关于我国环保钻井液标准的探讨

邢希金，王 荐，何 松，蒋 卓

1.中海石油（中国）有限公司北京研究中心 （北京 100028）2.荆州市汉科新技术研究所 （湖北 荆州 434000）3.海洋石油高效开发国家重点实验室 （北京 100028）

1　环保钻井液定义

随着我国经济的高速发展，环境破坏问题表现日益突出，国家对环境保护日益严格，进而环保钻井液也倍受科技工作者及油田公司的关注。

目前无论是国外还是国内均热衷于研发环保钻井液技术，但就目前已公开发表的文献很难在其中找到关于环保钻井液的确切定义。目前，我国关于环保钻井液的相关标准缺失，根据钻井液废弃处置要求，可以归纳出环保钻井液的定义：环保钻井液即是环境友好型钻井液或环境可接受的钻井液。其使用过程中应满足作为钻井液本身的工程性能要求，并且在使用及废弃处置过程中也满足当地环境法规要求，这种既能满足钻井工程需要又能保护环境的钻井液体系可以称之为环保钻井液。从此定义可以看出，环保钻井液的概念不能用统一的标准来衡量，环保钻井液具有较强的地域性，诸如海洋环境与陆地油田对环境保护的要求是完全不同的，环保钻井液的标准随所处环境的法规变化而变化，即当地环境保护要求提高时，环保钻井液的标准也相应提高。

国内多位学者就环保钻井液技术进行了综述，归纳起来文献中被广泛称为环保钻井液的有甲基葡萄糖苷钻井液、硅酸盐钻井液、多元醇钻井液、甲酸盐钻井液、合成基钻井液、有机盐钻井液等[1-6]。但同时提出，目前我国没有环保钻井液相关标准的事实。

2　环保钻井液可借鉴的现行标准

钻井液主要由水和功能处理剂组成，当其废弃时需要分别满足液相和固相处置所处环境的法规要求。目前虽然没有环保钻井液的相关标准，但就钻井液的使用与处置给环境带来的影响，应符合下列标准要求。

1）废弃钻井液中的液相组分需要满足水污染物排放控制标准，其参考的标准主要有GB 8978—1996《污水综合排放标准》、GB 4914—2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》、GB 18486—2001《污水海洋处置工程污染控制标准》。陆地油田还需要满足自然环境保护的水环境质量标准，其参考标准主要有GB 3838—2002《地表水环境质量标准》、GB/T 14848—2017《地下水质量标准》、GB 5084—2005《农田灌溉水质标准》、GB 11607—1989《渔业水质标准》。海洋油田需要满足GB 18420.1—2009《海洋石油勘探开发污染物生物毒性第1部分：分级》、GB 18420.2—2009《海洋石油勘探开发污染物生物毒性第2部分：检验方法》、GB 18421—2001《海洋生物质量》、GB 3097—1997《海水水质标准》。

2）在陆地油田，废弃钻井液中的固相被列为危险废物，需要满足排放控制标准有GB 5085.1—2007《危险废物鉴别标准腐蚀性鉴别》、GB 18597—2001《危险废物贮存污染控制标准》、GB 18598—2001《危险废物填埋污染控制标准》、GB 18484—2001《危险废物焚烧控制标准》、GB 18599—2001《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》、GB 4284—1984《农用污泥中污染物控制标准》、GB 15618—1995《土壤环境质量标准》。海洋油田需满足GB 18668—2002《海洋沉积物质量》。

3）此外作为钻井液处理剂单独而言，需要满足SY/T 6787—2010《水溶性油田化学剂环境保护技术要求》和SY/T 6788—2010《水溶性油田化学剂环境保护技术评价方法》。

3　环保钻井液的推荐指标

2007年许毓[7]通过分析国内外与钻井液相关的环保标准规范，结合我国清洁生产与环境保护要求，提出了将生物毒性、生物降解性、重金属（总镉、总汞、总铅、总铬、总砷）、石油类和pH值等5类9项列为环保钻井液性能评价指标。2010年卜文海[8]给出钻井液体系环保指标及毒性评价方法并附以具体参考值。

结合陆地油田与海洋油田勘探开发的共同需求，参考现行环境保护标准与法规，取各标准规范中较严格的控制指标，统一建立了一套衡量环保钻井液的标准，该标准是包含4大类10项评价指标。考虑钻井液的pH值在使用过程中9～10之间，以碱性为主，且废弃前通常需要添加药剂调节至中性，因而并未将pH值列入评价标准中，如表1所示。

1）生物毒性是考察钻井液短期内对周围环境中存活生物致死率的指标。生物毒性测试推荐两种方法：糠虾（卤虫）试验法和发光细菌法。①糠虾（卤虫）试验法因检测机构不同而使用的生物活体不同，美国使用海洋生物糠虾，中国科学院海洋研究所使用黑褐新糠虾，而国家海洋局天津海洋环境监测中心使用卤虫。参考GB 18420.1—2009《海洋石油勘探开发污染物生物毒性第1部分：分级》，我国一级海域标准LC50≥30 000 mg/kg。糠虾（卤虫）试验法因检测时间长，准备过程和方法繁琐、耗时，实际试验周期往往长达2～3周；并且操作过程复杂，生物活体需要专门培养，需要专业操作人员才能完成，因而不适合大批量材料筛选，适合最终成品体系检测。②大批量样品的快速检测通常采用发光细菌法，该方法检测灵敏，精度高，时间短，操作简单，平时的发光细菌以冷冻休眠态保存，使用前只需要活化便可，不需要在检测前临时培养。参考中石油企业标准Q/SY 111—2007《油田化学剂、钻井液生物毒性分级及检测方法发光细菌法》，生物等级为无毒EC50＞25 000 mg/kg。

