含油岩屑深度固控技术在东海的应用

2019-10-16施览玲张海山袁则名和鹏飞

石油化工应用 2019年9期

施览玲，张海山，王涛，朱胜，袁则名，和鹏飞

（1.中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海 200335；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

随着东海低孔渗油气田的不断勘探与开发，钻井井深不断增加，钻井难度也随之增大，钻井液技术主要面临以下困难：（1）钻井液对低孔渗储层的保护问题；（2）东海复杂地层井壁稳定性问题；（3）深部地层温度较高，钻井液高温稳定性的问题。针对以上难题，构建了有利于东海低孔渗储层保护、抗高温、井壁稳定性好和高润滑性的油基钻井液体系[1，2]，该体系近年来在东海广泛应用。但油基钻井液使用环保要求高，为了解决在钻井作业过程中油基钻井液含油岩屑的处理问题，研究形成了海上含油岩屑深度固控技术，这是一项极具发展潜力的含油污泥处理技术[3-6]。

1 海上含油岩屑深度固控技术

1.1 国内常用技术

目前国内外常用的含油岩屑处理方法[7]主要有以下几种。

（1）热解吸法：通过提供高热量的密闭减压系统，将含油岩屑等固相中的烃类加热挥发，挥发物经过冷凝系统回收，据统计，该技术对油的回收率可达90 %以上；此方法存在高能耗、高成本以及高温减压装置安全隐患高等问题。

（2）溶剂萃取法：该方法主要用于分离液体混合物。通过将萃取剂加入到混合液体中，根据不同液体在萃取剂中的溶解度不同而达到两相或多相分离的目的，然后加热将低沸点的萃取剂挥发回收，得到需要分离的液体。该方法比较适合回收含油钻屑中的油相，但因萃取溶剂挥发性大，安全要求严格，成本较高。

（3）化学破乳法：利用具有破乳作用的化学处理药剂加上具有协同或催化作用的助剂，使含油废弃物中因乳化混在一起的油产生破乳化而凝析出来，然后对凝析出的油进行回收。但该方法用于含油岩屑的处理效果不理想。

（4）超声空化处理技术：利用超声波的声空化作用使含油钻屑中的油从固体颗粒表面分离，然后通过超声机械振动使这些分离的油相颗粒聚集，从而达到将含油钻屑中的油分离出来。但该方法易使岩屑黏度增加，降低脱水性能。

（5）生物处理法：利用能够分解烃类物质的微生物，通过堆肥、生物反应器或生物强化等方法让微生物在含油钻屑中大量繁殖，最终将钻屑中的油类物质降解转化。但该方法降解时间长且对环境要求高。

（6）甩干-离心分析技术：该方法是机械式的处理方法，通过甩干机和离心机相结合，将含油岩屑中的油类物质甩离岩屑，该方法能将岩屑含油量降低至3 %～5 %。这是目前海上含油岩屑处理的第一步，此过程中产生的细小含油岩屑仍需要运回陆地进一步处理。

1.2 含油岩屑深度固控技术原理

该技术的主要原理为：利用电磁感应热解[8-10]技术，将钻井过程中的油基钻屑、钻井废弃物等置于封闭容器内，进行电磁热解加热，使产生的油、气、水均回收处理，不产生污染气体，剩余的固态废弃物达到海上直接排放标准后直接排放。

该技术的核心设备为电磁加热反应釜装置，其他主要设备还包括尾气处理装置、柱塞泵、螺旋输送器、冷凝装置、真空泵、气动隔膜泵和制氮机。技术特点包括：（1）绿色环保，无二次污染；（2）原油可以回收再利用，回收利用率高（＞98 %）；（3）产生的残渣[11]满足海上直接排放标准；（4）海上运输、储存、处理，污染土壤、水源、空气风险概率相对较低；（5）热解产生废气量小，自带尾气净化装置，达到尾气零排放；（6）使用的设备为撬装设备，便于海上导管架的运输与安装；（7）设备自动化控制，人员工作强度小；（8）技术成熟，设备运行稳定，综合处理成本低。

经该技术处理后的含油岩屑中油、水、固三相含量指标如下：（1）回收油中固态物质和水为0.5%～2%；（2）分离出的水中石油和沉淀物为0.5 %～3 %；（3）处理后的含油岩屑含油量为0.1%～1%、含水量小于5%。处理前和处理后含油岩屑含水量、含油量和含固量对比情况（见表1）。

