邢樹(shù)偉

（大慶鉆探工程公司運(yùn)輸二公司裝備管理科，吉林 松原 138000）

有害廢氣物質(zhì)的產(chǎn)生幾乎是所有工業(yè)中都不可避免的問(wèn)題，在石油產(chǎn)業(yè)，鉆井廢棄泥漿的產(chǎn)生量大、危害高、成分復(fù)雜，處理過(guò)程中還可能發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)，改變物質(zhì)種類和體系性質(zhì)，一度成為困擾我國(guó)石油企業(yè)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(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化、有毒物質(zhì)濃度提升，因此，必須采用合適的工藝，對(duì)其進(jìn)行徹底的無(wú)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(kāi)采油氣田的過(guò)程中，鉆井井底會(huì)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(yè)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(zhì)量，但在作業(yè)完成后，它就無(wú)法發(fā)揮相應(yīng)作用，不再參與鉆井工作，并產(chǎn)生大量廢棄物質(zhì)，成為廢棄泥漿。隨著科技的發(fā)展，人類在開(kāi)采油氣田時(shí)，逐漸意識(shí)到了泥漿的重要作用，并在其中添加不同的化學(xué)試劑以增強(qiáng)功效，滿足不同條件下鉆井作業(yè)的要求，提高工作效率，但與此同時(shí)，泥漿的成分逐漸復(fù)雜化，有害物質(zhì)含量提升，不再是簡(jiǎn)單的黏土與水的混合物質(zhì)，當(dāng)它失去原有作用成為廢棄物質(zhì)時(shí)，危害性也就隨之增強(qiáng)，用于提升效果的添加劑就會(huì)成為主要污染物。我國(guó)出臺(tái)了相應(yīng)政策，要求油氣田工業(yè)采用更加科學(xué)的廢棄泥漿處理工藝，實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處理。

1.2 成分

廢棄鉆井泥漿的前身是鉆井時(shí)所用泥漿，因此，它的成分復(fù)雜，包含大量鉆井原液、鉆屑、其他操作產(chǎn)生的廢棄物質(zhì)等，根據(jù)存在形式來(lái)分，可將其大致劃分為鉆井泥漿、廢液和鉆屑三部分。根據(jù)主要成分的差異和組成物質(zhì)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(guó)沿海地區(qū)開(kāi)采油氣田時(shí)，使用海水代替淡水進(jìn)行作業(yè)，能夠降低生產(chǎn)升本，因此，受到了廣泛歡迎。但所有廢棄泥漿都具有幾個(gè)共同特征：固相顆粒直徑較小，整體黏度高，流動(dòng)性弱，含水率一般在4%～90%，脫水困難，自然干結(jié)需要大量時(shí)間。下面這段不用寫(xiě)這么多，標(biāo)黃的建議都去掉，主要寫(xiě)廢棄水基泥漿（淡水和鹽水）什么成分，含有那些有害物質(zhì)污染環(huán)境等；最后，建議寫(xiě)針對(duì)這些有害有毒成分添加什么藥劑，利用物理方法、化學(xué)方法等技術(shù)和工藝流程對(duì)這些有毒有害物質(zhì)降解或者置換等，使其含量符合國(guó)家環(huán)保排放要求。

2 常用廢棄泥漿處理技術(shù)與無(wú)害化處理技術(shù)

2.1 化學(xué)固化

廢棄鉆井泥漿中絕大多數(shù)固體成分都是黏土和鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的鉆屑，按照一定配比添加固化劑并合理攪拌，就能夠?qū)⒛酀{轉(zhuǎn)化為固體，容易進(jìn)行處理。這種方法的操作簡(jiǎn)單，流程簡(jiǎn)便，步驟較少，對(duì)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(duì)廢棄泥漿中的有害成分進(jìn)行分類處理，其中的重金屬離子和有機(jī)廢棄物質(zhì)都會(huì)有大量殘留，不能除去，它只是讓泥漿發(fā)生形態(tài)的轉(zhuǎn)化，便于進(jìn)行控制，無(wú)法從根本上解決問(wèn)題。另外，采用化學(xué)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(guò)程后直接在表面覆蓋土壤，進(jìn)行填埋，這種方法治標(biāo)不治本，當(dāng)發(fā)生強(qiáng)降雨時(shí)，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(zhì)也會(huì)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(wěn)定體系破壞，使得固體顆粒凝結(jié)成更大顆粒的絮狀物，再將其與液體進(jìn)行分離。目前，油氣田中常用絮凝劑有氯化鐵、硫酸鋁等無(wú)機(jī)物質(zhì)，它們的造價(jià)較低，另外，還有一些高效的有機(jī)絮凝劑也被用來(lái)處理廢棄鉆井泥漿，我國(guó)油氣田開(kāi)采的大量實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，單獨(dú)使用無(wú)機(jī)或者有機(jī)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(qiáng)，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(fù)雜，因此，破壞膠體穩(wěn)定性直接決定著泥漿脫水工作的效率。

2.3 生物無(wú)害化處理

生物處理技術(shù)就是對(duì)廢棄鉆井泥漿進(jìn)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(qiáng)堿性無(wú)機(jī)物質(zhì)等除去，然后，將剩余物質(zhì)直接分撒在自然環(huán)境中，利用土壤中的分解者將有機(jī)物質(zhì)降解產(chǎn)生無(wú)機(jī)物，植物能夠直接吸收無(wú)機(jī)養(yǎng)料，在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的降解和修復(fù)后，污染物成分就會(huì)全部轉(zhuǎn)化為養(yǎng)料，該區(qū)域也會(huì)變成土質(zhì)肥沃的耕地，能夠用于種植植物，實(shí)現(xiàn)廢物利用。但這種處理手段對(duì)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(yīng)用于我國(guó)各個(gè)區(qū)域，且具有一定的危險(xiǎn)性，但它成本較低且綠色環(huán)保，是鉆井泥漿無(wú)害化處理的未來(lái)必然發(fā)展方向，應(yīng)當(dāng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，廣泛投入使用。

