石油钻井岩屑处理技术方案油田钻井泥浆不落地环保方案

第一节石油钻井岩屑

1 石油钻屑基本信息

石油钻屑是石油、页岩气钻井过程中被钻头磨碎或破碎的岩石颗粒，被钻井液带出井外。由于钻井液特别是油基钻井液中含有大量的油类，如柴油、原油、煤焦油、植物油、动物油、合成油、矿物油等，油性物质是油基钻井液的主要成分，其浓度一般为50%-100%。混入油基钻井液和钻屑的钻井废弃物经分离处理后，会得到含油钻屑，若处理不当，将对周围环境造成各种影响和危害。

废弃在井场周围的含油钻屑会因雨水冲刷而流入附近的河流、湖泊等地表水体，使地表水受到油类、重金属和盐类颗粒的污染，破坏水体，影响和危害水中水生生物的生长发育。某些油类，如柴油等还会漂浮在水体表面，使水体变色、结成油膜，进一步影响水环境。含油钻屑进入附近的土壤和农田，会影响植物和农作物的正常生长。此外，含油钻屑还会占用土地。

2 发达国家石油钻屑处理发展概况

表1 部分国家钻井岩屑排放标准

国家

标准

加拿大

钻井岩屑含油量应低于30%，含油量应低于20%

英国

海上钻井岩屑含油量低于1%

法国

海上钻井岩屑排放效果极佳，低于 5%

荷兰

油基钻井液零排放，钻屑须通过生物毒性测试

挪威

含油量小于10%

中国

海上钻井岩屑含油量低于1%

在陆上石油勘探开发生产中，钻井产生的钻屑和废钻井液的处理普遍受到重视，特别是欧美国家对钻屑和废钻井液的毒性分析、环境影响评价和处理技术等方面做了大量工作。工业生产中采用的主要处理方法有原位回填、注入安全地层和集中处理等。

原位回填是石油勘探开发生产初期各国普遍采用的方法，此方法仅限于淡水基钻井液产生的钻屑和废钻井液的处理。美国钻屑和废钻井液原位回填专利技术（US）对原位回填法进行了改进，先用酸中和废钻井液和钻屑的pH值，再加入絮凝剂进行固液分离，固体废物干燥到一定程度后就地填埋，污水处理后达标排放。

为了“安全”地处理废弃钻井液和钻屑，美国、加拿大等石油公司研究并实践了钻屑回注技术：将钻屑从固控设备转移到处理设备中，经过研磨、剪切、筛选使钻屑粒度达到回注要求，通过高压注入泵将钻屑浆液注入地层。该技术将地下注入与水力压裂相结合，又称浆液压裂注入。它利用废弃油井或专用井作为注入井，选择压裂梯度低、封闭性好、对产层或地下水层无污染的地层作为注入层。但该技术难度大，涉及许多相关的地质工程问题。例如，从经济角度考虑，最好是钻一口回注井（至少能容纳3口油井产出的岩屑），然后将钻井过程中产出的岩屑经分级、破碎、混合后通过回注井注入地层；该技术受地层孔隙度影响较大，并不是所有地区都采用回注方式。而且含油岩屑注入地层后，如果油田后期实施注水，会破坏地层的孔隙度和压力，注入地层的油基钻井液和含油钻屑甚至可能返回地面或海洋，造成更为严重的污染；这种方式对地面相关设备的性能要求更为严格，系统复杂，费用昂贵，不仅需要大量的相关设备，还需要相关的专用井下工具，需要较大的投资和大量的人力。

美国等发达国家采用的是集中处理方式，就是将钻屑就地脱水并进行初步的固液分离，然后运至专业的固废处理公司进行集中无害化处理。例如，美国SWACO公司2001年开发的系统，可以在钻井现场对钻屑进行封闭处理，然后运离井场进行集中处理，保证了钻屑在钻井现场的环境安全。目前，该系统已在美国、挪威、墨西哥、俄罗斯、德国等多个国家得到应用，并取得了良好的效果。

表 2：钻屑处理方法

方法名称

详细的

岩屑烘干机脱水方法

适用于油基钻井液，降低钻屑含液量，达到直排标准，最高处理能力可达40T/H，回收的清洁钻井液可重复利用，处理后原油质量分数可达2-4%。

钻屑烘干机设备

干燥和筛分

适用于油基钻井液和水基钻井液。油基钻井液经干燥筛处理后，可降低50%~60%的原油质量分数。由于干燥筛下方钻井液回收罐中的液体固体含量很高，需要经过第二级离心机净化处理。处理后的岩屑中原油质量分数可达25%，钻井液可循环使用。

岩屑的热分馏

这是一种处理油基钻井液和钻井废弃物的有效方法。处理后的固体原油质量分数小于1%。岩屑需要预先脱水（可采用干燥和筛分，控制含水量小于40%）。岩屑通过进料系统进入燃烧室进行高温加热。加热过程中产生的蒸汽经过过滤器和多级换热器后利用油水分离器将油和水分离。回收的原油可以重新用于钻井液中，也可以作为系统本身的燃料油。处理后的固相可用于土地复垦或工程材料。

