含油巖屑深度固控技術(shù)在東海的應(yīng)用

施覽玲，張海山，王 濤，朱 勝，袁則名，和鵬飛

（1.中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335；2.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）

隨著東海低孔滲油氣田的不斷勘探與開發(fā)，鉆井井深不斷增加，鉆井難度也隨之增大，鉆井液技術(shù)主要面臨以下困難：（1）鉆井液對低孔滲儲層的保護(hù)問題；（2）東海復(fù)雜地層井壁穩(wěn)定性問題；（3）深部地層溫度較高，鉆井液高溫穩(wěn)定性的問題。針對以上難題，構(gòu)建了有利于東海低孔滲儲層保護(hù)、抗高溫、井壁穩(wěn)定性好和高潤滑性的油基鉆井液體系[1，2]，該體系近年來在東海廣泛應(yīng)用。但油基鉆井液使用環(huán)保要求高，為了解決在鉆井作業(yè)過程中油基鉆井液含油巖屑的處理問題，研究形成了海上含油巖屑深度固控技術(shù)，這是一項(xiàng)極具發(fā)展?jié)摿Φ暮臀勰嗵幚砑夹g(shù)[3-6]。

1 海上含油巖屑深度固控技術(shù)

1.1 國內(nèi)常用技術(shù)

目前國內(nèi)外常用的含油巖屑處理方法[7]主要有以下幾種。

（1）熱解吸法：通過提供高熱量的密閉減壓系統(tǒng)，將含油巖屑等固相中的烴類加熱揮發(fā)，揮發(fā)物經(jīng)過冷凝系統(tǒng)回收，據(jù)統(tǒng)計(jì)，該技術(shù)對油的回收率可達(dá)90 %以上；此方法存在高能耗、高成本以及高溫減壓裝置安全隱患高等問題。

（2）溶劑萃取法：該方法主要用于分離液體混合物。通過將萃取劑加入到混合液體中，根據(jù)不同液體在萃取劑中的溶解度不同而達(dá)到兩相或多相分離的目的，然后加熱將低沸點(diǎn)的萃取劑揮發(fā)回收，得到需要分離的液體。該方法比較適合回收含油鉆屑中的油相，但因萃取溶劑揮發(fā)性大，安全要求嚴(yán)格，成本較高。

（3）化學(xué)破乳法：利用具有破乳作用的化學(xué)處理藥劑加上具有協(xié)同或催化作用的助劑，使含油廢棄物中因乳化混在一起的油產(chǎn)生破乳化而凝析出來，然后對凝析出的油進(jìn)行回收。但該方法用于含油巖屑的處理效果不理想。

（4）超聲空化處理技術(shù)：利用超聲波的聲空化作用使含油鉆屑中的油從固體顆粒表面分離，然后通過超聲機(jī)械振動使這些分離的油相顆粒聚集，從而達(dá)到將含油鉆屑中的油分離出來。但該方法易使巖屑黏度增加，降低脫水性能。

（5）生物處理法：利用能夠分解烴類物質(zhì)的微生物，通過堆肥、生物反應(yīng)器或生物強(qiáng)化等方法讓微生物在含油鉆屑中大量繁殖，最終將鉆屑中的油類物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化。但該方法降解時(shí)間長且對環(huán)境要求高。

（6）甩干-離心分析技術(shù)：該方法是機(jī)械式的處理方法，通過甩干機(jī)和離心機(jī)相結(jié)合，將含油巖屑中的油類物質(zhì)甩離巖屑，該方法能將巖屑含油量降低至3 %～5 %。這是目前海上含油巖屑處理的第一步，此過程中產(chǎn)生的細(xì)小含油巖屑仍需要運(yùn)回陸地進(jìn)一步處理。

1.2 含油巖屑深度固控技術(shù)原理

該技術(shù)的主要原理為：利用電磁感應(yīng)熱解[8-10]技術(shù)，將鉆井過程中的油基鉆屑、鉆井廢棄物等置于封閉容器內(nèi)，進(jìn)行電磁熱解加熱，使產(chǎn)生的油、氣、水均回收處理，不產(chǎn)生污染氣體，剩余的固態(tài)廢棄物達(dá)到海上直接排放標(biāo)準(zhǔn)后直接排放。

該技術(shù)的核心設(shè)備為電磁加熱反應(yīng)釜裝置，其他主要設(shè)備還包括尾氣處理裝置、柱塞泵、螺旋輸送器、冷凝裝置、真空泵、氣動隔膜泵和制氮機(jī)。技術(shù)特點(diǎn)包括：（1）綠色環(huán)保，無二次污染；（2）原油可以回收再利用，回收利用率高（＞98 %）；（3）產(chǎn)生的殘?jiān)黐11]滿足海上直接排放標(biāo)準(zhǔn)；（4）海上運(yùn)輸、儲存、處理，污染土壤、水源、空氣風(fēng)險(xiǎn)概率相對較低；（5）熱解產(chǎn)生廢氣量小，自帶尾氣凈化裝置，達(dá)到尾氣零排放；（6）使用的設(shè)備為撬裝設(shè)備，便于海上導(dǎo)管架的運(yùn)輸與安裝；（7）設(shè)備自動化控制，人員工作強(qiáng)度?。唬?）技術(shù)成熟，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，綜合處理成本低。

