四川頁巖氣開采油基巖屑利用處置問題及環境管理建議

李曉鈴，譚 剛，鐘玘狄，侯永斌，王文川，侯堯淳，陳通平

(四川省固體廢物與化學品管理中心，四川 成都 610000)

1 引言

2018年我國天然氣對外依存度升至44%[1～3]且日漸增長。為保障天然氣能源安全，有研究認為，對外依存度控制在50%較為合理[4]。從目前國內天然氣發展形勢來看，由于勘探開發難度不斷加大，常規天然氣產量增長幅度有限，而我國非常規天然氣資源量為常規天然氣的5倍[5]，是未來天然氣產量增長的主力[6]。非常規天然氣資源主要有頁巖氣、煤層氣、致密氣等，而我國頁巖氣可采儲量居世界第一，頁巖氣地質資源量占我國非常規天然氣的60%以上[7]，是非常規天然氣的主力軍。

四川盆地具有滿盆含氣的特點[8]，四川省頁巖氣資源量和可采資源量均居全國第一[9、10]。近年來四川頁巖氣產業發展迅猛，其環境污染問題也越來越受到重視。在頁巖氣開采過程中，產生大量固體廢物，其中油基巖屑最受關注。油基巖屑來自于頁巖氣中下部地層水平段鉆井開發過程，含有無機鹽、有機化合物、重金屬離子及石油烴類等污染物[11、12]，因具有毒性，被列入《國家危險廢物名錄》，外委處理需交由持有危險廢物經營許可證的單位。近年來，隨著頁巖氣產業發展，四川油基巖屑處理產業也迎來發展機遇，在快速發展的同時問題也隨之而來。

2 四川油基巖屑產區基本情況

2.1 產生現狀

四川頁巖氣資源主要分布于川南地區。相較常規油氣開發，頁巖氣產量遞減速度快，僅能通過井間接替來實現穩產和增長[13]，因此需大量新開氣井。通常情況下一口氣井的鉆井周期在3～6個月，鉆井結束后不再產生油基巖屑。根據四川省2021年度危險廢物申報數據，全省申報油基巖屑產生量29.5萬t，排名全省第4，位于川南頁巖氣主產區的宜賓、內江、瀘州、自貢4市2021年油基巖屑產生量約占全省產生量的85%。

近年來，鉆井平臺通常使用離心分離回收部分礦物油后，在油基巖屑中加入石灰和水泥使其固化，便于運輸。由于2022年1月四川省實施《天然氣開采含油污泥綜合利用后剩余固相利用處置標準》(DB51/T 2850—2021)(以下簡稱《剩余固相地標》)對pH值進行限制，此外，結合固體廢物減量化要求，目前大部分鉆井平臺不再添加石灰和水泥。經調研，通常情況下鉆井平臺產生的油基巖屑含油率約在2%～20%，含水率在5%～20%。

2.2 利用處置情況

四川首批專業處理油基巖屑項目于2017年投運，分布于內江、宜賓兩地，共計12.5萬t能力。由于前期無處理單位，加之處理能力不能滿足市場需求，導致大量油基巖屑在井場遺留貯存。近年來，油基巖屑處理項目陸續建設，2021年大量企業投產，截至2022年8月份，四川省已投入運營的油基巖屑專業處理能力117.4萬t，2021年專業處理單位運行負荷率在4.7%～74.3%之間。除專業處理單位外，四川有三家水泥窯協同處置單位可處置油基巖屑，其經營規模共約25.5萬t，2021年三家公司共處置油基巖屑4.6萬t，占其經營規模的19.6%。

目前油基巖屑處理技術主要有固化、干化、物化分離、萃取、熱相分離、焚燒、高溫裂解、生物處理、化學熱洗、超聲波處理、填埋、回注、水泥窯協同處置以及幾種方法組合的處理技術[14～18]。目前四川省內油基巖屑處理有熱相分離、焚燒、水泥窯協同處置3種方式。已投運專業油基巖屑處理項目，絕大多數采用熱相分離技術，回收礦物油用作燃料油。經綜合利用后剩余的固態物質為剩余固相，占油基巖屑總質量的70%以上，保守估計，四川省剩余固相年產生量在20萬t以上。《剩余固相地標》將剩余固相分為3個等級，針對不同等級，利用方式進行了限制和要求，可采用鋪墊井場和井場道路，制燒結磚、燒結陶粒或作為井場地坪及井場道路混凝土摻配料，水泥窯協同處置等方式進行利用。目前四川省已投產項目大部分剩余固相用作水泥生產原料替代材料，少部分用于制磚和陶粒原料使用。四川省油基巖屑利用處置項目建設具體情況見表1。

