鄭立穩(wěn)，張聞，王磊磊，張強(qiáng)，陳貫虹，王加寧，郭書(shū)海

(1.山東省科學(xué)院生態(tài)研究所，山東省應(yīng)用微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 濟(jì)南 250014；2.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110164)

【環(huán)境與生態(tài)】

勝利油田廢棄鉆井泥漿復(fù)合固化劑研究

鄭立穩(wěn)1，張聞1，王磊磊1，張強(qiáng)1，陳貫虹1，王加寧1，郭書(shū)海2

(1.山東省科學(xué)院生態(tài)研究所，山東省應(yīng)用微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 濟(jì)南 250014；2.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110164)

針對(duì)勝利油田廢棄鉆井泥漿浸出液COD值高的特點(diǎn)，以水泥、粉煤灰、添加劑A、添加劑B組成的復(fù)合固化劑，對(duì)廢棄泥漿進(jìn)行固化處理研究。通過(guò)正交試驗(yàn)，得到幾種固化劑在處理廢棄鉆井泥漿中的最佳配比，其組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：水泥10%、粉煤灰20%、添加劑A 3%、添加劑B 0.5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合固化劑使用后可將泥漿浸出液的COD值從896.84 mg/L降低至72.35 mg/L。

廢棄鉆井泥漿； 復(fù)合固化劑； 正交試驗(yàn)

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，石油開(kāi)采量增加，產(chǎn)生了大量的廢棄鉆井泥漿，這些泥漿含有大量的無(wú)機(jī)鹽、高分子量有機(jī)化合物及某些重金屬離子，外排至環(huán)境后會(huì)對(duì)油田的土壤、地表水、地下水等造成污染，直接或間接地影響人類(lèi)和動(dòng)植物的健康[1-10]。這些泥漿若得不到有效處理，將會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生極其不利的影響。因此，必須要對(duì)廢棄鉆井泥漿給以足夠的重視和有效的無(wú)害化處理，這對(duì)于保護(hù)環(huán)境、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)生態(tài)文明社會(huì)具有重要的意義。

國(guó)外對(duì)廢棄鉆井泥漿處理的研究起步較早[11]，國(guó)內(nèi)自二十世紀(jì)八十年代才開(kāi)始研究，但是發(fā)展很快，在廢鉆井泥漿對(duì)環(huán)境的影響評(píng)價(jià)和處理技術(shù)方面取得了很多研究成果[12-16]。目前處理廢棄鉆井泥漿的主要方法有簡(jiǎn)單處理排放、注入安全底層或井的環(huán)形空間、回填處理、固化處理、MTC轉(zhuǎn)化技術(shù)、固液分離、坑內(nèi)密封、土地耕作、微生物處理、再回收利用等。其中，固化處理法能將泥漿中的有害成分封閉包裹，限制了有害物質(zhì)向環(huán)境中擴(kuò)散，降低了對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響和危害。而且，該方法還具有施工簡(jiǎn)單、速度快、效果好、處理成本低等優(yōu)點(diǎn)，是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

勝利油田作為我國(guó)的第二大石油生產(chǎn)基地，每年都會(huì)產(chǎn)生的大量的廢棄鉆井泥漿。如何無(wú)害化處理這些廢棄泥漿，保障油田的正常生產(chǎn)是石油生產(chǎn)企業(yè)面臨的一大難題。固化處理法作為目前國(guó)內(nèi)各大油田普遍采用的處理方法，其固化劑配方的選擇是固化效果好壞的關(guān)鍵。本文通過(guò)研究固化劑配比組分，對(duì)勝利油田某生產(chǎn)基地的廢棄鉆井泥漿進(jìn)行了固化處理，得到了適合本地區(qū)的復(fù)合固化劑。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器設(shè)備

廢棄鉆井泥漿(取自勝利油田某井場(chǎng))；普通硅酸鹽水泥(購(gòu)于建材市場(chǎng))；粉煤灰(取自某發(fā)電廠)；添加劑A(市售分析純)； 添加劑B(市售分析純)；COD測(cè)定配套試劑。

