鉆井固廢資源化利用現狀

＊弭如夢 劉考靜,2* 張嫣然 王家樂 盛考曉 胡海南

（1.山東石油化工學院 化學工程學院 山東 257000 2.東營市康元司法鑒定所 山東 257000）

鉆井固廢是鉆井過程中產生的廢液經過一系列處理后得到固相廢棄物。根據不同油田鉆井廢液的不同性質及組成，通常因地制宜的使用多種組合技術進行處理，從而得到鉆井固廢。

對于鉆井廢液的處置，國外報導主要集中在自然風干、化學固化、鉆井泥漿的回收利用技術。國內對鉆井廢液的處理主要包括固化法、固液分離法、資源化利用技術等。

經處置后得到的固體廢物仍有一定的污染性。若不經處理而丟棄，對水質、土壤、生物等環境生態造成嚴重影響。鉆井固廢中有毒、有害的物質會經過自然降雨沖刷而滲入地下，對地表水、地下水以及土壤造成污染；并在土壤中富集，不僅會對土壤中的大量微生物產生不良影響；若被植被吸收，將會對其產生毒害作用，甚至危害人畜。

鉆井固廢資源化將鉆井固體廢物再利用，在優化環境的同時促進了社會經濟的發展。本文詳細介紹了鉆井固廢三種主要的資源化途徑。

1.鉆井固廢制磚

免燒磚和燒結磚的主要原料相似，基本都為黏土、沙土、頁巖、爐渣、煤矸石或粉煤灰。

(1)鉆井固廢制免燒磚

①制免燒磚的可行性分析

免燒磚一般以劣質黏土、沙土、花崗巖和煤矸石等為原料，加入適量膠合劑，經過一系列處理加工后制成新一代墻體材料。

免燒磚技術要求較燒結磚較低，主要技術難點是使廢泥漿膠結形成密實的固結物，從而將有害物質封存起來，保證產品的無害性。

添加適當的泥漿膠結劑后，廢泥漿中的硅質、鋁質等化學元素可以發生水化反應，反應如下：

由此可見，水化過程中所生成的鈣礬石和硫鐵酸鈣可以作為鉆井廢泥漿固結體的基本骨架，其他沒有發生水化的物質及不溶性顆粒填充在其中的空隙中，又因為生成的鈣礬石和硫鐵酸鈣具有粘結劑的作用，又可將各項粘合成一個整體，最終形成有一定抗壓強度的固結體。因此，鉆井廢泥漿滿足生產免燒磚的要求。

②研究現狀

關舉忠等以中國石化華北分公司某鉆井廢泥漿為原料，研究不同的水泥投加量對免燒磚抗壓強度的影響，通過試驗結果分析，初步確定投料比為：鉆井廢泥漿:水泥:河沙:黏土:碎石料=3:1.2:2:1:4，養護4天后，其抗壓強度可達到21.2MPa，并且產品浸漬液主要污染指標滿足國家污水排放標準一級標準。

免燒磚與燒結磚相比，生產成本更低，廢渣消耗量更大，不需要燒結和蒸養，沒有廢氣排放，環境效益更加突出。但免燒磚沒有像燒結磚一樣經過高溫焙燒，其中所含有的揮發性有害組分無法實現“無害化”，所以應用過程中要加強有害成分的監測，對其應用的場所也要嚴加篩選。

③技術路線

將按照研究設計的固廢材料，配料和泥膠劑人工拉運至升降料斗，通過升降料斗提升至攪拌器中進行機械攪拌，通過攪拌器下放混合物，經輸送帶進入磚機料箱，壓磚機自動或手動作業將含泥漿的混合材料擠壓成型，廢料經人工斗車帶再運至升降料斗，經養護期后獲得成品。

(2)鉆井固廢制燒結磚

①制燒結磚的可行性分析

毛培海等[5]把鉆井巖屑作為主要原料，并添加適量當地荒山土或煤矸石，研究燒結磚制備是否可行。從對鉆井固廢中SiO2、Al2O3、以及在焙燒磚時會起到助溶劑的作用的Fe2O3、CaO、K2O、Na2O和MgO進行分析發現，鉆井巖屑化學成分中Al2O3含量偏低，其余皆與黏土、頁巖等原料的成分類似。物理性能分析的粒徑、塑性指數、干燥性能、低位發熱量、放射性核素限量等指標可以滿足燒結磚制備要求。

②研究現狀

毛培海等[6]分別以寧夏鹽池和陜西榆林的鉆井巖屑為原料，摻配當地的荒山土或煤矸石制備燒結磚。經試驗研究確定，陜西榆林鉆井巖屑、荒山土、煤矸石的最佳投料比為75:15:10；寧夏鹽池鉆井巖屑、煤矸石的最佳投料比為70:30。在制備時最高燒成溫度最大不應超過1070℃，最佳燒成溫度為970～980℃。最佳燒成溫度下燒制的產品表面較光滑，無裂紋出現。

