關于我國環保鉆井液標準的探討

邢希金，王 薦，何 松，蔣 卓

1.中海石油（中國）有限公司北京研究中心 （北京 100028）2.荊州市漢科新技術研究所 （湖北 荊州 434000）3.海洋石油高效開發國家重點實驗室 （北京 100028）

1　環保鉆井液定義

隨著我國經濟的高速發展，環境破壞問題表現日益突出，國家對環境保護日益嚴格，進而環保鉆井液也倍受科技工作者及油田公司的關注。

目前無論是國外還是國內均熱衷于研發環保鉆井液技術，但就目前已公開發表的文獻很難在其中找到關于環保鉆井液的確切定義。目前，我國關于環保鉆井液的相關標準缺失，根據鉆井液廢棄處置要求，可以歸納出環保鉆井液的定義：環保鉆井液即是環境友好型鉆井液或環境可接受的鉆井液。其使用過程中應滿足作為鉆井液本身的工程性能要求，并且在使用及廢棄處置過程中也滿足當地環境法規要求，這種既能滿足鉆井工程需要又能保護環境的鉆井液體系可以稱之為環保鉆井液。從此定義可以看出，環保鉆井液的概念不能用統一的標準來衡量，環保鉆井液具有較強的地域性，諸如海洋環境與陸地油田對環境保護的要求是完全不同的，環保鉆井液的標準隨所處環境的法規變化而變化，即當地環境保護要求提高時，環保鉆井液的標準也相應提高。

國內多位學者就環保鉆井液技術進行了綜述，歸納起來文獻中被廣泛稱為環保鉆井液的有甲基葡萄糖苷鉆井液、硅酸鹽鉆井液、多元醇鉆井液、甲酸鹽鉆井液、合成基鉆井液、有機鹽鉆井液等[1-6]。但同時提出，目前我國沒有環保鉆井液相關標準的事實。

2　環保鉆井液可借鑒的現行標準

鉆井液主要由水和功能處理劑組成，當其廢棄時需要分別滿足液相和固相處置所處環境的法規要求。目前雖然沒有環保鉆井液的相關標準，但就鉆井液的使用與處置給環境帶來的影響，應符合下列標準要求。

1）廢棄鉆井液中的液相組分需要滿足水污染物排放控制標準，其參考的標準主要有GB 8978—1996《污水綜合排放標準》、GB 4914—2008《海洋石油勘探開發污染物排放濃度限值》、GB 18486—2001《污水海洋處置工程污染控制標準》。陸地油田還需要滿足自然環境保護的水環境質量標準，其參考標準主要有GB 3838—2002《地表水環境質量標準》、GB/T 14848—2017《地下水質量標準》、GB 5084—2005《農田灌溉水質標準》、GB 11607—1989《漁業水質標準》。海洋油田需要滿足GB 18420.1—2009《海洋石油勘探開發污染物生物毒性第1部分：分級》、GB 18420.2—2009《海洋石油勘探開發污染物生物毒性第2部分：檢驗方法》、GB 18421—2001《海洋生物質量》、GB 3097—1997《海水水質標準》。

2）在陸地油田，廢棄鉆井液中的固相被列為危險廢物，需要滿足排放控制標準有GB 5085.1—2007《危險廢物鑒別標準腐蝕性鑒別》、GB 18597—2001《危險廢物貯存污染控制標準》、GB 18598—2001《危險廢物填埋污染控制標準》、GB 18484—2001《危險廢物焚燒控制標準》、GB 18599—2001《一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準》、GB 4284—1984《農用污泥中污染物控制標準》、GB 15618—1995《土壤環境質量標準》。海洋油田需滿足GB 18668—2002《海洋沉積物質量》。

3）此外作為鉆井液處理劑單獨而言，需要滿足SY/T 6787—2010《水溶性油田化學劑環境保護技術要求》和SY/T 6788—2010《水溶性油田化學劑環境保護技術評價方法》。

3　環保鉆井液的推薦指標

2007年許毓[7]通過分析國內外與鉆井液相關的環保標準規范，結合我國清潔生產與環境保護要求，提出了將生物毒性、生物降解性、重金屬（總鎘、總汞、總鉛、總鉻、總砷）、石油類和pH值等5類9項列為環保鉆井液性能評價指標。2010年卜文海[8]給出鉆井液體系環保指標及毒性評價方法并附以具體參考值。

結合陸地油田與海洋油田勘探開發的共同需求，參考現行環境保護標準與法規，取各標準規范中較嚴格的控制指標，統一建立了一套衡量環保鉆井液的標準，該標準是包含4大類10項評價指標。考慮鉆井液的pH值在使用過程中9～10之間，以堿性為主，且廢棄前通常需要添加藥劑調節至中性，因而并未將pH值列入評價標準中，如表1所示。

