单军锋 任宪刚 姚竞争 闫学涛

（1.中海油能源发展有限公司工程技术分公司；2.哈尔滨工程大学烟台研究院）

随着海上油气田开发的速度逐渐加快，对海洋环境的保护也变得尤为重要。 在海上钻井平台上，平均每一口井就要产生100～500 m3的废弃钻井液［1］，其中包含水、油、钻屑、粘土、加重物料及各种化学处理剂等，直接排放会对海洋生物和水域造成极大的危害。 为研发海上油气田开发中钻井/完井“零排放”水基钻屑的高效处理/输运技术，需要了解海洋环境存在的问题，制定和执行相应的海洋环境保护法规，改进之前的有关大量水基钻屑的处理方法，形成更为完备的废弃物处理体系，减少钻井液处理盲区，力争在近年大幅减少渤海海域海洋废弃物的排放［2］。

随着海洋油气的增储上产需求和海洋环保的生态红线限制力度加大，海上油气田环保处理技术和装备升级面临巨大挑战。 为保证生产效率， 需建立油气平台→环保处理船→穿梭运输船→陆地接收端的新型废弃物处理模式，其中亟待解决的问题为：在原有平台限制空间内提高装备的处理能力； 增强废弃物远距高效的传输能力；大容量废弃物存储处理船型的开发；陆地接收、处理与再利用技术。 从而实现油气田开发过程中真正意义上的海上零排放、陆地资源化等技术的突破，降低油气田开发成本，实现油气田废弃物处理技术的新旧动能转化。 为此，笔者就国内外海上油气田开发的法律法规、废弃物处理技术和装备体系做一综述和展望，为海上油气田开发零排放的实现提供基础性参考。

1 国内外环保技术规范与排放标准

1.1 国外规范与标准

2000 年欧盟颁布的钻井/完井废弃物排放标准主要遵循的是北大西洋和东大西洋环境保护委员会的标准——OSPAR 公约。该标准禁止向海水中排放油基钻屑，其他排放液中钻屑残留矿物油含量要低于1%；要求污水中年均值生物需氧量不得高于25 mg/L、 固体悬浮物不得高于35 mg/L、化学需氧量不得高于125 mg/L［3］。

加拿大关于钻井/完井废弃物的处置方法主要根据 《近海废物处理指南》（Offshore Waste Treatment Guidelines）来制定［4］。 该处理指南规定了废弃材料、大气污染物、钻井泥浆、排放物中的钻屑、井下作业液的排放和处理标准，要求钻井泥浆中的总多环芳烃浓度低于10 mg/kg，且在海洋环境中相对无毒和好氧条件下可生物降解；水基钻井液泥浆携带的钻屑允许排放到海中，油基钻井液泥浆携带的钻屑不许排放，合成基钻井液泥浆携带的钻屑须使油在湿固体中的浓度达到每百克6.9 g 或更低后方可排放；采出水中30 日体积加权平均含油浓度不应超过30 mg/L、 排出水中24 h 平均含油浓度（每天至少测算两次）不应超过44 mg/L。

美国联邦法律中，与海洋油气开发废物处理相关的法律包括联邦环境政策法（National Enviromental Policy Act of 1969）、 资源保护与补偿法（Resource Conservation and Recovery Act）、 石油污染法（The Oil Pollution Act of 1990）、污染预防法 （The Pollution Prevention Act） 及清洁水法（Clean Water Act）等［5］。 资源保护与补偿法授权美国环保署（EPA）全方位控制有害废物， EPA 自1988 年就将油气开采钻井/完井废弃物排除在资源保护与补偿法规定的有害废弃物范围内（即豁免权），对于混合物的排放，主要取决于混合之前的性质并进行化学分析。 《清洁水法》40 卷的第435 部分对近岸钻井平台钻井废物的规定有：非水基钻井泥浆不准直接排放；非水基钻井岩屑的排放物经处理不含油后才能排放；生产废水含油浓度单日最大排放限值为72 mg/L、30 日平均值限制为48 mg/L；对于钻屑的排放，要求排海钻屑的含油量必须低于1%， 而且排放物中的重金属含量也有所限制，如墨西哥湾排放钻屑中要求铬含量低于3.0 mg/kg、汞含量低于1.0 mg/kg。 需要说明的是，美国各州法案中多数禁止钻屑排海。

其他拥有海上钻井的国家也依据各国国情推出了一些标准。 其中，挪威、英国北海及澳大利亚等地推行的标准与欧盟的相似，排放钻屑的含油量要求低于1%。 巴西在加拿大排放标准的基础上做了改进，根据水深的不同，规定：不超过60 m 的海域实行零排放政策，60～1 000 m 的海域排放钻屑含油量不超过6.9%，大于1 000 m 海域排放物不需要检测。

