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浅析石油钻井作业中的环境污染

2021-11-08 来源:爱问旅游网
第18卷 第4期 2 0 1 1正 安全与环境工程 Safety and Environmental Engineering Vo1.18 NO.4 7月 Ju1. 2011 浅析石油钻井作业中的环境污染 邓昌松 ,练章华 ,周 进。,周 华。,肖春雪 (1.西南石油大学油气藏地质与开发国家重点实验室,成都610500;2.塔里木油田监督管理中心, 新疆库尔勒841000;3.吐哈油田井下作业公司,新疆鄯善838202;4.川庆钻探长庆指挥部,西安710021) 摘要:油气田钻井作业是一个高风险、高污染、高能耗的行业,对水体、大气、土壤均有不同程度的污染,因此分 析钻井作业对环境产生的污染,可以使相关作业人员更好地了解污染来源,以便采取有效的措施控制或减轻污染。 本文分析了钻井作业中存在的一些主要环境污染因素,指出钻井作业活动对环境的影响以及环境污染对生物的危 害,并根据石油行业HSE管理体系的要求,结合钻井实际提出了一些易于操作的控制、治理环境污染的方法和措 施,以期能对现场作业人员有所帮助,并对环境保护有着积极的促进作用。 关键词:石油;钻井作业;HSE;环境污染 中图分类号:X5;TE991 文献标识码:A 文章编号:1671-1556(2011)04—0048-04 Brief Analysis of Environmental Pollution in Oil Drilling Operation DENG Chang—song ,LIAN Zhang—hua ,ZHOU Jin。,ZHOU Hua。,XIAO Chun~xue (1.State K Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,China;2.Superintendence and Administration Centr eof Tarim Oilfield, Kuerle 841000,hiCna;3.Downhole Services of Tuba Oilfield Company,Shanshan 838202,China; 4.Changqing Headquarters of CNPC huanqiCng Drilling Engineering Company Limited,Xi’an 710021,hiCna) Abstract:Oil and gas drilling operation is the industry of high risk,high pollution and high energy con— sumption,for it pollutes the water,air and soil in different ways.Analyzing the environmental pollution by drilling operation can help the relevant operators better understand the sources of the pollution and take measures to control or reduce the pollution.This paper analyzes some major factors of environmental poilu— tion in the drilling operation and points out that drilling activities have impact on environment and environ— mental pollution is harmful to biologic circles.According to the demand of the oil industry in combination with drilling practice,the paper puts forward some easy ways to control and manage the pollution with the hope that they are helpful for the on-site workers. Key words:oil;drilling operation;HSE;environmental pollution 的广泛应用和民众环保意识的增强,研究分析石油 0 引 言 目前,有关石油化工对环境污染的的研究较多, 对土壤污染的研究尤其突出,但对石油工业上游作 业如勘探开发、油气储运等造成的环境污染研究较 少。