海上水基鉆井廢棄物處理技術試驗性研究

王昆劍，王棟森，張羽臣，岳明，劉小年，關彥磊

海上水基鉆井廢棄物處理技術試驗性研究

王昆劍1，王棟森1，張羽臣1，岳明1，劉小年2，關彥磊2

（1. 中海石油（中國）有限天津分公司, 天津 塘沽 300452； 2. 中海油能源發(fā)展工程技術公司, 天津 塘沽 300452）

為保護渤海生態(tài)環(huán)境，在環(huán)境保護的敏感海域進行鉆井作業(yè)，需要對廢棄鉆井液及巖屑進行回收處理，由于海上平臺空間有限，且鉆井廢棄物產(chǎn)生量較大，回收處理存在運輸困難、吊裝風險大、處理費用高等問題。通過對幾種新處理技術裝備進行試驗性研究，并對廢棄鉆井物回收處理技術提出合理優(yōu)選工藝。

試驗；水基鉆井廢棄物；處理技術

在國家環(huán)保要求日益嚴格的形勢下，如何在油氣勘探開發(fā)過程中更好地實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，是海上油田面臨的突出問題[1]。隨著海上鉆井作業(yè)量持續(xù)增加，鉆井廢物產(chǎn)生量也隨之增加[2]，部分區(qū)塊要求鉆井廢物“零排放”，對環(huán)境保護帶來巨大挑戰(zhàn)，而海上作業(yè)特點是平臺空間嚴重受限，運輸成本較高[3-6]。為解決這個難題，在陸地開展了模擬海上鉆井廢棄物處理試驗，以此探索在鉆井平臺上對鉆井廢棄物進行現(xiàn)場減量處理，從而保障鉆井作業(yè)的連續(xù)性[7]。

1 渤海水基鉆井廢棄物處理技術現(xiàn)狀

1.1 傳統(tǒng)作業(yè)模式

渤海鉆井平臺傳統(tǒng)的作業(yè)模式是通過使用螺旋輸送機或隔膜泵等制作將振動篩返出的鉆井巖屑收集至巖屑箱內，再吊裝到運輸拖輪上，廢棄鉆井液泵送至運輸拖輪的泥漿艙中；最后通過船舶運送到陸地處理終端，對鉆井廢棄物進行集中處理[8]。該作業(yè)模式操作實施簡單，但對于全井段回收的作業(yè)所需的吊機資源、巖屑箱數(shù)量、拖輪資源、陸地接收能力要求較高，且費用高昂。

1.2 平臺壓濾處理模式

該作業(yè)模式是巖屑通過管線或者巖屑箱經(jīng)減排分選篩處理，實現(xiàn)固液分離分成干渣和濾液；廢棄鉆井液和巖屑分離的濾液經(jīng)過破膠絮凝罐添加絮凝劑等藥劑實現(xiàn)絮凝后，再經(jīng)過壓濾機壓濾實現(xiàn)固液分離[8]。該模式的設備工藝簡單，易于實現(xiàn)，但由于設備及廢棄物存儲占用空間較大，且壓濾后的濾液較難處置，難以在海上平臺推廣應用。

1.3 環(huán)保壓濾船處理模式

環(huán)保壓濾船是將拖輪與壓濾設備相結合，在拖輪上安裝壓濾機、減排分選篩等整套壓濾設備，通過巖屑箱收集巖屑（或遠距離傳輸巖屑）、船艙收集廢棄鉆井液分別對廢棄鉆井液和巖屑進行處理。該作業(yè)模式將壓濾設備處理能力與船舶機動性有機結合在一起，可在一定區(qū)域2～3個作業(yè)點進行作業(yè)，能保障鉆井作業(yè)的連續(xù)性，但由于增加了拖輪，導致費用較高，且仍無法解決濾液難處置的問題。

2 水基鉆井廢棄物處理試驗

2.1 設備配置

經(jīng)過調研與技術分析，可用于水基鉆完井廢棄物處理技術根據(jù)技術原理分為機械擠壓、真空吸附、離心甩干、加熱干化等[9-10]。本試驗目的是優(yōu)選鉆屑減量處理技術，減少返陸處理的廢棄物總量。主要處理設備選擇見表1。

