钻井液环保性能标准的现状与对策

吴泽舟，游靖，张勇，左天青，李东杰，孙晔，王炎，张彬

1.中国石油华北油田分公司 工程技术研究院（河北 任丘 062552）2.中国石油华北油田分公司 开发事业部（河北 任丘 062552）3.中国石油华北油田分公司 第一采油厂（河北 任丘 062552）

0 引言

2015年《环保法》正式实施，对于保护环境和自然资源、防治污染有更加严格的要求。环境保护问题越来越受到广泛的关注。在石油钻井行业，油气钻井每年产生的钻井污染物通过扩散、迁移等途径导致我国数10万亩土壤和水体长期污染、生态系统退化，其中90%以上的污染物来自钻井液和钻屑。

近年来国内积极研发并应用环保型钻井液，在环保性和经济性方面都取得显著成效。但对钻井液的环保性能，国内一直没有统一的技术标准，从而限制了其进一步的推广应用[1]。通过对国内外现行污水及废弃物的排放标准进行大量的调研，制定钻井液环保性能评价标准，限制有害成分在钻井液中的使用，以达到从源头上保护环境的目的。

1 国内外相关标准

1.1 国外相关标准

在钻井液及其废弃物排放方面，许多国家都已有各自的标准或要求，特别是欧美发达国家。①美国要求必须通过两项环境试验评价，即生物毒性及游离油试验，当糠虾生物试验法96 h 的LC50值低于30 000 mg/L 时不得排放；游离油采用静态光泽试验当钻井液及其废弃物进入水体后，水体表面不得出现光泽现象[2]。②加拿大禁止向海洋排放含柴油及高芳香烃原油的钻屑，而基础油及钻井液处理剂要通过生物毒性试验，钻屑含油量不得大于30 g/100 g干钻屑。③英国明确禁止有毒及生物难降解的添加剂的排放，对于水基钻井液及钻屑需要通过《奥斯陆—巴黎协议》的毒性测试才可以排放，而油基钻井液及钻屑要求含油量小于1%才可以排放。④荷兰要求非油基钻井液必须通过生物毒性试验证明，符合标准才能排放。⑤挪威要求钻井液只要能通过生物毒性试验均可排放，即藻类和贝属动物EC50值需要大于1 000 mg/L，双壳贝EC50值大于1 mg/L，钻屑含油量小于10%（干重）可以排放[3-4]。归纳来看，这些国家对废弃钻井液环保性能主要关注点在生物毒性、重金属含量、生物降解性和含油量上。

1.2 国内相关标准

1.2.1 国家标准

目前国家在污水排放方面已初步形成了一套标准，根据现场环境特点和现有经济、技术条件，对排出废水中的污染物和产生的有害因子所制定的控制标准。污水排放标准可以分为国家标准、地方标准和行业标准（表1）。国家标准是由国务院环境保护主管行政机关批准颁布的，并在全国范围内或特定区域内适用，如适用于全国范围的《地表水环境质量标准》；地方标准是由省、自治区、直辖市人民政府批准颁布的，在特定行政区适用，如适用于上海市范围的《上海市污水综合排放标准》；目前我国允许一些工业门类不执行国家污水综合排放标准，可执行相应的行业标准，如在石油天然气行业的海洋石油开发工执行的《海洋石油开发工业含油污水排放标准》（已被《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》取代），石油化学工业执行的《石油化学工业污染物排放标准》。这里的石油化学工业指以石油和天然气为原材料，生产石油相关产品和石油化工相关产品的工业[5]。目前针对陆上石油与天然气勘探开发行业还没有制定专门标准。

1.2.2 行业标准

国内石油行业分别在海洋石油和陆地石油两个方面制定了相关环境保护标准（表2）。由于海洋石油的环境特殊性，标准主要参考陆地石油标准。其中中国石油集团公司负责制定了《水溶性油田化学剂环境保护技术要求》和《水溶性油田化学剂环境保护技术评价方法》2个行业标准，规定了油气田使用的水溶性油田化学剂中生物毒性、生物降解性和重金属含量3 项环境保护技术要求和评价方法[6]。目前这2 项标准被作为环保钻井液的主要参考标准，但该标准适用对象是化学单剂，而钻井液包括液相、固相和各种化学处理剂，是一种溶胶悬浮体混合体系，严格意义上并不适用于该标准。

1.2.3 地方标准及规范

新疆维吾尔自治区颁布了地方标准《油气田钻井固体废物综合利用污染控制要求》，要求针对油气田勘探开发过程中产生的废弃钻井泥浆（包括水基和油基等泥浆体系的废弃钻井泥浆）及岩屑，其pH、重金属、苯并芘、含油率、COD 和含水率6 项达到要求的污染物限值，方可作为可利用资源，用于铺设服务油田内部的各种道路、铺垫井场、固废场封场覆土及作为自然坑洼填充材料。

表1 石油开发相关的国家级环境保护标准

表2 石油开发相关的行业环境保护标准

1.2.4 企业标准

中石油出台《钻井液与钻屑处理管理规定（暂行）》，要求在环境敏感地区钻井废液与钻屑处理采用不落地或集中处理技术，实施钻井废液与钻屑的固液分离无害化处理，处理后无法回收利用的液相须达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》和地方环境保护要求的排放等级方可排放，处理后的固相应达到GB 15618—2008《土壤环境质量标准》和地方环境保护相关要求[7]。

2 存在问题

国家排放标准作为综合标准，排放要求严格，控制指标种类多。行业标准控制指标主要集中在生物毒性、生物降解性、重金属含量、石油类含量和pH 值上。以上同类型标准只针对于石油工业出口端——废弃物，或针对于化学单剂进行限值规定，而钻井液是由黏土、水（或者油）以及各种化学添加剂组成的一种混合体系，没有从源头上针对其环保性能进行规范，缺少适用的行业标准。

