鉆井液環保性能標準的現狀與對策

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 工程技術研究院（河北 任丘 062552）2.中國石油華北油田分公司 開發事業部（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《環保法》正式實施，對于保護環境和自然資源、防治污染有更加嚴格的要求。環境保護問題越來越受到廣泛的關注。在石油鉆井行業，油氣鉆井每年產生的鉆井污染物通過擴散、遷移等途徑導致我國數10萬畝土壤和水體長期污染、生態系統退化，其中90%以上的污染物來自鉆井液和鉆屑。

近年來國內積極研發并應用環保型鉆井液，在環保性和經濟性方面都取得顯著成效。但對鉆井液的環保性能，國內一直沒有統一的技術標準，從而限制了其進一步的推廣應用[1]。通過對國內外現行污水及廢棄物的排放標準進行大量的調研，制定鉆井液環保性能評價標準，限制有害成分在鉆井液中的使用，以達到從源頭上保護環境的目的。

1 國內外相關標準

1.1 國外相關標準

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，特別是歐美發達國家。①美國要求必須通過兩項環境試驗評價，即生物毒性及游離油試驗，當糠蝦生物試驗法96 h 的LC50值低于30 000 mg/L 時不得排放；游離油采用靜態光澤試驗當鉆井液及其廢棄物進入水體后，水體表面不得出現光澤現象[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保性能主要關注點在生物毒性、重金屬含量、生物降解性和含油量上。

1.2 國內相關標準

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，根據現場環境特點和現有經濟、技術條件，對排出廢水中的污染物和產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、地方標準和行業標準（表1）。國家標準是由國務院環境保護主管行政機關批準頒布的，并在全國范圍內或特定區域內適用，如適用于全國范圍的《地表水環境質量標準》；地方標準是由省、自治區、直轄市人民政府批準頒布的，在特定行政區適用，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門類不執行國家污水綜合排放標準，可執行相應的行業標準，如在石油天然氣行業的海洋石油開發工執行的《海洋石油開發工業含油污水排放標準》（已被《海洋石油勘探開發污染物排放濃度限值》取代），石油化學工業執行的《石油化學工業污染物排放標準》。這里的石油化學工業指以石油和天然氣為原材料，生產石油相關產品和石油化工相關產品的工業[5]。目前針對陸上石油與天然氣勘探開發行業還沒有制定專門標準。

1.2.2 行業標準

國內石油行業分別在海洋石油和陸地石油兩個方面制定了相關環境保護標準（表2）。由于海洋石油的環境特殊性，標準主要參考陸地石油標準。其中中國石油集團公司負責制定了《水溶性油田化學劑環境保護技術要求》和《水溶性油田化學劑環境保護技術評價方法》2個行業標準，規定了油氣田使用的水溶性油田化學劑中生物毒性、生物降解性和重金屬含量3 項環境保護技術要求和評價方法[6]。目前這2 項標準被作為環保鉆井液的主要參考標準，但該標準適用對象是化學單劑，而鉆井液包括液相、固相和各種化學處理劑，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 地方標準及規范

新疆維吾爾自治區頒布了地方標準《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過程中產生的廢棄鉆井泥漿（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，用于鋪設服務油田內部的各種道路、鋪墊井場、固廢場封場覆土及作為自然坑洼填充材料。

表1 石油開發相關的國家級環境保護標準

表2 石油開發相關的行業環境保護標準

1.2.4 企業標準

中石油出臺《鉆井液與鉆屑處理管理規定（暫行）》，要求在環境敏感地區鉆井廢液與鉆屑處理采用不落地或集中處理技術，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》和地方環境保護要求的排放等級方可排放，處理后的固相應達到GB 15618—2008《土壤環境質量標準》和地方環境保護相關要求[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出口端——廢棄物，或針對于化學單劑進行限值規定，而鉆井液是由黏土、水（或者油）以及各種化學添加劑組成的一種混合體系，沒有從源頭上針對其環保性能進行規范，缺少適用的行業標準。

3 鉆井液環保性能指標及限值

3.1 生物毒性

生物毒性是指外部環境對生物體帶來的毒害作用，根據毒性的快慢程度可分為急性和慢性，區別在于生物體出現中毒反應時所接觸外部環境時間的長短，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生聯合作用，而單項指標無法反映綜合生物效應的弊端，實現了有效監測環境中所有共存有害物的綜合生物效應。因此，生物毒性首先被作為反映鉆井液環保性能的指標之一。

生物毒性包括急性毒性、慢性毒性，評價的方法也較多；OECD 等組織已經推薦了一系列的生物毒性評價標準，許多國家和地區都在使用，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。國內鉆井液毒性測試應用最多的是發光細菌法。鉆井液的生物毒性等級判定按SY/T 6788—2010《水溶性油田化學劑環境保護技術要求》中第5章的規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被土壤、天然水體或廢水處理系統中的微生物通過生物代謝作用進行破壞或分解，轉化為簡單無機物（礦化作用）的可能性。相對于化學降解來說，生物降解不會產生許多有毒或有害物質，對環境具有積極作用[8]。生物降解性一直以來都作為水質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、三角瓶靜培養篩選技術評定方法)、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，由于一般環保監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《水溶性油田化學劑環境保護技術要求》中第6 章的規定進行，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，對環境的影響是長期的，主要表現在兩方面：①進入土壤中，直接影響土壤的質量水平；②被帶入地下水和地表水，直接影響地下水和地表水質量，為生態安全埋下隱患。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《水溶性油田化學劑環境保護技術要求》，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對人及動物的毒性較大,尤其是雙環和三環為代表的多環芳烴毒性更大。石油中的苯、甲苯、二甲苯、酚類等物質,如果經較長時間、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致的環境惡化，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，破壞周圍生物表面性質。

石油類含量取GB 4284—2018《農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；土壤質量、地表水、地下水質量等標準中都對pH 值有相應的規定。因此，鉆井液環保性能評價應將pH 值列為控制指標。

4 結束語

1）目前國內外相關環境質量標準和污染物控制標準以及相關的技術規范主要集中在排放端，綜合這些標準，推薦鉆井液環保性能的評價標準項目應包括生物毒性、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，在不同地理環境中的環境保護要求并不完全相同，本文推薦標準可根據所處環境法規變化而變化，即當地環境保護要求提高時，標準也相應提高。

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