热解工艺流程布局展示

岩屑回注

岩屑回注法是将钻井废弃物制成泥浆后注入合适地层的方法。将钻井岩屑研磨、筛选后加入适量海水，必要时可在水钻井液中加入适量增稠剂后再注入地层。选择合适地层后，岩屑或污水可全部就地排放，减少运输和处理成本。

此外，还有生物修复、溶剂萃取、超临界流体萃取等方法处理钻井岩屑等钻井废弃物。

由于各国油田地质条件、钻井技术水平不同，所采用的钻井液处理剂差别很大，废弃物中有毒物质的组成也不尽相同。国外大多数钻井液材料和处理剂都是无毒的，钻屑和废弃钻井液均由专业的废弃物处理公司进行环保处理。

第二节我国石油钻井岩屑处理情况

1.1我国石油钻井岩屑处理情况

据测算，平均一口井会产生300-700立方米的钻井废弃物，页岩气开采过程中，产生的钻井废弃物更多，需要进行有效处理。在我国，仅两大石油公司每年就钻井约2.8万口。

在我国石油开采初期，钻井岩屑和废钻井液大部分存放在生产现场沉砂池中，未采取任何防渗漏、防流失措施，自然风干后就地填埋，造成了一定的环境污染。随着我国石油开发事业的发展，结合生产实际，开发了一些处理废钻井液和钻井岩屑的方法。

20世纪80年代末，我国部分油田开始应用固化技术，以水泥为基本固化剂，其方法是将钻屑和废弃钻井液用水泥等固化材料固化，然后在钻井现场堆放。此方法处理工序简单，物料运输少，施工速度快，工程费用低，能有效减少对周围环境的污染，是目前各大油田废弃物处理应用最为广泛的方法之一。但由于现场布置泥浆池需要占用大量耕地和自然保护区土地，土地浪费严重，且处理后的重金属离子原有的毒性没有改变，在冻融作用下仍有被沉淀淋出的可能，废弃物对环境的污染还不能完全控制。

2009年以前，我国尚未研制出适用的钻屑处理设备。大港、辽河、胜利、华北等油田陆地钻井作业一般采用固化、运输、填埋、焚烧或集中堆放、自然风化等方式处理；南方一些油田向当地建材生产厂家支付一定的费用，由这些公司负责收集、运输和焚烧钻屑，作为建筑材料使用。但这种方式受限于当地厂房条件和作业距离，没有对可用的钻井液进行回收再利用，浪费很大。为满足环保要求，海上钻井不得不花费巨额资金从国外购置钻屑处理设备或将钻屑通过海运运回陆地。

例如冀东南堡一号人工岛项目采用海上石油和陆地开采的方式，岛上所有岩屑通过传输设备集中收集，采用便捷、经济的岩屑脱干法对岩屑进行预处理后由岩屑运输车拉至岛外统一处理，钻井废弃物全部达到零排放标准。

中海油、胜利油田海上平台少数井的钻井作业采用将上部地层岩屑排入海中的方式，油气层内钻井作业产生的废弃钻井液和岩屑则在陆地上回收，进行集中处理。阿帕奇石油公司与中国石油天然气集团公司联合开发的赵东油田也采用了回注技术，但只将油层段的废弃物回注，并不是完全意义上的回注。康菲公司于2002年4月在蓬莱19-3油田一期开发井作业中开始使用回注技术，先安装在渤海8号，随后安装在南海1号。开发井作业完成后，在生产修井平台上又安装了一台小型回注设备，康菲公司实行全井零排放，钻井后的岩屑全部回注到地层中。

近年来，随着环保意识的增强和我国机械装备制造业的发展，一些生产钻屑离心干燥分离技术的企业应运而生。此外，中石油大庆油田、胜利油田、江汉公司等企业也研发了一些钻屑处理技术。如媒体报道，2014年3月起，大庆钻井工程公司研发的油基泥浆岩屑处理系统投入使用。钻井废弃物通过干燥机的高速旋转和筛网的过滤，经二次离心分离，从钻井液中分离出来，岩屑自然干燥一周左右，含油量达到3.8%，虽然不能直接填埋，但可以用来铺路。 2014年6月，媒体报道胜利油田钻井院在涪陵页岩气开发示范区成功完成油基钻屑处理技术应用，实现油基钻井液回收净化的分步实施，使井底返回的钻屑中油基钻井液回收率大于90%，处理能力达到每小时5立方米，对原来含油20%的钻屑进行干燥净化，经二次干燥净化后，含油量可降至0.26%，低于国家一级标准，可直接填埋。

