烏審旗地區廢棄鉆井液環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督公司 （陜西 西安 710018）

在石油工業油氣勘探開發的鉆井過程中，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生數量巨大的廢棄鉆井液，它是一種復雜的多相體系[1-2]。鄂爾多斯盆地是我國第二大產油區，每年的油氣產量超過5 000×104t，其鉆井過程中所產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塊，每年有大量鉆井隊在周邊進行鉆探，據相關環境評價報告統計，烏審旗地區平均每勘探一口氣井，大約產生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，出現跑、冒、滴、漏等情況，會對周圍環境和地下水造成污染。自2015年1月1日新的《環境保護法》實施以來，各地均制定了更加嚴格的環境保護法規和政策，對于鉆井作業的環保要求也隨之提高。烏審旗地區鉆井作業大部分處于植被單一、土地貧瘠的生態脆弱區域，施工作業中環境保護壓力大。因此，對其廢棄鉆井液的成分進行研究，分析其可能存在的環境影響因素并提出相關污染防治措施，將有非常重要的現實意義。

1 主要成分

1.1 鉆井液主要成分

烏審旗地區鉆井液主要成分詳見表1。

1.2 鉆井廢棄物主要成分

鉆井廢棄物在環境中最終狀態為固態，這類固態物質以黏土礦物和石英質的巖屑為主，吸附了相當數量的鉆井液添加成分[4],在使用泥漿不落地系統的地區，鉆井液廢棄物中還包含干燥劑。

表1 烏審旗地區鉆井液主要成分一覽表

2 廢棄鉆井液相關數據分析

根據GB8978—1996《污水綜合排放標準》[5]二級標準，分別選取烏審旗地區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數據進行分析。

2.1 重金屬含量分析

重金屬含量檢測結果詳見表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《污水綜合排放標準》[5]二級標準，沒有超標。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；完井三磺泥漿中的銅、鎘超標；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。③三磺泥漿超標項目最多，其次為清水聚合物、白土漿。

2.2 有機物含量分析

不同工況下有機物含量詳見表3。

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

表2 不同工況下重金屬含量檢測結果/（mg·L-1）

表3 不同工況下有機物含量檢測結果/（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”。

2.3 毒性分析

使用發光細菌法測定廢棄鉆井液毒性，其結果見表6；毒性標準見表7。

表6 發光細菌法測定毒性結果/（mg·L-1）

表7 發光細菌法測定毒性標準/（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，鉆頭破碎巖石后，放射性物質會隨鉆井液來到地面，對人員健康構成危害。其中，鐳、鈾、釷、氡在地層中與油氣共生是石油鉆井作業所遇到的主要天然放射源。在放射性強度超標的情況下,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行放射性檢測，其結果見表8。

表8 巖屑放射性檢測結果/（Bq·kg-1）

經過巖屑放射性檢測，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個地層的巖屑內照射指數和外照射指數均小于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，需根據其空心率決定；二疊系巖屑不能應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 結果分析

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

3.1 重金屬的主要來源

劉永福[7]在《烏審旗盆地鉆井液環保治理問題探討》中曾經做過相關檢測，數據表明：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、磺化瀝青及復合離子聚合物。

3.2 有機物的主要來源

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

4 建議

1）多途徑減少對地下水的污染。①無害化體系：開發并盡量選用低毒性、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：優化水泥和泥漿工藝，以保證良好的水泥膠結和水層的隔離，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，保護地下水不受污染。

2）努力做到清潔生產。①地表：在圓井、循環罐下敷設水泥排水溝，將鉆井液集中收集到泥漿池中。②泥漿不落地技術：有條件的地區可使用泥漿不落地技術，解決泥漿池占地后造成二次污染和難以復耕的問題，實現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利用。

3）堅持達標后再排放。①集中處理：泥漿池中上清液經處理后出水水質須達到《再生水水質標準》中用于牧業水質標準要求后，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的單位進行無害化固化處理，固體廢物收集、貯存、處理處置設施應按照標準要求采取防滲措施，經處理后的固體廢棄物達到GB 18958—2001《危險廢物填埋污染控制標準》[8]中的標準后安全處置。②重復利用：同一口井鉆井泥漿循環利用，減少污染；鉆井結束后泥漿池內上清液拉至新開鉆井井場進行綜合利用，不外排；采用泥漿不落地技術，廢棄鉆井泥漿及巖屑經固液分離后，鉆井泥漿用于鉆井循環使用。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保控制系統工程。②泥漿及鉆井廢棄物中有機物含量較高，且不易降解。建議在處理泥漿及鉆井廢棄物時，使用環境友好的方法，一是使用環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物及其他有害物質。