1.2 国内规范及标准

国内最早针对海洋石油勘探开发的法律法规是1982 年8 月23 日颁布的《中华人民共和国海洋环境保护法》，现行的所有标准规范，都以此法为依据［6］。 1983 年12 月29 日，国务院公布了《海洋石油勘探开发环境保护管理条例》， 并于1990 年9 月20 日发布实施，第15 条量化规定含油钻井/完井废弃物的排放标准：禁止水基泥浆含油质量分数超过10%和油基钻屑含油量超过15%排放入海。2000 年4 月1 日修订正式施行的《海洋石油勘探开发污染物的排放浓度限值》对海洋石油钻井和开采提出明确要求。

2001 年，国家颁布了GB 18420.1—2001《海洋石油勘探开发污染物生物毒性分级》将海域进行三级划分，规定：钻屑排放一级海域含油量不超过1%，二级海域不超过3%，三级海域不超过8%，重金属Hg含量不超过1 mg/kg，Cd 含量不超过3 mg/kg。

2008 年修订颁布的海洋石油开发工业含油污水排放标准——GB 4914—2008 《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》规定渤海地区实行零排放政策，钻屑不得排放［7］。

2012 年，针对当时石油开发废弃物多数为回注处理的情况，中国石油天然气总公司推出SY/T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》，该行业标准对回注水中悬浮物含量、悬浮物粒径、含油量、平均腐蚀率、SRB、IB 及TGB等做出具体要求［8］。

2019 年12 月13 日国家生态环境部办公厅发文《关于进一步加强石油天然气行业环境影响评价管理的通知》强调：生产水的排放浓度应符合GB 18420.1—2001 规定的生产水生物毒性容许值，非水基钻井液（即油基钻井液和合成基钻井液）不得排放入海，在渤海海域不得排放非水基钻井液钻屑，也不得排放钻井油层的水基钻井液及其水基钻井液钻屑。

由上述标准对排放钻屑含油量和重金属含量的规定要求可以看出，国内排放标准已与欧美国家看齐。 尤其是渤海地区的排放要求，足以彰显国家对于海洋环保整治的决心。 因此，保障海上钻屑零排放装备的研发势在必行。

2 油气田废弃物处理技术

2.1 通用技术

随着石油开采业的发展，废弃物处理技术也趋于成熟。 目前，废弃物处理技术主要采用固液分离、生物处理、回注、焚烧处理、坑内密封、分散处理、回收再利用、固化及破乳等方法［1］。

固液分离法是利用化学絮凝剂絮凝、沉降及机械分离等工艺， 将废弃钻井液固液两相分离，现已研发出多种有机/无机絮凝剂；生物处理法是利用微生物将有机长链或有机高分子降解，或使一些高分子有机物絮凝并沉积，其中必须采用自然筛选（诱变培育）、基因工程和细胞工程技术获得的特种微生物；回注法是将钻井液注入深度大于600 m 的非渗透性地层中，但此法可能对地质状况产生破坏； 焚烧处理是在1 200～1 500 ℃高温下对废弃钻井液进行焚烧，并在焚烧炉的烟囱内安置有除尘、回收和吸收设备；坑内密封法主要针对毒性较大或难以处理的钻井液，在坑内放置多层有机土和塑料垫层并加固化层后，在坑内存放废弃钻井液，此法对封闭性要求较高。 另外，该类钻井液因其毒性较大，不能采用常规方法处理，可运至指定地点集中处理。

2.2 国外技术

为应对国外日益严格的环保要求，国外石油公司在废弃物处理技术和装备方面开展了一系列的研发。

SWACO 公司研发了一套完整的废弃物密闭处理系统，包括页岩振动筛、大容量泥浆清理系统、大容量高频离心机、脱水、运输、收集及密闭等系统。 SWACO 公司主要服务于美洲和欧洲，基本满足了当地对排放钻屑含油量不超过1%的要求［9］。 值得一提的是，SWACO 公司为了应对不同情况下的离心需求， 设计了各种型号的离心机，包括CD-500、CD-518、CD-250， 处理能力为83 ～248 gal/min（1 gal=3.785 L）。 CD-518 离心机用于Llanos Orientales 盆地的钻探作业中，发挥了它的强大功能（高转速），使含有大量低比重固体的泥浆得以顺利分离。此外，在处理污水方面，SWACO公司设计了一种新型的涡轴分离设备，能够从各类混合液中分离油、气、水和密度不同的固体，该设备最大处理量为18.9 m3/min，性能明显优于传统的离心机或水力旋流器［10］。

在污水处理破乳剂和絮凝剂的研制方面，Baker Hughes 公司形成了一套完整的试剂研发技术，其中Tretolite Clear 试剂用于解决含油量较高的污水处理问题。 加拿大常规油田的生产水和污水一直含油量较高， 不仅无法满足排放标准，还常发生油污阻碍机器运转的情况，Baker Hughes公司首先对现场环境进行全方位检测，之后根据水中含油组分对Tretolite Clear 试剂做了改进，配合现场的离心设备将油污分离率提高至98%，达到排放标准［11］。

