（市政工程专业论文）生命周期评价在普光气田钻井固体废物处理处置中的运用.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 论文在对中石化普光气田丌发项目钻井固体废物产生情况调查的基础上， 分析了普光气田钻井固体废物的特征和污染现状，研究了普光气田钻井固体废 物处理处置方案的优势和缺点，并将钻井固体废物从产生到处理处置全过程总 结划分出了四个阶段。 在对钻井固体废物的处理处置方案选择中，引入了生命周期评价( l c a ) 的方法。并在传统生命周期评价方法的基础上提出了一套适用于气田钻井固体 废物处理处置的生命周期评价体系。该评价体系综合考虑了环境、经济、技术 水平三方面因素，并通过对具体实例的运用，对所提的两套处理处置方案进行 论证，为普光气田的经营者和环境管理者提供了决策参考。 通过运用该生命周期评价模型进行计算，得到两种处理处置方案的环境影 响权值。其中，在以环境效益为重点考察对象的前提下，得出钻井固体废物固 化填埋处理处置方案的权值为0 3 1 4 ，而钻井固体废物资源化利用方案的权值为 0 6 8 6 ；在以经济效益为重点考虑对象的前提下，钻井固体废物固化填埋处理处 置方案的权值为o 5 3 1 ，高于钻井固体废物资源化利用方案0 4 6 9 的权值；以技 术性能为重点考虑对象，则钻井固体废物固化填埋处理处置方案的权值较低， 仅为0 4 5 9 ，资源化利用方案的权值为o 5 4 1 。由此得出结论，在以可持续发展 和环境保护为前提的条件下，普光气田对钻井固废的处理利用应优先选择的是 资源化利用方案即固化制砖方案。本文提供的方法可以应用在其它油气田钻井 固体废物的管理和评价中，使油气田开发等工程项目更快更好的向着环境友好 和可持续的方向发展。 关键词：气田；环境污染：钻井固体废物；处理处置；生命周期评价 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t o nt h eb a s i so ft h ei n v e s t i g a t i o no nt h ed r i l l i n gs o l i dw a s t ep r o d u c e db ys i n o p e e p u g u a n gg a sf i e l d ，c h a r a c t e r i s t i c so fd r i l l i n gs o l i dw a s t ea n dt h ep o l l u t i n gs i t u a t i o n a l ea n a l y z e di nt h i sp a p e r i nt h em e a n t i m e ，t h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fi t s t r e a t m e n ti np u g u a n gg a sf i e l da r ei n v e s t i g a t e d ，a n dt h ep r o c e s so ft h i st r e a t m e n ta l e d i v i d e di n t of o u rs t e p s i no r d e rt om a k eg a sf i e l dd e v e l o p i n gp r o j e c t sb e c o m em o r ee n v i r o n m e n t 一 - f r i e n d l y , m o r ee c o n o m i c a la n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，al i f ec y c l ea s s e s s m e n t ( l c a ) s y s t e mi sd i s c u s s e do nt h eb a s i so ft h et r a d i t i o n a ll c a i nt h i sp a p e r , w h i c h i ss u i t a b l et oe v a l u a t et h eg a sf i e l dd r i l l i n gs o l i dw a s t et r e a t m e n tw o r k i tc o n t a i n s e n v i r o n m e n t ，e c o n o m ya n dt e c h n o l o g yt h r e ef a c t o r sa n di sd e m o n s t r a t e db yt h e e x a m p l e t h i sl c as y s t e mp r o v i d eb a s i cd a t at ot h em a n a g e ra n dg o v e r n o r , a tt h e s a m et i m ei ti sb e n e f i tf o rc o n s t r u c t i n gm o r ee c o l o g i c a la n de c o n o m i c a l l