能源轉型背景下鉆井行業(yè)低碳轉型

目前，全世界都在面對氣候變化帶來的影響，減少溫室氣體排放推動能源系統(tǒng)向低碳化方向發(fā)展是世界各國的共同責任和迫切任務。在此背景下，作為傳統(tǒng)能源開發(fā)中重要組成的石油天然氣鉆井行業(yè)，正承受著巨大的減排壓力。特別是鉆井行業(yè)作業(yè)時通常會使用大量化石燃料，用來啟動重型機械、保持現場正常運轉以及處理產生的廢棄物，這些都會產生大量的碳排放。因此，如何有效降低鉆井作業(yè)的碳排放量，讓整個行業(yè)逐漸適應能源轉型的趨勢，成為迫切需要解決的問題。本文從能源替換、設備升級、工藝革新、廢棄物處理四個方面闡釋了推動鉆井行業(yè)低碳轉型的可行路徑，為相關工作人員的工作提供幫助。

一、能源轉型背景下推動鉆井行業(yè)低碳轉型的意義

在能源轉型背景下推動鉆井行業(yè)低碳轉型具有多層面的重要意義。從全球氣候治理角度看，鉆井作業(yè)作為油氣產業(yè)鏈的重要碳排放源，其減排成效直接關系到全球凈零目標的實現。油氣勘探開發(fā)過程中產生的碳排放占全球總量比重顯著，推動該領域低碳化有助于減緩氣候變化。從國家能源安全角度看，我國油氣對外依存度較高，傳統(tǒng)鉆井模式面臨資源品質劣質化與開發(fā)成本上升的雙重壓力，低碳轉型通過技術革新可提升開采效率與資源利用率，從而在保障能源供應的同時降低環(huán)境代價，增強能源自主可控性。就行業(yè)自身發(fā)展而言，全球能源結構向清潔化演變已成趨勢，油氣雖在中期內仍是主體能源，但市場競爭已從單一產能競爭轉向“效率一成本一環(huán)保”的綜合競爭力比拼，低碳轉型是行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必經路徑。技術層面來看，低碳轉型倒逼鉆井行業(yè)工藝革新。例如，電動鉆機替代柴油動力、數字化優(yōu)化作業(yè)流程、廢棄物資源化利用等措施，不僅可以減少碳排放，更能夠同步實現降本增效與環(huán)境風險管控，形成經濟與環(huán)境效益的共同提升。這一轉型過程還加速了傳統(tǒng)油氣開發(fā)與新能源技術的融合，如地熱能、氫能、CCUS等多能互補模式的應用，為鉆井行業(yè)注入新動力，拓展其未來在綜合能源服務中的發(fā)展空間。

二、能源轉型背景下鉆井行業(yè)低碳轉型的實踐路徑

（一）能源替換，開啟低碳動力源

鉆井行業(yè)開啟低碳動力源的核心實踐路徑在于系統(tǒng)性推進能源供應結構的清潔化轉型，通過因地制宜的可再生能源利用與動力設備電氣化改造的雙軌并進，從源頭實現作業(yè)過程的碳減排[]。具體而言，鉆井現場需要優(yōu)先結合區(qū)域自然稟賦布局清潔供能體系一在日照資源充沛的戈壁或沙漠作業(yè)區(qū)，鋪設分布式太陽能光伏板陣列，將光能直接轉化為驅動設備運轉的電力；在風力條件穩(wěn)定的高原或沿海區(qū)域，架設小型風力發(fā)電機組，利用自然風能補充電力供應；對于農林廢棄物豐富的作業(yè)地帶，可以將生物質顆粒燃料應用于井場供暖鍋爐，替代傳統(tǒng)柴油供熱系統(tǒng)。這種本地化清潔能源的直接利用，不僅可以規(guī)避化石能源長途運輸的損耗，還能顯著削減全生命周期碳排放。與此同時，鉆并行業(yè)亟需加速動力驅動模式的電氣化替代：對于電網覆蓋完善的區(qū)域，通過高壓接入或專用變電站建設，為鉆機頂驅、泥漿泵等高耗能設備提供穩(wěn)定工業(yè)電力，徹底淘汰柴油機組；針對電網薄弱的偏遠井場，則采用“風光儲一體化”智能微電網方案，通過能源互補的儲能系統(tǒng)抵消可再生能源間歇性波動，保障鉆機連續(xù)作業(yè)需求[2]。

（二）設備升級，打造高效低耗裝備

鉆井行業(yè)打造高效低耗裝備的核心在于推進設備自動化與智能化高效化升級。鉆井行業(yè)需深度融合人工智能與物聯(lián)網技術。例如，為鉆機加裝多維度傳感器網絡實時采集鉆壓、轉速、泵壓、扭矩等參數，基于大數據分析模擬構建數字化井場，通過智能算法優(yōu)化鉆進參數和井眼軌跡，既提升機械鉆速又避免無效進尺。同時，鉆井行業(yè)可以開發(fā)具備定位功能的自動化機具，如懸持式電驅機械手配合液壓吊卡實現鉆具毫米級精準對接，將套管內起下鉆速率提升至25柱/小時以上，大幅縮短無進尺時間。設備本體性能優(yōu)化同樣關鍵，鉆井行業(yè)需要采用高強度輕量化材料減輕鉆機自重，應用新型耐磨合金與陶瓷復合材料延長鉆頭壽命，開發(fā)差壓步進式鉆頭結構以強化鉆頭研磨力，配合動力鉆具提升破巖效能，實現“一趟鉆”完成復雜層段鉆進任務。此外，鉆井行業(yè)可以通過模塊化設計簡化維護流程，依托設備全生命周期管理系統(tǒng)預判設備故障并自動提示維保節(jié)點，最大限度減少停機檢修導致的能源空耗。這種硬件與軟件的協(xié)同配合，可以推動鉆井裝備從經驗驅動轉向數據驅動，為行業(yè)綠色低碳轉型提供基礎支撐[3]。

