某地區(qū)鉆井固廢中重金屬含量分析

王榮 王榮華 陳世宏 仇黎萍 向曉潔

（中國石油川慶鉆探工程有限公司安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院）

某地區(qū)鉆井固廢中重金屬含量分析

王榮 王榮華 陳世宏 仇黎萍 向曉潔

（中國石油川慶鉆探工程有限公司安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院）

通過分析某地區(qū)鉆井作業(yè)所產(chǎn)生的固體廢物來源巖屑、廢棄鉆井液中的重金屬含量，以及該地區(qū)部分區(qū)域的土壤中重金屬含量，結(jié)果表明：聚磺鉆井液重金屬含量相對較高，與GB15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》比較，鎘、鋅、總鉻超過二級標(biāo)準(zhǔn)；鉆井固廢中鋅超過標(biāo)準(zhǔn)背景值，鎘、總鉻超過二級標(biāo)準(zhǔn)（旱土）；地層中重金屬含量分布不均，鋅超過了標(biāo)準(zhǔn)背景值，鎘和總鉻超過二級標(biāo)準(zhǔn)；部分區(qū)域土壤中總鉻超過了標(biāo)準(zhǔn)背景值，鎘遠高于二級標(biāo)準(zhǔn)。鉆井固廢中的重金屬污染主要來源為鉆井液。

鉆井固廢；鉆井液；土壤；重金屬

0 引 言

鉆井作業(yè)過程中產(chǎn)生的固廢主要包括鉆屑（即地層中的巖屑）、廢棄的鉆井液。某地區(qū)天然氣勘探鉆井作業(yè)由于地質(zhì)原因，鉆井工藝復(fù)雜，施工周期長，井深平均超過4000m，所產(chǎn)生的鉆井固廢和廢水量大。鉆井廢水環(huán)境監(jiān)測污染物指標(biāo)主要是化學(xué)需氧量、六價鉻、揮發(fā)酚、石油類等，未對重金屬進行常規(guī)監(jiān)測。重金屬的危害性與其在自然界中存在的形態(tài)有關(guān)［1-2］。近年來，土壤重金屬污染已越來越多地引起社會關(guān)注。因此，從鉆井固廢來源巖屑和鉆井液調(diào)查重金屬含量，同時調(diào)查該地區(qū)部分區(qū)域土壤中有害重金屬含量，為鉆井固廢的無害化治理提供技術(shù)參考［3］。

1 調(diào) 查

根據(jù)實驗室條件選擇銅、鋅、鉛、汞、鎘、總鉻、砷等重金屬進行含量調(diào)查。檢測方法和樣品預(yù)處理［4］均采用固廢和土壤相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，所獲得的數(shù)據(jù)與GB15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》進行比較，判斷鉆井固廢中重金屬對環(huán)境污染的風(fēng)險。

1.1 鉆井液調(diào)查

由于地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性，根據(jù)地質(zhì)情況和不同鉆井施工工藝要求，需要采用不同種類的鉆井液體系，現(xiàn)該地區(qū)所用鉆井液處理劑為60～80種，一口井所用鉆井液處理劑通常達20～30種，每種處理劑重金屬含量不同；現(xiàn)該地區(qū)使用范圍廣、頻率高、用量大的鉆井液體系主要為聚合無固相和聚磺鉆井液體系，以這兩者為調(diào)查對象。調(diào)查的鉆井液體系構(gòu)成見表1。

表1 調(diào)查的鉆井液體系構(gòu)成

選擇不同井深段的正鉆井進行鉆井液取樣，為保證樣品質(zhì)量，樣品全部取自循環(huán)罐。本次調(diào)查共采集16個鉆井隊使用的鉆井液樣品。按1000m為一個井深段，對分析數(shù)據(jù)進行平均后，統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2 各井深段鉆井液中重金屬含量（均值）mg／kg

根據(jù)表2可知，在聚合無固相體系中未檢出重金屬；在聚磺鉆井液體系中含重金屬，各井深段聚磺鉆井液中檢測出的重金屬含量不同，這可能與施工中采用聚磺鉆井液組成比例有關(guān)。從檢測結(jié)果可知，鉛超過了GB15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》背景值；鎘、鋅、總鉻超過了二級標(biāo)準(zhǔn)［2］。

1.2 地層中重金屬調(diào)查

該地區(qū)鉆井平均井深在4000～4300m。鉆井液在鉆井作業(yè)過程中的一個作用是將井中的巖屑攜帶至地面，以便鉆井能順利進行。地層中的重金屬隨鉆井巖屑被帶到地面。本次調(diào)查從地質(zhì)錄井所取的地質(zhì)巖芯或振動篩前鉆井巖屑取得樣品，并以1000m為一個井深段分別調(diào)查，共獲得樣品22個。為保證調(diào)查結(jié)果準(zhǔn)確，對所采集的巖屑樣品進行清洗、烘干處理，排除其他因素，分析結(jié)果見表3。

表3 各井深段地質(zhì)層位重金屬含量（均值）mg／kg

從表3結(jié)果可知：所檢測的重金屬大多數(shù)都有檢出，地層中重金屬含量分布不均。其中，鋅遠高于GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》背景值，鎘和總鉻超過二級標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 鉆井固廢調(diào)查

