鉆井泥漿固化劑配方研究

【摘要】在石油鉆井工藝中，鉆井廢棄泥漿用量大、種類繁多、化學成分復雜，因此對廢棄鉆井泥漿的處理是比較困難的，目前的處理手段也相對落后，已成為危害油田自然生態(tài)環(huán)境的重要污染源。本文結合中原油田的鉆井廢棄物治理實踐，對鉆井廢棄物污染治理的藥劑配方進行了改良，使其更好達到環(huán)境治理的要求。

鉆井廢棄泥漿的處理是環(huán)境治理的一項重要內(nèi)容。在鉆井廢棄泥漿的處理過程中固化劑的配方選擇是關鍵，通過對固化劑組份的研究，改良其組份配比是提高鉆井廢棄泥漿治理效果的重要途徑。

1.鉆井廢棄物處理工藝技術研究

1.1泥漿固化理論依據(jù)

泥漿固化的其機理是向廢水基泥漿（或其沉淀物）中加入固化劑。使鉆井廢物中的有害成份固定在惰性固體終產(chǎn)物中。固化過程中，泥漿中的重金屬離子生成羥基化合物固定，阻止重金屬離于外移，其他污染物由于吸附作用及固化體的網(wǎng)狀結構和較小的空隙通道。限制了其遷移，所以浸出率較低。例如總Cl-的遷移速率降低。這已經(jīng)被研究人員通過電子顯微照相儀對固化泥漿和未固化泥漿進行掃描電鏡分析得到了證實，通過對電鏡照片分析可以看出：水基泥漿原泥裝固化體中顆粒膠結較松散。有較大的空隙通道；而水基泥漿用處理后的泥餅固化后顆粒聚結緊密，有交叉網(wǎng)狀結構?？障锻ǖ垒^小。利用固化劑的化學穩(wěn)定、封閉和化學凝固作用，廢物中金屬離子和有機物在環(huán)境中的侵蝕和瀝濾大為減少，最終廢棄泥漿將傳化成類似土壤或膠結強度很大的固體。

1.2泥漿固化藥劑

常用的固化劑分為有機和無機兩大類。無機固化劑主要為無機鹽類、膠凝材料類等，它具有價廉、無毒、固結穩(wěn)定、周期長等優(yōu)點，但用量較大；有機固化劑主要有凝聚型的樹脂類、有機聚合物類等。它的特點是固化體的體積小，但是固化條件復雜，成本高。

對于同一配方中的不同固化劑，其在固化過程中所起的作用也是不同的。以普通水泥、煙灰、石灰、氧化鋁、聚丙烯酰胺（PAM）為固化劑對泥漿進行固化的效果表明，對于鉻溶出量的固化效果：煙灰>Al2O3>石灰>PAM>水泥，而對于抗壓強度，其影響順序為：水泥>石灰>煙灰>Al2O3>PAM。不同的固化劑具有不同的效果是因為煙灰、A1203因具有較強的吸附作用，能夠較有效的阻止重金屬鉻的溶出，而水泥和石灰因具有較強的水合的水硬膠凝作用，對固化強度影響顯著，同時他們的高PH值，可以加快對金屬氫氧化物的連續(xù)封閉。

1.3泥漿固化條件控制

對固化泥漿的效果起主要作用的反應條件為反應時間和環(huán)境濕度。研究表明，隨固化時間的增加，固化泥漿浸出液的重金屬離子和有機污染物的濃度逐漸變小。其中前3天變化較快，到7天后各項測定值幾乎不變。在整個過程中PH值的變化比較穩(wěn)定。因此，為使泥漿固化完全，應至少對固化泥漿進行養(yǎng)護7天左右。

1.4泥漿固化室內(nèi)試驗研究

1.4.1優(yōu)選固化劑原料

針對廢棄泥漿中殘留大量化學添加劑以及整個體系高度穩(wěn)定性和粘稠性的特點，通過探索性試驗挑選四種原料作為固化劑配方的基礎原材料。

根據(jù)化學劑的作用原理，可將固化劑配方中的四種原料劃分為：凝聚劑A、助凝劑B、膠結劑c和膠結劑D。

凝聚劑A：能有效的中和廢泥漿的堿性，使溶液介質(zhì)變成中性；能徹底破壞廢棄泥漿的膠體體系，致使廢棄泥漿化學脫穩(wěn)脫水；能與廢棄泥漿中許多不同形式的有機離子基團交聯(lián)，導致廢泥漿中的殘留有機物和固相顆粒形成穩(wěn)定的絮凝體，從而有效地減少了溶液中有機物的濃度。保證廢棄泥漿固化后達到很好的COD去除效率：能與廢棄泥漿中重金屬離子生成多羥基含金屬離子的配合物，并沉淀于固化體晶格中，從而有效地減少了廢棄泥漿中的重金屬含量，本次配方改進巧妙地結合了泥漿中含有羥乙基纖維素鈉（CMC）的優(yōu)勢，利用部分無機鹽跟CMC能夠結合成大的網(wǎng)格狀的物質(zhì)，起到包絡污染物的特點，最終確定了改進配方中的凝聚劑A。

助凝劑B：對廢棄泥漿中的粘土顆粒和有機物有著吸附絮凝作用，同時參與廢棄泥漿固化體系整體晶格的形成。本次配方改進充分考慮了本地區(qū)土壤中鹽類的特點及架橋元素的特點，確定了改進配方中的助凝劑B。

膠結劑C和D：將凝聚劑A和助凝劑B處理后的絮凝體進一步交接包裹起來，使之形成一個具有很好抗水浸泡能力和一定強度的固化體。本次配方改進首先選取本地價廉易得的膠結劑，同時調(diào)整了膠結劑在藥劑中所占的比例。避免出現(xiàn)膠結劑比例過高PH超標，膠結劑比例過低COD等由于固結不好而超標等現(xiàn)象。

1.4.2正交試驗確定固化劑配方

最佳的固化劑配方由L9（34）等系列正交試驗來完成。廢棄泥漿中需監(jiān)測的污染指標多達十幾項。在做正交試驗時不可能將其一一分析。在實驗中，通過逐步摸索最終確定CODcr、PH和總鉻作為主要的監(jiān)測指標即能夠表征泥漿固化的效果。這幾個指標是很難治理的，特別是CODcr。本文選擇了CODcr、PH和總鉻作為判斷依據(jù)，找出有效固化劑使用的最佳配比，我們以處理普通聚合物泥漿正交設計實驗為例。

式中，Yt為第i個試驗號對應的試驗值；

K1、K2、K3分別表示某因素在三水平上試驗值的和；

K1A表示因素A在i水平上的試驗值的和；

g是因素A引起的方差平方和。

根據(jù)上述L9（34）正交設計的試驗，通過對多種不同類型廢棄泥漿的反復驗證，最終得到廢棄泥漿固化劑最佳配比為：凝聚劑A：助凝劑B：膠結劑C：膠結劑D=3a：3b：2c：2d，單位為g/l00ml泥漿。

2.結語

通過試驗改良后的固化劑配方，在幾口試驗井中的運用取得了預期的效果。表明我們對固化劑的組份配比調(diào)整是可行的。但是由于區(qū)域及鉆井情況的差異，固定單一的固化劑配方很難都取得很好的治理效果。