鉆井廢棄泥漿筑路再利用先導(dǎo)試驗

韓 卓

（中國石化勝利油田分公司 技術(shù)檢測中心，山東 東營257000）

鉆井廢棄泥漿中含有大量的污染物，主要是由粘土、加重材料、污水、各種化學(xué)處理劑、污油及鉆屑等組成的多項穩(wěn)態(tài)的膠體懸浮體系［1］，危害環(huán)境的主要成分為各種聚合物、鹽類、烴類、磺酸鹽、某些金屬離子（砷、鉻、汞、銅、鋅及鉛）和重晶石中的雜質(zhì)。如果不對這些污染物進(jìn)行有效的處理，將導(dǎo)致土壤、地下水的污染［2］。

1 鉆井廢棄泥漿綜合利用研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外處理鉆井廢棄泥漿方法主要有：固液分離法、環(huán)空或地層注入法、土地分散耕施法、干燥焚燒法、化學(xué)固化法、生物降解法、轉(zhuǎn)化為其它用途如制磚等［3］，但是這些方法都存在成本高、應(yīng)用性差或處理量小的特點，不適合低成本大批量處理。

國內(nèi)至今尚無整套先進(jìn)成熟的油田鉆井廢棄泥漿處理及應(yīng)用技術(shù)。常用的就地固化技術(shù)存在二次污染的風(fēng)險，僅僅為治理而治理，70%以上的污染物沒有達(dá)到真正意義上的資源再利用。由于鉆井泥漿的固體組分比重比較大，因此，研究以固化鉆井廢棄泥漿生產(chǎn)建筑材料是可行的。

2 國內(nèi)鉆井廢棄泥漿處置情況

鉆井廢棄泥漿處置成本與鉆井廢棄泥漿的污染狀況、處理難度、指標(biāo)要求、鉆井泥漿體系等有關(guān)，主要方式分別有：

（1）集中處置。西南分公司袁家固廢處理廠是建設(shè)固體廢物堆放場集中堆存，待服務(wù)期滿后封存，固化處理費用為150～160元／m3（不包括從井場運輸?shù)焦袒瘓龅馁M用），鉆井液體系多為聚合物泥漿體系和“三磺”體系，井深約在4 000～6 000m之間。

（2）隨鉆隨治、就地固化。西北分公司和中石油某公司有使用的撬裝一體化裝置的，主要是脫水后做到減量化；中石油某公司的鉆井固體廢棄物實行就地固化（在井場的泥漿池中固化）后填埋，固化費用為300元／m3左右（若外運處理還得加運費），鉆井液體系多為聚合物泥漿體系和“三磺”體系，井深約在4 000～6 000m之間。

（3）綜合利用。普光氣田委托水泥企業(yè)燒制水泥，江漢油田利用廢棄泥漿制（燒）磚，勝利油田也在砌磚方面做了先導(dǎo)試驗。目前的綜合利用技術(shù)處理成本高，難以普遍推廣，并且技術(shù)處于研究試驗階段，尚不成熟。

3 鉆井廢棄泥漿筑路再利用探索試驗

按照固化鉆井廢棄物生產(chǎn)建筑材料的思路，開展利用鉆井廢棄泥漿固化制備路面底基層和路基填料材料的探索性試驗，主要工藝為破膠＋固化＋固化改良。

3.1 污染物分析及試驗樣品的確定

為探索鉆井廢棄泥漿用于路基路面材料可行性，取了5口井的樣品，并對其主要污染指標(biāo)進(jìn)行了分析，分析結(jié)果見表1。5個鉆井廢泥漿樣品，其主要污染情況不同，其中樣品1號，污染指標(biāo)主要是色度、COD超標(biāo)；其他四個樣品除了色度、COD超標(biāo)外，重金屬六價鉻也超標(biāo)。5個樣品中樣品3號污染最嚴(yán)重，處理難度更大一些。因此，選擇3號樣品作為試驗對象。

表1 鉆井廢棄泥漿主要污染指標(biāo)分析

3.2 固化優(yōu)化工藝研究

鉆井廢棄泥漿含有高分子聚合物，因此有較為穩(wěn)定的膠體結(jié)構(gòu)，在固化之前，需要進(jìn)行破膠，將鉆井廢棄泥漿中含有的水分離出來，之后加入固化劑進(jìn)行固化［4］，改良后作為筑路材料使用。

3.2.1 破膠劑篩選及投加量的確定

（1）破膠劑篩選。取3號樣品加入不同破膠劑（相同濃度），考察破膠后脫水率、COD去除率、色度，試驗結(jié)果見表2。通過數(shù)據(jù)分析可以看出，AP破膠劑破膠效果最好，破膠后COD去除率、脫水率最高，色度最低。

表2 破膠劑類型對破膠效果影響

（2）破膠劑投加量確定。取3號樣品加入不同濃度AP破膠劑，考察破膠后脫水率、COD去除率、色度，試驗結(jié)果見表3。通過數(shù)據(jù)分析可以看出，隨著AP破膠劑加量的增加，整個破膠效果變好，當(dāng)破膠劑加量達(dá)到2.0%時，破膠后各項指標(biāo)均達(dá)到較好的效果，再增加破膠劑投加量，破膠效果變化不大，因此，選擇破膠劑加量為2.0%。

表3 破膠劑加量對破膠效果影響

3.2.2 固化主劑篩選及投加量的確定

（1）固化劑主劑篩選。取破膠后的3號樣品，不同類型的固化劑主劑投加量相同，在其他處理劑相同情況下，考察固化主劑對固化后的COD、重金屬離子、pH、色度影響，試驗結(jié)果見表4。通過數(shù)據(jù)分析可以看出，硅酸鹽水泥的固化效果由于石灰固化效果，其中42.5號硅酸鹽水泥效果較32.5號硅酸鹽水泥稍好，但差距不大。出于成本考慮，選擇32.5號硅酸鹽水泥作為固化劑主劑。

