烏審旗地區(qū)廢棄鉆井液環(huán)境影響因素分析及建議

高賽男，宋玉平，秦等社，覃冬冬，阮存壽，李磊

中國石油川慶鉆探工程有限公司長慶石油工程監(jiān)督公司 （陜西 西安 710018）

在石油工業(yè)油氣勘探開發(fā)的鉆井過程中，為了平衡地層壓力、冷卻鉆頭、攜帶巖屑，需要使用大量鉆井液，這就不可避免地會產(chǎn)生數(shù)量巨大的廢棄鉆井液，它是一種復(fù)雜的多相體系[1-2]。鄂爾多斯盆地是我國第二大產(chǎn)油區(qū)，每年的油氣產(chǎn)量超過5 000×104t，其鉆井過程中所產(chǎn)生的廢棄鉆井液就成為潛在重金屬污染源[3]。烏審旗作為鄂爾多斯盆地的一個重要能源區(qū)塊，每年有大量鉆井隊在周邊進(jìn)行鉆探，據(jù)相關(guān)環(huán)境評價報告統(tǒng)計，烏審旗地區(qū)平均每勘探一口氣井，大約產(chǎn)生730 m3鉆井液廢棄物，其中含有重金屬、堿、鹽、油等污染物，如管理不善，出現(xiàn)跑、冒、滴、漏等情況，會對周圍環(huán)境和地下水造成污染。自2015年1月1日新的《環(huán)境保護(hù)法》實施以來，各地均制定了更加嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)法規(guī)和政策，對于鉆井作業(yè)的環(huán)保要求也隨之提高。烏審旗地區(qū)鉆井作業(yè)大部分處于植被單一、土地貧瘠的生態(tài)脆弱區(qū)域，施工作業(yè)中環(huán)境保護(hù)壓力大。因此，對其廢棄鉆井液的成分進(jìn)行研究，分析其可能存在的環(huán)境影響因素并提出相關(guān)污染防治措施，將有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 主要成分

1.1 鉆井液主要成分

烏審旗地區(qū)鉆井液主要成分詳見表1。

1.2 鉆井廢棄物主要成分

鉆井廢棄物在環(huán)境中最終狀態(tài)為固態(tài)，這類固態(tài)物質(zhì)以黏土礦物和石英質(zhì)的巖屑為主，吸附了相當(dāng)數(shù)量的鉆井液添加成分[4],在使用泥漿不落地系統(tǒng)的地區(qū)，鉆井液廢棄物中還包含干燥劑。

表1 烏審旗地區(qū)鉆井液主要成分一覽表

2 廢棄鉆井液相關(guān)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》[5]二級標(biāo)準(zhǔn)，分別選取烏審旗地區(qū)sdj3-7井2017年8月至9月期間，不同工況下廢棄鉆井液的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2.1 重金屬含量分析

重金屬含量檢測結(jié)果詳見表2。

從表2可以看出：①在各種工況下，砷、鋅、鉛、六價鉻4種重金屬濃度均符合GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》[5]二級標(biāo)準(zhǔn)，沒有超標(biāo)。②一開白土漿和清水聚合物、二開三磺泥漿、完井三磺泥漿中的汞超標(biāo)；完井三磺泥漿中的銅、鎘超標(biāo)；一開清水聚合物、二開三磺泥漿和完井三磺泥漿的總鉻超標(biāo)。③三磺泥漿超標(biāo)項目最多，其次為清水聚合物、白土漿。

2.2 有機(jī)物含量分析

不同工況下有機(jī)物含量詳見表3。

從表3可以看出：①懸浮物、硫化物、揮發(fā)酚、石油類、丙烯酰胺、多環(huán)芳烴濃度均符合GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》[5]二級標(biāo)準(zhǔn)。②一開清水聚合物、二開三磺泥漿、完井三磺泥漿色度超標(biāo)；各工況下的廢棄鉆井液生物耗氧量均超標(biāo)，其中清水聚合物超標(biāo)最多；各種工況下的泥漿及鉆井廢棄物的化學(xué)耗氧量均超標(biāo)，其中清水聚合物超標(biāo)最多。③各工況下的廢棄鉆井液COD、BOD全部超標(biāo)。

表2 不同工況下重金屬含量檢測結(jié)果/（mg·L-1）

表3 不同工況下有機(jī)物含量檢測結(jié)果/（mg·L-1）

通過計算可求得泥漿及其廢棄物的可生物降解性，計算結(jié)果見表4，分級情況見表5。

表4 不同工況下可生物降解性計算結(jié)果

生物降解性計算方法：

式中：Y為生物降解性；BOD5為5日生物耗氧量，mg/L；CODCr為重鉻酸鉀法測定的化學(xué)耗氧量,mg/L。

表5 可生物降解性分級

通過表4、表5計算廢棄鉆井液的可生物降解性可知：各工況下廢棄鉆井液的可生物降解性計算值均小于5；生物降解性級別屬于“難”，即廢棄鉆井液屬于“難降解物質(zhì)”。

2.3 毒性分析

使用發(fā)光細(xì)菌法測定廢棄鉆井液毒性，其結(jié)果見表6；毒性標(biāo)準(zhǔn)見表7。

表6 發(fā)光細(xì)菌法測定毒性結(jié)果/（mg·L-1）

表7 發(fā)光細(xì)菌法測定毒性標(biāo)準(zhǔn)/（mg·L-1）

由表6、表7可知，各工況下的廢棄鉆井液的半致死濃度大于或等于25 000 mg/L。因此，廢棄鉆井液的毒性屬于“無毒”或“微毒”。

2.4 巖屑放射性分析

地層中含有大量天然放射性物質(zhì)，鉆頭破碎巖石后，放射性物質(zhì)會隨鉆井液來到地面，對人員健康構(gòu)成危害。其中，鐳、鈾、釷、氡在地層中與油氣共生是石油鉆井作業(yè)所遇到的主要天然放射源。在放射性強(qiáng)度超標(biāo)的情況下,會對人體健康造成不同程度的危害。因此，為保證安全，特選取各個地層的巖屑進(jìn)行放射性檢測，其結(jié)果見表8。

