鉆井廢棄泥漿無害化處理工藝與技術

邢樹偉

（大慶鉆探工程公司運輸二公司裝備管理科，吉林 松原 138000）

有害廢氣物質的產生幾乎是所有工業中都不可避免的問題，在石油產業，鉆井廢棄泥漿的產生量大、危害高、成分復雜，處理過程中還可能發生復雜的反應，改變物質種類和體系性質，一度成為困擾我國石油企業的重大難題。未處理充分的廢棄泥漿若排放到自然水體中，也可能會造成水體富營養化、有毒物質濃度提升，因此，必須采用合適的工藝，對其進行徹底的無害化處理。

1 鉆井廢棄泥漿的定義與成分分析

1.1 概念

在開采油氣田的過程中，鉆井井底會涌出大量泥漿，將巖屑送到地面，也因此得名鉆井液。在鉆井作業中，泥漿不可或缺，投入適量的泥漿能夠提高鉆井工作效率和質量，但在作業完成后，它就無法發揮相應作用，不再參與鉆井工作，并產生大量廢棄物質，成為廢棄泥漿。隨著科技的發展，人類在開采油氣田時，逐漸意識到了泥漿的重要作用，并在其中添加不同的化學試劑以增強功效，滿足不同條件下鉆井作業的要求，提高工作效率，但與此同時，泥漿的成分逐漸復雜化，有害物質含量提升，不再是簡單的黏土與水的混合物質，當它失去原有作用成為廢棄物質時，危害性也就隨之增強，用于提升效果的添加劑就會成為主要污染物。我國出臺了相應政策，要求油氣田工業采用更加科學的廢棄泥漿處理工藝，實現無害化處理。

1.2 成分

廢棄鉆井泥漿的前身是鉆井時所用泥漿，因此，它的成分復雜，包含大量鉆井原液、鉆屑、其他操作產生的廢棄物質等，根據存在形式來分，可將其大致劃分為鉆井泥漿、廢液和鉆屑三部分。根據主要成分的差異和組成物質的特性，廢棄鉆井泥漿還可分為不同種類（水基泥漿和油基泥漿，水基泥漿又分淡水泥漿和鹽水泥漿），例如，有以淡水聚合物為主的鉆井泥漿和以海水聚合物為主的鉆井泥漿等，在我國沿海地區開采油氣田時，使用海水代替淡水進行作業，能夠降低生產升本，因此，受到了廣泛歡迎。但所有廢棄泥漿都具有幾個共同特征：固相顆粒直徑較小，整體黏度高，流動性弱，含水率一般在4%～90%，脫水困難，自然干結需要大量時間。下面這段不用寫這么多，標黃的建議都去掉，主要寫廢棄水基泥漿（淡水和鹽水）什么成分，含有那些有害物質污染環境等；最后，建議寫針對這些有害有毒成分添加什么藥劑，利用物理方法、化學方法等技術和工藝流程對這些有毒有害物質降解或者置換等，使其含量符合國家環保排放要求。

2 常用廢棄泥漿處理技術與無害化處理技術

2.1 化學固化

廢棄鉆井泥漿中絕大多數固體成分都是黏土和鉆井過程中產生的鉆屑，按照一定配比添加固化劑并合理攪拌，就能夠將泥漿轉化為固體，容易進行處理。這種方法的操作簡單，流程簡便，步驟較少，對外加劑的需求量也較小，成本很低，因此，受到了廣泛歡迎。但這種方法不能對廢棄泥漿中的有害成分進行分類處理，其中的重金屬離子和有機廢棄物質都會有大量殘留，不能除去，它只是讓泥漿發生形態的轉化，便于進行控制，無法從根本上解決問題。另外，采用化學固化法要求操作人員在野外挖掘深坑，將廢棄泥漿諸如后添加固化劑，完成固化過程后直接在表面覆蓋土壤，進行填埋，這種方法治標不治本，當發生強降雨時，就容易將上層覆蓋的土壤沖走，露出有害泥漿。在地下水的沖刷作用下，泥漿中的有害物質也會逐漸深入土壤和水中，造成二次污染，埋下諸多隱患。

2.2 固液分離

固液分離法指的是向泥漿中加入一定量的外加劑，將其中膠體的穩定體系破壞，使得固體顆粒凝結成更大顆粒的絮狀物，再將其與液體進行分離。目前，油氣田中常用絮凝劑有氯化鐵、硫酸鋁等無機物質，它們的造價較低，另外，還有一些高效的有機絮凝劑也被用來處理廢棄鉆井泥漿，我國油氣田開采的大量實際經驗表明，單獨使用無機或者有機絮凝劑的效果都不夠理想，綜合使用則能夠起到事半功倍的效果。由于黏土本身的吸水性強，且廢棄鉆井泥漿中有大量的鉆屑、原油等成分，其并非單相體系，組成十分復雜，因此，破壞膠體穩定性直接決定著泥漿脫水工作的效率。