根據(jù)現(xiàn)場情況，分別對堆沙坑和污水池中的渣泥進行取樣分析。堆沙坑共采集樣品9個，主要是巖屑，對樣品進行清洗和烘干，結(jié)果見表4。

由于堆沙坑中儲存的巖屑是多個層位的，樣品采取隨機采樣。從表4分析數(shù)據(jù)看，個別井深段與地質(zhì)層位中重金屬有差別。鋅超過GB15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》背景值；鎘和總鉻超過了二級標(biāo)準(zhǔn)。

表4 各井深段堆沙坑固體廢物重金屬含量（均值）mg／kg

污水池渣泥采樣10個，污水池中的渣泥由于粒徑較小，僅進行了烘干處理。根據(jù)采樣時鉆井所在井深，確定井深段，并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分類，結(jié)果見表5。

表5 各井深段污水池渣泥中重金屬含量（均值）mg／kg

污水池存放的是漏出或廢棄的鉆井液、鉆井過程中的渣泥，以及生產(chǎn)廢水。從表5污水池渣泥重金屬分析結(jié)果看，與GB15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》比較，總鉻、鋅遠高于背景值，接近二級標(biāo)準(zhǔn)；鎘超過二級標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 土壤中重金屬含量

為了解鉆井固體廢物中重金屬含量是否高于區(qū)域土壤中重金屬含量。對所采樣鉆井區(qū)域的土壤進行取樣分析，并按構(gòu)造進行了分類，所取土壤均為旱土。統(tǒng)計分析結(jié)果見表6。

表6 鉆井區(qū)域土壤中重金屬含量 mg／kg

表6鉆井區(qū)域土壤中重金屬含量結(jié)果，與GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》比較，總鉻超過了背景值，鋅比較接近背景值；鎘遠高于二級標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 結(jié)果分析

采用平均值來比較鉆井液、地質(zhì)層位、鉆井固體廢物中的重金屬含量，由于鉆井液體系聚合無固相中不含重金屬，所以不參與比較；土壤中的重金屬也采用平均值，得到反映該地區(qū)表層土壤重金屬含量的均值，見表7。

表7 各類樣品中重金屬均值比較 mg／kg

從表7中各類樣品平均值相互比較，以及與GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》對比結(jié)果表明：

聚磺鉆井液重金屬含量相對較高；鎘、鋅、總鉻超過GB15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)；鉛超過背景值；均超過土壤的均值。

堆沙坑和污水池渣泥中重金屬比較相近，這是因為所采集鉆井固廢樣品來源于正在施工的井，廢棄鉆井液比較少，其組成主要為鉆屑、渣泥和少量鉆井液。

各類別鋅、鎘、總鉻含量對比見表8。

表8 各類別鋅、鎘、總鉻含量范圍對比 mg／kg

2 結(jié) 論

根據(jù)本次調(diào)查結(jié)果，可知鉆井固廢中重金屬會對環(huán)境會造成影響。鉆屑中的重金屬個別層位約高于土壤，這與區(qū)域地質(zhì)有關(guān)。

不同類型的鉆井液，其重金屬含量不同［5］。該地區(qū)由于大量采用磺化體系鉆井液，導(dǎo)致鉆井液中重金屬含量均高于土壤。

因此鉆井固廢中重金屬污染主要由鉆井液造成；鉆井液中重金屬主要污染因子是鋅、鎘、總鉻，這與有關(guān)文獻相吻合［6］。遺棄在現(xiàn)場的鉆井固廢會加重當(dāng)?shù)赝寥乐械闹亟饘傥廴?。所以必須對鉆井固廢進行無害化處理。在鉆井作業(yè)環(huán)境保護工作中，仍要從源頭做起，嚴控鉆井液的跑、滴、漏和報廢，重視鉆井液的回用，開發(fā)低污染的環(huán)保鉆井液材料，降低鉆井作業(yè)對環(huán)境的污染。

［1］ 孫金蓉.鉆井泥漿中重金屬離子對環(huán)境的污染[J].油氣田環(huán)境保護,1993,3(2):56-62.

［2］ 王蓉沙,鄧皓,謝水祥,等.油氣田廢棄鉆井液對生態(tài)環(huán)境的影響評價研究[J].石油天然氣學(xué)報,2009,31(2): 152-156.

［3］ 桑玉全,馬曉蕾,趙凱.鉆井廢棄泥漿對周圍土壤環(huán)境的影響研究[R].2007中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會優(yōu)秀論文集(上卷).

［4］ HJ/T299—2007固體廢物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法[S].

［5］ 黃海,曲展,周立輝,等.廢棄鉆井液重金屬檢測及其污染性評價[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報,2012,40(5):52-55.

［6］ 邵濤,龔莉娟,汪九新.鉆井廢泥漿中重金屬化學(xué)形態(tài)及潛在生態(tài)效應(yīng)評價[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2007,23(6):78-81.

（編輯 王薇）

10.3969／j.issn.1005-3158.2015.03.019

：1005-3158（2015）03-0057-03

2014-07-08）

王榮，1990年畢業(yè)于成都師范?？茖W(xué)校分析化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)在中國石油川慶鉆探工程有限公司安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院環(huán)境監(jiān)測中心重慶環(huán)境監(jiān)測所從事環(huán)境監(jiān)測管理工作。通信地址：重慶市江北區(qū)大石壩大慶村石油南區(qū)，400021