表8 巖屑放射性檢測結(jié)果/（Bq·kg-1）

經(jīng)過巖屑放射性檢測，通過比對GB 6566—2001《建筑材料放射性核素限量》[6]，第四系、白堊系、侏羅系、石炭系、奧陶系5個地層的巖屑內(nèi)照射指數(shù)和外照射指數(shù)均小于1.0，可判定為合格的建筑主體材料和A類裝修材料；二疊系巖屑可作為A類裝修材料，是否能作為建筑主體材料，需根據(jù)其空心率決定；二疊系巖屑不能應(yīng)用到建筑主體材料中，可歸為C類裝修材料，只可用于建筑物的外飾面及室外其他用途。

3 結(jié)果分析

長慶油田所使用鉆井液及其產(chǎn)生的廢棄物是一種無毒或微毒、難降解的混合物，其對環(huán)境的污染主要來重金屬汞、總鉻以及有機(jī)物含量高導(dǎo)致的COD、BOD超標(biāo)。

3.1 重金屬的主要來源

劉永福[7]在《烏審旗盆地鉆井液環(huán)保治理問題探討》中曾經(jīng)做過相關(guān)檢測，數(shù)據(jù)表明：鉆井液中的重金屬汞主要來自氫氧化鈉、聚丙烯酸鉀、羧甲基纖維素鈉、磺化瀝青；重金屬鉻主要來自聚丙烯酸鉀、聚丙烯腈銨鹽、磺化瀝青及復(fù)合離子聚合物。

3.2 有機(jī)物的主要來源

廢棄鉆井液中化學(xué)耗氧量、生物耗氧量超標(biāo)較多，主要是因為鉆井液中添加了大量纖維素、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鉀等有機(jī)物，有機(jī)物含量較高造成超標(biāo)。

4 建議

1）多途徑減少對地下水的污染。①無害化體系：開發(fā)并盡量選用低毒性、易降解的鉆井液材料代替可能造成污染的材料。②技術(shù)措施：提高鉆速，減少表層浸泡時間，縮短鉆井液與地層的接觸時間，降低鉆井液滲透到地下水的幾率。③固井質(zhì)量：為了減少對各層地下水的影響，固井水泥套管上返高度至地面井口，即全井四周均為水泥套管所包裹，減少套外返水事故時對各層地下水的污染；同時，固井水泥中加入防竄降失水劑，有效控制鉆井液的失水。④控制漏失：優(yōu)化水泥和泥漿工藝，以保證良好的水泥膠結(jié)和水層的隔離，防止固井中水泥漿的漏失，有效地防止對地下水的污染。⑤專項措施：對含水層采取水泥套管和封堵，保護(hù)地下水不受污染。

2）努力做到清潔生產(chǎn)。①地表：在圓井、循環(huán)罐下敷設(shè)水泥排水溝，將鉆井液集中收集到泥漿池中。②泥漿不落地技術(shù)：有條件的地區(qū)可使用泥漿不落地技術(shù)，解決泥漿池占地后造成二次污染和難以復(fù)耕的問題，實現(xiàn)井場鉆井液及分離固相的不落地處理和廢棄鉆井液的循環(huán)利用。

3）堅持達(dá)標(biāo)后再排放。①集中處理：泥漿池中上清液經(jīng)處理后出水水質(zhì)須達(dá)到《再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中用于牧業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求后，可做為草場澆水或抑塵灑水，如果就地不處理需用專用車運往天然氣鉆井污水處理廠處理，不得外排。其他污染物在鉆井完成后須由有危險廢物處置資質(zhì)的單位進(jìn)行無害化固化處理，固體廢物收集、貯存、處理處置設(shè)施應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)要求采取防滲措施，經(jīng)處理后的固體廢棄物達(dá)到GB 18958—2001《危險廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》[8]中的標(biāo)準(zhǔn)后安全處置。②重復(fù)利用：同一口井鉆井泥漿循環(huán)利用，減少污染；鉆井結(jié)束后泥漿池內(nèi)上清液拉至新開鉆井井場進(jìn)行綜合利用，不外排；采用泥漿不落地技術(shù)，廢棄鉆井泥漿及巖屑經(jīng)固液分離后，鉆井泥漿用于鉆井循環(huán)使用。③污水回注：將廢棄的鉆井液通過地面處理后，回注到合適地層，用于回注的地層孔隙度要大，回注容量大且深度必須大于600 m，以免廢棄物污染地下水源。

4）其他。①從鉆井液添加成分的檢測、鉆井液體系的選擇、廢棄鉆井液的回收利用到無害化處理，建立全過程鉆井液環(huán)?？刂葡到y(tǒng)工程。②泥漿及鉆井廢棄物中有機(jī)物含量較高，且不易降解。建議在處理泥漿及鉆井廢棄物時，使用環(huán)境友好的方法，一是使用環(huán)保型絮凝劑或者生物絮凝劑；二是從泥漿中篩選出高效降解微生物，利用微生物降解泥漿中的有機(jī)物及其他有害物質(zhì)。