恒溫培養(yǎng)振蕩器HNY-2102C(天津歐諾)；水泥六聯(lián)快速試模40 mm×40 mm×40 mm(無(wú)錫建材設(shè)備廠)； pH計(jì)(梅特勒-托利多)；無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度儀SYE-300(浙江中科)；多參數(shù)水質(zhì)測(cè)定儀5B-6C(V8)(連華科技)；分析天平(梅特勒-托利多)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 固化實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)確稱(chēng)取40.0 g廢棄鉆井泥漿于玻璃研缽中，經(jīng)預(yù)處理后，先后加入一定量的添加劑A、添加劑B、粉煤灰和硅酸鹽水泥，充分研磨至均勻。然后，將其裝入40 mm×40 mm×40 mm的水泥六聯(lián)快速試模中。裝樣時(shí)分三次，每次裝三分之一，裝完一次后振動(dòng)2 min再裝，確保泥漿裝滿(mǎn)整個(gè)試模，不留空隙。試模裝好48 h后脫模，然后放置室溫養(yǎng)護(hù)4周后進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 固化塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)試

參照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO 法)》[17]中的測(cè)試步驟，測(cè)試固化塊的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。將固化塊置于無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度儀上下壓板之間，固化塊中心距離壓力機(jī)壓板受壓中心應(yīng)小于0.5 mm內(nèi)。在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，壓力以1 kN/s 以?xún)?nèi)的速度均勻地增加，直至固化塊結(jié)構(gòu)遭到明顯破壞?？箟簭?qiáng)度儀的微電腦系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄下在測(cè)試過(guò)程中的最大壓力值，即為該固化塊的最大抗壓強(qiáng)度。

1.2.3 固化塊浸出液的制取

參照HJ 557—2010《固體廢物 浸出毒性浸出方法 水平振蕩法》[18]來(lái)制取浸出液。準(zhǔn)確稱(chēng)取50 g研磨過(guò)篩后的固化塊，置于1 L的提取瓶中，加入500 mL去離子水，蓋緊瓶蓋后垂直固定在恒溫培養(yǎng)振蕩器上，設(shè)定震蕩頻率為110 次/分，溫度為25 ℃。震蕩8 h后取下提取瓶，靜置16 h，取上層清液過(guò)濾后測(cè)COD值和pH。

2 結(jié)果與討論

2.1 廢棄鉆井泥漿的性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)使用的廢棄鉆井泥漿取自勝利油田某鉆井場(chǎng)地，測(cè)定其含水率及浸出液，結(jié)果如表1所示。

表1 廢棄鉆井泥漿基本性質(zhì)

對(duì)照勝利油田泥漿固化體浸出液指標(biāo)最高濃度標(biāo)準(zhǔn)，所取廢棄鉆井泥漿的COD值超標(biāo)497.89%，必須要對(duì)此廢棄鉆井泥漿進(jìn)行固化。

2.2 固化劑配方的篩選

經(jīng)前期實(shí)驗(yàn)篩選，初步確定以不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水泥、粉煤灰、添加劑A、添加劑B為固化原料，以4周后固化體的抗壓強(qiáng)度，浸出液的COD值、pH作為主要的檢測(cè)指標(biāo)，來(lái)表征廢棄泥漿的固化效果。正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 泥漿固化正交試驗(yàn)結(jié)果

由正交試驗(yàn)的結(jié)果可以看出，泥漿固化后的抗壓強(qiáng)度與水泥的使用量有直接的關(guān)系，影響泥漿固化體抗壓強(qiáng)度的各個(gè)因素的主次關(guān)系為：水泥大于粉煤灰大于添加劑A大于添加劑B。由泥漿固化體浸出液COD極差可看出，水泥的用量對(duì)COD值也起著決定性作用，影響泥漿固化體浸出液COD值的各因素主次關(guān)系為：水泥大于添加劑A 大于粉煤灰大于添加劑B。因?yàn)槟酀{在固化前浸出液的pH就不超標(biāo)，固化過(guò)程中加入的固化劑導(dǎo)致浸出液pH略有升高，但均在標(biāo)準(zhǔn)范圍以?xún)?nèi)，影響泥漿固化體浸出液pH的各因素主次關(guān)系為：添加劑A 大于水泥大于添加劑B大于粉煤灰。

