水基钻井废物泥浆池原位处理环境影响分析

范 婧 朱 恒 路 心 任 鹏

(1.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院；2.中国石油长庆油田分公司西安长庆化工集团有限公司)

0 引 言

水基钻井废物主要包括钻井泥浆及岩屑。钻井泥浆主要由各种有机物、无机物和黏土矿物等混合形成，能起到携带岩屑、稳定井壁、平衡地层压力和冷却润滑钻头、钻具的作用[1-3]。钻井岩屑是在钻井时被研磨、破碎的岩石颗粒。2015年以前，长庆油田对水基钻井废物采用泥浆池原位处理，在井场修建泥浆池并铺设土工膜进行防渗，采用“固化法”处理钻井废物[4]。尽管泥浆池原位处理法已实施多年，但缺少对泥浆池的跟踪评价。为了解水基钻井液体系泥浆池对环境的影响，针对1992—2014年的泥浆池采集植被和土壤样本，评估钻井废物泥浆池原位处理的环境影响，为钻井废物资源化利用奠定基础。

1 泥浆池对植被和土壤的影响

1.1 样品采集

本文调研了陕西榆林市和内蒙古鄂尔多斯市的12个气井井场，调查信息见表1。井场地处黄土高原，属典型的干旱与半干旱区域，土壤为黄绵土。分别在井场泥浆池内、外选取长势均匀的玉米和牧草进行植物样品采集，采样面积1 m2，重复3次。其中玉米测定生物量、籽粒产量及籽粒中重金属含量，牧草测定高度、盖度、生物量及重金属含量。同时在井场范围内采集泥浆池内、外土壤剖面样品，土钻直径40 mm，间隔20 cm采集一个土壤样品，直至泥浆池底部防渗布位置，测定各样品的pH值和重金属含量。

表1 井场调查信息

1.2 泥浆池对玉米生长的影响

对6个井场的玉米样品进行检测，结果见图1、表2。

图1 泥浆池内、外玉米生物量和籽粒产量对比

表2 玉米籽粒中重金属含量检测结果 mg/kg

由图1可知，泥浆池内生物量和籽粒产量明显优于泥浆池外。泥浆池内、外玉米植株的平均生物量分别为2 371.6，2 008.3 kg/hm2，泥浆池内较池外增加了15.3%；泥浆池内、外玉米籽粒平均产量分别为773.9，643.9 kg/hm2，泥浆池内较池外增加了16.8%。

由表2可知，玉米籽粒中重金属砷、铅、汞均未检出，铬含量0.039～0.190 mg/kg、镉含量0.02 mg/kg，均满足GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》要求。

1.3 泥浆池对牧草生长的影响

对6个井场的牧草样品进行检测，结果见表3、表4。

表3 泥浆池内、外牧草生长状况

表4 牧草中重金属含量检测结果 mg/kg

由表3可知，泥浆池内牧草的生长情况优于泥浆池外，泥浆池内牧草的高度、盖度和生物量平均值分别比泥浆池外高出15.0%，37.8%，44.5%。

由表4可知，牧草中重金属含量在不同井场存在显著差异，如在G-1井场，泥浆池外牧草中重金属含量均高于泥浆池内，但在G-2井场中，泥浆池外牧草中仅铜和汞的含量高于泥浆池内。由此可见，泥浆池对牧草中重金属含量的影响无明显规律。

1.4 泥浆池对土壤生态环境的影响

不同区域井场的泥浆池深度和泥浆池上方覆土深度存在差异，泥浆池深度在80～200 cm，覆土深度在20～150 cm。对12个井场的247个土壤样品的pH值进行检测，结果如表5所示。泥浆池内土壤pH值为8.3～9.6，泥浆池外土壤pH值为8.2～9.1。

表5 泥浆池内、外土壤pH值检测结果

对247个土壤样品的碱化程度分析发现(图2)，泥浆池内土壤碱化水平均高于泥浆池外。土壤碱化分级标准见表6。泥浆池内的134个样品中，无碱化、轻度碱化、中度碱化和重度碱化的比例分别为5%，50%，43%，2%。泥浆池外的113个样品中，无碱化、轻度碱化和中度碱化的比例为25%，69%，6%，没有重度碱化的土壤。可见，泥浆显著提高了土壤的碱性。

图2 泥浆池内、外土壤碱化水平对比

表6 土壤碱化分级标准

12个井场的247个土壤样品的重金属检测结果如表7所示。泥浆池内、外土壤重金属含量均满足GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》污染风险筛选值和污染风险管制值的要求，说明重金属对土壤生态环境的影响风险低。

表7 土壤重金属含量检测结果 mg/kg

2 水基钻井废物特性分析

对水基钻井废物取样检测，重金属含量如表8所示，均满足GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》污染风险筛选值的要求。同时钻井废物中还含有大量的微量元素，如锌、铁、镁、锰等，能够促进植被生长[5]。

表8 钻井废物重金属含量检测结果 mg/kg

从水基钻井液体系及其添加物成分来看，钻井过程中使用的钻井液添加剂有大量的腐植酸、淀粉、木屑等有机物，可以提高土壤肥力[6]。此外，钻井液中添加的膨润土、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺是很好的土壤保水剂和改良剂[7-8]。膨润土能够改良土壤理化性质，由于膨润土有较高的吸水率，施入土壤可以增加团聚体的数量和稳定性，有利于增加土壤肥力和作物生长。同时膨润土具有较高的吸附性和离子交换性，对重金属污染的土壤和盐碱地有很好的修复作用。聚丙烯酰胺是一种很好的保水剂，可以减少土壤侵蚀，改善土壤结构。钻井液中添加无机盐(KCl和NaOH)，KCl可以作为钾肥改善土壤肥力及作物品质，但过量的Cl-和Na+则会增加土壤的盐碱化。

3 结 论

1)通过调研12个气井井场的植被，发现泥浆池内玉米、牧草的平均生物量分别比泥浆池外高出15.3%和44.5%。玉米籽粒中重金属含量满足GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》要求。泥浆池对牧草中的重金属含量无明显影响。

2)通过对泥浆池土壤取样分析，发现泥浆池原位处理提高了土壤的碱化等级，泥浆池内pH值较池外升高了0.4，但均属于轻度碱化。检测土壤中重金属含量发现，铬、砷、铅、汞、铜等重金属含量均满足GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》要求。

3)通过对钻井废物的成分检测分析，发现其重金属含量满足GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》要求，同时含有大量微量元素可以促进植被生长。此外，部分钻井液添加物可以提高土壤肥力，改善土壤结构，有利于植被生长。

通过研究发现水基钻井废物能够促进植被生长且重金属含量满足相关标准要求，具有土壤化利用的可能性，为钻井废物资源化利用提供了方向。但由于本文缺乏有机污染物对植被和土壤的影响效果研究，且未追踪泥浆池污染物多年在地下水及土壤中的迁移情况，因此，还需进一步研究钻井废物土壤化利用的使用条件，以有效控制污染风险。