钻井液废弃物影响及处理研究

朱科源

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江 大庆 163413）

石油和天然气勘探开发过程中产生的第一大废弃物是采出水，第二大废弃物是钻井液和岩屑[1-2]。因此需要对钻井作业过程中产生的废物进行适当的管理和处置，以避免对人身和自然环境造成重大的影响。钻井作业对环境影响最大的是海上钻井，如果直接排放将会对海洋生物造成极大的影响[3-4]。钻井废弃物也会对工人造成身体影响，主要包括：接触性皮炎、咳嗽和恶心。几乎所有国家都对钻井过程中产生的废弃物出台了相关法律法规，大型的石油和天然气公司如壳牌、埃克森美孚等也都就如何管理钻井废弃物制定了自己的标准。

1 钻井液的分类

根据主要成分和用途，一般可将钻井液分为三大类：水基钻井液、油基钻井液、其他介质钻井液（空气、雾气、泡沫气体）。钻井施工过程中从安全、成本、性能和环保要求等方面综合考虑来选择相应的钻井液体系。

2 钻井液对施工人员及环境的影响

2.1 钻井液对施工人员的影响

施工人员在作业过程中由于长时间接触钻井液及相关处理剂，会对其健康造成潜在的风险[5]。钻井液对人体最常见的健康影响是造成皮肤刺激和接触性皮炎，其他影响包括头痛、恶心、眼睛刺激和咳嗽。主要的接触方式是：吸入气溶胶和蒸气、皮肤接触。主要的接触发生在钻井过程中，如取样、维护、检查等过程中工作人员均会接触到钻井液。施工过程中使用钻井液固控设备，也会进一步增加人体接触钻井液的频率和程度。钻井液的温度、流量和粘度也会影响工作现场的有害物浓度。

为了减少钻井液对施工人员的身体伤害，需要考虑从以下几个方面着手进行控制：①减少钻井液中有毒有害物质的使用，从而降低在钻井作业期间对施工人员的伤害；②使用低毒钻井液或水基钻井液也可以减少致癌物的伤害；③对施工的工作场所进行优化设计，例如设计并使用通风系统和钻井液密闭循环系统，从而最大限度地减少施工人员在有害环境中暴露的程度；④通过进行空气质量监测和施工人员健康监测来评估施工环境对人类健康的影响程度，适当地调整工作时间也有助于减少潜在的接触。⑤加强个人防护，如使用防护面具、橡胶手套、防溅护目镜、橡胶靴和工作服等，防护设备是对劳动力进行保护的最后一道屏障，也是非常重要的一个环节。

2.2 钻井液对环境影响

通常情况下钻井液也会对环境产生不利影响，其影响程度主要取决于钻井液的类型、处理剂使用量和施工时间。钻井废物的物理和化学性质决定了其危险特性和潜在的对环境的影响。衡量钻井液废弃物对环境影响最主要的标准是测定其生物毒性。通常情况下油基钻井液被认为是毒性最大的钻井液，具有最严重的环境影响。钻井液对水生生物毒性的研究表明，油基钻井液中的基础油对生物的死亡率有显著影响，油基钻井液的毒性主要取决于其基液，对比以矿物油和柴油为基液的两种油基钻井液发现，以柴油为基液时虎虾的死亡率为73%，而以矿物油为基液时虎虾的死亡率为53%。除了基液的毒性外，处理剂的毒性也会影响钻井液的毒性和污染程度。Soegianto等人分别测试了5个油田的钻井液毒性，测试结果表明，虎虾的死亡率随着钻探深度的增加而增加，说明随着井深的增加，钻井液中的有毒有害物质含量也有所增加。

2.3 钻井液选择

钻井液的选择主要考虑安全指标、技术指标、经济和环境指标。对于一些环境敏感地区，虽然合成基钻井液的成本要高出柴油基钻井液很多，但由于合成基钻井液的排放要求相对较低，在处理成本方面远低于柴油基钻井液，因此综合成本有较高的优势。和油基钻井液相比，水基钻井液同样会产生大量的废弃物。Burke和Veil的研究表明，在使用水基钻井进行钻井施工时，每口井需要排放5000～30000 桶钻井液废弃物。另一方面，使用油基钻井液进行钻井施工时仅产生2000～8000 桶的钻井废弃物，这主要是因为油基钻井液的成本较高，因此通常被回收再利用而不是直接排放。在某些情况下，成本较高的水基钻井液会被回收利用，但大多数水基钻井液仍然是排放处理。此外，使用油基钻井液施工的井径更为规则，井壁坍塌剥落的情况较少，相应的固体废弃物也较少。合成基钻井液是在20世纪90年代开始被广泛使用的，其目的是最大限度地减少钻井废物的数量和减少对环境的影响。合成基钻井液已经被证明是一种非常环保的钻井液，并且其具有良好的钻井性能，是替代油基钻井液的最佳选择之一。

2.4 钻井液废弃物排放的相关规定

受经济发展程度的影响，各个国家对钻井废弃物的排放标准有所不同。一般来说，油基钻井液由于具有较强的生物毒性，是不允许直接排放。但北海和挪威的法律允许排放经过处理的油基钻井液钻屑（要求含油量低于1%）。美国将合成基钻井液视同为油基钻井液进行监管，但英国、荷兰等国家的排放标准相对宽松允许直接排放合成基钻井的岩屑。

2.5 废弃物管理

钻井液废弃物的管理要根据钻井施工现场的要求和条件来制定。虽然零排放是钻井废弃物管理的最终目标，但实际工作中，需要综合考虑经济性、适应性和可操作性。尤其是海上钻井过程中，由于天气的变化，将钻井废弃物运输到陆地上进行处理，是一项非常大的挑战。因此，在北海、阿拉斯加、墨西哥湾、加拿大、委内瑞拉和印度尼西亚等地区，钻屑回注是首选的处理方式，随着技术的进步，目前一口井的回注量已经超过了一百万桶。虽然岩屑回注可以实现零排放，但是并非所有的地层都适合采用岩屑回注的方法进行施工，在施工前要进行整体评估和模拟，从而避免意外泄漏事件的发生[6-7]。

3 结论及建议

（1）钻井液废弃物会对自然环境产生不利影响，生物毒性实验对测试和评估钻井液毒性有着重要的指导意义。

（2）钻井液的暴露也会影响人类健康，必须实施适当的风险管理，以减少对施工人员的健康损害。

（3）一般来说，钻井废弃物处置方式有海上处置、陆上处置和钻屑回注。钻屑回注可以实现零排放。但是，在将钻屑重新注入地层之前，必须从经济性、环境影响性等方面进行整体评估。