钻井在线清洁生产技术现状与应用

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摘要:川渝地区的钻井在线清洁生产工作，通过近几年在壳牌反承包项目作业现场、页岩气工厂化平台和关联交易区块的探索实施，依据实践经验和不断改进，从源头控制、生产过程控制、废弃物处理等环节入手，结合《国家环境保护法》等法律法规，完善清洁生产管理制度，加大硬件设施配套投入，立足“减量化、资源化、无害化”要求，生产废水得到有效控制，清洁化生产工作得到了稳步发展。

关键要:钻井；清洁生产；环保；废水；资源化

一、钻井在线清洁生产发展的背景分析

过去，钻井岩屑和钻井液没有采取不落地收集，依靠生产作业区域的废水引流沟和人工转运方式清理，岩屑等固废主要集中在钢混收集池暂存，工程项目完成后，集中采用水泥固化填埋、覆土还耕。由于川渝地区地层的异常复杂性，暴雨等自然灾害时有发生，钻井周期超过一年的工程项目比比皆是，长时间暂存的岩屑等固废膨胀系数增加，废水产生量大，废水外泄和溢漏引发环境突发事件的风险大，未过多考虑固废的“减量化与资源化”。今天的清洁生产，实际是过去的完井固化发展演变和业务升级转型而来，川渝地区率先从事在线清洁生产服务的单位是华气能源工程技术服务公司（桑园1井、合川75井组），场内清洁生产是从壳牌反承包项目开始。随着2015年1月1日新《国家环境保护法》的实施，对钻井清洁生产的发展有了更高的要求，“减量化、资源化、无害化”等要求迫在眉睫，“过去是尽力搞清洁生产，如今是全面推行清洁生产”。为此，工程技术服务企业和建设单位引起了高度重视，环保治理资金单列预算，清洁生产治理项目纷纷上马。川渝地区占据清洁生产服务主力市场的是蜀渝建安工程公司旗下的多元经济经营单位，还有成都大有石油钻采工程公司、重庆越创公司、钻井液公司和安检院的环境监测研究所，这四家单位主要从事水基岩屑期间的在线清洁生产，安检院具备试验微生物处理技术的能力，钻井液公司从事的是油基岩屑的转场工厂化集中处理。社会化市场主要有华气能源、恩承油气和仁智石化公司，仁智石化主要针对转场固化填埋处置，还有部分有实力的地方环保科技企业，也逐步进入油气田钻井清洁生产和环保治理技术服务竞争之列。对于健康中国与生态文明建设的迫切需求，清洁生产发展有较大市场经济前景和社会效益。

二、清洁生产发展的趋势与现状

（一）走向清洁生产发展之路的必然性

随着科学技术的发展，社会的进步，对环境保护的要求也越来越高，特别是新的《国家环境保护法》的颁布实施，对环境污染事故的处罚也更加严厉，这也是近年来环境保护领域最为严实的一道防火墙，首次将生态保护红线写入法律。环境保护工作是关系到生态、社会和经济可持续发展的大事，环境保护法除了是历史最严，更是与法律法规相提并论，各行各业都深感畏惧与责任重大。中国石油集团股份公司相继下发了《钻井废弃物管理规定（暂行）》，要求严禁向重点生态功能区、生态环境敏感区和脆弱区等国家和地方政府禁止的区域倾倒、堆放、掩埋钻井废弃物。依据国家环境划分相关要求，结合当地自然环境特点对钻井作业区域划分环境敏感区和环境非敏感区，并根据不同自然环境特点和环境敏感程度以及钻井液体系特点、工作量等选择就地处理或集中处理方式。在环境敏感地区，钻井废弃物处理应采用不落地或集中处理技术实施废弃物的固液分离和无害化处理，减量化、资源化和无害化要求越来越高。因此，全面推行钻井在线清洁化生产势在必行。

（二）当前清洁生产治理技术研究与发展现状

1、水基岩屑处理技术目前川渝地区的水基岩屑等固废治理，基本运用的是物理化学法收集和固化填埋，也在探索微生物自然降解技术。一是采用不落地装置将固体废弃物收集到岩屑箱，然后使用叉车（或管输装置）转运至岩屑搅拌罐，加入相关药剂配方，搅拌均匀后转至固化填埋池填埋处理。二是用不落地装置将固体废弃物收集到搅拌器，加入相关处理剂配方搅拌均匀，装车转运至集中处理场进行处理。三是试点探索微生物自然降解技术和资源化利用技术，目前也取得一定成效。如制培植土、砖和砌块。2、油基岩屑处理技术含油岩屑通过立式甩干机甩干后，岩屑含油量能达到5%以下，但废弃物固化填埋标准要求低于1%，必须通过生物处理或热解析（热脱浮）技术处理后，含油量才能达到低于1%。当前国际上采用的技术主要有：美国采用食油菌群培养生物技术处理含油岩屑，但还不能广泛推广；热解析技术尚不成熟，成本高，也不具备条件；高温焚烧技术，含油量能达到要求，但易造成烟尘二次污染，且设备性能不成熟，成本较高。川渝地区含油岩屑主要集中在页岩气区块，通过对龙马溪地层的页岩元素成分分析，对比水泥的主要添加剂（粉煤灰）化学结构基本一致，结合当前技术发展现状，分析探索实施了甩干分离、热解析技术、研磨资源化利用等综合措施，终端产品作为水泥添加剂辅料，实现了节能减排与资源化利用。另外，目前也在探索油基岩屑资源化制作燃料浆综合利用技术试点，最终成为一种燃料替代燃煤实现变废为宝。

