固化法在煤層氣泥漿無害化處理中的應用

王林杰

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安710077）

0 引言

煤層氣勘探使用泥漿作為循環介質，完井后往往會產生大量的廢泥漿。近年來，環境保護被提高到國家戰略的高度，廢泥漿不能有效進行無害化處理或者隨意排放，極有可能對環境造成很大的傷害。因此，泥漿無害化處理技術研究對于保護環境、保障煤層氣開發長期穩定的發展具有重要的長遠和現實意義[1-3]。

煤層氣叢式井一般用于場地受限的煤層氣開發工程中，通常1個井臺布置4~8口井。完井后需要對井場進行治理并恢復原貌，需要處理的有害物包括廢水、廢泥漿及鉆屑。固化法是較普遍使用的一種無害化處理技術[4-8]，通過向待處理有害物質中添加不同比例的固化劑和添加劑，形成符合排放標準和具有一定強度的固化體，進而排放和掩埋。本文以貴州六盤水區塊叢式井鉆后泥漿無害化處理為例，介紹固化法處理的工藝和流程。

1 叢式井概況

該叢式井為1組5口煤層氣勘探井，采用二級井身結構：一開Φ311.2 mm鉆頭+Φ244.5 mm套管，進入基巖后完鉆，注水泥封固，用以封堵表層疏松土層和灰巖易漏地層；二開Φ215.9 mm鉆頭+Φ139.7 mm套管，鉆穿C406煤層后留60 m口袋完鉆，固井水泥返至最上部煤層以上200 m，套管射孔完井。該井組累計進尺5 045 m，產生廢水、廢泥漿及鉆屑共計1 030 m3，現場采集樣品分析得出主要污染指標，見表1。從表1中數據分析看出，廢泥漿樣品COD、色度均超標，不能外排和直接填埋。

表1 原始廢泥漿主要污染指標分析

2 室內試驗

通過室內試驗研究篩選和優化，得出廢泥漿及鉆屑無害化后固體浸出液性能指標，見表2。從表2可以看出，方案3、4、5、6處理后的廢泥漿所有指標均能夠達到GB8978-1996一級排放標準。綜合考慮效果及經濟效益，建議采用方案3作為該叢式井的處理方案，即（脫穩劑+激活劑）1.0%+（促進劑+膠結劑）10%。廢水處理配方為：混凝劑0.5%+氧化劑0.3%+調節劑0.2%。

表2 廢泥漿及鉆屑無害化后固體浸出液的主要指標分析

3 處理工藝流程

現場需要處理的廢棄物包括廢泥漿、鉆屑以及廢水，處理工藝不盡相同，如圖1、圖2所示。

圖1 廢泥漿及鉆屑無害化工藝流程圖

圖2 廢水處理工藝流程圖

4 施工工藝

4.1 現場處理設備

現場投入挖掘機1臺，用于挖泥漿坑及翻滾混合液；水泵2臺，用于抽取處理后符合排放標準的水；處理罐2個，用于儲存及循環。

4.2 廢泥漿及鉆屑處理工藝流程

1）挖掘機進入現場后，先將泥漿池一分為二，做好防滲，便于后面工序進行。廢泥漿及鉆屑處理流程采取少量處理推進模式，即將廢漿池中廢棄物逐批轉移到較小的池中，每批處理方量不宜大于30 m3。

2）混合是否均勻，對無害化處理效果影響很大，因此在加料時要慢，尤其是處理劑A（破膠劑+激活增效劑）要并分散投加，禁止挖掘機將大量的固結處理藥劑直接倒入廢泥漿池中（每次合適加量大致為0.5～0.8 t），攪拌時要注意均勻程度，每加入一次處理劑的攪拌時間要在20 min以上。至少要攪拌3次，第1次攪拌時挖掘機必須要挖到底（不破壞下層防滲層），這樣才能保證所有泥漿都能混合到藥劑。待到所有泥漿都攪拌1次后又返回進行第2次攪拌，此次攪拌的關鍵是要使泥漿攪拌均勻，以使固結后的泥漿達到鉆井廢泥漿及廢棄鉆屑的無害化要求。

3）處理產生的液體需進行廢水處理，達標后排放或資源再利用。

4）待處理完后對廢泥漿池進行覆蓋壓實，使其滿足后期壓裂施工地面壓力，10~15 d后可進行取樣進行分析污染指標。

4.3 廢水處理工藝流程

1）現場配置了2個處理罐，1個反應罐和1個清水儲存罐。處理時，先用污水泵把廢泥漿池中上層廢水抽到反應罐中，并使用泵進行罐內循環（起到攪拌作用）。

2）按照實驗室確定的配方，加入藥劑C（混凝劑+氧化劑+調節劑），進行混凝處理，反應一段時間后將pH值調至7~8，充分攪拌后沉降。

3）自然沉降一段時間后，上層清水抽至儲存罐中進行資源化利用，可作為壓裂液的配液用水。

4）罐底絮凝體排放至廢泥漿池中，進行鉆屑無害化處理工藝。

4.4 廢泥漿池原貌恢復方案

為最大限度減少對耕種的影響，廢泥漿池處理后表面覆土厚度不應低于0.8 m。同時，為了保證壓裂用罐體設備的安全擺放，在恢復泥漿池過程中需要填一層碎巖石后再覆蓋表層土以增加其強度。

5 處理效果評價

將取自現場無害化處理后的固結物進行浸出液和浸出重金屬測試分析，各項指標均達到《污水綜合排放標準》一級排放要求，具體檢查結果見表3、表4。

表3 浸出液檢測結果

表4 浸出重金屬檢測結果

6 結論和建議

1）固化法無害化處理工藝具有操作簡單、處理效果好、投資小等優點，廢棄泥漿通過處理后，各項指標均達到《污水綜合排放標準》一級排放要求。

2）通過現場施工驗證了室內配方研究的可行性和可靠性，可在煤層氣叢式井鉆后處理中推廣使用。

3）完井后盡可能準確計算產生的廢泥漿、鉆屑總量，有利于藥劑準備及嚴格按配方施工。