含油巖屑深度固控技術在東海的應用

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.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

隨著東海低孔滲油氣田的不斷勘探與開發，鉆井井深不斷增加，鉆井難度也隨之增大，鉆井液技術主要面臨以下困難：（1）鉆井液對低孔滲儲層的保護問題；（2）東海復雜地層井壁穩定性問題；（3）深部地層溫度較高，鉆井液高溫穩定性的問題。針對以上難題，構建了有利于東海低孔滲儲層保護、抗高溫、井壁穩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用。但油基鉆井液使用環保要求高，為了解決在鉆井作業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，這是一項極具發展潛力的含油污泥處理技術[3-6]。

1 海上含油巖屑深度固控技術

1.1 國內常用技術

目前國內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，將含油巖屑等固相中的烴類加熱揮發，揮發物經過冷凝系統回收，據統計，該技術對油的回收率可達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，根據不同液體在萃取劑中的溶解度不同而達到兩相或多相分離的目的，然后加熱將低沸點的萃取劑揮發回收，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，但因萃取溶劑揮發性大，安全要求嚴格，成本較高。

（3）化學破乳法：利用具有破乳作用的化學處理藥劑加上具有協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生破乳化而凝析出來，然后對凝析出的油進行回收。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：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，然后通過超聲機械振動使這些分離的油相顆粒聚集，從而達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的微生物，通過堆肥、生物反應器或生物強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降解轉化。但該方法降解時間長且對環境要求高。

（6）甩干-離心分析技術：該方法是機械式的處理方法，通過甩干機和離心機相結合，將含油巖屑中的油類物質甩離巖屑，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，此過程中產生的細小含油巖屑仍需要運回陸地進一步處理。

1.2 含油巖屑深度固控技術原理

該技術的主要原理為：利用電磁感應熱解[8-10]技術，將鉆井過程中的油基鉆屑、鉆井廢棄物等置于封閉容器內，進行電磁熱解加熱，使產生的油、氣、水均回收處理，不產生污染氣體，剩余的固態廢棄物達到海上直接排放標準后直接排放。

該技術的核心設備為電磁加熱反應釜裝置，其他主要設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。技術特點包括：（1）綠色環保，無二次污染；（2）原油可以回收再利用，回收利用率高（＞98 %）；（3）產生的殘渣[11]滿足海上直接排放標準；（4）海上運輸、儲存、處理，污染土壤、水源、空氣風險概率相對較低；（5）熱解產生廢氣量小，自帶尾氣凈化裝置，達到尾氣零排放；（6）使用的設備為撬裝設備，便于海上導管架的運輸與安裝；（7）設備自動化控制，人員工作強度小；（8）技術成熟，設備運行穩定，綜合處理成本低。

經該技術處理后的含油巖屑中油、水、固三相含量指標如下：（1）回收油中固態物質和水為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優勢

根據國家海洋法GB4914-2008 標準，東海海域屬于三級海域，鉆井廢棄物排放標準為含油量≤8%。在海上油基鉆井液使用過程當中產生的含油巖屑，約80 %由振動篩返出，另外約20 %由離心機等產生。振動篩返出的含油巖屑由環境保護系統EPS 處理，被輸送至甩干機內進行固液分離，液相經高速離心機進一步處理后，循環利用，固相通過實時的含油量檢測，達標則直接排放，若不達標，進行回收。離心機、除泥器和除砂器產生的巖屑由于粒徑過小而無法再通過甩干機處理，與經甩干機處理后含油量不達標的固相一起裝入密封的巖屑箱運回陸地處理，處理流程為：（1）海上平臺使用巖屑箱裝箱；（2）拖輪運輸至陸地；（3）陸地交通工具轉運至處理廠堆場；（4）進行處理；（5）巖屑箱再返回海上平臺，工藝流程（見圖1）。

圖1 環境保護系統EPS 處理工藝流程圖

上述處理模式有諸多弊端：首先含油巖屑在運輸過程當中，泄露風險高、環保風險大。轉運含油巖屑所需的巖屑箱、拖輪及陸地交通工具費用較高。在陸地處理廠堆場儲存期間，含油巖屑本身就存在風險，還有污染周邊土壤、水源及空氣的風險，且占用了存儲面積、產生了存儲費用。整個處理流程周期長，未知風險高。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，將含油巖屑運回陸地處理是在海上處理技術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所需的設備可以安裝在海上導管架平臺上，解決了傳統還需運回陸地尋找處理廠再處理的問題，且轉運距離近，大大降低了運輸過程中的環保風險。處理流程周期短，降低了未知風險。單位含油巖屑處理費用低，降低了處理成本。該技術使用的裝置操作系統封閉，無污染氣體排放，對環境的影響大大減小。

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釜裝置內，反應釜采用高頻電磁感應電源加熱，隨著釜內攪拌槳葉轉動，在高溫真空狀態下，含油巖屑發生熱解反應，油基鉆井液基礎油和水以氣體餾分的形式分離出來，經冷凝裝置冷卻液化成油和水，進入緩沖液罐對其加以回收，剩余的固態殘渣自動排出，實現無害化。

4 現場應用情況

該技術已在東海探井、調整井作業中得到了廣泛應用，處理含油巖屑量達2 000 t，很好地解決了東海含油巖屑處理周期長而導致的巖屑箱周轉困難以及處理費用高等難題，現以N1 井為例說明現場的應用情況。N1 井是一口探井，該井使用油基鉆井液作業，整個作業過程總體平穩順利，海上共處理含油巖屑162.20 t，運用該技術圓滿完成了鉆井產生含油巖屑的處理任務，未發生任何性質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準（8 %），實現了含油巖屑的全部達標排放。N1 井在油基鉆井液使用過程中產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，通過翻轉將巖屑倒至巖屑收集箱內。（2）將巖屑收集箱吊至漏斗上方，打開下閘門將巖屑轉移至漏斗內，隨后通過柱塞泵將含油巖屑輸送至深度固控處理設備。（3）通過高溫（280 ℃～460 ℃）、脫硫等措施對含油巖屑進行處理，產生氣、液、固三相廢物，氣相經過高溫催化、脫硫等處理排放，液相廢物轉移至白油罐內，固相經檢測合格后排海。巖屑收集箱及漏斗（見圖4）。整體作業流程（見圖5），其中紅色箭頭表示固相處理及排放流程，藍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。

從應用效果來看，N1 井使用該技術較傳統運回陸地再處理的方式相比，不需要占用轉運船舶資源及陸地運輸交通工具，使用巖屑箱數量少，轉運距離近，降低了海上運輸期間的溢油風險，從根本意義上實現了含油廢棄物“零”排放，而且單位含油巖屑處理費用低，節約了單井費用。N1 井運用含油巖屑深度固控技術與傳統方式對比節省費用情況（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場作業流程圖

表4 N1 井運用含油巖屑深度固控技術與傳統方式相比節省費用情況

N1 井使用該技術處理含油巖屑可節省運輸成本及碼頭服務費用約30 萬元，且處理費用為3 500 元/噸，總處理量為162.20 t，傳統運回陸地再處理含油巖屑處理費用為7 000 元/噸，N1 井運用含油巖屑深度固控技術共計可節省費用87 萬元。

5 結論及認識

（1）含油巖屑深度固控技術與傳統運回陸地再處理的方式相比，具有巨大的優勢，不僅降低了運輸過程中的環保風險，減小了其對周圍環境的影響，還降低了處理成本。

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

（3）該技術創新成果應用前景廣闊，可推廣應用于東海所有采用油基鉆井液作業的探井、調整井和開發井中，創造可觀的經濟效益。