1）生物毒性是考察鉆井液短期內對周圍環境中存活生物致死率的指標。生物毒性測試推薦兩種方法：糠蝦（鹵蟲）試驗法和發光細菌法。①糠蝦（鹵蟲）試驗法因檢測機構不同而使用的生物活體不同，美國使用海洋生物糠蝦，中國科學院海洋研究所使用黑褐新糠蝦，而國家海洋局天津海洋環境監測中心使用鹵蟲。參考GB 18420.1—2009《海洋石油勘探開發污染物生物毒性第1部分：分級》，我國一級海域標準LC50≥30 000 mg/kg。糠蝦（鹵蟲）試驗法因檢測時間長，準備過程和方法繁瑣、耗時，實際試驗周期往往長達2～3周；并且操作過程復雜，生物活體需要專門培養，需要專業操作人員才能完成，因而不適合大批量材料篩選，適合最終成品體系檢測。②大批量樣品的快速檢測通常采用發光細菌法，該方法檢測靈敏，精度高，時間短，操作簡單，平時的發光細菌以冷凍休眠態保存，使用前只需要活化便可，不需要在檢測前臨時培養。參考中石油企業標準Q/SY 111—2007《油田化學劑、鉆井液生物毒性分級及檢測方法發光細菌法》，生物等級為無毒EC50＞25 000 mg/kg。

2）生物降解性是考察鉆井液長期對周圍環境帶來的影響。目前國際上比較通用的方法是通過BOD5/CODcr來表征鉆井液及材料的生物降解性。參考SY/T 6787—2010《水溶性油田化學劑環境保護技術要求》及王蓉沙等所著《鉆井液廢棄物處理技術》，較易降解BOD5/CODcr值需≥15%[9]。

3）石油類對土壤的影響是改變土壤的對水吸收導致環境惡化，對水體環境的影響是油膜阻礙水體與大氣之間的氣體交換及破壞周圍生物表面性質。石油類推薦采用油田上常用的紅外分光光度法和固液分離法，其含油量取GB 4284—1984《農用污泥中污染物控制標準》、GB 8978—1996《污水綜合排放標準》、GB 4914—2008《海洋石油勘探開發污染物排放濃度限值》三個標準中最低限值＜1 000 mg/kg。

4）重金屬是毒性物質，在生物體內累積會導致環境中的動植物中毒。重金屬測試采用分光光度法，重金屬含量控制標準綜合GB 15618—1995《土壤環境質量標準》、GB 4284—1984《農用污泥中污染物控制標準》、SY/T 6787—2010《水溶性油田化學劑環境保護技術要求》及SY/T 6788—2010《水溶性油田化學劑環境保護技術評價方法》，總鎘最高允許含量為20 mg/kg、總汞最高允許含量為15 mg/kg、總鉛最高允許含量為1 000 mg/kg、總鉻最高允許含量為1 000 mg/kg、總砷最高允許含量為75 mg/kg。

表1　環保鉆井液評價方法與控制指標

4　現有處理劑的環保性能研究

室內研究選取鉆井液常用的降濾失劑、防塌封堵劑、降黏/增黏劑、抑制劑及包被劑共計46種處理劑[10]，進行其水溶液的環保性能評價。各處理劑的評價濃度以現場使用的濃度為主，由于常用鉆井液用處理劑通常不含重金屬，因此檢測項目包括生物毒性（發光細菌法）、生物降解性及石油類含量，評價結果詳見表2～表6。

1）生物毒性：46種常用的鉆井液處理劑中，生物毒性基本都屬于無毒、微毒；生物毒性為微毒的處理劑占6種，占比13%。

2）生物降解性：除普通淀粉類降濾失劑PFFLOCAT、天然高分子、改性高分子及水溶性抑制劑易降解外，其余均較難降解和難降解。其中：所選16種常用降濾失劑中，除一種淀粉類PF-FLOCAT處理劑符合生物降解性要求外，其余處理劑均難于降解（表2）；所選擇12種常用的防塌封堵劑均難于生物降解（表3）；所選常用6種流型調解劑（降黏劑、增黏劑）中僅天然高分子和生物膠XC兩種處理劑滿足生物降解性要求，其余均不易降解（表4）；目前市售抑制劑大部分都符合環保要求的，其中僅一種不易降解（表5）；所選6種包被劑均難于降解（表6）。

3）石油類含量：石油類超標比例較高的處理劑主要分布在防塌封堵劑中，12種處理劑有5種石油類超標（表3），其中瀝青類降濾失劑石油類含量嚴重超標。評價結果綜合顯示：常用46種處理劑僅8種符合環保鉆井液標準，符合環保要求的產品僅占總檢測樣品數量的17%。

表2　常用降濾失劑的環保性能評價結果

表3　常用防塌封堵劑的環保性能評價結果

表4　常用降黏/增黏劑的環保性能評價結果

表5　常用抑制劑的環保性能評價結果

表6　常用包被劑的環保性能評價結果

鑒于篩選出的淀粉類、天然高分子類等重要處理劑在抗溫性能上受到很大限制，不能應用于深井和高溫井作業。而我國未來深井作業居多，目前被廣泛使用瀝青類處理劑生物毒性大、石油類超標，可替代產品少，因此未來環保鉆井液研究任重而道遠。

5　結論與展望

現有處理劑的環保性能研究表明，目前鮮有某種鉆井液所用的全部材料完全滿足我國現行的所有環保標準。隨著我國環境保護法規的日益嚴格，我國環保鉆井液技術研究將面臨前所未有的挑戰。

我國是以水基鉆井液見長的國家，水基鉆井液在鉆井過程中易混入有害固相，并且難于去除。由此導致水基鉆井液難于重復利用，廢棄鉆井液排放量大勢必帶來環保問題。因此，我國急切需要在行業層面或國家層面出臺制定環保鉆井液的相關標準，并引導國內企業加強水基鉆井液環境友好型處理劑研發力度，推動環保鉆井液技術進步，以科技促發展，助力解決石油鉆井生產需要與地方環境保護之間的突出矛盾。