川南頁(yè)巖氣鉆井固體廢物污染防治問(wèn)題及對(duì)策初探

于勁磊，蔣國(guó)斌，王紅娟，江 麗，吳 懈，雷 宇

（1.中國(guó)石油西南油氣田分公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院，四川成都 610041；2.頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)與開(kāi)采四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610051）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)由高速增長(zhǎng)向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變，推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)向綠色低碳轉(zhuǎn)型迫在眉睫。天然氣是一種綠色清潔的優(yōu)質(zhì)能源，將逐步成為我國(guó)清潔能源體系的主體能源。而頁(yè)巖氣作為我國(guó)天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)最現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域，在調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)中發(fā)揮巨大作用。

根據(jù)《四川省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃》（2017 年），2020 年川南頁(yè)巖氣年產(chǎn)量將達(dá)到100×108m3。相較常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)，頁(yè)巖氣產(chǎn)量遞減速度快，僅能通過(guò)井間接替來(lái)實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣穩(wěn)產(chǎn)和增長(zhǎng)[1]，為實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣產(chǎn)量突破規(guī)劃目標(biāo)，川南地區(qū)年均新鉆頁(yè)巖氣井?dāng)?shù)將達(dá)280 口以上。

川南地區(qū)頁(yè)巖氣井大多采用“四開(kāi)四完”方式進(jìn)行鉆井作業(yè)。其中，上部地層采用清水或空氣流體鉆井，巖屑產(chǎn)生量為200～300 立方米/井；中下部地層采用水基鉆井液鉆井，水基鉆屑產(chǎn)生量為400～500 立方米/井；造斜段及水平段采用油基鉆井液鉆井，油基巖屑產(chǎn)生量為250～350 立方米/井。由此測(cè)算，川南地區(qū)每年至少將產(chǎn)生16.8×104m3水基巖屑和7×104m3油基巖屑，若鉆井巖屑未得到妥善貯存與處置，引發(fā)的環(huán)境影響和風(fēng)險(xiǎn)不可忽視[2]。因此，如何妥善處置頁(yè)巖氣鉆井固體廢物及精準(zhǔn)提出風(fēng)險(xiǎn)防控措施，成為關(guān)系我國(guó)頁(yè)巖氣能否綠色可持續(xù)開(kāi)發(fā)的重要問(wèn)題。本文分析了川南頁(yè)巖氣鉆井固體廢物污染防治現(xiàn)狀及問(wèn)題，總結(jié)了北美地區(qū)鉆井固體廢物管理要求，并據(jù)此提出了川南頁(yè)巖氣鉆井固體廢物污染防治對(duì)策，以期為我國(guó)頁(yè)巖氣鉆井固廢管理提供方向指引。

1 川南頁(yè)巖氣鉆井固體廢棄物污染防治現(xiàn)狀及問(wèn)題

伴隨川南頁(yè)巖氣快速上產(chǎn)，鉆井固體廢棄物尤其是油基巖屑處理處置已成為國(guó)家、地方環(huán)保部門(mén)的關(guān)注焦點(diǎn)。而開(kāi)展鉆井固體廢物處理處置之前，有效掌握其污染特性是重要保障和關(guān)鍵基礎(chǔ)，大量學(xué)者[3，4]表明鉆井巖屑重金屬（鎳、銅、鋅、鋇等）和石油烴為其主要污染物。鑒于此，中石油等頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)企業(yè)，通過(guò)不斷引進(jìn)吸收先進(jìn)環(huán)保技術(shù)及管理理念，逐步發(fā)展形成了以“源頭化、減量化、資源化、無(wú)害化”為核心的鉆井固體廢棄物污染防治技術(shù)體系（見(jiàn)圖1）。鉆井作業(yè)時(shí)，采用環(huán)境友好型物料及工藝，從源頭削減污染；采用泥漿不落地收集和物理化學(xué)處理方式，對(duì)鉆井作業(yè)過(guò)程所產(chǎn)生的水基巖屑進(jìn)行破膠脫液處理，進(jìn)一步減少后續(xù)巖屑處置總量，剩余固渣交由環(huán)保手續(xù)齊全的第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行資源化利用，包括制備燒結(jié)磚、免燒磚或水泥熟料等途徑；含油巖屑經(jīng)熱脫附、LRET 萃取、錘磨處理等方式，殘?jiān)吐实陀? %，且經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)分析，處理后巖屑?xì)堅(jiān)痪邆湮ｋU(xiǎn)特性[5]。另外，通過(guò)對(duì)長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣區(qū)塊鉆井巖屑的取樣分析，發(fā)現(xiàn)處理后的鉆井水基巖屑和油基巖屑中砷（As）、銀（Ag）、硒（Se）、汞（Hg）等重金屬含量（見(jiàn)表1）均低于《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB36600-2018）中第二類(lèi)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值；LRET 萃取后油基巖屑?xì)堅(jiān)蜔N含量均低于0.3 %（見(jiàn)表2），可有效降低頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程鉆井固體廢棄物對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

