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钻井废弃物无害化处理新模式探讨分析

时间:2016-07-06  浏览次数:3314

 

南方石油勘探开发有限责任公司  刘芙蓉

华北油田公司概预算中心  高计强

 

摘  要:新环保法对油田发展提出更高更严要求,解决钻井开采产生的废弃物污染风险问题日益迫切,发展绿色环保的钻井废弃物处理新方法势在必行。福山油田采用的钻井废弃物随钻处理技术减少了固废产生量,彻底避免污染土壤、地下水等环境风险,降低井场占地,缩短钻井周期。利用泥浆压饼制作免烧砖可用于油田建设,实现固废资源化,用水回注再利用。本文通过对随钻处理技术及废弃物综合利用新方法与传统钻井废弃物处理方法对比分析,对该新方法的应用进行了阐述,探讨其优点与前景,为油田的发展建设提供良好的方向与模式。

关键词:钻井废弃物  随钻处理  免烧砖  环保  成本分析

 

新环保法对于保护和改善环境,防止污染,提出了严格要求,绿色发展、循环发展、低碳发展成为经济社会发展的关键。作为国际综合能源公司,建设绿色油田、生态油田,势在必行,福山油田处于环境极度敏感区,随着海南国际旅游岛发展战略,面临了巨大挑战。

一、废弃钻井液处理概况

钻井液是勘探开发过程中主要污染源之一,废弃钻井液处理也是这么多年来一直研究的问题,随着现今环保高要求严标准,发展绿色环保的钻井废弃物新处理方法日益迫切。目前国内外钻井废弃物处理技术有:异地集中处理、固化回填、坑内密封、固液分离、注入安全底层或井的环形空间、焚烧、微生物处理等,而固化回填、坑内密封在国内广泛应用,适用性强,但该方法占地大,环境隐患风险大。

在我公司钻井中一般使用的钻井液为水基泥浆,多呈碱性,腐蚀性大,运输困难,往往置于井场周围的泥浆池,由于海南地属热带气候,雨水丰沛,时有台风暴雨,钻井泥浆非常容易溢出,对植被、土壤和水源带来极大的污染和破坏,对油田后期的可持续发展带来严重影响。即使后期经过固化处理、回填等,仍不能较好地恢复地质原貌,无法耕种,一旦雨水冲刷,废弃物液体渗出地表,尤其毗邻果园、鱼塘地区会引起当地百姓担心,造成工农关系甚为紧张,矛盾加剧。

二、废弃物无害化处理新方向

在这种形势下,我公司积极寻求突破,探索解决废弃钻井液处理留存环境隐患的办法,一边研究一边摸索试验,终于,钻井废弃物随钻处理技术于2013年12月通过了省国土环境资源厅组织的工艺技术论证,并在2014年开始实施钻井废弃物综合利用项目的前期建设。

钻井废弃物随钻处理技术工艺流程为:对钻井废弃物随钻收集输送至处理设备,通过对钻井废弃物加药破胶、脱稳、絮凝、沉淀、压滤后实现固液分离,分离滤液进入泥浆系统循环利用,滤饼、岩屑等固废符合标准后可铺垫井场、道路、制砖及各类建材等用途。

钻井废弃物随钻处理设备和工艺,包括废弃物收集单元、破胶脱稳单元、固液分离单元三部分。使用的主要设备包括螺旋输送机、提升机、滤浆泵、储备罐、隔膜压滤机、泥饼输送机、滤液收集输送装置、岩屑处理装置等。

图1  钻井废弃物随钻处理技术工艺流程图

 

(1)废弃物收集单元:通过螺旋输送机组,随钻收集钻井废弃物,并输送至破胶处理单元。

(2)破胶处理单元:对破胶罐中的钻井废弃物进行加药、脱稳、破胶、絮凝、沉淀,达到固液分离要求后,泵入固液分离单元。

(3)固液分离单元:主要设备有隔膜压滤机、泥饼输送机、滤液收集输送装置。压滤机对废弃泥浆进行固液强化分离,将滤饼含水率控制在20%以内。

相比传统泥浆池固化处理方法,减少了钻井固废产生量,避免了泥浆池固化处理过程中泥浆外溢、防渗膜破裂污染土壤、地下水等环境风险,同时,在井场占地、运行成本存在着优势。随钻技术实现固体废弃物减量化、资源化,利用泥浆压饼制作免烧砖可用以油田建设。另外,处理设备实现标准化、模块化设计,提高设备故障时更换速度,保障处理设备持续运营。