钻井作业污染是石油工业对环境的主要污染源 之一,它的危害不比石油化工危害小。随着石油工 钻井作业对环境的污染尤为必要。 通过对钻井作业对环境造成的污染进行分析研 究,能够进一步完善HSE管理体系,给钻井作业提供 指导作用[1]。同时,它的研究是国家节能减排大政方 针的需要,也是民众不断增强的环保意识的需要。另 外,钻井作业环境污染研究还可有效地预防污染,保 障作业人员的身体健康和避免国家财产的损失,也可 为作业后周围环境的恢复打下良好的基础。 业HSE(健康、安全、环境)管理体系在钻井作业中 收稿日期:2010-10-25 修回日期:2010—11-28 作者简介:邓昌松(1981一),男,硕士研究生,主要研究方向为油气井工程力学、钻井工艺及石油HSE管理。E-mail:dcs023@126.com 第4期 邓昌松等:浅析石油钻井作业中的环境污染 49 遭到破坏,影响水生生物的生长、繁殖[4]。被钻井液 1 石油钻井作业环境污染的特点 石油钻井作业环境污染的特点主要表现在: 污染的水体,其矿化度一般高于正常水平,用这样的 水浇灌庄稼,会污染土壤,使土壤易板结、肥力下降, 如果长期浇灌则会使土地盐碱化,甚至作物无法生 长。钻井液污水与生活污水混合,使水质恶化,有机 质含量增多,溶解氧含量下降,危及水中生物生存, 在还原环境下还会使低毒性物质转化为高毒性物质 (1)污染物的间歇排放与连续排放相结合。钻 井过程中某些污染物(如冲洗废水、废油)是间歇排 放的,而某些污染物(如岩屑、钻井液废液等)则是连 续排放的。 (2)污染的可控与难控相结合。如滴落油、井 喷、生活污水等是可以通过提高员工的技能和环保意 识而避免其污染的,但钻井液对地层水的污染、地层 流体(如硫化氢)对大气的污染则是难以控制的[2'引。 (3)分散性污染与区域性污染相结合。对于形 成有开采价值的油气藏必须满足“生、储、盖”的特殊 地层和一定的地质构造条件,这就决定了油气钻井 作业是有区域性的。而在我国,有开采价值的油气 区块较多,几乎遍布全国各省、自治区、直辖市,但储 量不大,小油田多、大油田少,分布非常分散,这就使 得油气钻井作业造成的环境污染表现为分散性污染 与区域性污染并存。 (4)石油钻采污染与地方污染相结合。石油钻 采产生的污染与地方工业、现代生活所产生的污染相 叠加,超出了环境的自净能力,使其污染更难治理。 (5)污染物的不可见性与可见性并存。钻井作 业在地面以下数百米至数千米进行,对地下流体、岩 石的污染是不可见的,且危害是长久的;但地面油 污、废弃钻井液、岩屑等污染物是很容易看到的。 (6)污染物对人体健康、环境的影响越来越明 显。钻井作业中不断采用钻井液新材料,新材料多 是高分子人工合成材料,它们在自然界缺少可以降 解的微生物,使其难以分解而不断富积,影响人的身 体健康和其它生物的生存与繁衍。 2 石油钻井作业的环境污染及其治理 2.1水污染及其治理 石油钻井作业对水的污染包括地表水污染、地 层水污染、河流海洋的污染。其污染源主要有:钻井 作业中发生严重的井漏、井喷事故以及作业过程中 钻井液的滤失、渗透;处理不当的废弃钻井液;钻井 平台、井架、各种钻井设备的冲洗水。此外,雨水对 含污染物区域的冲刷水以及来自浴室、洗衣房、厨 房、厕所等场所的生活污水也是水体的污染源。 钻井作业引起的水污染与其他方面引起的水污 染既有相似性也有其特殊性。钻井液渗透人地层, 改变了地层水及地表水的pH值,使水的生态环境 (如无机汞转变为有机汞,Al件转变为A1 +)[5]。钻 井液中的重金属通过食物链进人生物体,并在生物 体内富集,产生累积效应,使耐污、耐毒、喜肥生物增 多,其它生物受到抑制甚至灭绝,水中生态平衡遭到 破坏。油污染使水中的氧气减少,影响鱼卵和鱼苗 的生长、发育 ]。 为了减少钻井作业对水的污染,可以优化固控 工艺,采用闭合钻井液循环系统和欠平衡钻井技术, 防止钻井液漏失或滤失;对废弃钻井液采用固化技 术,使它成为像土壤一样的固体,用塑料膜密封后与 岩屑一起挖坑填埋;对于少部分废弃钻井液采用回 注法,将其注入到不渗透的地层或废弃井环形空间; 研究新的低毒易降解钻井液、钻井液的回收循环利 用以及防止井喷井漏事故的发生也是解决其水污染 的最好途径。另外,在减少钻井液的排放量的同时, 还应减少生活污水排放量,将生活污水先沉淀净化 后再排放。 