“零排放”技術(shù)在渤海油田的研究與應(yīng)用

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，尤其新環(huán)保實施后，海上油氣田生態(tài)保護區(qū)、林漁業(yè)等特殊要求部分海域禁止直接排放入海，需將鉆屑進行收集轉(zhuǎn)運，因此對鉆屑的傳輸環(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、傳輸距離更遠；同時要求傳輸裝置不宜過大，以滿足能夠在已建設(shè)的鉆井裝備中安裝，縮小空間限制。海上平臺在鉆井作業(yè)工作過程中，會伴隨產(chǎn)生大量的鉆井廢棄物，及時有效的對鉆井廢棄物進行減量化處理，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。鉆井平臺要做全回收的適應(yīng)性改造工作，解決常規(guī)鉆井平臺系統(tǒng)流程存在跑冒滴漏無法實現(xiàn)全回收作業(yè)。受限于海上平臺空間的影響，如何高效的利用平臺、甲板現(xiàn)有富?？臻g，搭建適合海洋石油開發(fā)的鉆井廢棄物減量化工藝。開發(fā)小型化、高效化處理設(shè)備是解決這一問題的最好辦法，“零排放”項目在鉆完井作業(yè)中凸顯價值[1，2]。

1 渤海C 油田項目開發(fā)難點

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。平臺分南北井區(qū)，44 個槽口，設(shè)計42 口開發(fā)井。渤海C 油田位于生態(tài)紅線區(qū)，嚴格實現(xiàn)污染物“零排放”[3]。

我國法律規(guī)定水基鉆井液（不包含磺化體系）及鉆屑為一般廢棄物，針對一級、二級、三級海域滿足國家法律要求即可排海。隨著國家級行業(yè)對鉆井廢棄物的危害認知度提升，海洋鉆井尤其是內(nèi)海環(huán)保政策的收緊，渤?！傲闩欧拧弊钚乱蟮穆涞?，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

針對渤海C 油田項目開發(fā)在環(huán)保領(lǐng)域面臨的難點，本文設(shè)計研發(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)備占地面積的同時也降低了設(shè)備的運行成本，綜合提升海上平臺的經(jīng)濟效益[5]。

2.1 泥漿回收系統(tǒng)

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

（2）升級改造鉆臺地漏管線，增加鉆臺地漏全面覆蓋鉆臺區(qū)域，降低堵塞風(fēng)險，在鉆井作業(yè)期間將鉆臺面泥漿導(dǎo)流至泥漿循環(huán)系統(tǒng)，雨水及衛(wèi)生用水通過倒換流程進入污水柜，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增加三通及蝶閥，實現(xiàn)遠距離密閉傳輸功能。

2.2 雨水回收系統(tǒng)

鉆臺污水收集排放：對鉆臺污水地漏管線進行改造，實現(xiàn)鉆臺地漏污水，轉(zhuǎn)盤旁污水槽收集污水進入鉆臺污水柜，最后通過76.2 mm 氣動隔膜泵連接軟管將污水柜污水排至移動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切斷排海處閥門，閥門前加管線，順延地漏總管線的坡度，在樓梯口處地漏水管線彎頭變?nèi)?，穿艙到污水處理裝置這一側(cè)，順延坡度，在3P 艙開洞進入3P 艙。實現(xiàn)3P 艙用來收集左舷的甲板水；（2）左舷污水處理裝置處理后的黑灰水管線在穿過散料倉的位置管線上增加閥門并切斷，閥門前加三通引出一路管線順延艙壁到達3P 艙開洞進入。實現(xiàn)3P 艙用來收集整個船的生活污水；（3）左舷散裝艙排海處艙底水管線在排海處切斷艙底水管線閥門，閥門前引出一路分支管線，沿著左舷散裝艙上部開洞進入3P 艙。實現(xiàn)3P艙用來收集艙底水。右舷地漏水總管線切斷排海處閥門，閥門前加管線，順延地漏總管線的坡度，在3S 艙開洞進入3S 艙。實現(xiàn)3S 艙用來收集右舷的甲板水。

所有污水收集，外輸：所有污水收集到3P、3S 艙，通過新加電動泵外輸?shù)郊幼⒄荆詈笸ㄟ^軟管輸送到供應(yīng)船。原有艙底水泵也可實現(xiàn)3S 艙倒艙到3P 的功能（見圖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) 廢棄鉆屑的主要來源為：（1）鉆井過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)雜情況儲備的鉆井液；（3）固井時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、無機鹽、污水、污油（油基鉆井廢棄物則含有大量的油類，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)生的固相主要來源方向：（1）鉆屑：振動篩出來后，經(jīng)過螺旋輸送至巖屑箱收集；（2）三除底流（除砂、除泥器、離心機底流）：處理振動篩后鉆井液，產(chǎn)出物為細小固相顆粒，不具備一定流動性，黏稠度較高（此部分經(jīng)過分選篩都會進入篩下罐）。

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)備在海上鉆井平臺空間有限的情況下達到預(yù)期效果。緊湊的單撬集成化結(jié)構(gòu)的設(shè)計理念不僅滿足于空間有限的作業(yè)場地條件限制，而且還發(fā)揮最大的作業(yè)效果。隨著集成化程度的進一步優(yōu)化升級，各個設(shè)備布局更加合理，工作效率進一步提升。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單元、走道護欄部分、管匯部分總裝及其他附屬設(shè)備組成。結(jié)構(gòu)（見圖2）。