2015年8月，江汉石油工程公司建设的国内首个油基岩屑处理中心正式建成投入运行，填补了中国石化页岩气开发过程中油基岩屑规模化处理技术的空白。

2.我国石油钻井岩屑处理的发展趋势

近年来，随着石油工业“走出去”战略的加快实施，我国石油钻井设备进入国际市场的速度明显加快。目前，世界上许多国家对于钻井废弃物处理的要求都非常严格，随着我国环保政策的不断出台，人们环保意识和要求会越来越高，对钻井废弃物排放的要求也会越来越严格，钻井岩屑处理设备的需求量将逐年增加。目前，除了中石油、中石化相关公司外，一些民营油服公司也开始投入这一领域。例如，上市公司杰瑞股份的全资子公司杰瑞能源服务有限公司与加拿大油服公司West 及其全资子公司PS2签署了投资及其他相关协议，拟投资700万美元与PS2在中国成立合资公司，并获得PS2在全球油气废弃物处理领域使用TPS技术的独家许可，并独家生产合资公司所需的TPS设备。本次投资的目的是获得油田废弃物热相分离技术用于含油废弃物处理，满足国内外日益旺盛的油田废弃物处理及土壤修复市场需求，满足国内页岩气开发中油基泥浆钻井产生的含油岩屑的处理需求，延伸公司油田环保产业链，提升公司在环保废弃物处理方面的技术实力。此外，海默科技等公司在相关领域也有投资。

3.石油钻井岩屑处理相关规定

与石油钻屑相关的主要法律法规有环境保护部颁布的相关法律、标准：

法律法规

配方单元

中华人民共和国环境保护法

环境保护部

中华人民共和国水污染防治法

环境保护部

中华人民共和国固体废物污染环境防治法

环境保护部

石油天然气开采业污染防治技术政策

环境保护部

《中华人民共和国污水综合排放国家标准》

环境保护部

《危险废物焚烧控制标准》

环境保护部

一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准

环境保护部

生活垃圾填埋场污染控制标准

环境保护部

土壤环境质量标准

环境保护部

《海洋石油开发工业含油废水排放标准》

环境保护部

《陆上石油天然气开采工业污染物排放标准（征求意见稿）》

环境保护部

钻井废液及钻屑处理管理规定（试行）

中国石油

第三节行业竞争格局及行业技术状况

目前国内处理钻屑的企业较少，且主要为石油化工系统，国外油服公司在这些领域起步较早，技术较为先进。

钻井废泥浆成分复杂，一般呈碱性，pH值在8.5～12之间，有的可达13以上；固相颗粒粒径一般在0.01mm～0.3mm之间，外观一般为粘稠流体或半流体，颗粒细小，级配差小，粘度大，含水量高，不易脱水（含水量约在30%～90%）。另外，其自然干燥过程缓慢，干燥后的物质遇水浸泡后易再次形成钻井废泥浆状物质，对排放点及附近区域的土壤将产生长期的不良影响；废泥浆含油量较高，有的钻井废泥浆含油量超过10%；钻井废泥浆固体含量较高，主要为膨润土及有机聚合物处理剂、粘土、加重材料、岩屑以及污水流经地面时携带的泥砂、表土等。

湖北国浪科技装备遵循安全、可靠、先进、经济的设计理念，针对钻井现场产生的水基钻井废弃物提供综合处理解决方案。国浪装备研发的“不落地钻井泥浆处理工艺”具有运输方便、组装简单、操作维护方便、处理效率高等特点，减少了开挖泥浆池、征地等钻井成本，实现了污水的循环利用，从根本上解决了钻井废弃泥浆的污染问题。

1. 流程

钻屑处理方案钻屑环保不掉落技术方案

1、钻井固控设备排出的钻屑、泥浆和砂石，在重力作用下流入泥浆储罐，通过液压泵输送到泥浆调节罐。

2、泥浆在泥浆调理罐内加入分离剂后，进入离心机进行分离，岩屑、泥砂分离后运出，用于后续制块，分离后的泥浆进入泥浆中和罐进行脱胶。

3、脱胶处理后的泥浆进入压滤机进行固液分离，固相与岩屑分离后运出，进行后续制块，制块可作为井场道路铺设的辅助材料或建筑材料，分离后的水循环用于配制钻井泥浆。

2.工艺优势

1、实现钻井现场无地面处理，无需开挖泥浆池，减少了土地征用、开挖、泥浆池防渗等费用。

2、循环利用，变废为宝。现场处理后的污水循环用于钻井，减少新鲜水用量及运输费用；分离出的泥饼含水量低，干燥后可回填或铺砌在井场，或添加辅助材料后制成块状用作建筑材料。

3、对一般钻屑、含油泥浆进行分段单独处理，实现一般固体废物与危险废物的分级处置，降低处理成本，减少污染。

4、现场处理设备采用橇装式设计，方便搬运、组装，可彻底处理泥浆，不造成二次污染。

5、可实现泥浆异地运输。可在合适地点建设泥浆处理站（母站），通过管道将半径50公里内的泥浆运至母站集中处理，或用泥浆罐在钻井现场收集泥浆，再用槽车运至母站集中处理，减少了非地面处理设备搬迁组装的费用和时间。

6、处理效率高，可连续或间歇操作，处理规模可达40m3/h。