表1 試驗設備配置表

2.2 試驗工藝流程

鉆井廢棄物減量處理試驗流程見圖1。

圖1 鉆井廢棄物減量處理試驗工藝流程圖

2.2.1 鉆屑預處理

配置PAM、PAC溶液，按比例將溶液加入鉆屑箱內，并用挖掘機進行反復攪拌，使藥劑溶液與鉆屑充分反應。

2.2.2 鉆屑傳輸

用挖掘機將鉆屑送入液壓柱塞泵進料斗，進料斗入口處配備鋼格柵網(wǎng)，可將大塊易堵管鉆屑篩出，管線鋪設至鉆屑干化機、真空帶濾機、鉆屑壓榨機和鉆屑甩干機，每套設備前的管線單獨配有閥門，方便每套設備單獨測試。

2.2.3 鉆屑減量

對每套設備進行單獨試驗。

2.3 各設備試驗情況

2.3.1 鉆屑干化機

鉆屑干化機設備及處理鉆屑情況見圖2。

圖2 鉆屑干化機及處理鉆屑情況

本次試驗累計處理鉆屑302.6 t，累計運行62.5 h，處理后含水率在18.57%～27.42%之間，最大處理量8 t·h-1（3 m3·h-1），各加熱室溫度在300～400 ℃之間，詳細試驗數(shù)據(jù)見表2。

小結：該設備鉆屑無需進行加藥絮凝即可進行處理，且泥巖和砂巖段鉆屑的處理效果處理后物料含水率低，處理效果好。缺點是能耗高，海上使用需單獨配備發(fā)電機，平均處理量不高，無法處理少量含油的物料。

表2 鉆屑干化機處理試驗數(shù)據(jù)表

注：處理時間長短，顯著影響處理后物料的含水率，時間越長，含水率越低，單位時間處理量越低。

2.3.2 真空帶濾機

真空帶濾機及配套設備見圖3。

圖3 真空帶濾機及配套設備

泥巖鉆屑加入2%PAC，充分攪拌均勻后，用液壓柱塞泵將物料輸送至真空帶濾機，物料平均厚度10 mm，濾帶行進速度1～1.2 m·min-1，試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 真空帶濾機處理試驗數(shù)據(jù)

小結：真空帶濾機處理效果不穩(wěn)定，該設備對鉆屑的絮凝效果要求較高，只有絮凝充分才能獲得較低的含水率。優(yōu)點：該設備可連續(xù)運行，設備結構簡單，無易損件，能耗低，運行成本低；缺點：對物料的狀態(tài)以及化學脫穩(wěn)效果要求嚴格，濾布易堵塞，設備占地較大。

2.3.3 鉆屑壓榨機

鉆屑取樣PEC體系泥漿泥巖和砂巖層，壓榨時間在5 min以內，泥餅厚度70 mm左右，含水率不超過30%，減重40%左右，綜合處理量約6 t·h-1，處理情況見圖4。

圖4 鉆屑壓榨機設備

小結：鉆屑壓榨機處理效果穩(wěn)定，處理后物料含水較低，設備能耗低；但該裝置無法連續(xù)處理運行，處理量較低，鉆屑需加藥脫穩(wěn)絮凝后再進行壓榨處理才能獲得較好的效果。

2.3.4 鉆屑甩干機

甩干機常用于油基鉆屑干燥，本試驗擬用該設備處理渤海水基鉆屑，研究甩干機處理水基鉆屑的適用性。

分別對泥巖、砂巖段鉆屑進行甩干處理，處理效果數(shù)據(jù)見表4。

砂巖段鉆屑甩干處理效果較好（見圖5），泥巖段鉆屑不加藥處理幾乎無效果，加藥絮凝后處理效果較好（見圖5），處理后的液相含固率較高（約30%）。

表4 鉆屑甩干機處理試驗數(shù)據(jù)

