钻井废物的土地施用：范围分析

《Journal of the Air & Waste Management Association》：Land application of drill waste: A scope analysis

本研究分析了俄克拉荷马州2000-2020年的钻井液废弃物土地应用许可数据，发现总面积超过25万英亩，液体和固体体积分别超过5400万桶和2100万桶。土地应用集中在Anadarko盆地，受油价波动、运输成本及场地适宜性影响。研究指出潜在的环境风险，如盐分积累和石油烃污染，需进一步化学特性及长期影响评估。

　　钻井液废弃物的土地应用，即通过将钻井废弃物均匀撒布并翻耕到地表，已经成为一些石油生产州的常见处理方式。然而，这一做法的潜在益处与风险尚未得到充分研究。钻井液可以是水基或油基的，通常含有高浓度的可溶性盐类和石油烃类。目前，关于这些液体的化学特性在文献中尚未有系统性的研究，且土地应用的范围和规模也缺乏明确的统计数据。本文假设钻井液废弃物的土地应用会随时间波动，主要受经济因素的影响。为初步了解过去和未来可能的土地应用情况，我们分析了从2000年、2005年、2010年以及2015年至2020年间，由俄克拉荷马州企业委员会（OCC）收集的超过5800份钻井液土地应用许可数据。研究显示，在研究期间，钻井液废弃物被应用于超过25万英亩的土地，其中液体废弃物超过54,000千桶（Mbbl），固体废弃物接近21,000 Mbbl。土地应用在77个县中的59个县（占比77%）均有发生，且在镇区层面覆盖了约41%的区域。尽管近年来钻井活动、土地可用性以及废弃物运输成本的变化使土地应用在安大略盆地（Anadarko Basin）变得尤为普遍，但土地应用仍可能与敏感区域重叠，如重要的地下水和地表水源以及用于自给或饲料作物生产的农田。

土地应用作为钻井废弃物处理的一种方式，其过程涉及将废弃物均匀撒布并翻耕到地表，通过物理和生物过程实现污染物的自然衰减。土地应用在石油污染土壤的修复中具有重要意义，尤其是在处理泄漏的地下储油罐污染区域时。然而，这一方法在石油和天然气勘探与生产（E&P）废弃物处理中的应用也变得越来越普遍，只要获得相关许可。目前，至少有17个州制定了关于E&P废弃物土地应用的法规，但不同州对废弃物类型、地点限制、许可要求和检测标准等方面的规定各不相同。尽管存在商业化的土地应用操作，大部分土地应用仍然发生在靠近钻井现场的私人农业或天然牧场，以减少废弃物运输成本。土地所有者通常会因允许土地应用而获得一定的补偿，但其潜在的益处和风险仍未被深入研究。

此前关于钻井废弃物土地应用影响的研究主要集中在总可溶性盐（TSS）和总石油烃（TPH）以及钻井液基质或目标地层中的天然污染物上。水基钻井液可能含有高浓度的TSS，当应用于土地时，可能导致土壤盐度和碱度升高，从而改变土壤的水文和微气候特性。例如，一些田间试验表明，随着水基钻井液应用量的增加，土壤电导率（EC）和钠吸收比（SAR）上升，同时作物产量下降。相比之下，油基钻井液的应用更关注TPH的迁移问题，因为TPH中含有多种有机化合物，具有不同的分子量、溶解度、蒸汽压和毒性。研究发现，油基钻井液中TPH的浓度可达120,000毫克/千克湿重，而水基钻井液中TPH的浓度则在13,000毫克/千克湿重左右。TPH的降解速度取决于其组成、环境条件以及土壤改良剂或肥料的使用情况。在温暖的气候条件下，TPH的降解可能主要依赖于挥发作用，而在较冷的地区，微生物降解可能更为重要。

此外，钻井液中可能含有来自目标地层的天然放射性物质（NORM），这些物质在土地应用过程中可能对环境和人类健康产生潜在影响。模型研究表明，如果土地应用导致土壤中的放射性活度超过5皮居里/克（pCi/g），可能会超出推荐的人类健康暴露限值。然而，由于缺乏钻井液活度的详细数据以及土地应用量的变异性，评估这些风险仍具挑战性。例如，在宾夕法尼亚州自然资源部的一项研究中，测量了9个钻井液固体样本和18个水平钻井切屑样本的放射性，发现钻井液固体的平均活度为2.42 pCi/g，而水平钻井切屑的平均活度为5.85 pCi/g。一项针对俄克拉荷马州油基钻井液样本的研究也发现了类似的活度值。尽管这些物质在土地应用后与土壤混合，可能不会直接造成暴露风险，但还需要更多的数据来全面评估这种风险。

由于钻井废弃物的化学特征及其后续转化产物的有限研究，以及对土地应用范围和规模的了解不足，进一步研究变得尤为重要。俄克拉荷马州的土地应用许可数据在许多情况下并不容易获取，只有在需要许可的情况下才会记录。然而，俄克拉荷马州要求对油基和水基钻井液进行许可，并且自1998年起，许可记录在线公开，使其成为研究此类活动的典范。俄克拉荷马州是美国第六大石油生产州，2024年在原油和天然气产量方面均位居前列，主要来自安大略盆地和阿克马盆地的伍德福德页岩等地区。

本研究利用俄克拉荷马州企业委员会（OCC）收集的许可数据，评估了钻井液废弃物土地应用在时间和空间上的分布情况，提供了该活动的历史概况及相关背景信息，如经济驱动因素、土地利用、人口密度和水资源状况。研究结果表明，钻井液废弃物的土地应用在俄克拉荷马州广泛存在，且在某些地区如安大略盆地具有较高的应用量。然而，这些应用点可能与重要的水源和农业用地重叠，这可能对环境和人类健康造成潜在影响。通过进一步研究钻井液的化学特征及其在环境中的迁移路径，可以更好地评估这种做法的利弊。此外，本研究的方法论可以为其他石油生产州提供参考，帮助他们了解该废弃物再利用方式的历史应用情况和未来潜力。