1、油气田开采钻井岩屑分类利用处置现状及环境管理周奇1，姚光远1，包为磊1,2*，孙英杰2，黄启飞11.国家环境保护危险废物鉴别与风险控制重点实验室，中国环境科学研究院2.青岛理工大学环境与市政工程学院摘要油气开采过程会产生大量水基钻屑和少量油基钻屑。当前，油气田钻井岩屑大多采用不落地处理工艺进行初步收集处理。钻井岩屑通常具有较高的 pH、盐离子浓度、COD 和含油量（油基钻屑）等，其合理处理处置是油气田绿色发展面临的一大难题。对比分析了国内外钻井岩屑的环境管理现状，系统梳理了我国钻屑环境管理方面存在的问题。同时，基于钻井岩屑污染特性综述了其后续资源化与无害化技术的研究和应用现状，并分析了各技术优
2、缺点和处理效果。最后，对我国钻屑利用与处置提出了“建立水基钻屑分级分类管理制度、完善钻屑利用处置过程环境管理体系和加强钻屑源头减量和末端利用”的对策建议。关键词钻井岩屑；污染特性；资源化利用；环境管理中图分类号：X705文章编号：1674-991X（2023）02-0785-08doi：10.12153/j.issn.1674-991X.20220169Current utilization,disposal and environmental management of drilling cuttingsfrom oil and gas field exploitationZHOUQi1,Y
3、AOGuangyuan1,BAOWeilei1,2*,SUNYingjie2,HUANGQifei11.StateEnvironmentalProtectionKeyLaboratoryofHazardousWasteIdentificationandRiskControl,ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences2.SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering,QingdaoUniversityofTechnologyAbstractLargequantitiesofwater-baseddrill
4、ingcuttingsandsmallquantitiesofoil-baseddrillingcuttingsareproduced in the process of oil and gas exploitation.Currently,drilling cuttings are preliminarily collected andprocessedbynon-landingtreatmentinmostoilandgasfields.ThedrillingcuttingshavethecharacteristicsofhighpH,highsaltionconcentrations,h
5、ighCOD,andhighoilcontentforoil-baseddrillingcuttings,andtherefore,therationaltreatmentanddisposalofdrillingcuttingsisadifficultyforthegreendevelopmentofoilandgasfields.ThecurrentenvironmentalmanagementofdrillingcuttingsinChinaandothercountrieswascomparedandanalyzed,andthecorrespondingproblemsofenvir
6、onmentalmanagementinChinawereidentified.Basedonthepollutioncharacteristics of drilling cuttings,the research and application status of the follow-up resource and harmlesstechnologiesweresummarized,andthetreatmenteffect,theadvantagesanddisadvantagesofeachtechnologywereanalyzed.Finally,somesuggestions
7、wereputforwardfortheutilizationanddisposalofdrillingcuttingsinChina,includingestablishingawater-basedclassificationmanagementsystem,improvingtheenvironmentalmanagementsystemfortheirutilizationanddisposalprocess,andstrengtheningthesourcereductionandenduses.Key wordsdrillingcuttings;pollutioncharacter
8、istics;resourceutilization;environmentalmanagement随着我国社会经济的飞速发展和工业规模的快速扩张，对石油、天然气等化石能源的需求也日益增加。2020 年，我国油气勘探和开采投资分别达 710亿和 2250 亿元，共完成探井 2956 口和开发井17297 口1。而油气开采过程也会伴随着大量钻井岩屑（简称钻屑）的产生，通常每口钻井约产生 8001000m3的水基钻井岩屑（简称水基钻屑）2和250360m3的油基钻井岩屑（简称油基钻屑）3。收稿日期：2022-02-23基金项目：国家重点研发计划重点专项（2018YFC19028021）作者简介：周
