四川页岩气开采油基岩屑利用处置问题及环境管理建议

李晓铃，谭 刚，钟玘狄，侯永斌，王文川，侯尧淳，陈通平

(四川省固体废物与化学品管理中心，四川 成都 610000)

1 引言

2018年我国天然气对外依存度升至44%[1～3]且日渐增长。为保障天然气能源安全，有研究认为，对外依存度控制在50%较为合理[4]。从目前国内天然气发展形势来看，由于勘探开发难度不断加大，常规天然气产量增长幅度有限，而我国非常规天然气资源量为常规天然气的5倍[5]，是未来天然气产量增长的主力[6]。非常规天然气资源主要有页岩气、煤层气、致密气等，而我国页岩气可采储量居世界第一，页岩气地质资源量占我国非常规天然气的60%以上[7]，是非常规天然气的主力军。

四川盆地具有满盆含气的特点[8]，四川省页岩气资源量和可采资源量均居全国第一[9、10]。近年来四川页岩气产业发展迅猛，其环境污染问题也越来越受到重视。在页岩气开采过程中，产生大量固体废物，其中油基岩屑最受关注。油基岩屑来自于页岩气中下部地层水平段钻井开发过程，含有无机盐、有机化合物、重金属离子及石油烃类等污染物[11、12]，因具有毒性，被列入《国家危险废物名录》，外委处理需交由持有危险废物经营许可证的单位。近年来，随着页岩气产业发展，四川油基岩屑处理产业也迎来发展机遇，在快速发展的同时问题也随之而来。

2 四川油基岩屑产区基本情况

2.1 产生现状

四川页岩气资源主要分布于川南地区。相较常规油气开发，页岩气产量递减速度快，仅能通过井间接替来实现稳产和增长[13]，因此需大量新开气井。通常情况下一口气井的钻井周期在3～6个月，钻井结束后不再产生油基岩屑。根据四川省2021年度危险废物申报数据，全省申报油基岩屑产生量29.5万t，排名全省第4，位于川南页岩气主产区的宜宾、内江、泸州、自贡4市2021年油基岩屑产生量约占全省产生量的85%。

近年来，钻井平台通常使用离心分离回收部分矿物油后，在油基岩屑中加入石灰和水泥使其固化，便于运输。由于2022年1月四川省实施《天然气开采含油污泥综合利用后剩余固相利用处置标准》(DB51/T 2850—2021)(以下简称《剩余固相地标》)对pH值进行限制，此外，结合固体废物减量化要求，目前大部分钻井平台不再添加石灰和水泥。经调研，通常情况下钻井平台产生的油基岩屑含油率约在2%～20%，含水率在5%～20%。

2.2 利用处置情况

四川首批专业处理油基岩屑项目于2017年投运，分布于内江、宜宾两地，共计12.5万t能力。由于前期无处理单位，加之处理能力不能满足市场需求，导致大量油基岩屑在井场遗留贮存。近年来，油基岩屑处理项目陆续建设，2021年大量企业投产，截至2022年8月份，四川省已投入运营的油基岩屑专业处理能力117.4万t，2021年专业处理单位运行负荷率在4.7%～74.3%之间。除专业处理单位外，四川有三家水泥窑协同处置单位可处置油基岩屑，其经营规模共约25.5万t，2021年三家公司共处置油基岩屑4.6万t，占其经营规模的19.6%。

目前油基岩屑处理技术主要有固化、干化、物化分离、萃取、热相分离、焚烧、高温裂解、生物处理、化学热洗、超声波处理、填埋、回注、水泥窑协同处置以及几种方法组合的处理技术[14～18]。目前四川省内油基岩屑处理有热相分离、焚烧、水泥窑协同处置3种方式。已投运专业油基岩屑处理项目，绝大多数采用热相分离技术，回收矿物油用作燃料油。经综合利用后剩余的固态物质为剩余固相，占油基岩屑总质量的70%以上，保守估计，四川省剩余固相年产生量在20万t以上。《剩余固相地标》将剩余固相分为3个等级，针对不同等级，利用方式进行了限制和要求，可采用铺垫井场和井场道路，制烧结砖、烧结陶粒或作为井场地坪及井场道路混凝土掺配料，水泥窑协同处置等方式进行利用。目前四川省已投产项目大部分剩余固相用作水泥生产原料替代材料，少部分用于制砖和陶粒原料使用。四川省油基岩屑利用处置项目建设具体情况见表1。