圖2 分選篩成套設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

結(jié)合國內(nèi)外振動篩的技術(shù)優(yōu)劣點，選取了GNZS594EH-DZ 高G 振動篩作為分選篩的干燥篩分單元。高G 振動篩是一種激振力可以達到8 G，篩網(wǎng)面積達到3.2 m2的直線振動篩。它既可以作為鉆井一級固控設(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設(shè)備之上，真正實現(xiàn)鉆井廢棄液從水基泥漿到濾餅濾渣的過程。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)和進料系統(tǒng)融為一體，完美結(jié)合，不再是簡單的壓濾機，皮帶輸送機是皮帶輸送機，將設(shè)備功能不同，結(jié)構(gòu)不同且相互獨立的多個系統(tǒng)緊密結(jié)合起來，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)備運輸便捷性。

集成化小型化的過濾設(shè)備研制開發(fā)不僅適應(yīng)于多樣的環(huán)境，更方便運輸，方便拆裝，方便海上平臺吊裝，同時也增加海上平臺空間利用率。平臺設(shè)備空間有限，并且在有限的空間上，實現(xiàn)鉆井廢棄液減量化處理，將設(shè)備的整機體積縮小的同時，還要實現(xiàn)設(shè)備的高效運行，為實現(xiàn)設(shè)備小型化，生產(chǎn)高效化，實現(xiàn)污泥調(diào)理攪拌系統(tǒng)，進料系統(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)于一個集成設(shè)備中，每個系統(tǒng)獨立運行且各系統(tǒng)相互密切配合[6]。

2.3.3 離心機高效分離系統(tǒng) 螺旋卸料器的出料口采用渦流式，以及三個相垂直的寬大式逃逸口，加速物料進入轉(zhuǎn)鼓，減少出料對已形成的分離固相的擾動，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)下出料孔對成型絮團的剪切作用，從而降低藥劑消耗。

錐角的大小決定離心機使用的穩(wěn)定性，物料分離效果的優(yōu)劣性，為了達到更好的分離效果，針對不同物料的參數(shù)特性進行測定，設(shè)計不同錐角大小，滿足離心機的連續(xù)出料，提升分離效果。

懸浮液中不可避免存在砂石、玻璃、金屬等細小的堅硬顆粒和雜質(zhì)，若離心機未采取可靠的耐磨配置，嚴重影響離心機的使用壽命和運行穩(wěn)定性。離心機的耐磨防護方案是完全有針對性的，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。

離心機在運行工作時，由進料管連續(xù)供料，在供料量加大或離心機堵塞的情況下，物料會沿進料管外圓返回到設(shè)備外，造成泄漏，影響環(huán)境。本項目在進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）；備用平臺上分選篩和水洗螺旋輸送機，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）海水膨潤土漿、簡易聚合物和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，備用平臺上小型化壓濾設(shè)備，處理量為130～150 m3/d。

（3）鉆開液、完井液處理：使用EPS 工作船處理，鉆開液處理量為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 平臺進流程處理。

（6）生活污水等處理：每個平臺產(chǎn)量約為20 m3/d，鉆井船進行相關(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：高峰期二開日進尺800 m 計算，每小時產(chǎn)生鉆屑25 m3，EPS 負荷使用率42%。

（2）巖屑儲存能力：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 甲板可儲存800袋。10～15 d（兩口井二開周期）需要進行回港卸料或者料船進行轉(zhuǎn)送。

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

（4）泥漿儲存能力：泥漿倉為1 295 m3，濾液倉為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（見圖4）：密閉傳輸泵為主傳輸方案，實現(xiàn)將巖屑傳輸至EPS 工作船和平臺處置設(shè)備的兩條傳輸路線；螺旋輸送器為備用傳輸方案，實現(xiàn)將巖屑傳輸至平臺處置設(shè)備。螺旋輸送器出料口，滿足3 個方向的轉(zhuǎn)換，分別為傳輸泵、分選篩、巖屑箱；巖屑由平臺固控區(qū)經(jīng)螺旋輸送器傳輸至密閉傳輸系統(tǒng)，再由傳輸泵通過主管線傳輸至EPS 接收船；巖屑由平臺固控區(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、通過密閉傳輸泵直接泵送至EPS 工作船進行處置，傳輸管線用一備一；可實現(xiàn)靠一條EPS 船同時解決兩條鉆井船巖屑的傳輸及處理，降低吊車工作頻次，減少占用鉆機甲板面積。

3.3 鉆完井液

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

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

鉆開液、完井液：針對現(xiàn)場EZFLOW 鉆開液、HTAFLOW 完井液、洗井液，通過現(xiàn)場氣浮壓濾處理，實現(xiàn)固液分離，油相和固相回收，處理后的液相進行水處理設(shè)備，處理后液相用于重復(fù)循環(huán)配制EZFLOW、HTAFLOW 基液，實驗并不影響其性能（見圖5）。

圖5 鉆完井液處理后性能對比

4 結(jié)論

（1）新環(huán)保法實施后，海上油氣田生態(tài)保護區(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)，要求嚴格實現(xiàn)污染物“零排放”，對海洋鉆井及油氣田開發(fā)提出了巨大挑戰(zhàn)。

（2）針對海洋鉆井面臨的環(huán)保難題，從泥漿回收、雨水回收、鉆井水基泥漿處理三個角度進行設(shè)計研發(fā)，在降低設(shè)備占地面積的同時也降低了設(shè)備的運行成本，綜合提升海上平臺的經(jīng)濟效益。

（3）“零排放”技術(shù)在渤海C 油田中實踐應(yīng)用，形成了獨特的全回收作業(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，對海洋生態(tài)紅區(qū)油氣田開發(fā)具有極其重要的意義。