9、奇（1982），男，高级工程师，硕士，主要从事固体废物资源化、危险废物资源化及处置技术研发和环境风险评估研究，*通信作者：包为磊（1998），男，硕士研究生，主要从事大宗工业固体废物资源化利用的环境风险评估研究，Vol.13，No.2环境工程技术学报第13卷，第2期Mar.，2023JournalofEnvironmentalEngineeringTechnology2023年3月周奇，姚光远，包为磊，等.油气田开采钻井岩屑分类利用处置现状及环境管理 J.环境工程技术学报，2023，13（2）：785-792.ZHOU Q,YAO G Y,BAO W L,et al.Current utili
10、zation,disposal and environmental management of drilling cuttings from oil and gas fieldexploitationJ.JournalofEnvironmentalEngineeringTechnology，2023，13（2）：785-792.按照水基钻屑和油基钻屑的单井产生量分别取900 和 305m3估算，我国钻屑年产量高达 2440 万m3。钻屑是油气开采过程中产生的废岩屑和废钻井液的混合物，由钻井液携带钻头与地层相互摩擦产生的细颗粒物，与钻井液一同从钻柱与井壁形成的环空中泵送至地面而形成4。其成分复杂
11、、有机污染物浓度高、pH 高5，如不妥善处置，可导致土地盐碱化、水生动植物死亡等，严重威胁周边生态环境和居民健康。随着固体废物污染环境防治法及土壤环境保护和污染治理行动计划的实施，油气开采行业的生态环境保护要求日趋严格，明确要全面强化监管执法，重点监管石油开采大县、地级以上城市建成区等区域。因此，确保油气产量的前提下最大限度减少环境影响是应当深思的问题。笔者系统梳理了钻屑的不落地处理工艺以及污染特性，对比分析了目前国内外钻屑的环境管理现状；综述了水基钻屑的利用处置技术如固化、做建材，以及油基钻屑的利用处置技术如隔油技术（回注技术等）、除油技术（生物处理、热处理、超临界 CO2萃取、化学清洗等）
12、，系统梳理了各种利用处置技术的优缺点；并针对我国钻屑管理及利用处置过程中存在的问题提出针对性建议。以期为我国钻屑的利用处置提供参考。1钻屑的不落地处理工艺及污染特性 1.1钻屑不落地处理工艺根据钻井液类型的不同，钻屑可分为水基钻屑和油基钻屑。我国钻屑的利用处置通常是先对钻屑进行固液分离，再分别处理固相与液相组分。当前，不落地处理技术是我国钻屑前处理的主要工艺，钻屑性质不同处理工艺有所差异。1.1.1水基钻屑水基钻屑的不落地处理工艺流程如图 1 所示。钻井液由泥浆泵泵送至地下供钻机使用，而后返排至地上由螺旋输送装置接收，并输送至一级振动筛去除粒径较大的固相，以减少后续处理过程中对机器的磨损。此过
13、程产生的固相进入二级振动筛，筛分的同时另有喷淋装置进行冲洗，粒径大于 2.5mm 的颗粒钻屑被排出形成初期岩屑；一级振动筛产生的液相按顺序经过除砂器、除泥器及离心机，残余液相经调理后回用于钻井液，产生的固相则与二级振动筛产生的冲洗液相混匀泵送至破胶脱稳罐，再加入聚合氯化铝（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）等药剂，实现混合液的破胶脱稳，脱稳后板框压滤脱水产生泥饼，泥饼与初期岩屑皆为水基钻屑，产生后暂存于井场，待风干后填埋处置或用作制砖、铺垫井场原材料等。压滤液部分经调理回用于钻井液，另一部分就近运至污水处理厂处理。图 1 典型油气田水基钻屑不落地处理工艺流程Fig.1Processflowofno
14、n-landingtreatmentofwater-baseddrillingcuttingsintypicaloilandgasfields1.1.2油基钻屑油基钻屑不落地处理工艺如图 2 所示。废油基钻井液经振动筛、水力旋流器及离心分离机逐级分离固相，再由螺旋传输装置将固相送往立式甩干机，立式甩干机内设 0.3mm 筛网，大颗粒钻屑停留于筛面上被刮刀刮除，而液相透过筛网前往卧螺离心机进一步处理，立式甩干机及卧螺离心机所分离固相即为油基钻屑，分离后的油基钻屑属于国家危险废物名录（2021 年版）规定的 HW08 类危险废物，故需交由有资质的处理单位进行脱油处理。整个处理系统中产生的液相则经调
15、理后回用于钻井液6-7。1.2钻屑的污染特征钻屑的污染特性与钻井液组成以及地层情况联系紧密。钻井液类别、适用范围及污染特性如表 1 所示。不同井深的水基钻井液组成差异巨大，一开表层及二开上部主要采用清水基钻井液，添加剂仅为少量的膨润土、纯碱、聚丙烯酰胺钾盐、水解聚丙烯腈铵盐，一般无污染；而二开下部及三开水基钻井液中添加剂多达 20 种，包括烧碱、磺化沥青防塌剂、防塌润滑剂、重晶石等8，故其水基钻屑具有较高 pH（8.39.1）、盐离子浓度（10.0317.53g/kg）和 COD（153.244572.87mg/L）9。此外，钻井液所786环境工程技术学报第13卷添加的重晶石及地层中所含的重金
16、属也可能导致钻屑重金属浓度超标10。与水基钻井液相比，油基钻井液具有很强的特殊性和差异性，其连续相以柴油、白油等为主，添加有一定量的润湿剂、乳化剂、凝聚剂、缓蚀剂、亲油胶体等钻井液处理剂5。故油基钻屑的含油量较高，一般为 6.5%23.6%甚至更高12。此外，虽然油基钻屑中的非极性油类对重金属的浸出具有缓释效应，但其重金属污染环境的风险依然存在13。2钻屑的国内外环境管理现状 2.1国外钻屑的环境管理由于钻屑的特殊性及其管理的经济性，美国国家环境保护局于 1988 年将其归为非危险废物，而各州则在符合联邦法规的前提下提出了更严格的管理与污染控制要求14，并规定了相应的治理措施和操作标准15。例如，美国得克萨斯州规定通过土地耕作方式处置低氯含量的钻屑，以及利用井的环形空间、干井或弃置井处置特定井场的钻屑均无需作业许可；美国路易斯安娜州行政法典中对于陆上钻屑的现场贮存、处理、处置都规定了具体污染控制要求，包括现场贮存的防渗要求、固化/稳定化物强度、贮存与填埋物渗滤液污染物限值等规定。其他国家钻屑的利用途径与含油限值如表 2 所示。2.2我国钻屑的管理现状我国生态环境部于 2021 年 12