表1 四川油基岩屑利用处置能力建设情况(截至2022年8月)

3 存在的问题

3.1 产能过剩现象日趋严峻

截至2022年8月份，四川油基岩屑利用处置能力已达142.9万t/a。据调研，目前四川省已通过环境影响评价正在建设油基岩屑处理项目设计能力约57.8万t/a，预计近一年内投入运营，各地正在建设情况如表2所示。投运后四川省油基岩屑利用处置能力将达到约200万t/a。此外，除表2所列项目外，仍有油基岩屑利用项目计划投建。

表2 油基岩屑预计新上能力情况

根据《四川省“十四五”规划和2035年远景目标纲要》,四川将实施中国“气大庆”建设行动。油基岩屑产量随着页岩气产业发展将进一步增加，其产生量与各开发公司产量规划和开发方案密切相关。中国石油西南油气田分公司占领了四川地区绝大部分页岩气开发市场。2019～2025年该公司每年新开钻井约300～350口。油基岩屑产生量与钻井数量成正比关系，按油基岩屑单井产生量800 t计，则西南油气田分公司平均每年将产生24～28万t油基岩屑。由于油基岩屑产生量和四川页岩气开采总量紧密相关，结合现有钻井公司钻井数分布情况，若2025年四川省页岩气达到500亿m3，预计“十四五”期间四川省油基岩屑平均每年约产生32～38万t。

目前四川已建油基岩屑处理能力已远高于现有产量及“十四五”期间预测产生量。处理能力的提升，导致价格竞争。2021年下半年四川省油基岩屑利用项目大量投产后，省内油基岩屑处理价格几近腰斩，随着新上项目建成投运，价格还将持续走低。竞争导致的降价对产废单位降低成本有利，然而油基岩屑虽有一定的利用价值，但其相对废矿物油、废铅蓄电池等高价值危险废物而言，属于低价值危险废物，需要产废单位付费处理。对处理单位而言，回收矿物油所带来的利润远小于产废单位支付的处理费用。而利用后产生的剩余固相交给下游企业产生的利润甚微，甚至需要支付处理费用。目前已有利用单位低负荷率运转，在未来激烈的竞争下，企业平均运行负荷将进一步降低，由于价格持续走低，低负荷运转导致设备折旧、管理成本等摊销大，生产平均成本增加，企业生存更加艰难。同时，引发恶性竞争的可能性增加，从而导致倾倒、丢弃或非法处置的可能性增加，环境污染风险增大。由于四川省油基岩屑利用处置能力富余量大，价格持续降低，跨省转入处理的油基岩屑量将增加，将增加运输和贮存过程中的环境风险及监管压力。

3.2 剩余固相资源化利用安全隐患

针对规范剩余固利用而制定的《剩余固相地标》于2022年实施，在执行过程中是否还存在其他问题，执行效果如何，还需进一步调研。此外，目前四川省使用剩余固相生产的建材主要为水泥，少部分生产砖、陶粒建材，使用途径相对单一。这些使用剩余固相生产的建材与普通原料生产的建材执行相同的产品质量标准，产品质量标准技术要求情况见表3。根据表3所示，现有产品质量标准大多数为反应产品强度、尺寸、吸水性等使用功能指标，基本为物理性指标。成份指标(一般成分和化学成份)也主要是评价产品达到使用功能为目的来设定。成份指标中仅水泥和陶粒产品质量标准中有化学成分指标，这些指标中，能够兼顾反应环境安全性的指标(如氯含量、硫化物含量、硫酸盐含量等)也较少。而剩余固相中对环境有害的重金属、氟化物、石油烃等指标在现有产品质量标准中皆无。利用剩余固相生产的建材与使用普通原料的建材同步流入市场，未作使用途径的区分，产品使用过程中是否存在环境风险，目前并未有更深入的研究。