微生物处理技术作为一种环保有效的石油废弃物处理技术近年来备受关注。 目前，国外微生物处理技术最先进的国家是美国， 早在1989年3 月的Exxon Valdez 漏油事故中，美国就率先应用了微生物处理技术。 该技术的基本原理是海洋中存在可分解石油的微生物，经筛选土著微生物，根据微生物生长条件投入大量N、P 等营养元素促进微生物富集，从而分解油类物质。 2010 年4 月， 美国墨西哥湾漏油事件部分油污也采用了该技术。 因微生物处理技术的处理周期较长，一般用于海上溢油和漏油事件，有时也用于处理陆地石油开采污染的土壤。

2.3 国内技术

国内的油气田废弃物处理技术主要用于陆地石油的开采。

中国石油南方石油勘探开发有限责任公司下属的海南福山油田成功研发出 “泥浆不落地”技术［12］，该技术包含3 个工艺单元：废弃物收集单元、破胶脱稳单元和固液分离单元（图1）。整套装备总占地面积约250 m2，在废弃物实际处理过程中效果良好。

图1 海南福山油田泥浆不落地处理工艺流程示意图

中石化华北分公司在国内油气田率先使用钻井液不落地技术（图2），已在大牛地气田和东胜气田全面推广应用，该技术通过在固控系统下设置固液收集初分装备，经初步分离后固相进入岩屑收集罐待后续处理［13］。 整套装备总占地面积约300 m2。

图2 大牛地气田钻进液不落地处理工艺流程示意图

大港油田、塔里木油田等油田的钻屑随钻处理技术相对成熟［14］，针对本区块钻井液体系适用性较强。 钻屑随钻处理工艺流程示意图如图3 所示。 由于陆地钻井空间大，处理设备占地面积也大，因此大多数油井对分离出的液相未做现场回注处理。

图3 钻屑随钻处理工艺流程示意图

国内絮凝剂的生产研究已有了比较完备的体系。 如成都科龙化工生产的聚合氯化物（PAC）和聚合硫酸铁（PFS）、上海麦克林生化科技有限公司生产的聚乙烯亚胺（PEI）及云海净水生产的阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）等均可净化钻井/完井污水的絮凝剂。 但是，钻井/完井废弃物的处理手段还需因地制宜，不同地区的废弃物有机物和无机盐的含量不尽相同，需要形成一套全方位检测技术，让絮凝剂的使用更高效。

国内的生物处理技术起步较早，现也处于国际领先水平。 早在1983 年，国家海洋局第三研究所就开始了海洋油污染生物降解技术的研究。 该项目根据厦门港的石油污染物进行研究，调查培养厦门港区内的烃降解菌群，最终培养出一批适合厦门港的油污处理菌群［15］。 目前，比较成熟的海上钻井/完井废弃物生物处理技术是由海军医学研究所和复旦大学合作培养出的石油降解菌，在含柴油200 mL/m3，原油比95∶5 的污水中，15 h油污降解率达到93%以上。 生物处理技术在国内陆地油田上使用较多，如新疆、甘肃等地，海上生物处理法还有待继续开发。

3 总结与展望

国内的钻井/完井废弃物处理技术虽然已经有了突破性进展，但是随着海上石油开采技术的急速发展和对海洋环境保护愈加重视，制定了更加严格的废弃物排放标准，这就需要进一步优化废弃物的处理办法。

从标准制定的情况来看，国内海洋环境保护规范在经过近40 年的发展历程后， 已达到国际水平。 特别是2008 年后修订的国标，据渤海海域情况提出零排放要求，说明国家已把环保问题放在工作的重中之重，对今后海洋生态保护、海上产业绿色发展等起到了一定的保护作用。

目前，国内行业技术装备发展领域、机械制造、化工生产和生物技术方面，已达到国际水平，尤其是生物处理石油技术已达国际领先水平。 但是，相对于成熟的国际油服公司，国内并没有一套成熟的海上废弃物处理体系， 既无法像SWACO 一样， 利用一套海上废弃物处理体系及其每个处理阶段不同型号的设备来应对各种海上生产条件，也无法像Baker Hughes 一样，因地制宜地改进絮凝剂的配方，适宜处理各种废弃物。 因此，需要石油公司根据我国国情和生产环境在零排放的工作中不断积累经验，促进这些技术体系的形成。

国内海上油气田开发已将零排放作为发展方向，需要找到海上钻井/完井情况的一套完善的技术路线，研发出适于海上不同区域各种泥浆性质的废弃物处理装备，结合作业面积有限、安装成本高等特点，参考国内外的处理方法寻找到适用于国内海上的废弃物处理体系，最终达到海上钻井/完井开发的零排放这一目标。