三、费用效益分析

3.1  传统处理方法

3.1.1  石油天然气开采时期

(1)泥浆池:开挖、坑底平整压实、坑壁简易支护等费用约为4万。

(2)防渗膜铺设:为了方便、快捷,减少成本开支,在一定安全范围内不给池底土壤造成污染,通常采用铺防渗膜,成本大约1万元。

(3)土地费用及工农关系:包含用地费用、青苗补偿、工农关系协调费等。相比采用钻井废弃物随钻处理工艺的井,井场需要开挖泥浆池,平均每个井场多占地2亩左右。根据前5年数据统计,泥浆池一直作为长期用地,土地综合费用为4万/亩, 4万/亩·10年x 2亩=8万;根据2015年新数据,如果按临时用地计算,临时用地综合费用为2万/亩,2万/亩·年x 2亩x 2年=8万。由两种方法计均得出泥浆池土地费用约8万元。

(4)传统钻井废弃物无害化处理及污水处理:22万,包含钻井废弃泥浆无害化固化处理费用,钻井及试油射孔前废液处理费和运输费。

(5)其他费用:如暴雨风险费用、污染风险费、协调费用等,按1万估算。

3.1.2开采后治理恢复时期

石油天然气开采利用为人类造福的同时,也对生态环境造成了破坏,资源的可持续发展与环境保护密不可分,然而对油田生态环境破坏的恢复治理工作还处于起步阶段,研究和实践明显不足。当前在钻井废弃物治理方面,真正能达到复垦条件的还不多,应用也有限。本文通过尽量达到原状态土壤条件保证复耕情况的治理恢复成本来量化环境成本,此处拟采用将钻井废弃物挖出作后续处理利用,采购新土回填养护。

方案:将固化填埋的泥浆废弃物开挖,产生大约1500m3废弃物及受影响土壤,拉运至专业处理中心待处理或后续免烧砖项目中心经过再次处理后可利用(以花场区块为中心,距离该项目大约40km),就近位置5km范围内购买种植土,再次回填。

此外,复垦过程不仅包括复垦( 土壤置换),还包括在 5 年法定调养期间进行的操作。此阶段的养护费用估算按治理恢复成本费用的10%计。

经过测算,造价约为28.49万,不含废弃物运至处理中心后再处理费用,该部分可参照后面综合利用再做分析。

3.1.3  传统方法综合成本费用

废弃钻井液采用传统方法无害化处理后及治理恢复费用计算如表1。

表1  传统方法费用计算表

方  法

阶  段

项  目

万/每口

传统方法

石油开采时期

泥浆池开挖

4.00

铺设防渗膜

1.00

土地费用及工农关系

8.00

无害化处理

22.00

其他费用

1.00

小计

36.00

治理恢复时期

治理恢复

25.90

复垦养护

2.59

小计

28.49

 

总计

64.49

 

注:固废可再加工处理用作原料制砖的相关费用未计入。

 

3.2  钻井废弃物随钻处理方法

3.2.1  石油天然气开采时期

采用随钻处理方式对钻井屑及钻井泥浆进行无害化处理,做到泥浆不落地,减少环境污染,固体部分符合国家和海南省国土环境资源厅关于固体废物治理的环保要求,滤液处理后尽量回收,做到循环使用。每口井服务费用约39万。

3.2.2  可持续综合利用

与西南油气田安全环保与技术监督研究院合作,引进该院的科研成果“钻井固体废弃物制砖技术”,建立钻井废弃物综合利用项目,将随钻处理的固体废弃物集中处理,制成免烧砖或陶粒循环利用。该项目是集团公司的环保示范工程项目,充分体现环保、节能、绿色的理念,从根本消除钻井液带来的环保风险。目前正在建设中。

项目概况:利用钻井产生的废弃钻井液,在污水回收处理站内进行挤压分离,含油污水经处理后达到回注水水质的要求进入联合站回注系统进行回注再利用,处理能力为100方/日。除去含油污水后的剩余部分泥饼,经鉴定满足各项指标后,将泥饼运送至免烧砖原料现场,再加入其它原料及水,制成相应规格的产品,生产能力为8万标砖/日。适用于各类民用建筑配套的室外道路硬化、围墙、井站基础建设、非承重结构等。

 

钻井废弃物

污水固液分离

含油污水

污水处理系统

搅拌

消解

免烧压制

成型各规格

码垛

养护

成品堆放

泥饼

其他原料

(水泥、河沙等)

 

