非含油鉆井液不同速率排放的影響預(yù)測及生態(tài)損失結(jié)果對比分析

張蓓 熊樂航

摘 要：本次研究主要關(guān)注鉆完井階段的非油層段鉆井液的不同排放速率引起的水質(zhì)預(yù)測及生態(tài)損失結(jié)果的區(qū)別，為減小非油層段鉆井液排放引起的海水水質(zhì)及海洋生態(tài)影響提供參考，找到環(huán)境收益與技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性之間的最佳平衡點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：非含油鉆井液;排放速率;影響分析;生態(tài)損失

中圖分類號：X741文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）12-0131-03

Comparative Analysis on Impact Prediction and Ecological Loss Results of

Non-oil-bearing Drilling Fluid Discharge at Different Eates

ZHANG Bei XIONG Lehang

（CNOOC Environmental Technology （Beijing） Co.， Ltd.，Beijing 100000）

Abstract： This study mainly focuses on the difference in water quality prediction and ecological loss results caused by different discharge rates of drilling fluid in the non-oil interval during the drilling and completion stage， so as to provide a reference for reducing the impact of seawater quality and marine ecology caused by the discharge of drilling fluid in the non-oil zone， and find the best balance between environmental benefits and technical and economic feasibility.

Keywords： non-oil-bearing drilling fluid;discharge rate;impact analysis;ecological loss

海上平臺鉆井施工的主要污染物為非含油鉆屑及非含油鉆井液。非含油鉆屑的排放速率由鉆屑排放量及鉆井天數(shù)決定，而非含油鉆井液的排放速率一般都遵循35 m3/h的默認(rèn)要求。本次研究主要關(guān)注鉆完井階段的非油層段鉆井液的不同排放速率引起的水質(zhì)預(yù)測及生態(tài)損失結(jié)果的區(qū)別，為減小非油層段鉆井液排放引起的海水水質(zhì)及海洋生態(tài)影響提供參考，找到環(huán)境收益與技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性之間的最佳平衡點(diǎn)。

1 海上平臺施工的鉆井液排放方式

在鉆井作業(yè)中，部分海上平臺采用水基環(huán)保鉆井液，水基環(huán)保鉆井液循環(huán)使用。水基環(huán)保鉆井液排放環(huán)節(jié)主要有4個：外排鉆屑黏附、固井置換、提鉆攜帶以及鉆完井結(jié)束后的一次性排放（一次性排放量主要根據(jù)平臺泥漿池容積考慮）[1-2]。非油層鉆井液滿足《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》（GB 4914—2008）和《海洋石油勘探開發(fā)污染物生物毒性 第1部分：分級》（GB 18420.1—2009）的要求后排放，最高排放速率出現(xiàn)在鉆井結(jié)束后的一次性排放過程中，其排放速率為35 m3/h。

2 不同鉆井液排放速率的預(yù)測結(jié)果對比

2.1 不同排放速率造成的水質(zhì)預(yù)測結(jié)果對比

下面以渤中19-4油田綜合調(diào)整項目的數(shù)據(jù)為例，計算不同排放速率下非油層段鉆井液引起的最大包絡(luò)面積的差別[3]。項目平臺泥漿池容積為210 m3，鉆井液密度取1.28 g/cm3。鉆井完成后，非油層段鉆井液一次性排放，本次研究設(shè)置的排放速率及對應(yīng)的排放時間如表1所示。由于排放時間較短，因此本研究通過構(gòu)建模型，在同一源強(qiáng)下模擬了大潮期漲潮中間時、高潮時、落潮中間時、低潮時四種不同起排時刻形成的懸浮物擴(kuò)散范圍，取各時刻超海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的最遠(yuǎn)擴(kuò)散范圍進(jìn)行疊加，從而求得超海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的總包絡(luò)范圍，統(tǒng)計相應(yīng)超標(biāo)面積。

本次研究采用三維水動力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值模擬，垂向采用Sigma坐標(biāo)分為3層。排放速率為35 m3/h的預(yù)測結(jié)果引自渤中19-4油田綜合調(diào)整項目[3]。其余速率預(yù)測采取與《渤中19-4油田綜合調(diào)整項目環(huán)境影響報告書》相同的模型，修改懸浮物源強(qiáng)及排放時間進(jìn)行預(yù)測，不同超標(biāo)倍數(shù)面積統(tǒng)計結(jié)果如表2所示[3]。由預(yù)測結(jié)果可以看出，非油層段鉆井液排放引起的海水水質(zhì)超標(biāo)范圍垂向由表至底逐漸減小，主要集中在表層和中層，底層無超標(biāo)現(xiàn)象。各工況下水質(zhì)超標(biāo)包絡(luò)面積及不同超標(biāo)倍數(shù)面積如表2、表3所示。