表1 处理前和处理后含油岩屑含水量、含油量和含固量的对比情况

2 含油岩屑深度固控技术优势

根据国家海洋法GB4914-2008 标准，东海海域属于三级海域，钻井废弃物排放标准为含油量≤8%。在海上油基钻井液使用过程当中产生的含油岩屑，约80 %由振动筛返出，另外约20 %由离心机等产生。振动筛返出的含油岩屑由环境保护系统EPS 处理，被输送至甩干机内进行固液分离，液相经高速离心机进一步处理后，循环利用，固相通过实时的含油量检测，达标则直接排放，若不达标，进行回收。离心机、除泥器和除砂器产生的岩屑由于粒径过小而无法再通过甩干机处理，与经甩干机处理后含油量不达标的固相一起装入密封的岩屑箱运回陆地处理，处理流程为：（1）海上平台使用岩屑箱装箱；（2）拖轮运输至陆地；（3）陆地交通工具转运至处理厂堆场；（4）进行处理；（5）岩屑箱再返回海上平台，工艺流程（见图1）。

图1 环境保护系统EPS 处理工艺流程图

上述处理模式有诸多弊端：首先含油岩屑在运输过程当中，泄露风险高、环保风险大。转运含油岩屑所需的岩屑箱、拖轮及陆地交通工具费用较高。在陆地处理厂堆场储存期间，含油岩屑本身就存在风险，还有污染周边土壤、水源及空气的风险，且占用了存储面积、产生了存储费用。整个处理流程周期长，未知风险高。且在陆地寻找含油岩屑处理厂的难度非常大，如果不能找到合适的处理厂则无法使用油基钻井液。因此，将含油岩屑运回陆地处理是在海上处理技术不成熟的条件下不得已而为之的一种办法。

而含油岩屑深度固控技术所需的设备可以安装在海上导管架平台上，解决了传统还需运回陆地寻找处理厂再处理的问题，且转运距离近，大大降低了运输过程中的环保风险。处理流程周期短，降低了未知风险。单位含油岩屑处理费用低，降低了处理成本。该技术使用的装置操作系统封闭，无污染气体排放，对环境的影响大大减小。

上述两种处理含油岩屑的方式对比情况（见表2）。

表2 两种处理方式对比

3 含油岩屑深度固控处理工艺流程

图2 含油岩屑深度固控处理工艺流程图

含油岩屑深度固控处理工艺流程（见图2）。首先将含油岩屑通过螺旋输送器或者柱塞泵输送至电磁加热反应釜装置内，反应釜采用高频电磁感应电源加热，随着釜内搅拌桨叶转动，在高温真空状态下，含油岩屑发生热解反应，油基钻井液基础油和水以气体馏分的形式分离出来，经冷凝装置冷却液化成油和水，进入缓冲液罐对其加以回收，剩余的固态残渣自动排出，实现无害化。

4 现场应用情况

该技术已在东海探井、调整井作业中得到了广泛应用，处理含油岩屑量达2 000 t，很好地解决了东海含油岩屑处理周期长而导致的岩屑箱周转困难以及处理费用高等难题，现以N1 井为例说明现场的应用情况。N1 井是一口探井，该井使用油基钻井液作业，整个作业过程总体平稳顺利，海上共处理含油岩屑162.20 t，运用该技术圆满完成了钻井产生含油岩屑的处理任务，未发生任何性质油基钻井液及含油废料污染问题，处理后的岩屑平均含油量小于1 %，满足国家海洋法对钻井废弃物排放含油量的排放标准（8 %），实现了含油岩屑的全部达标排放。N1 井在油基钻井液使用过程中产生的含油岩屑每日处理排放情况（见表3）。N1井处理前和处理后岩屑样品对比图（见图3）。

该井处理含油岩屑的流程为：（1）将含油岩屑箱吊至岩屑收集箱上方，通过翻转将岩屑倒至岩屑收集箱内。（2）将岩屑收集箱吊至漏斗上方，打开下闸门将岩屑转移至漏斗内，随后通过柱塞泵将含油岩屑输送至深度固控处理设备。（3）通过高温（280 ℃～460 ℃）、脱硫等措施对含油岩屑进行处理，产生气、液、固三相废物，气相经过高温催化、脱硫等处理排放，液相废物转移至白油罐内，固相经检测合格后排海。岩屑收集箱及漏斗（见图4）。整体作业流程（见图5），其中红色箭头表示固相处理及排放流程，蓝色箭头表示液相处理及排放流程，绿色为气相处理及排放流程。

从应用效果来看，N1 井使用该技术较传统运回陆地再处理的方式相比，不需要占用转运船舶资源及陆地运输交通工具，使用岩屑箱数量少，转运距离近，降低了海上运输期间的溢油风险，从根本意义上实现了含油废弃物“零”排放，而且单位含油岩屑处理费用低，节约了单井费用。N1 井运用含油岩屑深度固控技术与传统方式对比节省费用情况（见表4）。