表1 四川油基巖屑利用處置能力建設情況(截至2022年8月)

3 存在的問題

3.1 產能過剩現象日趨嚴峻

截至2022年8月份，四川油基巖屑利用處置能力已達142.9萬t/a。據調研，目前四川省已通過環境影響評價正在建設油基巖屑處理項目設計能力約57.8萬t/a，預計近一年內投入運營，各地正在建設情況如表2所示。投運后四川省油基巖屑利用處置能力將達到約200萬t/a。此外，除表2所列項目外，仍有油基巖屑利用項目計劃投建。

表2 油基巖屑預計新上能力情況

根據《四川省“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要》,四川將實施中國“氣大慶”建設行動。油基巖屑產量隨著頁巖氣產業發展將進一步增加，其產生量與各開發公司產量規劃和開發方案密切相關。中國石油西南油氣田分公司占領了四川地區絕大部分頁巖氣開發市場。2019～2025年該公司每年新開鉆井約300～350口。油基巖屑產生量與鉆井數量成正比關系，按油基巖屑單井產生量800 t計，則西南油氣田分公司平均每年將產生24～28萬t油基巖屑。由于油基巖屑產生量和四川頁巖氣開采總量緊密相關，結合現有鉆井公司鉆井數分布情況，若2025年四川省頁巖氣達到500億m3，預計“十四五”期間四川省油基巖屑平均每年約產生32～38萬t。

目前四川已建油基巖屑處理能力已遠高于現有產量及“十四五”期間預測產生量。處理能力的提升，導致價格競爭。2021年下半年四川省油基巖屑利用項目大量投產后，省內油基巖屑處理價格幾近腰斬，隨著新上項目建成投運，價格還將持續走低。競爭導致的降價對產廢單位降低成本有利，然而油基巖屑雖有一定的利用價值，但其相對廢礦物油、廢鉛蓄電池等高價值危險廢物而言，屬于低價值危險廢物，需要產廢單位付費處理。對處理單位而言，回收礦物油所帶來的利潤遠小于產廢單位支付的處理費用。而利用后產生的剩余固相交給下游企業產生的利潤甚微，甚至需要支付處理費用。目前已有利用單位低負荷率運轉，在未來激烈的競爭下，企業平均運行負荷將進一步降低，由于價格持續走低，低負荷運轉導致設備折舊、管理成本等攤銷大，生產平均成本增加，企業生存更加艱難。同時，引發惡性競爭的可能性增加，從而導致傾倒、丟棄或非法處置的可能性增加，環境污染風險增大。由于四川省油基巖屑利用處置能力富余量大，價格持續降低，跨省轉入處理的油基巖屑量將增加，將增加運輸和貯存過程中的環境風險及監管壓力。

3.2 剩余固相資源化利用安全隱患

針對規范剩余固利用而制定的《剩余固相地標》于2022年實施，在執行過程中是否還存在其他問題，執行效果如何，還需進一步調研。此外，目前四川省使用剩余固相生產的建材主要為水泥，少部分生產磚、陶粒建材，使用途徑相對單一。這些使用剩余固相生產的建材與普通原料生產的建材執行相同的產品質量標準，產品質量標準技術要求情況見表3。根據表3所示，現有產品質量標準大多數為反應產品強度、尺寸、吸水性等使用功能指標，基本為物理性指標。成份指標(一般成分和化學成份)也主要是評價產品達到使用功能為目的來設定。成份指標中僅水泥和陶粒產品質量標準中有化學成分指標，這些指標中，能夠兼顧反應環境安全性的指標(如氯含量、硫化物含量、硫酸鹽含量等)也較少。而剩余固相中對環境有害的重金屬、氟化物、石油烴等指標在現有產品質量標準中皆無。利用剩余固相生產的建材與使用普通原料的建材同步流入市場，未作使用途徑的區分，產品使用過程中是否存在環境風險，目前并未有更深入的研究。