2.2土壤污染及其治理 土壤污染主要来自井喷时散落到地面的钻井 液、原油,机械设备的润滑油、保养废油、钻井液用油 以及浅层钻井时钻井液的大量滤失。此外,岩屑、钻 井液材料、生活垃圾如果处理不当也会成为土壤的 污染源。其中油类污染是土壤最突出的污染,它们 的主要成分有烃类、盐类、有机聚合物、木质素磺酸 盐、重金属离子等。 石油钻井作业产生的污染物对植物根系具有相 当严重的影响。油滴进入土壤后停留在土壤的微小 孑L隙中,阻碍了土壤中气体的流动和交换,影响了根 系的呼吸作用及根系对周围溶液中矿物离子的交换 吸附;同时改变了土壤的干湿性,植物生长所必需的 矿物离子因缺少溶液环境而不能自由运移 ;油膜 附着在根尖进一步阻碍了根系的呼吸作用,使根系 因缺氧而腐烂。 井喷使植物体沾上一层油膜,油膜堵塞叶片的 气孔,影响植物的光合作用,并减弱了植物的蒸腾作 用,影响矿物离子在植物体内的运移,使植物不能正 常生长发育。 钻井液直接或间接进入土壤后,改变了土壤的 pH值和可溶性盐的离子浓度,使土壤易板结和盐 50 安全与环境工程 第18卷 碱化,也使土壤的碳、氮、磷元素比例失调,影响植物 生长。重金属离子污染还阻止植物的生长发育,使 植物植株矮小,果实减少[9]。最主要的是重金属离 子、难分解有机物、聚合物等被植物吸收后通过食物 链在生物体之间不断富集,人吃了这些高含量食物 后就可能影响生命健康。此外,来自合成钻井液或 地层深处的有毒性物质,使土壤中微生物的种类和 数量也发生改变,土壤酶的活性降低甚至消失,土壤 动物被毒害,整个土壤的生态环境平衡被破坏[1 。 防止土壤被污染的关键是严格加强废弃钻井 液、岩屑的排放管理和防止井喷事故的发生。因此, 应尽量避免使用油基、合成基钻井液,对它们的使用 要有严格的管理措施,防止它们溢出泥浆池和处理 池;同时防止岩屑对土壤的污染,可将它们作为路 基、砖瓦等建筑材料[1 。对于土壤污染的处理,一 般采用生物修复,化学的沉淀、提取、中和法,物理的 重力沉降、过滤、离心分离法以及热解吸、热脱毒等; 同时还要加强人员环保意识,在设计上尽量减少土 地占用量,采用小井眼或微小井眼钻井,培育出优良 微生物对污染土壤进行修复。 2.3大气污染及其治理 石油钻井作业中的大气污染物主要来源于井 喷、井涌及正常钻进过程中的地层气体(如H S、 C0:、CO、CH 、芳烃及其他气态碳氢化合物)以及 井喷失控着火燃烧释放的气体(CO、SO CO。、 N 等)。钻井液配料、钻井液材料装卸、井队搬迁 产生的粉尘,挥发的油性物质,大功率柴油机、空气 压缩机、制氮机、增压机、发电机、锅炉未充分燃烧产 生的污染物(如烟尘、SO 、NO 、CO )也是钻井作业 中的常见污染源。 由于空气钻井技术的使用越来越多,它们产生 的大量粉尘通过旋转防喷器、排沙管线在降尘泵与 水混合除尘后排放到沉沙池,即使所有设备正常工 作,在沉沙池周围数十米内还是会有厚厚的粉尘灰, 一旦防喷器胶芯磨损、排沙管线刺漏、降尘泵出故 障,井场在顷刻问便会笼罩在粉尘里,且能见度低, 易引发事故。微小的粉尘被吸人人体以后,有的被 黏在呼吸道壁上随后由分泌物排出;有的深入肺部 在肺泡内沉积下来,久而久之,沉积物堵塞毛细管道 使得肺泡的功能受到影响,肺活量下降,呼吸次数增 多,心跳加快,容易引发心脏病及其他呼吸道疾病。 钻人油气层后,地层油气以溶解、自由扩散等方 式进入循环钻井液中。如果井控得当,这些气体从 钻井液处理系统分离出来并扩散到大气中;油类物 质则有的挥发到大气,有的继续在钻井液中循环。 如果发生井涌、井喷等事故,大量的地层有毒气体会 进入大气。H。S、CO是剧毒性气体,它们可影响人 体血液的载氧能力,并阻碍血红蛋白所携带氧的释 放,较低浓度就能对人体造成伤害,甚至使人死亡。 CO。、CH 是主要的温室气体,虽无毒,但在高浓度 下很快可使人丧命。在多产层油气钻井中,地层气 CH 、芳烃等气态碳氢化合物不断溢出进入大气,地 层气体中的多环芳烃类是强致癌物质[1 ,这些有机 气体具有强刺激性,易产生危害严重的光化学烟雾。 井喷着火,柴油机、空气压缩机、制氮机、增压 机、发电机燃烧产生的SO 、NO 、CO 等对环境影 响也相当大。这些气体吸附周围的水蒸气形成酸性 溶液附着在井场物体上,腐蚀井架、钻井设备、建筑 物,加快皮革、橡胶制品的老化,使纺织品褪色;它们 形成的酸雨可破坏植物叶子结构,伤害植物幼嫩部 位,使植物生理活力减弱,生长减缓,结实率下降。 钻井作业造成的大气污染虽然是局部、短时的, 但其危害却非常严重。