圖1 川南頁(yè)巖氣鉆井固廢污染防治技術(shù)體系

表1 長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣區(qū)塊某平臺(tái)處理后鉆井巖屑重金屬含量分析

但伴隨頁(yè)巖氣鉆井?dāng)?shù)量爆發(fā)式增長(zhǎng)，現(xiàn)仍存在以下問(wèn)題亟待解決：

（1）水基巖屑處置渠道單一。目前，川南地區(qū)鉆井水基巖屑基本交由第三方建材企業(yè)進(jìn)行資源化利用，可基本消納產(chǎn)生量。至2025 年，川南地區(qū)年均水基巖屑產(chǎn)生量將大于16.8×104m3，而建材行業(yè)受政策與市場(chǎng)調(diào)控影響很大，若供需矛盾突出，建材企業(yè)將難以消化產(chǎn)生的水基巖屑，因此急需拓寬水基巖屑處置渠道。

（2）區(qū)域油基巖屑處置能力不足。目前，臨近川南頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)區(qū)域且具有油基巖屑處置資質(zhì)的企業(yè)僅有兩家，其處理規(guī)模有限，無(wú)法完全接納長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)、瀘州等片區(qū)所產(chǎn)生的油基巖屑，導(dǎo)致大量無(wú)法及時(shí)處置的油基巖屑需要現(xiàn)場(chǎng)暫存，存在較大的環(huán)境隱患，因此，合理擴(kuò)大川南頁(yè)巖氣油基巖屑處置規(guī)模勢(shì)在必行。

（3）頁(yè)巖氣環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)支撐不足。我國(guó)尚未出臺(tái)鉆井巖屑含油率測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)機(jī)構(gòu)及科研院所大多采用《城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法》（CJ/T 221-2005）標(biāo)準(zhǔn)中礦物油的測(cè)定方法，但城鎮(zhèn)污泥與鉆井巖屑存在較大的理化性能差異，其適用性有待考究。此外，鉆井固廢處理處置相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范缺失，導(dǎo)致處理后油基巖屑仍歸類(lèi)為危險(xiǎn)廢物，增加了頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)成本。

2 北美地區(qū)鉆井固體廢棄物處置管理體系分析

面對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)存在的上述問(wèn)題，綜合分析北美地區(qū)鉆井固廢處置的管理對(duì)策，以期為川南頁(yè)巖氣鉆井固廢管理提供一定參考。美國(guó)和加拿大等北美國(guó)家均形成了較為有效的鉆井固體廢物處置管理體系。加拿大阿爾伯塔省以鉆井固體廢物毒性評(píng)估結(jié)果和地方環(huán)境容量為決策依據(jù)，明確了不同鉆井固體廢物分類(lèi)處置途徑及管理要求，主要處置途徑包括混合填埋、隨鉆噴灑、林地處置、土地耕作、工業(yè)垃圾填埋場(chǎng)填埋等；同時(shí)也鼓勵(lì)相關(guān)工業(yè)部門(mén)制定鉆井廢棄物再利用技術(shù)方案，以減少鉆廢送交處置總量。美國(guó)環(huán)保署將美國(guó)本土、加拿大、墨西哥等北美地區(qū)勘探作業(yè)產(chǎn)生的不同鉆完井廢物中無(wú)機(jī)元素、有機(jī)化合物和放射性同位素的濃度和活性等進(jìn)行了匯總統(tǒng)計(jì)，形成了勘探開(kāi)采鉆廢成分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)公眾和勘探開(kāi)發(fā)企業(yè)披露，不僅較好的緩解了公眾的擔(dān)憂，同時(shí)也為企業(yè)制定相關(guān)廢物處置措施提供了數(shù)據(jù)支撐[6]。另外，美國(guó)各州結(jié)合本地環(huán)境特征和環(huán)境質(zhì)量改善需求，針對(duì)鉆井廢棄物處置也制定了相應(yīng)的規(guī)定，例如賓西法利亞州根據(jù)來(lái)源從表層套管座上方（未污染的鉆屑、上部井眼水或淡水）或表層套管座下方（污染的鉆屑和相關(guān)流體）區(qū)分鉆屑類(lèi)型，對(duì)鉆井固體廢物進(jìn)行精細(xì)化管理，從源頭減少了受污染的鉆井廢物總量；德克薩斯州根據(jù)有機(jī)物（總石油烴等）、鹽類(lèi)（氯化物等）和放射性（鐳等）的測(cè)量水平，將勘探開(kāi)采廢物進(jìn)行土地利用[7]。具體處理處置途徑及管理要求（見(jiàn)表3）。

