鉆井液廢棄物影響及處理研究

朱科源

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江 大慶 163413）

石油和天然氣勘探開發(fā)過程中產(chǎn)生的第一大廢棄物是采出水，第二大廢棄物是鉆井液和巖屑[1-2]。因此需要對鉆井作業(yè)過程中產(chǎn)生的廢物進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓芾砗吞幹?，以避免對人身和自然環(huán)境造成重大的影響。鉆井作業(yè)對環(huán)境影響最大的是海上鉆井，如果直接排放將會(huì)對海洋生物造成極大的影響[3-4]。鉆井廢棄物也會(huì)對工人造成身體影響，主要包括：接觸性皮炎、咳嗽和惡心。幾乎所有國家都對鉆井過程中產(chǎn)生的廢棄物出臺了相關(guān)法律法規(guī)，大型的石油和天然氣公司如殼牌、?？松梨诘纫捕季腿绾喂芾磴@井廢棄物制定了自己的標(biāo)準(zhǔn)。

1 鉆井液的分類

根據(jù)主要成分和用途，一般可將鉆井液分為三大類：水基鉆井液、油基鉆井液、其他介質(zhì)鉆井液（空氣、霧氣、泡沫氣體）。鉆井施工過程中從安全、成本、性能和環(huán)保要求等方面綜合考慮來選擇相應(yīng)的鉆井液體系。

2 鉆井液對施工人員及環(huán)境的影響

2.1 鉆井液對施工人員的影響

施工人員在作業(yè)過程中由于長時(shí)間接觸鉆井液及相關(guān)處理劑，會(huì)對其健康造成潛在的風(fēng)險(xiǎn)[5]。鉆井液對人體最常見的健康影響是造成皮膚刺激和接觸性皮炎，其他影響包括頭痛、惡心、眼睛刺激和咳嗽。主要的接觸方式是：吸入氣溶膠和蒸氣、皮膚接觸。主要的接觸發(fā)生在鉆井過程中，如取樣、維護(hù)、檢查等過程中工作人員均會(huì)接觸到鉆井液。施工過程中使用鉆井液固控設(shè)備，也會(huì)進(jìn)一步增加人體接觸鉆井液的頻率和程度。鉆井液的溫度、流量和粘度也會(huì)影響工作現(xiàn)場的有害物濃度。

為了減少鉆井液對施工人員的身體傷害，需要考慮從以下幾個(gè)方面著手進(jìn)行控制：①減少鉆井液中有毒有害物質(zhì)的使用，從而降低在鉆井作業(yè)期間對施工人員的傷害；②使用低毒鉆井液或水基鉆井液也可以減少致癌物的傷害；③對施工的工作場所進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如設(shè)計(jì)并使用通風(fēng)系統(tǒng)和鉆井液密閉循環(huán)系統(tǒng)，從而最大限度地減少施工人員在有害環(huán)境中暴露的程度；④通過進(jìn)行空氣質(zhì)量監(jiān)測和施工人員健康監(jiān)測來評估施工環(huán)境對人類健康的影響程度，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整工作時(shí)間也有助于減少潛在的接觸。⑤加強(qiáng)個(gè)人防護(hù)，如使用防護(hù)面具、橡膠手套、防濺護(hù)目鏡、橡膠靴和工作服等，防護(hù)設(shè)備是對勞動(dòng)力進(jìn)行保護(hù)的最后一道屏障，也是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

2.2 鉆井液對環(huán)境影響

通常情況下鉆井液也會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生不利影響，其影響程度主要取決于鉆井液的類型、處理劑使用量和施工時(shí)間。鉆井廢物的物理和化學(xué)性質(zhì)決定了其危險(xiǎn)特性和潛在的對環(huán)境的影響。衡量鉆井液廢棄物對環(huán)境影響最主要的標(biāo)準(zhǔn)是測定其生物毒性。通常情況下油基鉆井液被認(rèn)為是毒性最大的鉆井液，具有最嚴(yán)重的環(huán)境影響。鉆井液對水生生物毒性的研究表明，油基鉆井液中的基礎(chǔ)油對生物的死亡率有顯著影響，油基鉆井液的毒性主要取決于其基液，對比以礦物油和柴油為基液的兩種油基鉆井液發(fā)現(xiàn)，以柴油為基液時(shí)虎蝦的死亡率為73%，而以礦物油為基液時(shí)虎蝦的死亡率為53%。除了基液的毒性外，處理劑的毒性也會(huì)影響鉆井液的毒性和污染程度。Soegianto等人分別測試了5個(gè)油田的鉆井液毒性，測試結(jié)果表明，虎蝦的死亡率隨著鉆探深度的增加而增加，說明隨著井深的增加，鉆井液中的有毒有害物質(zhì)含量也有所增加。