劉濤等嘗試以鉆井泥漿為原料，經過分析鉆井泥漿的物理性能和化學組分后，發現鉆井泥漿含水率較高，提出在鉆井泥漿里加入頁巖以降低脫水量，研究后發現，將頁巖與鉆井泥漿以17:8的比例混合均勻，所制成的產品強度等級可達MU15，剩余指標也可滿足國標優等品要求。

目前一般以GB 8978-1996《污水綜合排放標準》為燒結磚的浸出液環保指標，但該指標未考慮產品對人體健康的影響，因此無法滿足于人們日常生活、工作場所的要求。其次，環境安全控制指標方面也存在空缺。

③技術路線

將物料粉碎后進行干燥，然后陳化、制坯后再進行攪拌、燒制、塑形即可得成品。

2.鉆井固廢制水泥

(1)制水泥的可行性分析

水泥的主要化學成分為SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3，而鉆井固廢組成中的頁巖鉆屑組分（含有SiO2為45%～ 80%，Al2O3為12%～25%，Fe2O3為2%～10%，CaO為0.2%～ 12%），兩者較為類似，對其進行脫油預處理后，可作為生產水泥的原料。張健等對油基鉆井固廢進行了物化性質分析，確定了鉆井固廢制備水泥的可行性。

(2)研究現狀

王朝強等提出頁巖氣鉆井固廢制備水泥的新方法：將30%～75%的固廢與10%～35%的硅藻土破碎后，加入1%～5%的硫酸渣混合研磨，過方孔篩（53～ 75μm），篩余在8%～15%，即可得水泥生料；取10%～ 35%的貝殼粉研磨后過方孔篩（53～75μm）篩余制漿，加入水泥生料后，于1300～1700℃下煅燒35～ 50min得水泥熟料。此方法制得的水泥各項檢測指標與通常石灰石黏土原料煅燒的普通熟料相當。

綜上所述，目前國內在鉆井固廢制備水泥方向上仍處于發展階段，以固廢充當輔料制備水泥這一資源化途徑，既消除了其對于環境的隱患，也在一定程度上提高了企業的利潤。

(3)工藝路線

在鉆井固廢中加入非氯化物脫穩劑和固化劑進行改性脫水，加入石灰石和砂巖混合干燥，制得一次生料；再加入鈣質原料、鐵質原料進行配料；磨粉烘干后過篩；經煅燒后得到水泥熟料。

3.鉆井固廢制路基填料

(1)作路基材料的技術可行性分析

鉆井固廢的主要成分是黏土，與路基材料的成分十分相似。李相國、楊海濤等人采用大港油田鉆井固廢泥漿，添加改良材料進行固化實驗，最終確定選取一般水泥、硫鋁酸鹽水泥、石灰、石膏以及粉煤灰作為改良材料，其最佳配比范圍為：吸水膨脹組分20%～ 30%，膠凝組分65%～75%，增強組分5%～10%，載體0～ 5%；實驗表明，采用該改良材料，鉆井固廢代替底基層土時，28天強度最低1MPa，最高2.66MPa，水穩定性較高，浸出液重金屬離子低于規范限制，且符合國家標準要求。

(2)研究現狀

金更新研究了以復合硅酸鹽水泥、粗砂、碎石及經過處理后的鉆井巖屑為原料所制備出的路基材料的性能。實驗發現，增大鉆井巖屑的加入量，產品的干密度、劈裂抗拉強度、回彈模量、7天無側限抗壓強度可觀察到明顯下降。且當水泥為6%時，鉆井巖屑增加了14%，回彈模量下降了531MPa，7天無側限抗壓強度降低了1.64MPa，但均滿足我國規定的路基填料的要求。

表1 鉆井固廢的資源化途徑及優缺點

鉆井固廢制備路基填料的這一資源化方式，降低了鉆井固廢的處理成本，工藝處理設備簡單，便于實現工業化；但對于細小顆粒需要進行穩定處置來提高產品的力學性能，同時需要固化有害組分，減少產品中有害組分的浸出量。

4.不同資源化途徑的比較

基于以上對鉆井固廢資源化處理方式的分析，歸納鉆井固廢制磚、制水泥、作路基材料三種資源化途徑的優缺點。

目前對鉆井固廢資源化的研究較多，但工業應用還不完善：目前國內外關于鉆井固廢資源化產品的安全指標及使用標準不夠完善；鉆井固廢資源化的工藝研究尚處于研究和小試階段，離實現產業化還有較大的距離；產品的適用范圍較窄，鉆井固廢的消納程度較低、轉化后的產品具有一定的環境風險。

5.結束語

目前國內外鉆井固廢的資源化途徑相對較少，未來應進一步拓寬其資源化途徑，制備附加值更高的材料，并降低環境健康風險，拓寬其應用范圍。