圖5 處理后的砂巖段和泥巖段鉆屑

小結：砂巖段鉆屑處理效果較好，處理量大，能耗低；目前處理難點在于泥巖段鉆屑，處理效果不穩(wěn)定，但加藥后再進行甩干處理效果較好。

3 海上處理工藝設計

3.1 海上處理工藝流程圖

根據(jù)各設備的處理量、處理效果等特點，由于鉆屑甩干機處理量較大，運轉穩(wěn)定，且泥巖段加藥后再處理效果較好，并可通過加入高速離心機來解決甩干機液相中含固率高的問題，然后配合鉆屑干化機處理后，含水率低，可直接處理，因此可選取鉆屑甩干機配合鉆屑干化機和高速離心機，組成海上水基鉆井廢棄物處理流程，具體流程見圖6。

圖6 海上水基鉆井廢棄物處理流程圖

3.2 工藝流程說明

海上鉆井平臺產(chǎn)生的鉆井廢棄物，根據(jù)性狀不同，泥巖段和泥砂混合段的廢棄物進入鉆屑緩存罐進行收集暫存，并加入藥劑進行處理，然后進入鉆屑甩干機進行處理；砂巖段廢棄物直接進入甩干機。廢棄物進入鉆屑甩干機進行固液分離，分離出的液體，再進入高速離心機進行處理，分離出的固體進入鉆屑干化機； 離心機分離出的固體進入鉆屑干化機，分離出的液體返回加藥混凝罐進行配藥、稀釋鉆屑。固體進入鉆屑干化機進行海上最終處理，處理后的固體含水率低于30%，可裝袋返陸處理。

4 結束語

經(jīng)初步探索試驗研究，該工藝可解決渤海主產(chǎn)區(qū)的廢棄物的處理問題，提高海上周轉效率，降低廢棄物處置費用，確保渤海勘探開發(fā)的順利進行，保障國家能源安全，還渤海碧水藍天，履行國企的社會責任。

［1］趙廣宇，白鶴，曹興濤，等．海上鉆井廢棄物集中處置技術及工程化應用[J]. 環(huán)境工程，2016, 34（12）: 129-132.

［2］王東，馮定. 海上油田廢棄鉆井液的毒性評價及無害化處理技術研究進展[J].環(huán)境科學與管理，2011，36 (6)：78-83．

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［4］馮帆. 王超國內海上油田油基鉆屑處理現(xiàn)狀及技術展望[J]. 資源節(jié)約與環(huán)保，2009（1）：78-91．

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［7］張羽臣，岳明.渤海油田鉆井廢物處置技術適用性分析[J].油氣田環(huán)境保護，2019，29（1）：26-28.

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［10］周建良，岳前升. 海上油田廢棄鉆井液固液分離技術研究[J].石油天然氣學報，2012，34（9）：148-151．

Experimental study on Treatment Technology of Offshore Water-based Drilling Waste

1,1,1,1,2, GUAN Yan-lei

（1. CNOOC Tianjin Branch, Tianjin 300452, China;2. CNOOC EnerTech-Drilling & Production Co., Taijin, 300452, China）

In order to protect the ecological environment of Bohai Sea, it is necessary to recycle the waste drilling fluid and cuttings during the drilling in the sensitive sea area of environmental protection. Due to the limited space of offshore platform and the large amount of drilling waste, there are the problems of transportation difficulty, hoisting risk and high treatment cost in the recycling. Based on the experimental study of several new treatment technologies and equipments, the reasonable optimization process of waste drilling material recycling technology was proposed.

Test; Water based drilling waste; Treatment technology

中海石油（中國）有限公司綜合科研項目，鉆完井廢棄物海上處理技術研究與應用（項目編號：YXKY-2019-TJ-05）。

2021-05-05

王昆劍（1983－），男，四川綿陽人，高級工程師，研究方向：鉆完井技術研究與管理。

劉小年（1984-）男，中級工程師，研究方向：鉆完井環(huán)保技術研究。

TE992

A

1004-0935（2021）11-1662-04