图2  全自动免烧砖工艺流程

每年新钻井数量按60口计算,每口井产生钻井废液池量约为1000m3,钻井废液进行随钻处理实现固液分离,能够产生600m3的滤液和 400m3的泥饼,其中200m3的滤液进行回用,400m3的滤液和400m3的泥饼拉回水处理站进行处理后回注和制砖。每口新钻井洗井液为 60m3,试油队新井替出泥浆为60m3。每口井压裂及压裂返排液为600m3,每年约10口井。

将泥饼与骨料(河沙、石粉)、水泥按一定比例混合在机械压力作用下形成高强度建材,经过测算,一口井大约40万块标砖,浇注成型废品率3%,养护废品率3%,原料拣选3%,按0.4元计算,产出收益约14.6万元。

每口井钻井滤液、洗井液、试油替浆,按处理费30元/m3、运费38元/m3,处理费用节省约4.49万元,可作为经济效益。

此外,节水效果明显,滤液达到钻井浅层回用要求,平均每口井节约钻井用水500m3,节省0.2万元,为节约水资源,保护水源环境,具有一定的社会效益。

通过对该项目的总成本费用进行分析计算,得到如下表2。

表2  总成本费用计算表

序号

项    目

万/每年

万/每口

1

外购原材料

152.40

2.54

2

外购燃料及动力费

121.77

2.03

3

薪酬

194.94

3.25

4

修理费

13.56

0.23

5

其他费用

20.00

0.33

6

经营成本(1+2+3+4+5)

502.67

8.38

7

折旧费

101.47

1.69

8

摊销费

26.26

0.44

9

总成本费用合计(6+7+8)

630.40

10.51

 

注:1.每年按60口井计算。

2.表中外购原材料包含水泥、石粉、河沙等,根据物料配比按当地价格计算。

3.表中工资薪酬按照6人/班*3班标准配置。

4.表中固定资产属油气设施部分折旧年限为15年,建筑房屋部分折旧年限为35年;无形资

产摊销,用地使用权摊销年限为50年。

5.表中相关数据采用不含税价格计算。

 

3.2.3  钻井废弃物无害化处理新模式下费用效益

采用钻井废弃物随钻处理技术和废弃物综合利用新模式下的费用,经测算,如表3。


 

表3  新模式下费用分析表

方法

阶  段

项目

万/每口

随钻技术

+

废物利用

开采时期

随钻处理

39.00

后期效益

总成本费用

10.51

制砖收益

-14.60

滤液节约费用

-4.49

节水费用

-0.20

 

总计

30.22

 

注:1.表中随钻处理为总包费用,不再分项计算。

2.表中资金投入为正,产出效益为负。

3.节省钻井时间价值、社会效益等未计入。

 

3.3  比较分析

针对钻井废弃物处理新技术与传统处理方法的对比分析,新技术的优点总结如下:

1.从经济方面,新模式方法费用远低于传统方法的费用,大大节约投资造价。

2.环保风险最小化。钻井过程中的废弃物随钻处理,实现了泥浆“不落地”,彻底消除了废弃泥浆直接的和潜藏的污染风险。

3.钻井废弃物资源化、再利用。泥浆固相压饼作为新型建材原料,采用免烧砖技术制砖,用于油田基础建设,并且滤液、污水经过系统处理回注再利用,节水效果明显。

4.井场用地节约化。井场不需泥浆池后,平均每个井场节省占地2亩左右,同等大小的井场,可多钻2~3口井,最大限度降低了用地成本。而且,也更便于取得土地,有效利用地形布置钻井井场。

5.钻井施工便利化。随钻处理全套设备采用撬装式标准化模块化设计,便于井队搬迁,适应油田勘探开发流动性大的特点,缩短了钻前准备时间,也便于运送至钻井废弃物综合利用进行免烧砖制作和污水处理。

6.社会效益显著。不破坏耕地,不损害土壤,不会对周边地区环境及生活带来影响,还避免了水资源受到污染的风险,做到了保护环境、绿色生产,此外,也有利于社会稳定,减少工农关系矛盾。

如今,钻井废弃物随钻处理技术应用以来,已应用38口井,处理钻井固体废弃物16114m3、钻井废水21852m3,效果很好,非常成功。随着钻井废弃物综合利用项目建成,会带来更大的经济效益和社会效益。

四、结  论

1.钻井废弃物随钻处理技术,具有一定的科学性和可操作性,选用的工艺技术基本合理,可有效防止钻井废弃物污染扩散,消除污染风险,符合国家和海南省对油田开发环境保护的管理要求。

2.利用钻井废弃物压制成砖,是一项新技术,达到了节能、保护耕地、保护环境的良好效果,同时也取得了较好的经济效益和巨大的社会效益,可大范围应用推广。

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