2）生物降解性是考察钻井液长期对周围环境带来的影响。目前国际上比较通用的方法是通过BOD5/CODcr来表征钻井液及材料的生物降解性。参考SY/T 6787—2010《水溶性油田化学剂环境保护技术要求》及王蓉沙等所著《钻井液废弃物处理技术》，较易降解BOD5/CODcr值需≥15%[9]。

3）石油类对土壤的影响是改变土壤的对水吸收导致环境恶化，对水体环境的影响是油膜阻碍水体与大气之间的气体交换及破坏周围生物表面性质。石油类推荐采用油田上常用的红外分光光度法和固液分离法，其含油量取GB 4284—1984《农用污泥中污染物控制标准》、GB 8978—1996《污水综合排放标准》、GB 4914—2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》三个标准中最低限值＜1 000 mg/kg。

4）重金属是毒性物质，在生物体内累积会导致环境中的动植物中毒。重金属测试采用分光光度法，重金属含量控制标准综合GB 15618—1995《土壤环境质量标准》、GB 4284—1984《农用污泥中污染物控制标准》、SY/T 6787—2010《水溶性油田化学剂环境保护技术要求》及SY/T 6788—2010《水溶性油田化学剂环境保护技术评价方法》，总镉最高允许含量为20 mg/kg、总汞最高允许含量为15 mg/kg、总铅最高允许含量为1 000 mg/kg、总铬最高允许含量为1 000 mg/kg、总砷最高允许含量为75 mg/kg。

表1　环保钻井液评价方法与控制指标

4　现有处理剂的环保性能研究

室内研究选取钻井液常用的降滤失剂、防塌封堵剂、降黏/增黏剂、抑制剂及包被剂共计46种处理剂[10]，进行其水溶液的环保性能评价。各处理剂的评价浓度以现场使用的浓度为主，由于常用钻井液用处理剂通常不含重金属，因此检测项目包括生物毒性（发光细菌法）、生物降解性及石油类含量，评价结果详见表2～表6。

1）生物毒性：46种常用的钻井液处理剂中，生物毒性基本都属于无毒、微毒；生物毒性为微毒的处理剂占6种，占比13%。

2）生物降解性：除普通淀粉类降滤失剂PFFLOCAT、天然高分子、改性高分子及水溶性抑制剂易降解外，其余均较难降解和难降解。其中：所选16种常用降滤失剂中，除一种淀粉类PF-FLOCAT处理剂符合生物降解性要求外，其余处理剂均难于降解（表2）；所选择12种常用的防塌封堵剂均难于生物降解（表3）；所选常用6种流型调解剂（降黏剂、增黏剂）中仅天然高分子和生物胶XC两种处理剂满足生物降解性要求，其余均不易降解（表4）；目前市售抑制剂大部分都符合环保要求的，其中仅一种不易降解（表5）；所选6种包被剂均难于降解（表6）。

3）石油类含量：石油类超标比例较高的处理剂主要分布在防塌封堵剂中，12种处理剂有5种石油类超标（表3），其中沥青类降滤失剂石油类含量严重超标。评价结果综合显示：常用46种处理剂仅8种符合环保钻井液标准，符合环保要求的产品仅占总检测样品数量的17%。

表2　常用降滤失剂的环保性能评价结果

表3　常用防塌封堵剂的环保性能评价结果

表4　常用降黏/增黏剂的环保性能评价结果

表5　常用抑制剂的环保性能评价结果

表6　常用包被剂的环保性能评价结果

鉴于筛选出的淀粉类、天然高分子类等重要处理剂在抗温性能上受到很大限制，不能应用于深井和高温井作业。而我国未来深井作业居多，目前被广泛使用沥青类处理剂生物毒性大、石油类超标，可替代产品少，因此未来环保钻井液研究任重而道远。

5　结论与展望

现有处理剂的环保性能研究表明，目前鲜有某种钻井液所用的全部材料完全满足我国现行的所有环保标准。随着我国环境保护法规的日益严格，我国环保钻井液技术研究将面临前所未有的挑战。

我国是以水基钻井液见长的国家，水基钻井液在钻井过程中易混入有害固相，并且难于去除。由此导致水基钻井液难于重复利用，废弃钻井液排放量大势必带来环保问题。因此，我国急切需要在行业层面或国家层面出台制定环保钻井液的相关标准，并引导国内企业加强水基钻井液环境友好型处理剂研发力度，推动环保钻井液技术进步，以科技促发展，助力解决石油钻井生产需要与地方环境保护之间的突出矛盾。