2.3 鉆井液選擇

鉆井液的選擇主要考慮安全指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境指標(biāo)。對于一些環(huán)境敏感地區(qū)，雖然合成基鉆井液的成本要高出柴油基鉆井液很多，但由于合成基鉆井液的排放要求相對較低，在處理成本方面遠(yuǎn)低于柴油基鉆井液，因此綜合成本有較高的優(yōu)勢。和油基鉆井液相比，水基鉆井液同樣會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄物。Burke和Veil的研究表明，在使用水基鉆井進(jìn)行鉆井施工時(shí)，每口井需要排放5000～30000 桶鉆井液廢棄物。另一方面，使用油基鉆井液進(jìn)行鉆井施工時(shí)僅產(chǎn)生2000～8000 桶的鉆井廢棄物，這主要是因?yàn)橛突@井液的成本較高，因此通常被回收再利用而不是直接排放。在某些情況下，成本較高的水基鉆井液會(huì)被回收利用，但大多數(shù)水基鉆井液仍然是排放處理。此外，使用油基鉆井液施工的井徑更為規(guī)則，井壁坍塌剝落的情況較少，相應(yīng)的固體廢棄物也較少。合成基鉆井液是在20世紀(jì)90年代開始被廣泛使用的，其目的是最大限度地減少鉆井廢物的數(shù)量和減少對環(huán)境的影響。合成基鉆井液已經(jīng)被證明是一種非常環(huán)保的鉆井液，并且其具有良好的鉆井性能，是替代油基鉆井液的最佳選擇之一。

2.4 鉆井液廢棄物排放的相關(guān)規(guī)定

受經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度的影響，各個(gè)國家對鉆井廢棄物的排放標(biāo)準(zhǔn)有所不同。一般來說，油基鉆井液由于具有較強(qiáng)的生物毒性，是不允許直接排放。但北海和挪威的法律允許排放經(jīng)過處理的油基鉆井液鉆屑（要求含油量低于1%）。美國將合成基鉆井液視同為油基鉆井液進(jìn)行監(jiān)管，但英國、荷蘭等國家的排放標(biāo)準(zhǔn)相對寬松允許直接排放合成基鉆井的巖屑。

2.5 廢棄物管理

鉆井液廢棄物的管理要根據(jù)鉆井施工現(xiàn)場的要求和條件來制定。雖然零排放是鉆井廢棄物管理的最終目標(biāo)，但實(shí)際工作中，需要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性和可操作性。尤其是海上鉆井過程中，由于天氣的變化，將鉆井廢棄物運(yùn)輸?shù)疥懙厣线M(jìn)行處理，是一項(xiàng)非常大的挑戰(zhàn)。因此，在北海、阿拉斯加、墨西哥灣、加拿大、委內(nèi)瑞拉和印度尼西亞等地區(qū)，鉆屑回注是首選的處理方式，隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前一口井的回注量已經(jīng)超過了一百萬桶。雖然巖屑回注可以實(shí)現(xiàn)零排放，但是并非所有的地層都適合采用巖屑回注的方法進(jìn)行施工，在施工前要進(jìn)行整體評估和模擬，從而避免意外泄漏事件的發(fā)生[6-7]。

3 結(jié)論及建議

（1）鉆井液廢棄物會(huì)對自然環(huán)境產(chǎn)生不利影響，生物毒性實(shí)驗(yàn)對測試和評估鉆井液毒性有著重要的指導(dǎo)意義。

（2）鉆井液的暴露也會(huì)影響人類健康，必須實(shí)施適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)管理，以減少對施工人員的健康損害。

（3）一般來說，鉆井廢棄物處置方式有海上處置、陸上處置和鉆屑回注。鉆屑回注可以實(shí)現(xiàn)零排放。但是，在將鉆屑重新注入地層之前，必須從經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境影響性等方面進(jìn)行整體評估。