乌审旗地区废弃钻井液环境影响因素分析及建议

高赛男，宋玉平，秦等社，覃冬冬，阮存寿，李磊

中国石油川庆钻探工程有限公司长庆石油工程监督公司 （陕西 西安 710018）

在石油工业油气勘探开发的钻井过程中，为了平衡地层压力、冷却钻头、携带岩屑，需要使用大量钻井液，这就不可避免地会产生数量巨大的废弃钻井液，它是一种复杂的多相体系[1-2]。鄂尔多斯盆地是我国第二大产油区，每年的油气产量超过5 000×104t，其钻井过程中所产生的废弃钻井液就成为潜在重金属污染源[3]。乌审旗作为鄂尔多斯盆地的一个重要能源区块，每年有大量钻井队在周边进行钻探，据相关环境评价报告统计，乌审旗地区平均每勘探一口气井，大约产生730 m3钻井液废弃物，其中含有重金属、碱、盐、油等污染物，如管理不善，出现跑、冒、滴、漏等情况，会对周围环境和地下水造成污染。自2015年1月1日新的《环境保护法》实施以来，各地均制定了更加严格的环境保护法规和政策，对于钻井作业的环保要求也随之提高。乌审旗地区钻井作业大部分处于植被单一、土地贫瘠的生态脆弱区域，施工作业中环境保护压力大。因此，对其废弃钻井液的成分进行研究，分析其可能存在的环境影响因素并提出相关污染防治措施，将有非常重要的现实意义。

1 主要成分

1.1 钻井液主要成分

乌审旗地区钻井液主要成分详见表1。

1.2 钻井废弃物主要成分

钻井废弃物在环境中最终状态为固态，这类固态物质以黏土矿物和石英质的岩屑为主，吸附了相当数量的钻井液添加成分[4],在使用泥浆不落地系统的地区，钻井液废弃物中还包含干燥剂。

表1 乌审旗地区钻井液主要成分一览表

2 废弃钻井液相关数据分析

根据GB8978—1996《污水综合排放标准》[5]二级标准，分别选取乌审旗地区sdj3-7井2017年8月至9月期间，不同工况下废弃钻井液的相关数据进行分析。

2.1 重金属含量分析

重金属含量检测结果详见表2。

从表2可以看出：①在各种工况下，砷、锌、铅、六价铬4种重金属浓度均符合GB 8978—1996《污水综合排放标准》[5]二级标准，没有超标。②一开白土浆和清水聚合物、二开三磺泥浆、完井三磺泥浆中的汞超标；完井三磺泥浆中的铜、镉超标；一开清水聚合物、二开三磺泥浆和完井三磺泥浆的总铬超标。③三磺泥浆超标项目最多，其次为清水聚合物、白土浆。

2.2 有机物含量分析

不同工况下有机物含量详见表3。

从表3可以看出：①悬浮物、硫化物、挥发酚、石油类、丙烯酰胺、多环芳烃浓度均符合GB 8978—1996《污水综合排放标准》[5]二级标准。②一开清水聚合物、二开三磺泥浆、完井三磺泥浆色度超标；各工况下的废弃钻井液生物耗氧量均超标，其中清水聚合物超标最多；各种工况下的泥浆及钻井废弃物的化学耗氧量均超标，其中清水聚合物超标最多。③各工况下的废弃钻井液COD、BOD全部超标。

表2 不同工况下重金属含量检测结果/（mg·L-1）

表3 不同工况下有机物含量检测结果/（mg·L-1）

通过计算可求得泥浆及其废弃物的可生物降解性，计算结果见表4，分级情况见表5。

表4 不同工况下可生物降解性计算结果

生物降解性计算方法：

式中：Y为生物降解性；BOD5为5日生物耗氧量，mg/L；CODCr为重铬酸钾法测定的化学耗氧量,mg/L。

表5 可生物降解性分级

通过表4、表5计算废弃钻井液的可生物降解性可知：各工况下废弃钻井液的可生物降解性计算值均小于5；生物降解性级别属于“难”，即废弃钻井液属于“难降解物质”。

2.3 毒性分析

使用发光细菌法测定废弃钻井液毒性，其结果见表6；毒性标准见表7。

表6 发光细菌法测定毒性结果/（mg·L-1）

表7 发光细菌法测定毒性标准/（mg·L-1）

由表6、表7可知，各工况下的废弃钻井液的半致死浓度大于或等于25 000 mg/L。因此，废弃钻井液的毒性属于“无毒”或“微毒”。

2.4 岩屑放射性分析

地层中含有大量天然放射性物质，钻头破碎岩石后，放射性物质会随钻井液来到地面，对人员健康构成危害。其中，镭、铀、钍、氡在地层中与油气共生是石油钻井作业所遇到的主要天然放射源。在放射性强度超标的情况下,会对人体健康造成不同程度的危害。因此，为保证安全，特选取各个地层的岩屑进行放射性检测，其结果见表8。