2.3 生物無害化處理

生物處理技術就是對廢棄鉆井泥漿進行靜置，除去上清液，也就是將其中的可溶性重金屬離子和強堿性無機物質等除去，然后，將剩余物質直接分撒在自然環境中，利用土壤中的分解者將有機物質降解產生無機物，植物能夠直接吸收無機養料，在經過長時間的降解和修復后，污染物成分就會全部轉化為養料，該區域也會變成土質肥沃的耕地，能夠用于種植植物，實現廢物利用。但這種處理手段對土壤中微生物種類有較高要求，并且由于廢棄泥漿中成分的差異性，不能普遍應用于我國各個區域，且具有一定的危險性，但它成本較低且綠色環保，是鉆井泥漿無害化處理的未來必然發展方向，應當在現有基礎上進行改良，廣泛投入使用。

2.4 淡水泥漿無害化處理

淡水泥漿中的固相顆粒較少，含有大量以單體微粒形式存在的懸浮物質，在其中投入易溶于水的單體物質，溶解后利用水解作用與懸浮顆粒結合，可使其發生凝聚，最終形成乳膠體系，將廢棄泥漿轉化為膠體，然后，在其中加入高價金屬離子，能夠使膠體粒子逐漸形成沉淀物質析出，便在析出過程中將其他固體物質吸附，一同聚沉，將有害物質在廢棄泥漿中全部除去，實現無害化處理。

使用本方法時，可選取丙烯酰胺作為絮凝劑，提高泥漿膠體化的速度，并通過攪拌來加速膠體化和聚沉過程，其中，攪拌速度、溫度都會對處理工藝的效果造成一定影響，通過采用控制變量法進行多次試驗，能夠得出結論：提高攪拌速率能夠使膠體粒子之間的碰撞加劇，從而提高聚沉速率，但當攪拌速率過快時，會使得泥漿乳化，混合體系當中的水分回到泥漿中，降低分離效率，因此，應當控制攪拌速率在合適數值；另外，反應溫度與分子熱運動的速率有著直接關聯，在一定范圍內，溫度的提升會使分子間碰撞加劇，更容易結合成較大顆粒完成聚沉，但溫度不斷提高時，除雜效率先增加后減小，也就是超出臨界點后溫度的提升反而會降低處理效率。

一般來說，當反應溫度控制在20 ～30℃，能夠獲得較好的分離效率。另外，通過大量實踐經驗，得知季節也會對鉆井廢棄泥漿無害化處理效率產生影響，夏季時在室外處理泥漿的效果優于其他季節，冬季效果最差。

2.5 聚合物泥漿與硅基防塌泥漿的無害化處理

鉆井廢棄泥漿都呈現堿性，經過大量實驗，發現其中的微粒不會帶正電。對于聚合物泥漿和硅基防塌泥漿而言，使用攪拌法會破壞膠態性能，但增加脫水難度，因此，無法直接使用物理攪拌來進行處理，而且其中的高分子有機聚合物本身就具有一定的黏稠性和膠聯性，因此，可通過將泥漿轉化為彈性凍狀凝膠的方法來實現固液分離。通過加入適當凝聚劑，能夠使其中的例子周圍形成雙電層，再根據電荷作用和吸附作用等使液相脫出，實現固液分離，消除液體中的污染，實現無害化處理。

3 鉆井廢棄泥漿成分分析與處理措施

以水基淡水泥漿為例，其主要成分為配置泥漿時所用的液相物質（主要成分為水）與固相的堿、高分子聚合物的潤滑所使用的油類物質，還含有泥屑、各個儲層的介質、砂石、礦物質等，組成成分相當復雜，另外，它還包含在壓裂作業中回收的廢液，如有機硼、氫氧化鈉、硫酸銨等，還有一些鹽、堿、天然植物淀粉、陶粒。廢棄泥漿的多數成分都具有較高危害，若直接排放到自然界，首先，會影響土壤，其中含有的過量鹽和鈉離子會使土壤板結，影響植物在土壤中吸收水分的過程，嚴重時，可能造成大面積植物死亡。另外，其中的有機成分，如木質素硫酸鹽和石油類物質，也具有很強的危害性，雖然其毒性弱于強堿性物質，但也有潛在威脅。至于其中的殺菌劑，會直接殺死部分昆蟲、鳥類、微生物等，若排放到水中，還會殺死水生動物；諸如纖維素、淀粉等容易降解，危害較??；但一些添加劑，如磺化物，則很難降解。還有，重金屬離子會隨著食物鏈通過富集作用影響人體，引發汞中毒、貧血等疾病，嚴重時可致人死亡。在對其進行處理時，應先回收其中含有的污油，再進行脫水反應分離污水。

首先，應當加入絮凝劑和符合脫水劑進行第一次脫水，回收污水后加入脫色劑和凈化劑進行二次脫水，并將其全部運送到污水處理站進行處理。剩下的膠體黏合狀污泥應當添加固化劑并均勻攪拌，經固化處理后，可以按照相關規定進行掩埋，也可將其用于鋪路或者制磚，將其按照一定比例與水泥等混合攪拌后使用模具制作磚坯，再經過一定時間的靜置風干后，得到成品磚。

4 結語

在油氣田開采的過程中，含有大量有害物質，鉆井廢棄泥漿必須得到妥善處理，消除其中的污染，才能夠進行排放，若想實現可持續發展，在不危害環境的前提下發展工業，合理提高我國的經濟狀況，就必須研究和開發更加高效科學的無害化處理技術，并在現有基礎上對處理工藝進行優化。