ys u s t a i n a b l e g a sf i e l dd r i l l i n gs o l i dw a s t et r e a t m e n tw o r k b yt h ec a l c u l a t i o no fl c am o d e l ，w ec a no b t a i nt h ee n v i r o n m e n t a li m p a c t p o t e n t i a lo ft h e s et w ot r e a t m e n t s o nt h ep r e m i s eo fe n v i r o n m e n t a lb e n e f i t s ，w e c a l c u l a t e do u tt h ew e i g h to fs o l i d i f i e db u r i a lm e t h o r do fc u t t i n ga n dd r i l l i n gf l u i di s 0 314 ，w h i c hi sl o w e rt h a nt h ew e i g h to fr e s o u r c eu t i l i z a t i o n0 6 8 6 ；o nt h ep r e m i s eo f e c o n o m i ci n t e r e s t s ，t h ew e i g h to fs o l i d i f i e db u r i a lm e t h o r di so 5 31 ，b u tt h ew e i g h to f r e s o u r c eu t i l i z a t i o ni s0 4 6 9 w h e nw ec o n c e mt h et e c h n i c a lp e r f o r m a n c eo ft h et w o m e t h o r d ，w ef i n dt h ew e i g h to fs o l i d i f i e db u r i a lm e t h o r dw h i c hi s0 4 5 9i sl o w e rt h a n t h ew e i g h to ft h eo t h e rm e t h o r dw h i c hi so 5 41 t h er e s o u r c eu t i l i z a t i o ni st h e o p t i m u ms c h e m ef i n a l l y k e y w o r d ：g a sf i e l d ；e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ；d r i l l i n gs o l i dw a s t e ； t r e a t m e n ta n dd i s p o s a l ；l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ( l c a ) 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 首次将生命周期评价( l c a ) 的方法引入到对钻井固体废物的处理处置方 案选择中。并在传统生命周期评价方法的基础上提出了一套适用于气田钻井固 体废物处理处置的生命周期评价体系。该评价体系综合考虑了环境、经济、技 术水平三方面因素，并通过对具体实例的运用，对所提的两套处理处置方案进 行论证，为普光气田的经营者和环境管理者提供了决策参考。 殁么 跏8 ，2 7 1 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密囱，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：张i 良 日期：遮2 c ) 指导老师签名： 1 7 1 期：帮 沙j ，z 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 问题的提出 第一章绪论帚一早瑁y 匕 1 1 1 钻井固体废物的产生和处理处置现状 我国是一个能源消耗大国，2 0 世纪5 0 年代以来，中国能源工业从d j 大不 断发展，特别是改革开放以后，能源供给能力不断增强，促进了经济持续快速 的发展【1 1 。但是随着石油和天然气的开发力度加大，由钻井带来的环境污染问 题日益明显，也越来越受到人们的重视。大多数气田分布范围广、钻井作业分 散，很多钻井井场地处环境敏感区，特别是在生态脆弱、水资源宝贵的环境敏 感地区。在天然气勘探和开发的钻井过程中，钻井液的替换、冷却设备等作业 会产生大量的废钻井液，同时还会产生大量的钻井岩屑。这些废弃物存留于井 场储存池，随着储存池的渗漏、溢出、淹没等，可能会对地下水和地表水产生 不良影响，并危及周围生态环境，甚至可能造成污染事故。 废弃钻井液是钻井液、石油类和钻井岩屑等的混合物，其成分复杂，含有 钻井液中的各种组分，如粘土、有机聚合物、无机盐、钻井岩屑和钻井液添加 剂等。废弃钻井液中存在一定的环境污染物质，悬浮物含量常在2 0 0 m g l 以上。 