鉆井液環(huán)保性能標準的現(xiàn)狀與對策

吳澤舟，游靖，張勇，左天青，李東杰，孫曄，王炎，張彬

1.中國石油華北油田分公司 工程技術(shù)研究院（河北 任丘 062552）2.中國石油華北油田分公司 開發(fā)事業(yè)部（河北 任丘 062552）3.中國石油華北油田分公司 第一采油廠（河北 任丘 062552）

0 引言

2015年《環(huán)保法》正式實施，對于保護環(huán)境和自然資源、防治污染有更加嚴格的要求。環(huán)境保護問題越來越受到廣泛的關(guān)注。在石油鉆井行業(yè)，油氣鉆井每年產(chǎn)生的鉆井污染物通過擴散、遷移等途徑導(dǎo)致我國數(shù)10萬畝土壤和水體長期污染、生態(tài)系統(tǒng)退化，其中90%以上的污染物來自鉆井液和鉆屑。

近年來國內(nèi)積極研發(fā)并應(yīng)用環(huán)保型鉆井液，在環(huán)保性和經(jīng)濟性方面都取得顯著成效。但對鉆井液的環(huán)保性能，國內(nèi)一直沒有統(tǒng)一的技術(shù)標準，從而限制了其進一步的推廣應(yīng)用[1]。通過對國內(nèi)外現(xiàn)行污水及廢棄物的排放標準進行大量的調(diào)研，制定鉆井液環(huán)保性能評價標準，限制有害成分在鉆井液中的使用，以達到從源頭上保護環(huán)境的目的。

1 國內(nèi)外相關(guān)標準

1.1 國外相關(guān)標準

在鉆井液及其廢棄物排放方面，許多國家都已有各自的標準或要求，特別是歐美發(fā)達國家。①美國要求必須通過兩項環(huán)境試驗評價，即生物毒性及游離油試驗，當(dāng)糠蝦生物試驗法96 h 的LC50值低于30 000 mg/L 時不得排放；游離油采用靜態(tài)光澤試驗當(dāng)鉆井液及其廢棄物進入水體后，水體表面不得出現(xiàn)光澤現(xiàn)象[2]。②加拿大禁止向海洋排放含柴油及高芳香烴原油的鉆屑，而基礎(chǔ)油及鉆井液處理劑要通過生物毒性試驗，鉆屑含油量不得大于30 g/100 g干鉆屑。③英國明確禁止有毒及生物難降解的添加劑的排放，對于水基鉆井液及鉆屑需要通過《奧斯陸—巴黎協(xié)議》的毒性測試才可以排放，而油基鉆井液及鉆屑要求含油量小于1%才可以排放。④荷蘭要求非油基鉆井液必須通過生物毒性試驗證明，符合標準才能排放。⑤挪威要求鉆井液只要能通過生物毒性試驗均可排放，即藻類和貝屬動物EC50值需要大于1 000 mg/L，雙殼貝EC50值大于1 mg/L，鉆屑含油量小于10%（干重）可以排放[3-4]。歸納來看，這些國家對廢棄鉆井液環(huán)保性能主要關(guān)注點在生物毒性、重金屬含量、生物降解性和含油量上。

1.2 國內(nèi)相關(guān)標準

1.2.1 國家標準

目前國家在污水排放方面已初步形成了一套標準，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境特點和現(xiàn)有經(jīng)濟、技術(shù)條件，對排出廢水中的污染物和產(chǎn)生的有害因子所制定的控制標準。污水排放標準可以分為國家標準、地方標準和行業(yè)標準（表1）。國家標準是由國務(wù)院環(huán)境保護主管行政機關(guān)批準頒布的，并在全國范圍內(nèi)或特定區(qū)域內(nèi)適用，如適用于全國范圍的《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》；地方標準是由省、自治區(qū)、直轄市人民政府批準頒布的，在特定行政區(qū)適用，如適用于上海市范圍的《上海市污水綜合排放標準》；目前我國允許一些工業(yè)門類不執(zhí)行國家污水綜合排放標準，可執(zhí)行相應(yīng)的行業(yè)標準，如在石油天然氣行業(yè)的海洋石油開發(fā)工執(zhí)行的《海洋石油開發(fā)工業(yè)含油污水排放標準》（已被《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》取代），石油化學(xué)工業(yè)執(zhí)行的《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標準》。這里的石油化學(xué)工業(yè)指以石油和天然氣為原材料，生產(chǎn)石油相關(guān)產(chǎn)品和石油化工相關(guān)產(chǎn)品的工業(yè)[5]。目前針對陸上石油與天然氣勘探開發(fā)行業(yè)還沒有制定專門標準。