2.4 淡水泥漿無(wú)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(zhì)，在其中投入易溶于水的單體物質(zhì)，溶解后利用水解作用與懸浮顆粒結(jié)合，可使其發(fā)生凝聚，最終形成乳膠體系，將廢棄泥漿轉(zhuǎn)化為膠體，然后，在其中加入高價(jià)金屬離子，能夠使膠體粒子逐漸形成沉淀物質(zhì)析出，便在析出過(guò)程中將其他固體物質(zhì)吸附，一同聚沉，將有害物質(zhì)在廢棄泥漿中全部除去，實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處理。

使用本方法時(shí)，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(guò)攪拌來(lái)加速膠體化和聚沉過(guò)程，其中，攪拌速度、溫度都會(huì)對(duì)處理工藝的效果造成一定影響，通過(guò)采用控制變量法進(jìn)行多次試驗(yàn)，能夠得出結(jié)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(dāng)攪拌速率過(guò)快時(shí)，會(huì)使得泥漿乳化，混合體系當(dāng)中的水分回到泥漿中，降低分離效率，因此，應(yīng)當(dāng)控制攪拌速率在合適數(shù)值；另外，反應(yīng)溫度與分子熱運(yùn)動(dòng)的速率有著直接關(guān)聯(lián)，在一定范圍內(nèi)，溫度的提升會(huì)使分子間碰撞加劇，更容易結(jié)合成較大顆粒完成聚沉，但溫度不斷提高時(shí)，除雜效率先增加后減小，也就是超出臨界點(diǎn)后溫度的提升反而會(huì)降低處理效率。

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)反應(yīng)溫度控制在20 ～30℃，能夠獲得較好的分離效率。另外，通過(guò)大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，得知季節(jié)也會(huì)對(duì)鉆井廢棄泥漿無(wú)害化處理效率產(chǎn)生影響，夏季時(shí)在室外處理泥漿的效果優(yōu)于其他季節(jié)，冬季效果最差。

2.5 聚合物泥漿與硅基防塌泥漿的無(wú)害化處理

鉆井廢棄泥漿都呈現(xiàn)堿性，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其中的微粒不會(huì)帶正電。對(duì)于聚合物泥漿和硅基防塌泥漿而言，使用攪拌法會(huì)破壞膠態(tài)性能，但增加脫水難度，因此，無(wú)法直接使用物理攪拌來(lái)進(jìn)行處理，而且其中的高分子有機(jī)聚合物本身就具有一定的黏稠性和膠聯(lián)性，因此，可通過(guò)將泥漿轉(zhuǎn)化為彈性凍狀凝膠的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)固液分離。通過(guò)加入適當(dāng)凝聚劑，能夠使其中的例子周圍形成雙電層，再根據(jù)電荷作用和吸附作用等使液相脫出，實(shí)現(xiàn)固液分離，消除液體中的污染，實(shí)現(xiàn)無(wú)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(shí)所用的液相物質(zhì)（主要成分為水）與固相的堿、高分子聚合物的潤(rùn)滑所使用的油類物質(zhì)，還含有泥屑、各個(gè)儲(chǔ)層的介質(zhì)、砂石、礦物質(zhì)等，組成成分相當(dāng)復(fù)雜，另外，它還包含在壓裂作業(yè)中回收的廢液，如有機(jī)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(shù)成分都具有較高危害，若直接排放到自然界，首先，會(huì)影響土壤，其中含有的過(guò)量鹽和鈉離子會(huì)使土壤板結(jié)，影響植物在土壤中吸收水分的過(guò)程，嚴(yán)重時(shí)，可能造成大面積植物死亡。另外，其中的有機(jī)成分，如木質(zhì)素硫酸鹽和石油類物質(zhì)，也具有很強(qiáng)的危害性，雖然其毒性弱于強(qiáng)堿性物質(zhì)，但也有潛在威脅。至于其中的殺菌劑，會(huì)直接殺死部分昆蟲(chóng)、鳥(niǎo)類、微生物等，若排放到水中，還會(huì)殺死水生動(dòng)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(huì)隨著食物鏈通過(guò)富集作用影響人體，引發(fā)汞中毒、貧血等疾病，嚴(yán)重時(shí)可致人死亡。在對(duì)其進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)先回收其中含有的污油，再進(jìn)行脫水反應(yīng)分離污水。

首先，應(yīng)當(dāng)加入絮凝劑和符合脫水劑進(jìn)行第一次脫水，回收污水后加入脫色劑和凈化劑進(jìn)行二次脫水，并將其全部運(yùn)送到污水處理站進(jìn)行處理。剩下的膠體黏合狀污泥應(yīng)當(dāng)添加固化劑并均勻攪拌，經(jīng)固化處理后，可以按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)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(jīng)過(guò)一定時(shí)間的靜置風(fēng)干后，得到成品磚。

4 結(jié)語(yǔ)

在油氣田開(kāi)采的過(guò)程中，含有大量有害物質(zhì)，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(jìn)行排放，若想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，在不危害環(huán)境的前提下發(fā)展工業(yè)，合理提高我國(guó)的經(jīng)濟(jì)狀況，就必須研究和開(kāi)發(fā)更加高效科學(xué)的無(wú)害化處理技術(shù)，并在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對(duì)處理工藝進(jìn)行優(yōu)化。