、無害化”的工作思路和“源頭控制、過程監(jiān)控、末端治理”的管控模式，一方面要提倡鉆井液的重復(fù)利用；另一方面在上部地層鉆進過程中要加強鉆井液用量控制，用足夠的大分子處理劑配合良好的固控控制好造漿，減少主動排放鉆井液。同時，建設(shè)單位應(yīng)與鉆探企業(yè)結(jié)合，積極探討隨鉆減量化技術(shù)，最大限度減少鉆井過程中廢棄物排放量。

2.2 鉆井液集中配制和排放管理的運行模式

鉆井液質(zhì)量是減少井下復(fù)雜、確保鉆井工程順利實施的基礎(chǔ)，如果鉆井液處理不當，容易造成井眼縮徑、鉆頭泥包等井下復(fù)雜情況，從而降低鉆井時效、延長鉆井周期[6]，也增加了鉆井液排放量。該油田經(jīng)過多年鉆井實踐，配套適用的鉆井液體系已基本形成[7]。為了減少單井施工時鉆井液的技術(shù)差異，使每口井鉆井液技術(shù)得到充分保障，應(yīng)探討嘗試建立鉆井液配制及回收處理中心，對鉆井液的配置和回收處理實施集中管理。鉆井液的集中配置和回收有利于建設(shè)、施工單位實現(xiàn)互利共贏：一是提高鉆井時效。單井所用鉆井液只需從處理中心拉入使用，減少了單井現(xiàn)場配制鉆井液的等停時間；二是能夠保證鉆井液質(zhì)量。鉆井液由處理中心統(tǒng)一配制，有利于控制鉆井液中各種添加劑含量，使鉆井液性能指標得到充分保證；三是井控所需壓井液統(tǒng)一儲備，既能滿足重漿儲備要求，又方便了現(xiàn)場施工，同時避免了單井重復(fù)儲備重漿而造成的浪費；四是減少了鉆井液的排放，每口井完井后，將其使用過的鉆井液拉回處理中心處理后可重復(fù)配漿使用，減少了浪費，保護了環(huán)境。

鉆井液配制及回收處理中心的建立，有利于轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的生產(chǎn)組織方式，由單井、單機、單隊各自為戰(zhàn)向規(guī)?；┕まD(zhuǎn)變。實現(xiàn)了配漿在中心、送漿到井場、回收到中心全過程泥漿性能和維護的統(tǒng)一，從源頭上減少廢棄鉆井液產(chǎn)生。

2.3 積極開展環(huán)境友好型鉆井液技術(shù)研究和應(yīng)用

近年來國內(nèi)環(huán)境友好型鉆井液技術(shù)取得了長足進展，長寧CN-H井采用了一種生物合成基環(huán)保鉆井液[8]，具有良好的潤滑性、封堵性、抑制性和熱穩(wěn)定性，在水平段實現(xiàn)了高效安全鉆進，且無毒無害，滿足安全環(huán)保要求。蔣官澄[9]等以GBFS-1為核心處理劑配制出仿生固壁鉆井液體系，在蘇里格氣田蘇53-86-15H1等3口井現(xiàn)場試驗取得良好效果。張佳寅[10]等利用環(huán)保降濾失劑研制出去磺化環(huán)保鉆井液，180℃以下具有良好的流變性、失水造壁性和潤滑性且性能穩(wěn)定，具有良好的生物降解性，生物毒性達到排放標準。

盡管近年來國內(nèi)開展了一系列環(huán)境友好型鉆井液技術(shù)研究攻關(guān)并取得較好的現(xiàn)場試驗效果，但普遍表現(xiàn)為性能單一、成本較高、應(yīng)用效果不理想[11-13]。特別是環(huán)保型鉆井液處理劑抗高溫效果較差，限制了其應(yīng)用范圍。目前國內(nèi)還沒有建立統(tǒng)一的鉆井液環(huán)保性能檢測標準和評價體系，缺乏對環(huán)保材料及鉆井液體系的有效檢測數(shù)據(jù)支撐，亟待加大清潔鉆井液技術(shù)攻關(guān)研究。具體思路是：一是從處理劑入手研發(fā)環(huán)保型鉆井液處理劑，原材料選用天然產(chǎn)物及提取物如淀粉、纖維素、木質(zhì)素、栲膠、腐殖酸等；二是在潤滑劑方面，研究生物柴油、聚合醇等為基礎(chǔ)材料的潤滑劑，減少礦物油類潤滑劑的使用；三是編寫鉆井液環(huán)保性能檢測標準和評價體系，力爭形成地方性標準，進而形成行業(yè)標準和國家標準。

環(huán)境友好型鉆井液技術(shù)一旦取得突破，性能指標滿足環(huán)保要求，將會大幅度降低廢棄鉆井液后續(xù)處置成本，緩解目前石油行業(yè)環(huán)保壓力，提升鉆井清潔生產(chǎn)水平。

2.4 充分利用井筒新技術(shù)減少廢棄鉆井液產(chǎn)生量

一是推廣應(yīng)用大叢式井、水平井、小孔徑井、開窗側(cè)鉆井等鉆井技術(shù)，節(jié)約土地資源，縮短單井作業(yè)時間，減少廢棄鉆井液的產(chǎn)生量和排放量；二是加強地質(zhì)工程一體化，優(yōu)選鉆井設(shè)計方案，持續(xù)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，優(yōu)選鉆井參數(shù)，科學合理的選用鉆頭、提速工具和鉆井液體系，提高鉆井時效，縮短鉆井周期，減少鉆井液使用時間和使用量。

建設(shè)單位應(yīng)根據(jù)井身結(jié)構(gòu)、鉆遇地層巖性特征等因素，合理預(yù)測鉆井液排放量，納入鉆井工程設(shè)計，并嚴格監(jiān)督考核。對無特殊原因造成鉆井液排放量超過考核標準的，超出部分的處置費用由施工單位自行承擔，從而提高施工單位加強新技術(shù)應(yīng)用、實現(xiàn)鉆井液減量化的自覺性和主動性。

3 結(jié)論

（1）現(xiàn)階段鉆井泥漿不落地處理技術(shù)固液分離后固相泥餅及廢水處置中存在著諸多問題，仍需要不斷升級完善。

（2）充分發(fā)揮水基鉆井液固相控制技術(shù)和鉆井液重復(fù)利用技術(shù)，是從源頭控制鉆井廢棄物產(chǎn)生量的有效方式。

（3）鉆井液集中配制和排放管理是從源頭上減少廢棄鉆井液產(chǎn)生量的有效途徑。

（4）開展清潔鉆井液技術(shù)攻關(guān)是從根本上實現(xiàn)綠色鉆井的有效手段。