固化后的廢棄泥漿主要考慮能夠用于復(fù)耕且無(wú)環(huán)境污染，所以對(duì)抗壓強(qiáng)度的要求不是很高，當(dāng)水泥用量達(dá)到質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%后，廢棄泥漿固化體抗壓強(qiáng)度完全能夠達(dá)到要求，綜合各影響因素的關(guān)系后，確定最佳固化劑配方為：水泥10%、粉煤灰20%、添加劑A 3%、添加劑B 0.5%(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。以此配方對(duì)所選廢棄鉆井泥漿固化、保養(yǎng)4周后，測(cè)定固化體的抗壓強(qiáng)度及浸出液的COD值和pH。檢測(cè)結(jié)果為：固化體抗壓強(qiáng)度0.32 MPa，COD 72.35 mg/L，pH=8.23。固化體的抗壓強(qiáng)度滿(mǎn)足復(fù)耕要求，固體浸出液的各項(xiàng)指標(biāo)得到改善，均能滿(mǎn)足GB 8978—1996[19]的相關(guān)排放要求。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)調(diào)節(jié)所用固化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可改變固化體的抗壓強(qiáng)度，從而使廢棄泥漿得到更廣泛的應(yīng)用。此復(fù)合固化劑所用的原料來(lái)源廣泛、成本較低，而且泥漿固化過(guò)程操作簡(jiǎn)單，適用于工地的現(xiàn)場(chǎng)操作，值得在勝利油田區(qū)域推廣使用。實(shí)驗(yàn)室研究過(guò)程中，泥漿固化后放置室溫養(yǎng)護(hù)需4周，時(shí)間較長(zhǎng)，尤其在室外現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)可能會(huì)因天氣等原因帶來(lái)不便。所以，開(kāi)發(fā)新型固化添加劑，縮短固化時(shí)間，在降低經(jīng)濟(jì)成本的同時(shí)降低時(shí)間成本是今后復(fù)合固化劑的研究方向。

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Research on compound curing agent for waste drilling mud in Shengli Oilfield

ZHENG Li-wen1, ZHANG Wen1, WANG Lei-lei1, ZHANG Qiang1, CHEN Guan-hong1, WANG Jia-ning1, GUO Shu-hai2

(1.Shandong Provincial Key Laboratory of Applied Microbiology，Ecology Institute，Shandong Academy of Sciences ， Jinan 250014,China；2.Institute of Applied Ecology，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110164，China)

∶According to the characteristics of the high COD of the waste drilling mud extracts in Shengli Oilfield, the solidification treatment of waste mud was studied by using the composite curing agent composed of cement, fly ash, additive A and additive B. Through orthogonal experiments, the optimum mass fraction proportion of several kinds of chemicals in the treatment of waste drilling mud was found out: cement 10%, fly ash 20%, additive A 3%, additive B 0.5%. The results showed that the COD of the slurry was reduced from 896.84 mg/L to 72.35 mg/L, when the composite curing agent was used.

∶waste drilling mud；compound curing agent；orthogonal experiment

10.3976/j.issn.1002-4026.2017.02.015

2017-02-06

國(guó)家國(guó)際科技合作專(zhuān)項(xiàng)(2014DFE90100)；山東省自然科學(xué)基金(ZR2015YL008)；泰山學(xué)者工程專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助

鄭立穩(wěn)(1981—)，男，助理研究員，研究方向?yàn)榄h(huán)境污染控制與修復(fù)。

TE254.4

A

1002-4026(2017)02-0106-04