水基鉆井廢物泥漿池原位處理環(huán)境影響分析

范 婧 朱 恒 路 心 任 鵬

(1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司西安長(zhǎng)慶化工集團(tuán)有限公司)

0 引 言

水基鉆井廢物主要包括鉆井泥漿及巖屑。鉆井泥漿主要由各種有機(jī)物、無(wú)機(jī)物和黏土礦物等混合形成，能起到攜帶巖屑、穩(wěn)定井壁、平衡地層壓力和冷卻潤(rùn)滑鉆頭、鉆具的作用[1-3]。鉆井巖屑是在鉆井時(shí)被研磨、破碎的巖石顆粒。2015年以前，長(zhǎng)慶油田對(duì)水基鉆井廢物采用泥漿池原位處理，在井場(chǎng)修建泥漿池并鋪設(shè)土工膜進(jìn)行防滲，采用“固化法”處理鉆井廢物[4]。盡管泥漿池原位處理法已實(shí)施多年，但缺少對(duì)泥漿池的跟蹤評(píng)價(jià)。為了解水基鉆井液體系泥漿池對(duì)環(huán)境的影響，針對(duì)1992—2014年的泥漿池采集植被和土壤樣本，評(píng)估鉆井廢物泥漿池原位處理的環(huán)境影響，為鉆井廢物資源化利用奠定基礎(chǔ)。

1 泥漿池對(duì)植被和土壤的影響

1.1 樣品采集

本文調(diào)研了陜西榆林市和內(nèi)蒙古鄂爾多斯市的12個(gè)氣井井場(chǎng)，調(diào)查信息見(jiàn)表1。井場(chǎng)地處黃土高原，屬典型的干旱與半干旱區(qū)域，土壤為黃綿土。分別在井場(chǎng)泥漿池內(nèi)、外選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的玉米和牧草進(jìn)行植物樣品采集，采樣面積1 m2，重復(fù)3次。其中玉米測(cè)定生物量、籽粒產(chǎn)量及籽粒中重金屬含量，牧草測(cè)定高度、蓋度、生物量及重金屬含量。同時(shí)在井場(chǎng)范圍內(nèi)采集泥漿池內(nèi)、外土壤剖面樣品，土鉆直徑40 mm，間隔20 cm采集一個(gè)土壤樣品，直至泥漿池底部防滲布位置，測(cè)定各樣品的pH值和重金屬含量。

表1 井場(chǎng)調(diào)查信息

1.2 泥漿池對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響

對(duì)6個(gè)井場(chǎng)的玉米樣品進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖1、表2。

圖1 泥漿池內(nèi)、外玉米生物量和籽粒產(chǎn)量對(duì)比

表2 玉米籽粒中重金屬含量檢測(cè)結(jié)果 mg/kg

由圖1可知，泥漿池內(nèi)生物量和籽粒產(chǎn)量明顯優(yōu)于泥漿池外。泥漿池內(nèi)、外玉米植株的平均生物量分別為2 371.6，2 008.3 kg/hm2，泥漿池內(nèi)較池外增加了15.3%；泥漿池內(nèi)、外玉米籽粒平均產(chǎn)量分別為773.9，643.9 kg/hm2，泥漿池內(nèi)較池外增加了16.8%。

由表2可知，玉米籽粒中重金屬砷、鉛、汞均未檢出，鉻含量0.039～0.190 mg/kg、鎘含量0.02 mg/kg，均滿(mǎn)足GB 2762—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》要求。

1.3 泥漿池對(duì)牧草生長(zhǎng)的影響

對(duì)6個(gè)井場(chǎng)的牧草樣品進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表3、表4。

表3 泥漿池內(nèi)、外牧草生長(zhǎng)狀況

表4 牧草中重金屬含量檢測(cè)結(jié)果 mg/kg

由表3可知，泥漿池內(nèi)牧草的生長(zhǎng)情況優(yōu)于泥漿池外，泥漿池內(nèi)牧草的高度、蓋度和生物量平均值分別比泥漿池外高出15.0%，37.8%，44.5%。

由表4可知，牧草中重金屬含量在不同井場(chǎng)存在顯著差異，如在G-1井場(chǎng)，泥漿池外牧草中重金屬含量均高于泥漿池內(nèi)，但在G-2井場(chǎng)中，泥漿池外牧草中僅銅和汞的含量高于泥漿池內(nèi)。由此可見(jiàn)，泥漿池對(duì)牧草中重金屬含量的影響無(wú)明顯規(guī)律。

1.4 泥漿池對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響

不同區(qū)域井場(chǎng)的泥漿池深度和泥漿池上方覆土深度存在差異，泥漿池深度在80～200 cm，覆土深度在20～150 cm。對(duì)12個(gè)井場(chǎng)的247個(gè)土壤樣品的pH值進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表5所示。泥漿池內(nèi)土壤pH值為8.3～9.6，泥漿池外土壤pH值為8.2～9.1。