这些悬浮物成胶体状，加上钻井液的护胶作用，使其成为特殊的稳定体系，在 水中长时间不能下沉，导致水体生态的自净能力下降且影响水的使用：c o d 超 标几十到几百倍，排入水体可加剧水的富营养化，根本不能使用；所含的油类 物质，如果排放至环境中将影响环境质量。另外，由于各种钻井液添加剂的带 入，或由钻井岩屑和地层矿物引入，废弃钻井液中含有数量不等的污染物，如 盐及一些重金属元素( 如p b 、c u 、c d 、h g 、n i 、b a 和c r 等) ，对生物有一定 的毒害作用。 2 0 世纪7 0 年代以来，美国、前苏联、加拿大、德国和中国都围绕着如何处 理钻井废弃物进行了大量的研究工作【2 1 。国内对于钻井固体废弃物处理的研究 是在吸取了国外很多经验的基础上，进行了研究和总结，主要有土地耕作法、 固化处理等1 6 1 。国外在对钻井固体废弃物处理的研究中，r e h a ns a d i q n 考虑了钻 井液中重晶石含有的重金属对环境的污染，并提出了钻井固体废物排放权的选 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 择支持系统框架体系。赵晓宁【3 】等通过对英国、荷兰和挪威的钻井勘探开发工 业环境管理体系进行了考察与研究，认为我国勘探开发工业与国外发达国家相 比存在一定差距，包括勘探开发中的环境保护和污染防治措施。王军义【5 】编译 的外国文献中明确指出有效处理钻井废弃物可减少建井总费用。赵荣峰( 7 】对钻 井液的处理进行了研究，认为应该采取源头控制、过程控制以及综合利用的手 段来减少废钻井液的污染。贺吉安【8 】王平全【9 l 主要研究了钻屑和废钻井液的固化 处理，结果表明固化物浸出液分析结果符合当时的国家危险废物鉴别标准 ( g b 5 0 8 5 3 1 9 9 6 ) 和国家污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 。李颖【1 0 】等对土 地法利用生物降解钻井废泥浆进行了研究，确定了其生物降解环境，也取得了 一定的成果。 1 1 2 问题的提出 长期以来，我国在解决固体废物管理的实际操作中，一直着力于加强末端 治理技术的提升和改进。随着我国科学技术的发展和经济实力的增强，以及人 们对环境问题日益增长的关注度，相关企业及科研单位对钻井固体废物的处理 技术进行了广泛的研究，在资源化利用和无害化处理的具体技术领域取得了长 足的发展。针对钻井固体废物的管理，在二十世纪九十年代，黄晓东、张晓兰【l l 】 就提出了钻井作业过程中，控制废物的排放量和毒性，变末端处理为全过程控 制，采取各种措施预防钻井废物的污染是气田环保工作的一项重要内容。但对 如何来识别和评价在钻井废物处理处置过程中，各个环节对于环境的影响以及 采取的技术和措施是否能使影响减小，并没有做出分析和判断。但随着环境管 理要求的日益提高，和“可持续发展”的思想深入到人类的各项活动中，人们越 来越关注钻井固体废物的全过程管理，希望有一种方法能对钻井固体废物处理 的全过程带来的资源消耗和环境影响有一个彻底的、全面的、综合的了解。生 命周期评价是目前国际上普遍认同的，可以达到这一目的的方法。通过开展钻 井固体废物处理处置的生平周期评价研究控制钻井固体废物产生，不论是对于 气田的固体废弃物管理还是对于城市乡镇的生态环境保护都具有重要的现实意 义。 1 2 国内外研究现状 生命周期评价最早出现于2 0 世纪6 0 年代末至7 0 年代初，起源于美国开展 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 的一系列针对包装品的分析、评价，当时称为资源与环境状况分析( r e s o u r c e s a n de n v i r o n m e n t a lp r o f i l e a n a l y s i s ，即r e p a ) 。作为生命周期评价研究开始的标 志是1 9 6 9 年由美国中西部资源研究所( m m ) 所开展的针对可口可乐公司的饮 料包装瓶进行评价的研究。该研究试图从最初的原料采掘到最终的废弃物处理， 进行全过程的跟踪与定量分析( 从摇篮到坟墓) 。 2 0 世纪9 0 年代以后，生命周期评价得到了广泛的关注和迅速的发展。1 9 9 0 年由“国际环境毒理学与化学学会( s e t a c ) ”首次主持召开了有关生命周期评 价的国际研讨会，会议上首次提出了“生命周期评价( l i f ec y c l e a s s e s s m e n t ，即 l c a ) ”的概念。1 9 9 3 年国际标准化组织( i s o ) 开始起草i s 0 1 4 0 0 0 国际标准， 正式将生命周期评价纳入该体系【l2 1 。 生命周期评价( l c a ) 的运用领域也非常广泛。在工业企业部门，l c a 被 用于产品系统的生态辨识与诊断、产品环境影响评价与比较、生态产品设计与 新产品开发、再循环工艺设计( 如：婴儿尿布材质的选择、一次性纸杯和塑料 杯的比较等) ：政府和环境管理部门可借助于l c a 进行环境立法、制定环境标 准和产品生态标志，许多国家( 如奥地利、加拿大、法国、德国、北欧国家、 荷兰、美国等) 和国际组织( 欧盟、世界经济与合作组织、国际标准化组织等) 都要求将l c a 作为制定标识标准的方法1 3 3 3 4 】；消费者组织利用l c a 指导消费 者进行生态产品消费，以及对公众行动进行从摇篮到坟墓的环境评价。 