因此,钻井作业要做好以下 工作,以防止大气污染:①加强作业人员的技能培训 尤其是井控培训,提高相关技术人员处理事故的能 力,将井喷事故率降低到最低;②加强钻井监督管 理,严格按照国家、公司的各种操作规章办事,提高 作业人员的HSE抗风险意识和自我保护意识;③ 对柴油机、发电机、锅炉等安装除尘、除硫等净化装 置;④对易起灰尘的钻井材料尽量采用筒罐装少用 袋装,在条件允许情况下可保持周围空气湿润,同时 作业人员一定要佩带口罩和手套;⑤采用干式低氮 燃烧技术、选择性催化还原技术减少N0 的排放, 并对泵和压缩机进行优化,提高能量利用率。 2.4噪音污染及其治理 石油钻井作业中的噪音主要是由柴油机、泥浆 泵、发电机、钻机、振动筛、传动链、钻头等产生的,是 钻井作业易发事故的原因之一。 噪音容易使人听觉疲劳,长期在噪音下工作,使 人听觉器官的灵敏度下降,甚至耳聋。最重要的是 噪音作用于人的中枢神经,使大脑皮层的兴奋和压 抑失去平衡,易引起人体头痛、头晕、耳鸣、失眠多 梦、记忆力减退、注意力不集中、疲劳等症状。另外, 噪音也极易引起人体心血管疾病(如冠心病、高血压 等)、肠胃病(如胃溃疡、十二指肠溃疡)等疾病。 噪音不仅对人的身体产生影响,也对人的心理 产生深刻影响。它干扰了人们交谈、休息和睡眠,从 而使人容易情绪激动,易产生恐惧症和烦恼;同时, 噪音分散了人的注意力,不但降低了工作效率,也使 差错率上升,而且容易引发各种事故。在海上钻井 平台,这种特殊的工作环境下,噪音的危害更不容忽 视。 第4期 邓昌松等:浅析石油钻井作业中的环境污染 噪音除了对人造成伤害,对其周围的动物和设 备也会有影响。噪音使周围动物的进食量减少,使 HSE和井控等相关技能培训,从源头上减轻环境污 染;作业后还要做到“生态恢复、场地清理、污物清 除、地貌恢复”。 鸟类羽毛脱落,停止产卵,最后体内大量出血死 亡[1引。噪音还可使奶牛不再产奶,猪不胖反变瘦, 高警觉性动物易流产或不再生育,也容易使周围的 物体疲劳,产生裂纹甚至断裂。 为了减轻噪音对人体的危害,在陆地上宜将营 房建在远离井场噪音的地方,对柴油机、空气压缩 机、制氮机、增压机、发电机安装消音、减震、隔音装 置。有条件的地方还可利用国家电网提供的电能, 减少柴油机、发电机的使用。 2.5辐射污染及其治理 根据英国国家核能公司的研究表明,核工业的 放射性物质排放的影响远小于石油和天然气工业。 2000年石油和天然气工业排放的天然放射性物质 约占工业总排放量的39%[1 。石油钻井作业的辐 射主要来自放射性测井对放射源的使用和保管不 当,还有部分来自地层深处的岩屑和流体。地层中 含有大量天然放射性物质,钻头破碎岩石后,放射性 物质会随钻井液来到地面,对人员健康构成危害。 镭、铀钍、氡在地层中与油气共生是石油钻井作业所 遇到的主要天然放射源。在放射性强度超标的情况 下,人体受短期辐射后,容易产生神经系统疾病(如 睡眠障碍)和消化系统疾病(如恶心、呕吐、腹泻、体 温升高),严重时会造成死亡;长期受辐射后可产生 远期效应,被辐射者易患恶性肿瘤、白血病、白内障, 影响生长发育甚至影响被辐射者的后代(畸形JL)。 为了减轻、防止辐射污染,钻井作业公司要加强 放射性作业的管理,建立完善的放射性污染防治和 安全管理制度,并对作业人员进行辐射的基本常识、 防护意识技能的宣传,定期给作业人员做染色体畸 变检查和对井场进行放射性强度测试,同时会同地 质部门做好富含放射性地层的预报工作。 3结论 (1)石油钻井作业主要的污染物是石油类物 质、重金属离子、人工合成高分子材料。它们对水 体、大气、土壤造成严重污染,影响了水、土壤中生物 的生长发育,破坏了原有的生态平衡,对人体健康构 成了威胁,也使其财产受到了损失。 (2)石油钻井作业污染物的主要来源是钻井液 材料、地层流体、生活垃圾。针对这些污染物,可以 通过制定和落实作业期间的环保计划和环保目标责 任书,把环境污染降低到最小程度;同时加强人员 (3)石油钻井作业经常易忽视对人员健康危害 相当大的噪音污染和放射性污染。噪音污染对海上 钻井平台工作人员的危害十分严重,因此要对海上 钻井人员加强噪音防护并丰富他们的业余生活,以 减少噪音对他们生理、心理的影响。 (4)强化钻井监督职责,提高相关队伍的素养, 不断引进、消化吸收国外石油公司先进的作业方式 和管理理念,完善钻井作业规范,提高HSE管理水 平,并加大在钻井作业污染治理方面的科研投入。 参考文献: [1]李文化.石油工程HSE风险管理[M].北京:石油工业出版社, 2008. 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