表5 泥漿池內(nèi)、外土壤pH值檢測(cè)結(jié)果

對(duì)247個(gè)土壤樣品的堿化程度分析發(fā)現(xiàn)(圖2)，泥漿池內(nèi)土壤堿化水平均高于泥漿池外。土壤堿化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表6。泥漿池內(nèi)的134個(gè)樣品中，無(wú)堿化、輕度堿化、中度堿化和重度堿化的比例分別為5%，50%，43%，2%。泥漿池外的113個(gè)樣品中，無(wú)堿化、輕度堿化和中度堿化的比例為25%，69%，6%，沒(méi)有重度堿化的土壤?？梢?jiàn)，泥漿顯著提高了土壤的堿性。

圖2 泥漿池內(nèi)、外土壤堿化水平對(duì)比

表6 土壤堿化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

12個(gè)井場(chǎng)的247個(gè)土壤樣品的重金屬檢測(cè)結(jié)果如表7所示。泥漿池內(nèi)、外土壤重金屬含量均滿(mǎn)足GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值和污染風(fēng)險(xiǎn)管制值的要求，說(shuō)明重金屬對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響風(fēng)險(xiǎn)低。

表7 土壤重金屬含量檢測(cè)結(jié)果 mg/kg

2 水基鉆井廢物特性分析

對(duì)水基鉆井廢物取樣檢測(cè)，重金屬含量如表8所示，均滿(mǎn)足GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值的要求。同時(shí)鉆井廢物中還含有大量的微量元素，如鋅、鐵、鎂、錳等，能夠促進(jìn)植被生長(zhǎng)[5]。

表8 鉆井廢物重金屬含量檢測(cè)結(jié)果 mg/kg

從水基鉆井液體系及其添加物成分來(lái)看，鉆井過(guò)程中使用的鉆井液添加劑有大量的腐植酸、淀粉、木屑等有機(jī)物，可以提高土壤肥力[6]。此外，鉆井液中添加的膨潤(rùn)土、羧甲基纖維素、聚丙烯酰胺是很好的土壤保水劑和改良劑[7-8]。膨潤(rùn)土能夠改良土壤理化性質(zhì)，由于膨潤(rùn)土有較高的吸水率，施入土壤可以增加團(tuán)聚體的數(shù)量和穩(wěn)定性，有利于增加土壤肥力和作物生長(zhǎng)。同時(shí)膨潤(rùn)土具有較高的吸附性和離子交換性，對(duì)重金屬污染的土壤和鹽堿地有很好的修復(fù)作用。聚丙烯酰胺是一種很好的保水劑，可以減少土壤侵蝕，改善土壤結(jié)構(gòu)。鉆井液中添加無(wú)機(jī)鹽(KCl和NaOH)，KCl可以作為鉀肥改善土壤肥力及作物品質(zhì)，但過(guò)量的Cl-和Na+則會(huì)增加土壤的鹽堿化。

3 結(jié) 論

1)通過(guò)調(diào)研12個(gè)氣井井場(chǎng)的植被，發(fā)現(xiàn)泥漿池內(nèi)玉米、牧草的平均生物量分別比泥漿池外高出15.3%和44.5%。玉米籽粒中重金屬含量滿(mǎn)足GB 2762—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》要求。泥漿池對(duì)牧草中的重金屬含量無(wú)明顯影響。

2)通過(guò)對(duì)泥漿池土壤取樣分析，發(fā)現(xiàn)泥漿池原位處理提高了土壤的堿化等級(jí)，泥漿池內(nèi)pH值較池外升高了0.4，但均屬于輕度堿化。檢測(cè)土壤中重金屬含量發(fā)現(xiàn)，鉻、砷、鉛、汞、銅等重金屬含量均滿(mǎn)足GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》要求。

3)通過(guò)對(duì)鉆井廢物的成分檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)其重金屬含量滿(mǎn)足GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》要求，同時(shí)含有大量微量元素可以促進(jìn)植被生長(zhǎng)。此外，部分鉆井液添加物可以提高土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)，有利于植被生長(zhǎng)。

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)水基鉆井廢物能夠促進(jìn)植被生長(zhǎng)且重金屬含量滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，具有土壤化利用的可能性，為鉆井廢物資源化利用提供了方向。但由于本文缺乏有機(jī)污染物對(duì)植被和土壤的影響效果研究，且未追蹤泥漿池污染物多年在地下水及土壤中的遷移情況，因此，還需進(jìn)一步研究鉆井廢物土壤化利用的使用條件，以有效控制污染風(fēng)險(xiǎn)。