1.2.2 行業(yè)標準

國內(nèi)石油行業(yè)分別在海洋石油和陸地石油兩個方面制定了相關(guān)環(huán)境保護標準（表2）。由于海洋石油的環(huán)境特殊性，標準主要參考陸地石油標準。其中中國石油集團公司負責(zé)制定了《水溶性油田化學(xué)劑環(huán)境保護技術(shù)要求》和《水溶性油田化學(xué)劑環(huán)境保護技術(shù)評價方法》2個行業(yè)標準，規(guī)定了油氣田使用的水溶性油田化學(xué)劑中生物毒性、生物降解性和重金屬含量3 項環(huán)境保護技術(shù)要求和評價方法[6]。目前這2 項標準被作為環(huán)保鉆井液的主要參考標準，但該標準適用對象是化學(xué)單劑，而鉆井液包括液相、固相和各種化學(xué)處理劑，是一種溶膠懸浮體混合體系，嚴格意義上并不適用于該標準。

1.2.3 地方標準及規(guī)范

新疆維吾爾自治區(qū)頒布了地方標準《油氣田鉆井固體廢物綜合利用污染控制要求》，要求針對油氣田勘探開發(fā)過程中產(chǎn)生的廢棄鉆井泥漿（包括水基和油基等泥漿體系的廢棄鉆井泥漿）及巖屑，其pH、重金屬、苯并芘、含油率、COD 和含水率6 項達到要求的污染物限值，方可作為可利用資源，用于鋪設(shè)服務(wù)油田內(nèi)部的各種道路、鋪墊井場、固廢場封場覆土及作為自然坑洼填充材料。

表1 石油開發(fā)相關(guān)的國家級環(huán)境保護標準

表2 石油開發(fā)相關(guān)的行業(yè)環(huán)境保護標準

1.2.4 企業(yè)標準

中石油出臺《鉆井液與鉆屑處理管理規(guī)定（暫行）》，要求在環(huán)境敏感地區(qū)鉆井廢液與鉆屑處理采用不落地或集中處理技術(shù)，實施鉆井廢液與鉆屑的固液分離無害化處理，處理后無法回收利用的液相須達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》和地方環(huán)境保護要求的排放等級方可排放，處理后的固相應(yīng)達到GB 15618—2008《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》和地方環(huán)境保護相關(guān)要求[7]。

2 存在問題

國家排放標準作為綜合標準，排放要求嚴格，控制指標種類多。行業(yè)標準控制指標主要集中在生物毒性、生物降解性、重金屬含量、石油類含量和pH 值上。以上同類型標準只針對于石油工業(yè)出口端——廢棄物，或針對于化學(xué)單劑進行限值規(guī)定，而鉆井液是由黏土、水（或者油）以及各種化學(xué)添加劑組成的一種混合體系，沒有從源頭上針對其環(huán)保性能進行規(guī)范，缺少適用的行業(yè)標準。

3 鉆井液環(huán)保性能指標及限值

3.1 生物毒性

生物毒性是指外部環(huán)境對生物體帶來的毒害作用，根據(jù)毒性的快慢程度可分為急性和慢性，區(qū)別在于生物體出現(xiàn)中毒反應(yīng)時所接觸外部環(huán)境時間的長短，而時間的長短主要取決于受試生物對該類環(huán)境的抵抗能力。由于該指標具有直觀性和綜合性，克服了多種有害物混合后發(fā)生聯(lián)合作用，而單項指標無法反映綜合生物效應(yīng)的弊端，實現(xiàn)了有效監(jiān)測環(huán)境中所有共存有害物的綜合生物效應(yīng)。因此，生物毒性首先被作為反映鉆井液環(huán)保性能的指標之一。

生物毒性包括急性毒性、慢性毒性，評價的方法也較多；OECD 等組織已經(jīng)推薦了一系列的生物毒性評價標準，許多國家和地區(qū)都在使用，所采用的受試生物也多種多樣。急性生物毒性試驗方法包括糠蝦試驗法、發(fā)光細菌法（EC50）、藻類生長抑制試驗、蚤類活動抑制試驗、魚類急性毒性試驗和小鼠急性毒性試驗等等。國內(nèi)鉆井液毒性測試應(yīng)用最多的是發(fā)光細菌法。鉆井液的生物毒性等級判定按SY/T 6788—2010《水溶性油田化學(xué)劑環(huán)境保護技術(shù)要求》中第5章的規(guī)定進行生物毒性檢測，具體指標詳見表3。

表3 鉆井液生物毒性指標

3.2 生物降解性

生物降解性是有機物質(zhì)被土壤、天然水體或廢水處理系統(tǒng)中的微生物通過生物代謝作用進行破壞或分解，轉(zhuǎn)化為簡單無機物（礦化作用）的可能性。相對于化學(xué)降解來說，生物降解不會產(chǎn)生許多有毒或有害物質(zhì)，對環(huán)境具有積極作用[8]。生物降解性一直以來都作為水質(zhì)污染控制的重要指標之一，這里也作為考察鉆井液對周圍環(huán)境長期影響的指標之一。