非油層段水基鉆井液預(yù)測結(jié)果顯示，懸浮物沿著主潮流方向擴(kuò)散，懸浮物超一（二）類海洋水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的排放點(diǎn)最大影響距離為1.17 km。非油層段鉆井液對海洋環(huán)境的影響主要集中在表層和中層、底層無超標(biāo)水域。表層懸浮物超一（二）類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的最大包絡(luò)面積為1.900 km2，超三類水質(zhì)的最大包絡(luò)面積為0.043 km2，超四類水質(zhì)的最大包絡(luò)面積為0.013 km2。中層懸浮物超一（二）類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的最大包絡(luò)面積為1.125 km2，超三類水質(zhì)的最大包絡(luò)面積為0.004 km2，無超四類水質(zhì)包絡(luò)面積。非油層段鉆井液停止排放后，恢復(fù)到一類水質(zhì)所需的最大時間約為3 h。

2.2 不同排放速率造成的生態(tài)損失量及金額對比

本次研究計算了不同排放速率下鉆井液排海引起的生態(tài)損失量及損失金額。計算方法、生物密度取值均與原項目參數(shù)取值一致。生物資源損失依據(jù)《建設(shè)項目對海洋生物資源影響評價技術(shù)規(guī)程》（SC/T 9110—2007）中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計算，懸浮沙對各類生物資源損失率的取值如表4所示。

由于超標(biāo)范圍在表層和中層，因此計算時取表層、中層超標(biāo)面積的平均值。本項目附近海域水深約為23 m，模型垂向采取Sigma分層的方法，平均分為3層，項目附近海域垂向平均每層深度約為7.7 m。因此，計算生物損失時，水深取表層至中層的深度（15.4 m），按一次性損失估算非油層段鉆井液擴(kuò)散對漁業(yè)生物資源造成的損失。各工況下鉆井液排海造成的生物量損失對比如表5所示。其中，工況1排放速率為35 m3/h，工況2排放速率為30 m3/h，工況3排放速率為25 m3/h，工況4排放速率為20 m3/h，工況5排放速率為15 m3/h。

依據(jù)表5，計算出各工況下由于鉆井液排放產(chǎn)生的漁業(yè)生物資源損失經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償額，具體對比如表6所示。

2.3 綜合對比結(jié)果

綜上所述，在不同的非含油鉆井液排放速率下，水質(zhì)影響范圍、生態(tài)損失量及損失金額匯總?cè)绫?所示。

由表7可見，鉆井液排海速率每降低5 m3/h，表層超一（二）類水質(zhì)影響的包絡(luò)線面積降低約0.10.6 km2，中層超一（二）類水質(zhì)影響的包絡(luò)線面積降低0.03～0.30 km2，超標(biāo)水質(zhì)與平臺的最大距離降低70～90 m，使得造成的漁業(yè)損失量及賠償金額有所降低（以魚類成體為例，降低19～67 kg，賠償?shù)臐O業(yè)損失金額減少5萬～17萬元）。鉆井液停止排放后，所有工況下恢復(fù)一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的最長時間均為3 h，但是隨著排放速率降低，排放時間拉長，影響海水水質(zhì)的時間也增加了1～3 h。

3 結(jié)論

隨著鉆井液排海速率的降低，海水水質(zhì)超標(biāo)面積同步略微下降，超標(biāo)水質(zhì)與平臺的最大距離也略微降低，造成的損失量及損失金額有所降低。鉆井液停止排放后，所有工況下，海水水質(zhì)會在較短的時間內(nèi)得到恢復(fù)，恢復(fù)一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的最長時間相同，但是隨著排放速率降低，排放時間拉長，影響海水水質(zhì)的時間也增加。同時，根據(jù)國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，非受控區(qū)域的鉆井液排放速率為159 m3/h[4-5]。

綜上所述，排放速率控制在35 m3/h是較為合適的，其已遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，對環(huán)境的影響屬于可接受的程度。不同梯度的預(yù)測結(jié)果顯示，影響范圍和最大影響半徑變化不是很大，停止排放后的影響時間相同，降低排放速率后的環(huán)境收益不明顯，且影響海水水質(zhì)的時間增加。目前，35 m3/h的排放速率主要依據(jù)平臺上泥漿泵的排放量設(shè)定，若設(shè)定的指標(biāo)低于35 m3/h，則其在工程上缺少經(jīng)濟(jì)可行性，實(shí)際操作的可行性也需要進(jìn)行進(jìn)一步的論證。

參考文獻(xiàn)：

[1]王瑞兵.油氣井鉆井液及相關(guān)廢物的環(huán)境管理探析[J].能源與節(jié)能，2016（5）：105-106.

[2]蔣梅榮，郭良波，任敘合，等.鉆井液排放對海洋環(huán)境影響的現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)值模擬分析[J].中國海上油氣，2020（4）：158-163.

[3]中海石油環(huán)保服務(wù)（天津）有限公司.渤中19-4油田綜合調(diào)整項目環(huán)境影響報告書[EB/OL].（2018-02-27）[2021-02-20].http：//max.book118.com/html/2018/0227/154889167.shtm.

[4]章焱，安偉，劉保占，等.國內(nèi)外海洋石油勘探開發(fā)領(lǐng)域環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)對比分析及思考[J].環(huán)境工程，2017（2）：684-689.

[5]曲艷敏，趙銳，殷悅，等.美國海洋油氣開發(fā)環(huán)境保護(hù)管理對我國的啟示[J].科技管理研究，2018（23）：268-274.