三、清洁生产应用取得的主要阶段性成效

针对钻井作业过程中产生的废弃物数量大、成分复杂、有机物含量高、难以降解等特点，通过对清洁生产工艺技术与设备配套的研究，从源头控制、生产过程控制、废弃物处理等环节入手，完善清洁生产管理制度，立足“减量化、资源化、无害化”要求，采取钻井废弃物随钻不落地收集与密闭传输、集雨装置、清洁生产钻前功能配套方案优化和工艺技术配方研究等措施，降低劳动强度和安全环保风险，实现节能减排和绿色钻井目标。通过近几年的探索实践，川渝地区先后完成了100余口井的钻井在线清洁生产治理工作，清洁生产工作得到了稳步发展，并取得了阶段性效果。

（一）形成了一套清洁生产独立工程项目管理体系

开工验收技术交底二过程管理竣工验收三钻前验收开工准备一为了更好的落实国家环境保护环保法要求，先后与建设单位和环保研究单位进行多次技术交流，立足清洁生产设计和四川油气田《钻井固体废弃物无害化治理技术规范》/0267-2015和相关标准，制定清洁生产管理制度、工艺流程、作业指南，探索钻井队一体化管理模式，从清洁生产钻前配套功能验收、准备、开工验收与技术交底、实验配方与取样检测、过程管理与监督、成本写实、竣工验收等入手，并规范相关资料建档，基本形成了一套独立工程项目管理体系。实现生产组织程序模块化（参见左图），促进了物料平衡管理和经营成本的精细化管理，为工程质量和责任的追溯与跟踪提供原始依据，降低环保纠纷和法律风险，推动清洁生产工程项目管理转型升级十分关键。

（二）废水等污物产生量得到明显控制

通过钻井清洁生产配套技术的集成应用，推动一体化、全过程管控模式，实现了钻井“固体废物减量、废水零排放”的目标。从2016年在线清洁生产完成的双探3井、磨溪119井和邛崃2等井来看，实现钻井废水零转运，平时收集暂存的少量废水基本会用完。通过量化比较分析，川渝地区某钻探公司2016年钻井废水产生和转运量同比2015年下降了近50%（表1），同类型井钻井固废实现减量10-20%，同比过去的完井固化模式，废水产生量得到明显控制，大大节约了废水和岩屑污泥治理成本。

（三）资源化利用技术探索应用取得成效

立足节能减排、资源化利用和无害化要求，川渝地区实现生活废水撬装智能处理达标排放，水基钻井岩屑等固废治理向土壤化转变，开展的微生物菌种培养、驯化与现场试点等工作取得阶段性研究与应用成果。水基岩屑固废转化为免烧陶粒、砖或者条石砌块，强度等相关指标达到行业要求和国家标准，目前已正式投入在磨高地区和川西北部地区的钻前工程使用，美观实用性较强；油基岩屑资源化治理综合治理技术在页岩气项目得到应用，终端产物成为生产水泥添加剂或者燃料浆，用于基础建设和燃料，实现变废为宝。得到行业和地方相关部门的高度评价，也引起了民间和社会舆论的关注和赞许。2016年6月24日，新华社四川分社、人民网四川频道、四川日报、四川电视台等13家中央驻川媒体和四川省媒体15名记者，到磨溪气田资源化利用场站进行“绿色发展”现场采访。

（四）取得了良好的边际贡文和社会效益

为了适应钻井清洁生产工艺要求，企业投入了专项配套经费，自制研发不落地装置、岩屑收集罐、岩屑管输装置、负压吸排清掏罐装置和生活废水处理装置等，还联合建设了长宁油基岩屑处理流水线工厂和免烧砖（砌块条石）的集中处理厂站等，对相关设备的研发制造能力已初具规模化和专业化。根据川渝地区雨水多的特点，改变传统井场修建模式，采用了一体化设计的雨污分流与分区防渗系统，取消井场排污沟、废水池和岩屑池。单井建设单位投资节约池类修建费用100余万元。清洁生产的实施，达到了减少环境污染，实现钻井废水零转运；钻井岩屑管输装置及配套设备的应用，实现了钻井废弃物不落地、收集、转运，降低了员工劳动强度和叉车转移带来的安全环保风险，有效解决了川渝地区钻井清洁生产场地受井位部署和地理位置影响的问题，实现了节能减排、绿色钻井。

四、结论与建议

（一）优化清洁生产设备配套与研究，整合现有资源，推行“钻井队一体化管理”模式，有利于污物源头控制和节能减排提升，有效推动清洁生产管理和业务统筹升级转型。（二）强化环保治理和钻井清洁生产的系统研究，将钻井固废“减量化、资源化和无害化”进一步深挖，实现终端产物转化为市场价值和社会效益，也是石油钻探企业践行国家生态文明建设和环境保护的发展理念和具体体现。（三）加快川渝地区高密度磺化体系钻井液的固液分离破胶技术研究，解决闲置钻井液和报废钻井液的转运、储存和高成本维护难题，有效降低环保压力和成本。

作者:肖波 尹诗溢 单位:中国石油川庆钻探工程有限公司川西钻探公司

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