經(jīng)該技術(shù)處理后的含油巖屑中油、水、固三相含量指標(biāo)如下：（1）回收油中固態(tài)物質(zhì)和水為0.5%～2%；（2）分離出的水中石油和沉淀物為0.5 %～3 %；（3）處理后的含油巖屑含油量為0.1%～1%、含水量小于5%。處理前和處理后含油巖屑含水量、含油量和含固量對比情況（見表1）。

表1 處理前和處理后含油巖屑含水量、含油量和含固量的對比情況

2 含油巖屑深度固控技術(shù)優(yōu)勢

根據(jù)國家海洋法GB4914-2008 標(biāo)準(zhǔn)，東海海域?qū)儆谌壓Ｓ?，鉆井廢棄物排放標(biāo)準(zhǔn)為含油量≤8%。在海上油基鉆井液使用過程當(dāng)中產(chǎn)生的含油巖屑，約80 %由振動篩返出，另外約20 %由離心機(jī)等產(chǎn)生。振動篩返出的含油巖屑由環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)EPS 處理，被輸送至甩干機(jī)內(nèi)進(jìn)行固液分離，液相經(jīng)高速離心機(jī)進(jìn)一步處理后，循環(huán)利用，固相通過實(shí)時(shí)的含油量檢測，達(dá)標(biāo)則直接排放，若不達(dá)標(biāo)，進(jìn)行回收。離心機(jī)、除泥器和除砂器產(chǎn)生的巖屑由于粒徑過小而無法再通過甩干機(jī)處理，與經(jīng)甩干機(jī)處理后含油量不達(dá)標(biāo)的固相一起裝入密封的巖屑箱運(yùn)回陸地處理，處理流程為：（1）海上平臺使用巖屑箱裝箱；（2）拖輪運(yùn)輸至陸地；（3）陸地交通工具轉(zhuǎn)運(yùn)至處理廠堆場；（4）進(jìn)行處理；（5）巖屑箱再返回海上平臺，工藝流程（見圖1）。

圖1 環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)EPS 處理工藝流程圖

上述處理模式有諸多弊端：首先含油巖屑在運(yùn)輸過程當(dāng)中，泄露風(fēng)險(xiǎn)高、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)大。轉(zhuǎn)運(yùn)含油巖屑所需的巖屑箱、拖輪及陸地交通工具費(fèi)用較高。在陸地處理廠堆場儲存期間，含油巖屑本身就存在風(fēng)險(xiǎn)，還有污染周邊土壤、水源及空氣的風(fēng)險(xiǎn)，且占用了存儲面積、產(chǎn)生了存儲費(fèi)用。整個(gè)處理流程周期長，未知風(fēng)險(xiǎn)高。且在陸地尋找含油巖屑處理廠的難度非常大，如果不能找到合適的處理廠則無法使用油基鉆井液。因此，將含油巖屑運(yùn)回陸地處理是在海上處理技術(shù)不成熟的條件下不得已而為之的一種辦法。

而含油巖屑深度固控技術(shù)所需的設(shè)備可以安裝在海上導(dǎo)管架平臺上，解決了傳統(tǒng)還需運(yùn)回陸地尋找處理廠再處理的問題，且轉(zhuǎn)運(yùn)距離近，大大降低了運(yùn)輸過程中的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。處理流程周期短，降低了未知風(fēng)險(xiǎn)。單位含油巖屑處理費(fèi)用低，降低了處理成本。該技術(shù)使用的裝置操作系統(tǒng)封閉，無污染氣體排放，對環(huán)境的影響大大減小。

上述兩種處理含油巖屑的方式對比情況（見表2）。

表2 兩種處理方式對比

3 含油巖屑深度固控處理工藝流程

圖2 含油巖屑深度固控處理工藝流程圖

含油巖屑深度固控處理工藝流程（見圖2）。首先將含油巖屑通過螺旋輸送器或者柱塞泵輸送至電磁加熱反應(yīng)釜裝置內(nèi)，反應(yīng)釜采用高頻電磁感應(yīng)電源加熱，隨著釜內(nèi)攪拌槳葉轉(zhuǎn)動，在高溫真空狀態(tài)下，含油巖屑發(fā)生熱解反應(yīng)，油基鉆井液基礎(chǔ)油和水以氣體餾分的形式分離出來，經(jīng)冷凝裝置冷卻液化成油和水，進(jìn)入緩沖液罐對其加以回收，剩余的固態(tài)殘?jiān)詣优懦?，?shí)現(xiàn)無害化。

