鉆井液廢棄物影響及處理研究

朱科源

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江 大慶 163413）

石油和天然氣勘探開發過程中產生的第一大廢棄物是采出水，第二大廢棄物是鉆井液和巖屑[1-2]。因此需要對鉆井作業過程中產生的廢物進行適當的管理和處置，以避免對人身和自然環境造成重大的影響。鉆井作業對環境影響最大的是海上鉆井，如果直接排放將會對海洋生物造成極大的影響[3-4]。鉆井廢棄物也會對工人造成身體影響，主要包括：接觸性皮炎、咳嗽和惡心。幾乎所有國家都對鉆井過程中產生的廢棄物出臺了相關法律法規，大型的石油和天然氣公司如殼牌、埃克森美孚等也都就如何管理鉆井廢棄物制定了自己的標準。

1 鉆井液的分類

根據主要成分和用途，一般可將鉆井液分為三大類：水基鉆井液、油基鉆井液、其他介質鉆井液（空氣、霧氣、泡沫氣體）。鉆井施工過程中從安全、成本、性能和環保要求等方面綜合考慮來選擇相應的鉆井液體系。

2 鉆井液對施工人員及環境的影響

2.1 鉆井液對施工人員的影響

施工人員在作業過程中由于長時間接觸鉆井液及相關處理劑，會對其健康造成潛在的風險[5]。鉆井液對人體最常見的健康影響是造成皮膚刺激和接觸性皮炎，其他影響包括頭痛、惡心、眼睛刺激和咳嗽。主要的接觸方式是：吸入氣溶膠和蒸氣、皮膚接觸。主要的接觸發生在鉆井過程中，如取樣、維護、檢查等過程中工作人員均會接觸到鉆井液。施工過程中使用鉆井液固控設備，也會進一步增加人體接觸鉆井液的頻率和程度。鉆井液的溫度、流量和粘度也會影響工作現場的有害物濃度。

為了減少鉆井液對施工人員的身體傷害，需要考慮從以下幾個方面著手進行控制：①減少鉆井液中有毒有害物質的使用，從而降低在鉆井作業期間對施工人員的傷害；②使用低毒鉆井液或水基鉆井液也可以減少致癌物的傷害；③對施工的工作場所進行優化設計，例如設計并使用通風系統和鉆井液密閉循環系統，從而最大限度地減少施工人員在有害環境中暴露的程度；④通過進行空氣質量監測和施工人員健康監測來評估施工環境對人類健康的影響程度，適當地調整工作時間也有助于減少潛在的接觸。⑤加強個人防護，如使用防護面具、橡膠手套、防濺護目鏡、橡膠靴和工作服等，防護設備是對勞動力進行保護的最后一道屏障，也是非常重要的一個環節。

2.2 鉆井液對環境影響

通常情況下鉆井液也會對環境產生不利影響，其影響程度主要取決于鉆井液的類型、處理劑使用量和施工時間。鉆井廢物的物理和化學性質決定了其危險特性和潛在的對環境的影響。衡量鉆井液廢棄物對環境影響最主要的標準是測定其生物毒性。通常情況下油基鉆井液被認為是毒性最大的鉆井液，具有最嚴重的環境影響。鉆井液對水生生物毒性的研究表明，油基鉆井液中的基礎油對生物的死亡率有顯著影響，油基鉆井液的毒性主要取決于其基液，對比以礦物油和柴油為基液的兩種油基鉆井液發現，以柴油為基液時虎蝦的死亡率為73%，而以礦物油為基液時虎蝦的死亡率為53%。除了基液的毒性外，處理劑的毒性也會影響鉆井液的毒性和污染程度。Soegianto等人分別測試了5個油田的鉆井液毒性，測試結果表明，虎蝦的死亡率隨著鉆探深度的增加而增加，說明隨著井深的增加，鉆井液中的有毒有害物質含量也有所增加。

2.3 鉆井液選擇

鉆井液的選擇主要考慮安全指標、技術指標、經濟和環境指標。對于一些環境敏感地區，雖然合成基鉆井液的成本要高出柴油基鉆井液很多，但由于合成基鉆井液的排放要求相對較低，在處理成本方面遠低于柴油基鉆井液，因此綜合成本有較高的優勢。和油基鉆井液相比，水基鉆井液同樣會產生大量的廢棄物。Burke和Veil的研究表明，在使用水基鉆井進行鉆井施工時，每口井需要排放5000～30000 桶鉆井液廢棄物。另一方面，使用油基鉆井液進行鉆井施工時僅產生2000～8000 桶的鉆井廢棄物，這主要是因為油基鉆井液的成本較高，因此通常被回收再利用而不是直接排放。在某些情況下，成本較高的水基鉆井液會被回收利用，但大多數水基鉆井液仍然是排放處理。此外，使用油基鉆井液施工的井徑更為規則，井壁坍塌剝落的情況較少，相應的固體廢棄物也較少。合成基鉆井液是在20世紀90年代開始被廣泛使用的，其目的是最大限度地減少鉆井廢物的數量和減少對環境的影響。合成基鉆井液已經被證明是一種非常環保的鉆井液，并且其具有良好的鉆井性能，是替代油基鉆井液的最佳選擇之一。

2.4 鉆井液廢棄物排放的相關規定

受經濟發展程度的影響，各個國家對鉆井廢棄物的排放標準有所不同。一般來說，油基鉆井液由于具有較強的生物毒性，是不允許直接排放。但北海和挪威的法律允許排放經過處理的油基鉆井液鉆屑（要求含油量低于1%）。美國將合成基鉆井液視同為油基鉆井液進行監管，但英國、荷蘭等國家的排放標準相對寬松允許直接排放合成基鉆井的巖屑。

2.5 廢棄物管理

鉆井液廢棄物的管理要根據鉆井施工現場的要求和條件來制定。雖然零排放是鉆井廢棄物管理的最終目標，但實際工作中，需要綜合考慮經濟性、適應性和可操作性。尤其是海上鉆井過程中，由于天氣的變化，將鉆井廢棄物運輸到陸地上進行處理，是一項非常大的挑戰。因此，在北海、阿拉斯加、墨西哥灣、加拿大、委內瑞拉和印度尼西亞等地區，鉆屑回注是首選的處理方式，隨著技術的進步，目前一口井的回注量已經超過了一百萬桶。雖然巖屑回注可以實現零排放，但是并非所有的地層都適合采用巖屑回注的方法進行施工，在施工前要進行整體評估和模擬，從而避免意外泄漏事件的發生[6-7]。

3 結論及建議

（1）鉆井液廢棄物會對自然環境產生不利影響，生物毒性實驗對測試和評估鉆井液毒性有著重要的指導意義。

（2）鉆井液的暴露也會影響人類健康，必須實施適當的風險管理，以減少對施工人員的健康損害。

（3）一般來說，鉆井廢棄物處置方式有海上處置、陸上處置和鉆屑回注。鉆屑回注可以實現零排放。但是，在將鉆屑重新注入地層之前，必須從經濟性、環境影響性等方面進行整體評估。