欧洲在1 9 9 3 年就完成l c a 项目1 3 0 个以上，美国市场上的消费工业产品 有数百种进行了l c a 评价，而德国的s t u t t g a r t 大学已经进行了与汽车相关的 l c a 评价达1 0 0 多个，日本钢铁联合会和铝工业联合会建立了隶属于日本l c a 联合会的钢铁工业l c a 分会，等。 我国对生命周期评价的研究相对来说起步较晚，基本是借鉴国外已经比较 成熟的做法，并将其用于相关领域。主要关注的方面同样是能源有效开发、资 源利用、工业产品和生产工艺设计、清洁生产技术规范以及废物回收和再循环 管理等。 1 9 9 8 年，我国国家技术监督局开始全面引进i s 0 1 4 0 4 0 系列标准，将其等 同转化为国家标准，相应国家标准代号为g b t 2 4 0 4 0 系列，现已完成了 i s 0 1 4 0 4 0 ( 原则和框架) 、i s 0 1 4 0 4 1 ( 目的与范围的确定、生命周期清单分析) 、 i s 0 1 4 0 4 2 ( 生命周期影响评价) 和i s 0 1 4 0 4 3 ( 生命周期解释) 的等同转化工作。 国家自然科学基金项目先后资助了一些生命周期项目的研究，包括“我国 企业环境行为生命周期管理对策研究 、“城镇生活垃圾生命周期分析及过程管 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 理对策研究”( 1 9 9 8 2 0 0 0 ) 、“考虑环境因素的产品生命周期的评价 ( 1 9 9 9 2 0 0 1 ) 、 “保护区生态旅游生命周期与承载力的关系及风险评价( 2 0 0 0 2 0 0 2 ) 等。 目前国内已有的研究中，生命周期评价法多运用于评价各种工业产品的生 产工艺是否清洁环保，如生产纸浆塑膜包装制品、生产路用材料、氯化法钛白 粉的生产过程、印刷品与包装的生产工艺，甚至已有研究者提出了绿色1 1 r 的概 念，将生命周期评价应用到网络的搭建全过程。 生命周期评价运用于固体废弃物的管理，研究得较普遍的是对城市生活垃 圾处理系统的生命周期评价。陶华，陶加林【l 习研究了生命周期评价方法，并将 其引入城市垃圾管理系统，建立了适合我国国情的城市生活垃圾生命周期评价 框架。他们认为，生命周期评价框架的建立有助于改进城市垃圾管理，是减少 城市垃圾产生的有用工具。 郭颖杰【m l 在全面综述生命周期评价技术演变及研究现状的基础上，构建了 以i s 0 1 4 0 4 0 生命周期评价原则和框架为指导原则的城市生活垃圾处理系 统生命周期评价模型，并进一步深入建立起综合了环境可持续性、经济可承受 性、社会可接受性以及技术可行性的多因素评估模型。李晓超【l5 】运用生命周期 评价对城市生活污水处理全过程进行了分析评价，综合考虑环境、经济、技术 水平三方面因素，研究建立了一套适用于城市污水处理厂的生命周期评价体系。 目前，国内外对钻井固体废物的研究较多的是处理处置方式，即如何使已 产生的钻井废物无害化，具体的方法有土地耕作法、固化处理法、注入安全地 层、回收利用等，其中比较普遍的方法是固化法。然而对于具体气田的钻井固 体废物的总产生量，污染现状污染趋势，从产生到收运到处理再到最终的处置 整个过程究竟会对环境产生多大的影响，并没有明确的描述。将生命周期评价 运用于钻井固体废物的处理处置还未见报道。 1 3 论文的选题、研究的主要内容及技术路线 1 3 1 研究目的 本研究拟充分收集普光气田的相关背景资料，通过对普光气田施工过程中 产生的钻井固体废弃物特性和处理现状的调查和分析研究，对钻井固体废物对 当地环境的污染趋势作出预测；了解普光气田现有的钻井固体废物从产生到储 存到收运一直到最终处置的全过程管理办法，并采用生命周期评价方法评估现 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 有钻井固废处理方法对当地的环境、经济、社会带来的影响，并运用生命周期 评价方法对比分析不同钻井固体废物处理处置方式的利弊，确定适合普光气田 工程施工区钻井固体废物的科学管理模式，借以促进普光气田的可持续开发， 同时对其他气田类工程的钻井固体废物处理处置方式选择提供重要的技术指 导。 1 3 2 研究内容 ( 1 ) 普光气田钻井固体废物产生及处理现状分析 普光气田钻井固体废物基本特征分析 普光气田钻井固体废物的产生源、产量及分布情况，明确气田固体废弃物 的理化特性。 普光气田钻井固体废物对环境污染的研究 研究普光气田钻井固体废物的污染现状，对其造成的环境影响进行评价， 预测污染趋势。 普光气田钻井固体废物处理处置现状研究 对普光气田钻井固体废物在源头控制、过程管理和处理处置方面的现状和 存在的普遍问题及原因进行分析。 ( 2 ) 生命周期评价的理论与方法研究 对生命周期平价法的起源、概念、应用领域进行研究，熟悉生命周期评价 的框架和结构，建立气f 只钻井固体废物生命周期评价模型。 ( 3 ) 生命周期评价的应用研究 运用建立起的钻井固体废物生命周期评价模型，对普光气田钻井固体废物 现有的处理处置方式和管理模式进行评价，并对比几种不同的处理处置方式的 环境、经济、社会效益，得出最适合普光气田的钻井固体废物处理处置方式和 管理方案。 