表3 水泥、磚、陶粒產品質量標準的技術要求

3.3 相關科研試驗推進困難，環境風險隱患尚待檢驗

四川油基巖屑產量大，處理成本高，油氣開采公司為降低油基巖屑處理成本，計劃在四川開展利用采空井進行油基巖屑深井回注和采用工業爐窯摻燒油基巖屑等試驗以達到推行目的。工業爐窯協同處置危險廢物項目在我國部分地區已有實踐[19]，但陸上油氣田回注油基巖屑以及其他危險廢物尚無先例。油基巖屑深層回注技術是將油基巖屑通過粉碎、研磨、篩選至一定的粒度，與氣田采出水或壓裂返排液混合剪切，配制成流動性能和懸浮性能良好的漿體，泵注到天然氣采空井深部圈閉地層中，實現地下永久性地質封存。該技術在北美、歐盟、中東及俄羅斯等地被廣泛運用[20，21]，我國目前僅有利用采空井建設儲氣庫、回注氣田采出水等相似經驗。目前使用回注技術處理油基巖屑應用在我國存在一定的政策障礙，油氣公司計劃開展相關試驗，為此，制定了詳細試驗方案及環境風險評估材料。科研單位也圍繞著油基巖屑回注開展了理論研究。但因各種原因，試驗尚未落地，實際效果尚待檢驗，若該試驗開展并取得成功，技術得以推廣應用，油基巖屑處理行業可能面臨洗牌，甚至影響整個危險廢物處理行業。

4 環境管理建議

4.1 加強信息流通，嚴格項目環評審批

向公眾發布產業引導信息，及時公布已建和在建企業處理能力相關情況，讓公眾即時了解全省油基巖屑供需情況，加強信息對稱，引導油基巖屑產業投資建設。在環評審批階段嚴加把關，對采用處置方式處理油基巖屑的項目進行限批，對利用項目提高審批要求，控制項目數量，提高項目質量。

4.2 嚴格跨省轉出審批

按照《固體法》要求，跨省轉移危險廢物的，需要省級生態環境主管部門審批同意后才可實施。目前四川省油基巖屑利用處置能力已遠高于處置需求，為控制轉移風險，建議對油基巖屑跨省轉出審核嚴格把關，嚴格限制采用處置方式處理油基巖屑的跨省轉出申請。

4.3 結合“無廢城市”建設，提高油基巖屑資源利用效率

目前國家大力推進“無廢城市”建設，經過前期試點，計劃在“十四五”期間推動100個左右地級及以上城市開展“無廢城市”建設。應按照“無廢城市”建設方案要求，提高油基巖屑資源利用效率，含油率高于5%的油基巖屑通過利用方式處理[22]，鼓勵使用資源回收率高的工藝技術應用，對可回收利用的“吃干榨盡”，規范綜合利用后剩余固相的規范利用處置，實現零填埋。

4.4 推進地標落地落實，推進剩余固相資源化產品相關科研工作

開展《天然氣開采含油污泥綜合利用后剩余固相利用處置標準》實施情況調研，及時收集標準實施過程中存在的問題，做好指導工作。跟蹤利用剩余固相生產的下游產品使用情況，開展環境風險評估研究，防范環境和健康風險；推進制定包含環境安全相關指標的產品質量標準研究和制定。

4.5 開展多元化探索研究

目前開展油基巖屑深井回注試驗難以落地，油氣開發公司熱衷深井回注試驗的最終目的為降低生產成本。在謹慎推進試驗開展的同時，可開拓思路，考慮其他方式降低油氣開發公司生產成本，如采取“點對點”定向利用的方式處理油基巖屑，研究油基巖屑生產瀝青混合料等建筑材料，拓寬利用途徑等其他方式解決，從而達到降低油氣公司油基巖屑處理成本的目的。