表4 固化主劑類型對固化效果影響

（2）固化劑主劑投加量確定。取破膠后的3號樣品，加入不同量的32.5硅酸鹽水泥，在其他處理劑相同情況下，考察固化主劑對固化后的COD、六價鉻、pH、色度的影響，試驗結(jié)果見表5。通過數(shù)據(jù)分析可以看出，當(dāng)加量達(dá)到20.0%時，固化后各項指標(biāo)均較好，但浸出液COD、pH值依然超標(biāo)。再增加硅酸鹽水泥加量，效果變化不大，而pH升高，因此投加量選擇20.0%。

表5 固化主劑加量對固化效果影響

3.3 固化改良優(yōu)化材料篩選及投加量的確定

3.3.1 促凝增強劑篩選篩選及投加量的確定

（1）促凝增強劑篩選。取3號樣品加入破膠劑AP2.0%、水泥20.0%及相應(yīng)添加劑，改變不同的促凝增強劑類型，考察固化主劑對固化后的COD、六價鉻、pH、色度及抗壓強度的影響，試驗結(jié)果見表6。通過數(shù)據(jù)分析可以看出，6種處理劑中石膏和CA促凝增強劑處理效果較好。

表6 改良材料促凝增強劑類型對改良后影響

CA是石膏與三氯化鋁按照一定比例混合而成的，在加入水泥后，CA增強劑與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，生成大量的結(jié)晶礦物質(zhì)，其作用機理如下：

從上述反應(yīng)生成的產(chǎn)物可以分析，加入CA后會大大提高水泥的固結(jié)力和固化物的密實度，從而提高污染物固化效果和固化物的強度。因此選擇CA作為促凝增強劑。

（2）促凝增強劑投加量的確定。取3號樣品加入AP2.0%、水泥20.0%及相應(yīng)添加劑，CA投加量不同，考察固化改良后浸出液主要指標(biāo)，試驗結(jié)果見表7。通過數(shù)據(jù)分析可以看出，當(dāng)CA加量達(dá)到5.0%時，改良固化后的COD值較低47.5mg／L、抗壓強度較高，達(dá)到1.76MPa。再增加加量固化效果變化不大，因此選擇CA投加量為5.0%。

表7 改良材料促凝增強劑CA加量對改良后影響

3.3.2 水泥水化活性材料優(yōu)化研究

（1）活性材料篩選。取3號樣品加入 AP 2.0%、水泥20.0%、CA5.0%及相應(yīng)添加劑，不同活性材料投加量相同，考察固化改良后浸出液主要指標(biāo)，試驗結(jié)果見表8。通過數(shù)據(jù)分析可以看出，不同的活性材料其對水泥水化作用不同，活性越高，作用效果越好，固化后各項指標(biāo)越好，采用混合的活性材料比單一的活性材料效果好，因此選擇混合型活性材料HHJ。

表8 改良材料活化劑類型對改良后影響

（2）活性材料投加量的確定。取3號廢泥漿樣品加入 AP2.0%、水泥20.0%、促凝增強劑CA 5.0%及相應(yīng)添加劑，HHJ投加量不同，考察固化改良后浸出液主要指標(biāo)，試驗結(jié)果見表9。通過數(shù)據(jù)分析可以看出，當(dāng)HHJ投加量達(dá)到10.0%時，固化改良物浸出液的各項指標(biāo)都能夠到要求。再增加投加量，處理效果變化不大，因此選擇HHJ活性材料的加量為10.0%。

表9 活性材料HHJ不同加量對改良效果影響

3.4 固化效果驗證試驗

經(jīng)過上述實驗研究，得到對于3號水基鉆井廢棄泥漿樣品來說，最佳藥劑投加固化方案為：AP破膠劑2.0%＋32.5硅酸鹽水泥20.0%＋HHJ活性劑＋CA促凝增強劑5.0%。

根據(jù)上述藥劑投加固化方案，模擬現(xiàn)場施工配合比，對固化鉆井廢棄泥漿進(jìn)行路用指標(biāo)檢測和浸出液指標(biāo)檢測，檢測結(jié)果分別見表10、11，檢測結(jié)果顯示各項檢測結(jié)果均滿足指標(biāo)要求。

表10 鉆井廢泥漿制備路基土底基層材料性能檢測結(jié)果

表11 鉆井巖屑制備路基土浸出液毒性檢測結(jié)果

4 結(jié)論與建議

（1）通過先導(dǎo)試驗，對于3號鉆井廢棄泥漿樣品，最佳藥劑投加固化方案為：AP破膠劑2.0%＋32.5硅酸鹽水泥20.0%＋HHJ活性劑＋CA促凝增強劑5.0%，3號樣品經(jīng)過固化及改良后能夠達(dá)到道路建設(shè)的材料標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保浸出液標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）利用固化泥漿制備的路基路面材料符合國家對路基路面材料的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，并且生產(chǎn)工藝簡單，設(shè)備、土建投資低，具有較好的經(jīng)濟與社會效益。

［1］陳孝彥.鉆井廢棄泥漿固化處理技術(shù)綜述［J］.科技與企業(yè)，2012（14）：338-339.

［2］林仲，李雪凝.油田廢棄鉆井泥漿處理技術(shù)研究進(jìn)展［J］.廣州化工，2010，（38）：47-48.

［3］劉曉娟，劉靜，張寧生.油氣田污泥無害化處理途徑探討［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2004，14（2）：46-47.

［4］魏平方，鄒斌，陳俊.油田廢鉆井液固化處理實驗研究［J］.化學(xué)與生物工程，2003（6）：34-35.