表8 岩屑放射性检测结果/（Bq·kg-1）

经过岩屑放射性检测，通过比对GB 6566—2001《建筑材料放射性核素限量》[6]，第四系、白垩系、侏罗系、石炭系、奥陶系5个地层的岩屑内照射指数和外照射指数均小于1.0，可判定为合格的建筑主体材料和A类装修材料；二叠系岩屑可作为A类装修材料，是否能作为建筑主体材料，需根据其空心率决定；二叠系岩屑不能应用到建筑主体材料中，可归为C类装修材料，只可用于建筑物的外饰面及室外其他用途。

3 结果分析

长庆油田所使用钻井液及其产生的废弃物是一种无毒或微毒、难降解的混合物，其对环境的污染主要来重金属汞、总铬以及有机物含量高导致的COD、BOD超标。

3.1 重金属的主要来源

刘永福[7]在《乌审旗盆地钻井液环保治理问题探讨》中曾经做过相关检测，数据表明：钻井液中的重金属汞主要来自氢氧化钠、聚丙烯酸钾、羧甲基纤维素钠、磺化沥青；重金属铬主要来自聚丙烯酸钾、聚丙烯腈铵盐、磺化沥青及复合离子聚合物。

3.2 有机物的主要来源

废弃钻井液中化学耗氧量、生物耗氧量超标较多，主要是因为钻井液中添加了大量纤维素、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钾等有机物，有机物含量较高造成超标。

4 建议

1）多途径减少对地下水的污染。①无害化体系：开发并尽量选用低毒性、易降解的钻井液材料代替可能造成污染的材料。②技术措施：提高钻速，减少表层浸泡时间，缩短钻井液与地层的接触时间，降低钻井液渗透到地下水的几率。③固井质量：为了减少对各层地下水的影响，固井水泥套管上返高度至地面井口，即全井四周均为水泥套管所包裹，减少套外返水事故时对各层地下水的污染；同时，固井水泥中加入防窜降失水剂，有效控制钻井液的失水。④控制漏失：优化水泥和泥浆工艺，以保证良好的水泥胶结和水层的隔离，防止固井中水泥浆的漏失，有效地防止对地下水的污染。⑤专项措施：对含水层采取水泥套管和封堵，保护地下水不受污染。

2）努力做到清洁生产。①地表：在圆井、循环罐下敷设水泥排水沟，将钻井液集中收集到泥浆池中。②泥浆不落地技术：有条件的地区可使用泥浆不落地技术，解决泥浆池占地后造成二次污染和难以复耕的问题，实现井场钻井液及分离固相的不落地处理和废弃钻井液的循环利用。

3）坚持达标后再排放。①集中处理：泥浆池中上清液经处理后出水水质须达到《再生水水质标准》中用于牧业水质标准要求后，可做为草场浇水或抑尘洒水，如果就地不处理需用专用车运往天然气钻井污水处理厂处理，不得外排。其他污染物在钻井完成后须由有危险废物处置资质的单位进行无害化固化处理，固体废物收集、贮存、处理处置设施应按照标准要求采取防渗措施，经处理后的固体废弃物达到GB 18958—2001《危险废物填埋污染控制标准》[8]中的标准后安全处置。②重复利用：同一口井钻井泥浆循环利用，减少污染；钻井结束后泥浆池内上清液拉至新开钻井井场进行综合利用，不外排；采用泥浆不落地技术，废弃钻井泥浆及岩屑经固液分离后，钻井泥浆用于钻井循环使用。③污水回注：将废弃的钻井液通过地面处理后，回注到合适地层，用于回注的地层孔隙度要大，回注容量大且深度必须大于600 m，以免废弃物污染地下水源。

4）其他。①从钻井液添加成分的检测、钻井液体系的选择、废弃钻井液的回收利用到无害化处理，建立全过程钻井液环保控制系统工程。②泥浆及钻井废弃物中有机物含量较高，且不易降解。建议在处理泥浆及钻井废弃物时，使用环境友好的方法，一是使用环保型絮凝剂或者生物絮凝剂；二是从泥浆中筛选出高效降解微生物，利用微生物降解泥浆中的有机物及其他有害物质。