1 3 3 研究技术路线 结合普光气田开发项目，本论文拟采用现场调查结合实验室试验分析，建 立生命周期评价模型的方法来研究本课题。将充分收集该项目相关背景资料， 包括项目所在地综合经济社会发展( 人口、经济、基础设施建设等) ，实地调查 该项目的钻井固体废物产生情况和污染现状，预测污染趋势，利用模型比选出 符合实际的处理处置和管理方案。论文采用的技术路线见图1 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 上 生命周期评价模型应用 上 适合普光气阳的钻井固体废物管理 图1 1 论文研究技术路线 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第二章普光气田钻井固体废物产生和污染现状 2 1 普光气田项目的背景 2 1 1 自然地理概况 普光气田开发区位于四川省东北部的宣汉一达县勘查区块，气田主体位于 宣汉县普光镇，北靠毛坝乡、黄金乡，西邻土主乡，南接清溪镇，在大湾、毛 坝、老君和清溪镇等地亦有分布。普光气田区主要为亚热带湿润季风气候，降 雨量比较充沛。 普光气田区属渠江流域。渠江是四川省五大水系( 嘉、涪、渠、岷、乌) 之一，是嘉陵江右岸的最大支流。普光气田区内主要河流为中河、后河。中河 于普光乡注入后河，后河于宣汉县城东汇入州河，进而汇入渠江。中河与后河 均属山溪性河流，河道开阔段与峡谷段相间出现，水量丰富。普光气田主要位 于宣汉县普光镇、在老君、清溪镇等地略有展布，集气末站位于土主乡净化厂 南侧。普光镇位于江口湖尾水区，中、后河交汇处。 2 1 2 社会经济概况 普光气田开发工程位于达州市宣汉县境内，宣汉县辖5 5 个乡镇、7 6 8 个村、 6 7 9 0 个村民小组，平均人口密度2 5 2h k m 2 ，居民分布较分散。农业人口约占 当地总人口的8 8 。由于普光气田涉及乡镇主要处于山丘区，交通不便且无相 关经济产业，当地农民人均收入低于全县平均水平，经济相对落后。 普光镇由于地处山区内部，没有铁路、高速公路、等级公路等经过，只有 一条双河乡通往普光镇的水泥路，路面平均宽约5 m ，是与外界主干交通连接的 唯一通道，故地区经济相对落后。双河乡至普光镇路程约1 8 k m ，途径土主乡。 普光镇至各钻井平台之间的交通条件尚可，有盘山道路相连，但路况均较 差。除2 号线部分路面固化外，其他施工区间道路均为片石或沙石路面，路宽 平均仅4 m ，大部分路段仅越野车可以勉强通行，一般车辆行驶困难。各井场之 间交通条件较差，部分井场之间只有机耕道或乡村小路相连，机耕道均没有硬 化路面，道路狭窄、路况极差，阴雨天十分泥泞，车辆难以通行。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 2 1 3 工程项目概况 2 0 0 6 年整体探明普光气田主体，预计累计探明地质储量2 7 8 3 x 1 0 8 m 3 ，计划 动用地质储量2 5 6 9 x 1 0 8 m 3 ；2 0 0 9 年建成混合气产能1 2 0 x 1 0 8 m 3 a ，2 0 0 8 年普光 周边预计探明地质储量2 0 0 0 1 0 8 m 3 ，计划动用9 6 0 x 1 0 8 m 3 ；2 0 1 0 年普光气田整 体建成混合气产能1 5 0 x 1 0 8 r n 3 a 。普光气田“十一五”期间新探明和未开发储量还 有3 0 4 0 x 1 0 8 r n 3 ，这些储量作为普光气田天然气稳产接替资源，可使普光气田年 产1 5 0 x 1 0 8 m 3 稳产2 0 年以上。 普光主田开发采用从式井的模式，计划主体部分建设钻井平台1 8 座，钻井 4 2 口。截至2 0 0 7 年底，普光主体1 8 座钻井平台已全部建成，普光主体共完井 2 2 口，其中2 0 0 7 年当年完井2 0 口。剩余的2 0 口主体气井，计划2 0 0 7 年开钻、 2 0 0 8 年完井9 口，2 0 0 8 年开钻、当年完井7 口，2 0 0 8 年开钻、2 0 0 9 年完井4 口。普光周边气田计划建设钻井平台1 5 座、钻井2 8 口，2 0 0 8 年建成1 5 座钻井 平台和完井3 口( 老君) ，2 0 0 9 年完井2 5 口( 大湾) 。普光气田主体和周边的钻 井情况，见表2 1 。 表2 - 1 普光气田钻井信息统计 钻井工程针对普光地层特点，使用空气钻井及垂直钻井技术，以提高机械 钻速，缩短钻井周期；选择使用合理的两性金属离子聚合物非渗透钻井液和聚 硅醇非渗透钻井液，保证钻井安全，非渗透技术与屏蔽暂堵技术相结合，防漏、 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 保护油气层；采用防气窜水泥浆体系以保证固井质量。 普光气田主体直井设计井深为5 6 0 0 m 左右，定向井井深为6 1 0 0 m 左右，采 用优快钻井技术： ( 1 ) 空气钻井技术 空气钻井技术适用于坚硬、无地层水的非产层段地层。其特点是可提高坚 硬地层机械钻速，延长钻头使用寿命，避免井塌、井漏等复杂情况的发生。空 气钻井过程中使用空气锤及与其配套的钻头，使钻速提高。 ( 2 ) 垂直钻井技术 垂直导向钻井技术可有效地解决大钻压与井斜控制的矛盾，在高陡硬地层 钻进中，即可达到加大钻压提高机械钻速的目的，也可实现井身轨迹的良好控 制。 ( 3 ) 防碰技术要求 丛式井组内各井的井眼轨迹不允许侵占邻井的空间。 ( 4 ) 套管磨损保护技术 f m 系列钻柱式防磨( 减扭) 接头，可解决大位移井、深井、超深井或大斜 度井套管磨损和钻井扭矩过高的技术难题，也可用于井口不正和某些斜度过大 的井段以及相关的领域。 对于不同类型的钻井以及不同的钻井进度，调配不同的钻井液，以适应钻 井的需要。 ( 1 ) 直井钻井液 表2 2 分段钻井液类型 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 导管、一开井段 导管：清水+ 适量高分子聚合物 一开井段基本配方：4 - 5 膨润土+ o 3 0 5 n a 2 c 0 3 + 0 2 0 3 h v - c m c + 0 2 0 3 c m p 1 ( 或l s a o f ) + i - 1 5 j m p 1 ( 或d r i i ) + 2 3 s o l t e x ； 处理添加剂：n a o h 、s d 2 0 2 、k s y 、堵漏剂d i a s e a lm 。 二开井段 基本配方：4 - 5 膨润土+ o 3 0 5 c m p 1 + 1 5 2 d r i i ( 或j m p 1 ) + 2 3 s d 1 0 2 + 2 3 s d 2 0 2 + 2 3 s p n h + 2 3 s o l t e x + 1 2 p e g + 2 k s y ： 处理添加剂：n a o h 、j n 1 、s f 1 、s f 4 、h v - c m c 、重晶石、石灰、消泡 剂、润滑剂、除硫剂、堵漏剂d i a s e a lm 。 随着井深增加、井温上升，逐渐加入磺化材料。 三开井段 聚硅醇封堵防塌非渗透钻井液 基本配方：4 膨润土+ 0 2 n a 2 c 0 3 + o 5 0 8 n a o h + 0 2 0 3 l s a o f + 1 1 5 d r - i i ( 或j m p 1 ) + 3 - 4 s m p - 2 + 3 - 4 s p n h + 2 3 s d 一2 0 2 + 2 3 p e g + 2 3 s o i t e x + 2 3 s a k 1 + 2 k s y ： 处理添加剂：s f 1 、l s w 、s k i i 、重晶石、除硫剂、堵漏剂r e b o u n d 等。 ( 2 ) 定向井、水平井钻井液 定向井基本配方：4 膨润土+ 0 2 n a 2 c 0 3 + 0 5 - 0 8 n a o h + 0 2 - 0 3 l s a o f + 1 0 5 d r - i i ( 或j m p 1 ) + 3 4 s d 1 0 2 + 3 4 s p n h + 2 3 s d 2 0 2 + 2 3 p e g + 2 3 s o l t e x + 2 3 s a k 1 + 2 k s y + 4 6 乳化石蜡基润滑剂。 处理添加剂：s f 1 、s k i i 、固体润滑剂、重晶石、除硫剂、缓蚀剂、堵漏 剂等。 水平井基本配方：6 8 乳化石蜡基润滑剂及其它润滑剂类处理剂用量、 0 3 0 5 c m p 1 及其它流型调节剂类用量。 2 2 普光气田钻井固体废物产生及污染特征 2 2 1 钻井固体废物的分布及产量 普光气田开发中可能产生的钻井固体废物为废泥浆、岩屑和堵漏材料，均 来自于此项目所开发的3 3 座平台7 0 口钻井，以及天然气净化厂的回注井。钻 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 井平台分布及回注井分布见图2 1 、图2 2 。 据有关资料显示，天然气开发井的岩屑产生量平均约为1 0 0 0m 3 井，废泥 浆产生量介于8 0 0 - - 1 2 0 0m 3 井之间，现以1 0 0 0m 3 井计。普光气田成井2 2 口， 正钻井9 口，岩屑和废泥浆固化前产生量共计约4 9 6 x 1 0 4 m 3 。至调查结束为止， 尚未发生钻井液泄漏造成的污染事故，因此，这里不涉及堵漏材料使用量的估 算。 由于普光气田项目部对钻井固体废物采取了固化处理得方式，因此在废钻 井液和岩屑的固化处理过程中，加入固化剂使钻井废弃泥浆的体积和质量明显 增大。根据类比估算，每一口井岩屑和废泥浆经固化后体积将增加到2 5 0 0 m 3 左右，钻井固废的增容比约为1 2 5 。截至2 0 0 7 年底，经固化的废泥浆和岩屑产 生量共计约6 2 1 0 4 m 3 。 2 2 2 钻井固体废物总产量预测 钻井固体废物主要产生于普光气田开发项目的施工期，而施工期从2 0 0 6 年 将一直持续到2 0 1 0 年，也就是说从现在到2 0 1 0 年，还将有大量的钻井固体废 物产生。因此，接下来本论文将对余下施工期内钻井固体废物的产量进行预测。 ( 1 ) 固化前产量预测 岩屑和废泥浆产生量约为2 0 0 0r n 3 井，2 0 0 8 2 0 1 0 年间继续钻井9 口，另 外新开发井3 9 口，以此估算，预计将产生岩屑和废泥浆9 0 4 x1 0 4m 3 。在钻井过 程中可能发生井漏，此时需使用堵漏材料。