目前國際上評定有機物生物降解性的方法很多，主要有BOD/COD 比值評定方法(包含BOD5/CODcr 的比值評定法、BOD/TROD 的比值評定法、TOC和TOD的評定法、三角瓶靜培養(yǎng)篩選技術(shù)評定方法)、生化呼吸線評定方法、利用脫氫酶活性的測定和三磷酸腺普(ATP)量的測定、目標物濃度變化等方法來評價生物降解性。英國、澳大利亞等國均推薦采用OECD 和ISO系列標準對鉆井廢物的生物降解性進行評價。OECD 和ISO 系列標準的生物降解性的可信度高，但這些方法均存在耗時長(28~77 d)、操作繁瑣、成本高等缺點。國內(nèi)外比較認可BOD5/CODcr評價生物降解性，比值越大越容易生物降解，由于一般環(huán)保監(jiān)測單位均有條件檢測BOD5/CODcr，因此有利于標準的實施。選用BOD5/CODcr 的比值法可以作為鉆井液中有機物生物降解性的判斷。鉆井液的生物降解性測定按SY/T 6788—2010《水溶性油田化學(xué)劑環(huán)境保護技術(shù)要求》中第6 章的規(guī)定進行，油氣井鉆井液的生物降解性等級判定詳見表4。

表4 鉆井液生物降解性指標

3.3 重金屬含量

重金屬是毒性物質(zhì)，對環(huán)境的影響是長期的，主要表現(xiàn)在兩方面：①進入土壤中，直接影響土壤的質(zhì)量水平；②被帶入地下水和地表水，直接影響地下水和地表水質(zhì)量，為生態(tài)安全埋下隱患。因此，重金屬元素的含量也必須作為評價鉆井液環(huán)保性能的重要指標。重金屬測試采用分光光度法，重金屬含量控制標準參考SY/T 6788—2010《水溶性油田化學(xué)劑環(huán)境保護技術(shù)要求》，具體指標見表5。

表5 鉆井液重金屬含量指標

3.4 石油類含量

石油中的芳香烴類物質(zhì)對人及動物的毒性較大,尤其是雙環(huán)和三環(huán)為代表的多環(huán)芳烴毒性更大。石油中的苯、甲苯、二甲苯、酚類等物質(zhì),如果經(jīng)較長時間、較大濃度接觸，會引起頭暈、惡心等癥狀。石油污染物中含有的金屬元素Cd、Pb、Hg、As等對人體和動植物都是有害有毒的。鎘和鉛共生,污染土壤后可通過植物體富集,通過食物鏈進入人體,引起慢性中毒[11]。石油類對土壤的影響是改變土壤對水吸收導(dǎo)致的環(huán)境惡化，對水體環(huán)境的影響是油膜阻礙水體與大氣之間的氣體交換，破壞周圍生物表面性質(zhì)。

石油類含量取GB 4284—2018《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》、DB 12/356—2018《污水綜合排放標準》、GB 4914—2008《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》3個標準中最低限值＜1 000 mg/kg。

3.5 pH值

pH 值是影響動、植物生長的重要因素，因此成為常見的污染物控制指標。GB 8978—1996《污水綜合排放標準》規(guī)定pH值為6～9；GB 5085.1—2007《危險廢物鑒別標準-腐蝕性鑒別》以pH 值為鑒別標準，規(guī)定固體廢物pH≥12.5或pH≤2.0時為具有腐蝕性的危險廢物；土壤質(zhì)量、地表水、地下水質(zhì)量等標準中都對pH 值有相應(yīng)的規(guī)定。因此，鉆井液環(huán)保性能評價應(yīng)將pH 值列為控制指標。

4 結(jié)束語

1）目前國內(nèi)外相關(guān)環(huán)境質(zhì)量標準和污染物控制標準以及相關(guān)的技術(shù)規(guī)范主要集中在排放端，綜合這些標準，推薦鉆井液環(huán)保性能的評價標準項目應(yīng)包括生物毒性、生物降解性、重金屬（總鎘、總汞、總鉛、總鉻、總砷）、石油類和pH值5類指標。

2）由于鉆井液具有較強的地域性，在不同地理環(huán)境中的環(huán)境保護要求并不完全相同，本文推薦標準可根據(jù)所處環(huán)境法規(guī)變化而變化，即當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護要求提高時，標準也相應(yīng)提高。

3）應(yīng)該加快形成鉆井液環(huán)保性能檢測管理體制，在鉆井液處理劑的生產(chǎn)源頭進行控制，杜絕有毒有害物質(zhì)的使用。