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

該技術(shù)已在東海探井、調(diào)整井作業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，處理含油巖屑量達(dá)2 000 t，很好地解決了東海含油巖屑處理周期長而導(dǎo)致的巖屑箱周轉(zhuǎn)困難以及處理費(fèi)用高等難題，現(xiàn)以N1 井為例說明現(xiàn)場的應(yīng)用情況。N1 井是一口探井，該井使用油基鉆井液作業(yè)，整個(gè)作業(yè)過程總體平穩(wěn)順利，海上共處理含油巖屑162.20 t，運(yùn)用該技術(shù)圓滿完成了鉆井產(chǎn)生含油巖屑的處理任務(wù)，未發(fā)生任何性質(zhì)油基鉆井液及含油廢料污染問題，處理后的巖屑平均含油量小于1 %，滿足國家海洋法對鉆井廢棄物排放含油量的排放標(biāo)準(zhǔn)（8 %），實(shí)現(xiàn)了含油巖屑的全部達(dá)標(biāo)排放。N1 井在油基鉆井液使用過程中產(chǎn)生的含油巖屑每日處理排放情況（見表3）。N1井處理前和處理后巖屑樣品對比圖（見圖3）。

該井處理含油巖屑的流程為：（1）將含油巖屑箱吊至巖屑收集箱上方，通過翻轉(zhuǎn)將巖屑倒至巖屑收集箱內(nèi)。（2）將巖屑收集箱吊至漏斗上方，打開下閘門將巖屑轉(zhuǎn)移至漏斗內(nèi)，隨后通過柱塞泵將含油巖屑輸送至深度固控處理設(shè)備。（3）通過高溫（280 ℃～460 ℃）、脫硫等措施對含油巖屑進(jìn)行處理，產(chǎn)生氣、液、固三相廢物，氣相經(jīng)過高溫催化、脫硫等處理排放，液相廢物轉(zhuǎn)移至白油罐內(nèi)，固相經(jīng)檢測合格后排海。巖屑收集箱及漏斗（見圖4）。整體作業(yè)流程（見圖5），其中紅色箭頭表示固相處理及排放流程，藍(lán)色箭頭表示液相處理及排放流程，綠色為氣相處理及排放流程。

從應(yīng)用效果來看，N1 井使用該技術(shù)較傳統(tǒng)運(yùn)回陸地再處理的方式相比，不需要占用轉(zhuǎn)運(yùn)船舶資源及陸地運(yùn)輸交通工具，使用巖屑箱數(shù)量少，轉(zhuǎn)運(yùn)距離近，降低了海上運(yùn)輸期間的溢油風(fēng)險(xiǎn)，從根本意義上實(shí)現(xiàn)了含油廢棄物“零”排放，而且單位含油巖屑處理費(fèi)用低，節(jié)約了單井費(fèi)用。N1 井運(yùn)用含油巖屑深度固控技術(shù)與傳統(tǒng)方式對比節(jié)省費(fèi)用情況（見表4）。

表3 N1 井含油巖屑處理排放記錄

圖3 N1 井處理前和處理后巖屑樣品對比圖

圖4 巖屑收集箱（左圖）及漏斗（右圖）

圖5 含油巖屑深度固控現(xiàn)場作業(yè)流程圖

表4 N1 井運(yùn)用含油巖屑深度固控技術(shù)與傳統(tǒng)方式相比節(jié)省費(fèi)用情況

N1 井使用該技術(shù)處理含油巖屑可節(jié)省運(yùn)輸成本及碼頭服務(wù)費(fèi)用約30 萬元，且處理費(fèi)用為3 500 元/噸，總處理量為162.20 t，傳統(tǒng)運(yùn)回陸地再處理含油巖屑處理費(fèi)用為7 000 元/噸，N1 井運(yùn)用含油巖屑深度固控技術(shù)共計(jì)可節(jié)省費(fèi)用87 萬元。

5 結(jié)論及認(rèn)識

（1）含油巖屑深度固控技術(shù)與傳統(tǒng)運(yùn)回陸地再處理的方式相比，具有巨大的優(yōu)勢，不僅降低了運(yùn)輸過程中的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，減小了其對周圍環(huán)境的影響，還降低了處理成本。

（2）該技術(shù)在東海探井、調(diào)整井中得到了成功應(yīng)用，有效解決了油基鉆井液使用過程中產(chǎn)生含油巖屑無法直接排放的問題，使得油基鉆井液的應(yīng)用成為可行。

（3）該技術(shù)創(chuàng)新成果應(yīng)用前景廣闊，可推廣應(yīng)用于東海所有采用油基鉆井液作業(yè)的探井、調(diào)整井和開發(fā)井中，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。