以井漏事故发生概率1 0 、废堵漏 材料产生量5 0 0m 3 井计，后续开发的4 8 口气井将产生废堵漏材料约0 2 4 x 1 0 4 m 3 , 在净化厂附近还部署有9 口回注井，全部为新钻井，预计钻井总进尺在2 5 7 0 0 m 左右。通过类比计算，9 口回注井将产生岩屑和废泥浆约1 2 1 0 4 m 3 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 图2 1 钻井平台布置图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 图2 2 回注井布置图 ( 2 ) 固化后产量预测 在钻井固体废物的治理过程中，加入固化剂将使岩屑和废泥浆体积增加 o 2 5 倍左右。据此估算，2 0 0 8 2 0 1 0 年普光气田主体开发区剩余的2 0 口井将产 生废泥浆岩屑约3 4 4 x 1 0 4 m 3 ，经固化后约4 3 x 1 0 4 m 3 ；普光周边气田2 8 口井将 产生废泥浆岩屑约5 6 1 0 4 m 3 ，经固化后约7 0 x 1 0 4 m 3 。废堵漏材料经固化后约 0 3 x 1 0 4m 3 ，9 口回注井产生的废泥浆岩屑经固化后约1 5 x 1 0 4m 3 。对后续施工 期钻井固体废物固化前后的产量预测情况进行汇总，结果如表2 3 所示。 表2 32 0 0 8 2 0 10 年钻井固体废物产量预测 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 2 2 3 钻井固体废物理化特性 中国科学院成都生物所和濮阳市天地人环保工程有限公司曾对普光气田固 化废钻井液和岩屑混合物的物化特性进行过室内测试分析，测试结果见表2 4 ； 重金属含量和放射性元素含量分别见表2 5 和表2 - 6 。 表2 4 普光气田固化废泥浆岩屑的物化特性 项目c 1 。s 0 4 。 n af cc a m g s ia i c 0 3 小石油其他密度 类 咖3 含量0 1 5 61 09 01 2 46 81 5 82 2 81 0 20 41 4 51 3 8 由表2 - 4 可知，废泥浆岩屑的主要成分依次为铝、硅、钙、铁的化合物及 有机物，分别占总含量的2 2 8 、1 5 8 、1 2 4 、9 o ，4 种主要元素的含量 约占总含量的6 0 。 表2 5 普光气田固化废泥浆岩屑的重金属元素含量 项目镉汞铅铬砷锌镍铜硼 表2 - 6 普光气田固化废泥浆岩屑的放射性元素含量 表2 5 和表2 - 6 表明，普光气田固化废泥浆岩屑中的重金属元素和放射性元 素含量均满足国家非金属建材( 墙体材料) 标准要求，故钻井固体废物固化后， 基本不存在安全隐患。 本文依托普光气田环境规划项目，将堆渣场和p 3 0 3 1 井的钻井固体废物样 品委托川东北地区应急救援指挥中心环境监测站测试分析。测试结果显示，普 光镇原堆渣场固化废泥浆岩屑的含水率为2 4 0 ，容重为1 7 5t m 3 ；p 3 0 3 1 井 泥浆池固化废泥浆岩屑的含水率为3 5 6 ，容重为1 5 5t m 3 。两固化样的含水率 差别较大，原因可能是堆渣场钻井固废堆放一段时间后，由于蒸发作用其物理 特性发生一定的变化所致。普光镇原堆渣场和p 3 0 3 1 井泥浆池钻井固废固化样 的浸出液测试结果，见表2 7 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 表2 7 普光气田固化废泥浆岩屑浸出液特性 注：氯化物参照地表水环境质聋标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 。 表2 7 数据显示，虽然两固化浸出液的铬和锰等重金属含量、有机物和悬 浮物含量存在一定的差异，但其化学特性总体上相似。超标因子均为p h 、c o d c r 和悬浮物，这是因为每一口井钻井过程中添加的泥浆成分大致相同使然。经固 化后的钻井废物属于i i 类一般工业固体废物，禁止在i 类场中堆放填埋。 2 3 钻井固体废物的处理处置现状及影响 2 3 1 处理处置现状 普光气田目前采用的是固化法处理钻井固体废物。在普光气田的每座钻井 平台均建有一个带防渗设施的泥浆池，容积约3 x 1 0 3m 3 。钻井岩屑和泥浆通过 管道输送到泥浆池中，累积到一定量后进行固化处理，固化后的岩屑和泥浆由 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 车辆最终运往堆渣场消纳。虽然钻井平台上的泥浆池做了一定的防渗处理，但 是绝大多数没有搭建雨棚，雨季存在池内废泥浆外溢的环境风险( 图2 - 3 ) 。 图2 - 3 钻井平台废泥浆池 酱光气田原建有一个堆渣场，容积为32 1 0 4 r 0 3 ，位于中河- - + 支流边，距 普光镇约1k m ，专门用于存放各平台固化后的钻井固体废物。堆渣场一面靠山 体，另外三面用全毛石砌筑。堆渣场下方修筑有一个容积约2 0 0m 3 的渗滤液收 集池，堆渣场中的渗滤液通过底部的两根导管进入渗滤液收集池，同时还围绕 边壁设置了收集沟以拦截堆渣场边壁漏出的渗滤液。堆渣场渗滤液采用车输异 地处理方式，配备8 辆罐车，陆续将其运至距渣场5k m 处2 0 2 号钻井平台附近 污水处理站。用化学法进行处理。出水直接排入后河。 