表2 長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣區(qū)塊含油巖屑處理前后石油烴含量分析

3 川南頁(yè)巖氣鉆井固廢污染防治對(duì)策

為確保川南頁(yè)巖氣綠色可持續(xù)開(kāi)發(fā)，在堅(jiān)持固體廢物“源頭化、減量化、資源化、無(wú)害化”處理處置原則的基礎(chǔ)上，同時(shí)結(jié)合國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，提出以下污染防治對(duì)策：

3.1 開(kāi)展頁(yè)巖氣環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系研究

建議國(guó)家生態(tài)環(huán)境主管部門(mén)聯(lián)合頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)企業(yè)、國(guó)內(nèi)知名科研院所共同開(kāi)展頁(yè)巖氣環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系研究，逐步完善相關(guān)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)及推薦做法。同時(shí)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)主要地區(qū)，可結(jié)合本地環(huán)境特征和環(huán)境質(zhì)量改善需求，有針對(duì)性的制定地方環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步補(bǔ)充完善國(guó)家頁(yè)巖氣環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)體系。例如針對(duì)油基巖屑處理后殘?jiān)_(kāi)展其危險(xiǎn)屬性鑒別，分析其資源化利用過(guò)程的環(huán)境影響，制定其資源化利用的環(huán)境保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，將殘?jiān)鼜奈ｋU(xiǎn)廢物中豁免，降低企業(yè)和政府管理成本。

3.2 研發(fā)適用于頁(yè)巖氣鉆井固體廢棄物源頭控制技術(shù)

研發(fā)環(huán)境友好型泥漿體系是實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣綠色開(kāi)發(fā)，徹底解決“先污染、后治理”問(wèn)題最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的技術(shù)[12]，是實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣鉆井固體廢棄物源頭控制的核心。建議頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)企業(yè)探討開(kāi)發(fā)密閉循環(huán)氣體鉆井技術(shù)替代頁(yè)巖氣直井段水基泥漿技術(shù)的可行性；探討開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣水平段鉆井環(huán)保合成基鉆井液體系替代油基泥漿技術(shù)的可行性，從源頭消除鉆井巖屑有毒有害成分，保障環(huán)境安全[13]。

3.3 構(gòu)建頁(yè)巖氣鉆井固廢“物聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)”管理平臺(tái)

建議生態(tài)環(huán)境主管部門(mén)聯(lián)合頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)企業(yè)共同建立頁(yè)巖氣鉆井固廢“物聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)”管理平臺(tái)。該平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)以下兩項(xiàng)功能，其一是對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)不同鉆井作業(yè)方式（垂直井、水平井），不同鉆井液流體（空氣/氮?dú)狻⑺@井液、油基鉆井液、合成基鉆井液）、不同區(qū)域、地層下的鉆井巖屑、鉆井泥漿中的無(wú)機(jī)元素、有機(jī)化合物和放射性同位素的濃度和活性、毒性物質(zhì)含量、急性毒性等進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)分析，尋找其關(guān)聯(lián)性，并以此為依據(jù)，更有針對(duì)性的提出不同鉆井固廢資源化利用途徑和污染治理規(guī)范，降低頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)生產(chǎn)綜合成本和環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，使頁(yè)巖氣更具有競(jìng)爭(zhēng)力。其二是對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)不同區(qū)域鉆井固體廢物產(chǎn)生數(shù)量、廢物理化及污染特性等信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，智能匹配相適宜的區(qū)域鉆廢利用方式和利用企業(yè)，結(jié)合廢物轉(zhuǎn)運(yùn)路線、轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程污染防治措施、轉(zhuǎn)運(yùn)成本等因素，綜合評(píng)估轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)成本可控的前提下，實(shí)現(xiàn)鉆井固體廢物多途徑資源化利用，有效提升頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)區(qū)域廢物處置抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

表3 北美地區(qū)頁(yè)巖氣鉆井固體廢物處置途徑及管理要求