表3 水泥、砖、陶粒产品质量标准的技术要求

3.3 相关科研试验推进困难，环境风险隐患尚待检验

四川油基岩屑产量大，处理成本高，油气开采公司为降低油基岩屑处理成本，计划在四川开展利用采空井进行油基岩屑深井回注和采用工业炉窑掺烧油基岩屑等试验以达到推行目的。工业炉窑协同处置危险废物项目在我国部分地区已有实践[19]，但陆上油气田回注油基岩屑以及其他危险废物尚无先例。油基岩屑深层回注技术是将油基岩屑通过粉碎、研磨、筛选至一定的粒度，与气田采出水或压裂返排液混合剪切，配制成流动性能和悬浮性能良好的浆体，泵注到天然气采空井深部圈闭地层中，实现地下永久性地质封存。该技术在北美、欧盟、中东及俄罗斯等地被广泛运用[20，21]，我国目前仅有利用采空井建设储气库、回注气田采出水等相似经验。目前使用回注技术处理油基岩屑应用在我国存在一定的政策障碍，油气公司计划开展相关试验，为此，制定了详细试验方案及环境风险评估材料。科研单位也围绕着油基岩屑回注开展了理论研究。但因各种原因，试验尚未落地，实际效果尚待检验，若该试验开展并取得成功，技术得以推广应用，油基岩屑处理行业可能面临洗牌，甚至影响整个危险废物处理行业。

4 环境管理建议

4.1 加强信息流通，严格项目环评审批

向公众发布产业引导信息，及时公布已建和在建企业处理能力相关情况，让公众即时了解全省油基岩屑供需情况，加强信息对称，引导油基岩屑产业投资建设。在环评审批阶段严加把关，对采用处置方式处理油基岩屑的项目进行限批，对利用项目提高审批要求，控制项目数量，提高项目质量。

4.2 严格跨省转出审批

按照《固体法》要求，跨省转移危险废物的，需要省级生态环境主管部门审批同意后才可实施。目前四川省油基岩屑利用处置能力已远高于处置需求，为控制转移风险，建议对油基岩屑跨省转出审核严格把关，严格限制采用处置方式处理油基岩屑的跨省转出申请。

4.3 结合“无废城市”建设，提高油基岩屑资源利用效率

目前国家大力推进“无废城市”建设，经过前期试点，计划在“十四五”期间推动100个左右地级及以上城市开展“无废城市”建设。应按照“无废城市”建设方案要求，提高油基岩屑资源利用效率，含油率高于5%的油基岩屑通过利用方式处理[22]，鼓励使用资源回收率高的工艺技术应用，对可回收利用的“吃干榨尽”，规范综合利用后剩余固相的规范利用处置，实现零填埋。

4.4 推进地标落地落实，推进剩余固相资源化产品相关科研工作

开展《天然气开采含油污泥综合利用后剩余固相利用处置标准》实施情况调研，及时收集标准实施过程中存在的问题，做好指导工作。跟踪利用剩余固相生产的下游产品使用情况，开展环境风险评估研究，防范环境和健康风险；推进制定包含环境安全相关指标的产品质量标准研究和制定。

4.5 开展多元化探索研究

目前开展油基岩屑深井回注试验难以落地，油气开发公司热衷深井回注试验的最终目的为降低生产成本。在谨慎推进试验开展的同时，可开拓思路，考虑其他方式降低油气开发公司生产成本，如采取“点对点”定向利用的方式处理油基岩屑，研究油基岩屑生产沥青混合料等建筑材料，拓宽利用途径等其他方式解决，从而达到降低油气公司油基岩屑处理成本的目的。