目前，堆渣场已接纳开发气井固化的废泥浆岩屑约4 0 1 0 m 3 ，处于超负荷 运行状态( 图2 - 4 ) 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 图2 - 4 普光镇原罐渣场固废堆放现状 为解决后续产生的废泥浆岩屑的出路问题，普光项目部正在普光镇北斗村1 组建设一座库容为8o x l0 4 m 3 的堆渣场。该渣场设计为全钢筋混凝土结构，防渗 等级为s 8 。目前，新建堆渣场的场地平整工作已经完成。新建堆渣场配套有一 个容积为1 6 7 0 m 3 的调节池，收集的渗滤液仍然运往p 2 0 2 号钻井平台附近的污 水处理站，采用化学法处理达标后排入后河。 2 32 存在的问题 如前所说，普光气田开发区钻井固体废物具有产量较大、成分复杂、污染 强度较高的特征，由现场调查所掌握的资料来看，普光气田的钻井固体废物的 现有利用与处置方式已经显示出存在环境污染的风险，存在的问题主要有以下 几点： ( 1 ) 泥浆池设施不完善 各钻井平台的泥浆池是废泥浆岩屑固化、临时贮存的场所，由于部分泥浆 池未搭设雨蓬，导致配套的污水池处理负荷过大，存在泥浆池废泥浆外溢和污 水池二次污染的风险。另外，由于部分泥浆池附属的道路工程不完善，造成固 化的废泥浆岩屑不能及时运往堆渣场，使泥浆池二次污染的可能性增大，如p 1 0 6 平台的泥浆池周围道路不畅导致挖掘机和运输车不能进入只能依靠人工慢慢 运出少部分废泥浆岩屑，至今固化的大部分废泥浆岩屑仍囤积在泥浆池内。 ( 2 ) 堆渣场存在二次污染风险 普光气田原有堆渣场是固化的废泥浆岩屑主要消纳场所，各个平台产生的 西南交通大学硕士研究生学位论文第伯页 钻井固体废物，经过固化以后，均运到堆渣场储存。由于原有的堆渣场设计和 施工不够规范，加之未措设雨蓬，致使在雨季到来的时候，堆渣场内部常常囤 有数量不等的渗滤液，堆渣场四壁外侧已经有渗滤液流出，也存在场底渗漏的 环境风险( 图2 - 5 ) 。 目前，普光气田原堆渣场已超负荷运转，而到2 0 0 7 年末还有约22 x 1 0 4 m 3 固化废泥浆岩屑无法进入堆渣场，2 0 0 8 2 0 1 0 年问还将产生更多的废泥浆岩屑。 若废泥浆岩屑全部进行无害化处理，则须尽快建成新的堆渣场。而据调查新 渣场目前尚处于场地平整阶段能否按计划于2 0 0 7 年1 2 月建成还有待确认； 若废泥浆岩屑进行资源化利用，钻井固体废物资源化技术的工程应用又明显滞 后。由上可知，短期内至少有2 万余方固化废泥浆岩屑的出路亟待解决。 图2 5 堆渣场外壁渗滤液渗出情况 2 3 3 对环境的影响 普光气嗣所在的达卅i 地区是一个夏季雨量充沛，容易发生洪涝灾害的地区， 区域内河流冲沟较多，浅层地下水也比较丰富。在这一区域内，如果有污染源， 则很容易发生污染物被淋滤和溢出的情况，地表水和地下水极易受到污染。一 旦水体受到污染，区域内的生物也会受到损害，当地的生态环境将遭到程度不 同的破坏。 按照普光气开= | 开发工程的计划进度，2 0 0 8 年普光主体和周边将进行4 8 口井 的开发，并在当年完井1 9 口，产生的废泥浆和岩屑的量为历年最大，产生源分 布的范围也最广。2 0 0 9 年继续完井2 91 3 ，废泥浆岩屑的产量较大，产生源主要 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 集中在普光气田周边开发区。到2 0 1 0 年，普光气田规划范围内的钻井工程全部 结束，将不会有新的废泥浆岩屑产生。即是说，从2 0 0 8 年开始，钻井固体废物 的产生源将从普光主体开发区逐渐向周边开发区转移，新的钻井平台所配建的 泥浆池则成为了新的污染源。泥浆池一旦遇到暴雨，废弃泥浆和岩屑混合物中 的污染物质可能随雨水冲刷进入河流或渗入土壤。随着普光气田开发区域扩大， 可能发生污染事故的范围有增大的趋势。 普光气田按原计划正在设计兴建的新堆渣场也将给周围环境带来压力。由 于固化钻井固体废物的存放会产生大量渗滤液，建有专门的渗滤液收集池收集， 需对其进行特别处理。渗滤液对防渗层具有长年腐蚀作用，而堆渣场中堆填固 化钻井固体废物后，从直观上我们将无法判断其底部防渗层的完好性。因此， 对堆渣场内壁特别是堆渣场底部的防渗措施要求很高，且不能保证在填埋后防 渗措施永久完好。新的堆渣场建好后，地下水仍将受到被污染的潜在威胁。 现在固化填埋的钻井固体废物只在现有的监测操作方法下，满足目前的u 类一般工业固体废物标准。随着监测手段的不断进步和国家环保法规日趋完善， 环保部门制定的监测指标将会越来越严格，钻井固体废物固化填埋方式也存在 不能满足将来环境标准的隐患。原堆渣场的防渗措施显然不符合要求，渗滤液 随外壁的缝隙流出，如不及时补救，在未来的时间里将继续污染周围的环境， 已产生的污染在没有及时治理的情况下还将继续存在。 若对原有堆渣场进行整治，可减小堆渣场及其渗滤液对周围环境的影响： 目前新堆渣场还不能存放所有新产生的固化废泥浆岩屑，若试验并推广新型的 处理处置技术( 如制砖、生物联合修复等) ，能较彻底消纳钻井固体废物。 综上所述，后续产生的钻井固体废物如何处理处置将直接影响到当地生态 环境质量变化和地区周边居民身体健康状况。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 第三章生命周期评价模型