（三）工藝革新，開創(chuàng)低碳作業(yè)新模式

鉆井行業(yè)開創(chuàng)低碳作業(yè)新模式的關鍵在于推進工藝革新，通過優(yōu)化作業(yè)流程與材料體系實現減排降碳。在鉆井液體系革新方面，鉆井行業(yè)需要全面推廣環(huán)保型配方替代傳統(tǒng)油基體系。例如，鉆井行業(yè)可以采用高性能水基鉆井液，通過環(huán)保降濾失劑與潤滑劑增強井壁穩(wěn)定性，既可以避免原油污染土壤與地下水，又能夠顯著降低高溫高壓條件下的能耗需求。同時，鉆井行業(yè)可以積極開發(fā)生物質合成基鉆井液，將地溝油等廢棄油脂經生物酶催化改性，形成可生物降解的鉆井液基液，在川西頁巖氣井等復雜地層應用中證實其兼具高效潤滑性與低溫穩(wěn)定性，不僅可以減少有害物質排放，還能提升機械鉆速約 65% ，實現環(huán)保與增效的雙重突破[4。在鉆井工藝優(yōu)化層面，鉆井行業(yè)可以推行“工廠化”作業(yè)模式，對叢式井組實施“順序壓裂”工藝，采用“井筒處理一趟過”集成技術，將固井、壓裂、試氣等工序無縫銜接，大幅縮短非生產時間與設備空轉能耗，鉆井行業(yè)可以同步推進物理降噪舉措，在井場周邊架設隔音圍擋，對高噪聲設備進行降噪處理，夜間作業(yè)提倡使用低噪設備，將井場噪聲控制在65-70分貝內，減少糾紛導致的停工風險和經濟損失。

（四）廢棄物處理，實現資源循環(huán)再利用

鉆井行業(yè)實現資源循環(huán)再利用的核心在于搭建“廢棄物即資源”的全流程處理體系。在實踐中，鉆井行業(yè)可以從無害化處理與高值化轉化雙路徑推進。在無害化處理層面，鉆井行業(yè)可以針對水基鉆井液體系開發(fā)分級破膠脫穩(wěn)技術，通過環(huán)保破膠劑在中性條件下分解膠體結構，結合高速離心分離去除劣質固相，讓液相經復配處理后再生為合格鉆井液回用井筒。例如，川西頁巖氣井應用該技術后單井回用鉆并液量達配漿總量的 60% 以上，對油基鉆屑則可以采用熱解析與溶劑萃取組合工藝，在低溫負壓環(huán)境中分離回收基礎油，殘留固相經惰化處理后重金屬浸出濃度降至環(huán)保限值以下，實現含油固廢從危廢到一般固廢的質變。在資源轉化層面，鉆井行業(yè)可以將分離后的固相物質通過多途徑實現價值再造。例如，有機質含量高的鉆屑可以投入厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，經水解酸化與產甲烷菌群代謝轉化為沼氣，為井場供熱系統(tǒng)提供清潔燃料；對于富含礦物質的廢棄鉆井液，則可以提取其中的重晶石、碳酸鈣等組分經浮選提純后作為壓裂支撐劑原料，替代傳統(tǒng)礦產開采。這種“處理一轉化一應用”閉環(huán)模式需要配套模塊化移動處理裝備，例如，集成振動篩、離心機與壓濾機的車載系統(tǒng)可以在井場完成固液分離，結合在線監(jiān)測裝置實時調整藥劑投加量，既可以避免廢棄物轉運導致的二次污染，又能夠通過就地資源化降低運輸成本。通過技術創(chuàng)新與工程實踐融合，鉆井廢棄物處理可以從被動治理轉向主動增值，為鉆井行業(yè)綠色轉型提供可持續(xù)解決方案[5]。

三、結束語

鉆井行業(yè)在推進低碳轉型的過程中，要想實現可持續(xù)發(fā)展，整個工作模式都需要進行系統(tǒng)性的改變。通過使用清潔能源、引入智能設備、優(yōu)化操作流程、把廢料變成資源一這基本搭建了一個從源頭上減碳、過程中控碳到最后處理碳的完整技術框架。這過程證實了平衡好技術成本、環(huán)保效果和社會接受度的重要性。

參考文獻：

[1]蘇小飛、楊忠彥、董路飛等。天津地區(qū)地熱定向井鉆井工藝優(yōu)化及應用[J].鉆探工程，2024，51（S1）：392-397.

[2]黃振東。廢棄鉆井液脫穩(wěn)處理技術中破膠劑的研究[J].湖南農機，2009，36（05）：22-24.

[3]豐元、張靜雯、栗勇田。污水處理廠提標改造關鍵技術與工程實踐[J].環(huán)境工程學報，2024，18（08）：2331-2338.

[4]劉金剛。廢棄油基鉆井液絮凝劑的制備與性能評價[D].東北石油大 學，2024.D0I：10.26995/d.cnki.gdqsc.2024.000437.作者單位：中國石化國際石油工程有限公司