3 钻井液环保性能指标及限值

3.1 生物毒性

生物毒性是指外部环境对生物体带来的毒害作用，根据毒性的快慢程度可分为急性和慢性，区别在于生物体出现中毒反应时所接触外部环境时间的长短，而时间的长短主要取决于受试生物对该类环境的抵抗能力。由于该指标具有直观性和综合性，克服了多种有害物混合后发生联合作用，而单项指标无法反映综合生物效应的弊端，实现了有效监测环境中所有共存有害物的综合生物效应。因此，生物毒性首先被作为反映钻井液环保性能的指标之一。

生物毒性包括急性毒性、慢性毒性，评价的方法也较多；OECD 等组织已经推荐了一系列的生物毒性评价标准，许多国家和地区都在使用，所采用的受试生物也多种多样。急性生物毒性试验方法包括糠虾试验法、发光细菌法（EC50）、藻类生长抑制试验、蚤类活动抑制试验、鱼类急性毒性试验和小鼠急性毒性试验等等。国内钻井液毒性测试应用最多的是发光细菌法。钻井液的生物毒性等级判定按SY/T 6788—2010《水溶性油田化学剂环境保护技术要求》中第5章的规定进行生物毒性检测，具体指标详见表3。

表3 钻井液生物毒性指标

3.2 生物降解性

生物降解性是有机物质被土壤、天然水体或废水处理系统中的微生物通过生物代谢作用进行破坏或分解，转化为简单无机物（矿化作用）的可能性。相对于化学降解来说，生物降解不会产生许多有毒或有害物质，对环境具有积极作用[8]。生物降解性一直以来都作为水质污染控制的重要指标之一，这里也作为考察钻井液对周围环境长期影响的指标之一。

目前国际上评定有机物生物降解性的方法很多，主要有BOD/COD 比值评定方法(包含BOD5/CODcr 的比值评定法、BOD/TROD 的比值评定法、TOC和TOD的评定法、三角瓶静培养筛选技术评定方法)、生化呼吸线评定方法、利用脱氢酶活性的测定和三磷酸腺普(ATP)量的测定、目标物浓度变化等方法来评价生物降解性。英国、澳大利亚等国均推荐采用OECD 和ISO系列标准对钻井废物的生物降解性进行评价。OECD 和ISO 系列标准的生物降解性的可信度高，但这些方法均存在耗时长(28~77 d)、操作繁琐、成本高等缺点。国内外比较认可BOD5/CODcr评价生物降解性，比值越大越容易生物降解，由于一般环保监测单位均有条件检测BOD5/CODcr，因此有利于标准的实施。选用BOD5/CODcr 的比值法可以作为钻井液中有机物生物降解性的判断。钻井液的生物降解性测定按SY/T 6788—2010《水溶性油田化学剂环境保护技术要求》中第6 章的规定进行，油气井钻井液的生物降解性等级判定详见表4。

表4 钻井液生物降解性指标

3.3 重金属含量

重金属是毒性物质，对环境的影响是长期的，主要表现在两方面：①进入土壤中，直接影响土壤的质量水平；②被带入地下水和地表水，直接影响地下水和地表水质量，为生态安全埋下隐患。因此，重金属元素的含量也必须作为评价钻井液环保性能的重要指标。重金属测试采用分光光度法，重金属含量控制标准参考SY/T 6788—2010《水溶性油田化学剂环境保护技术要求》，具体指标见表5。

表5 钻井液重金属含量指标

3.4 石油类含量

石油中的芳香烃类物质对人及动物的毒性较大,尤其是双环和三环为代表的多环芳烃毒性更大。石油中的苯、甲苯、二甲苯、酚类等物质,如果经较长时间、较大浓度接触，会引起头晕、恶心等症状。石油污染物中含有的金属元素Cd、Pb、Hg、As等对人体和动植物都是有害有毒的。镉和铅共生,污染土壤后可通过植物体富集,通过食物链进入人体,引起慢性中毒[11]。石油类对土壤的影响是改变土壤对水吸收导致的环境恶化，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，破坏周围生物表面性质。

石油类含量取GB 4284—2018《农用污泥中污染物控制标准》、DB 12/356—2018《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》3个标准中最低限值＜1 000 mg/kg。

3.5 pH值

pH 值是影响动、植物生长的重要因素，因此成为常见的污染物控制指标。GB 8978—1996《污水综合排放标准》规定pH值为6～9；GB 5085.1—2007《危险废物鉴别标准-腐蚀性鉴别》以pH 值为鉴别标准，规定固体废物pH≥12.5或pH≤2.0时为具有腐蚀性的危险废物；土壤质量、地表水、地下水质量等标准中都对pH 值有相应的规定。因此，钻井液环保性能评价应将pH 值列为控制指标。

4 结束语

1）目前国内外相关环境质量标准和污染物控制标准以及相关的技术规范主要集中在排放端，综合这些标准，推荐钻井液环保性能的评价标准项目应包括生物毒性、生物降解性、重金属（总镉、总汞、总铅、总铬、总砷）、石油类和pH值5类指标。

2）由于钻井液具有较强的地域性，在不同地理环境中的环境保护要求并不完全相同，本文推荐标准可根据所处环境法规变化而变化，即当地环境保护要求提高时，标准也相应提高。

3）应该加快形成钻井液环保性能检测管理体制，在钻井液处理剂的生产源头进行控制，杜绝有毒有害物质的使用。