胜利油田废弃钻井泥浆复合固化剂研究

郑立稳，张闻，王磊磊，张强，陈贯虹，王加宁，郭书海

(1.山东省科学院生态研究所，山东省应用微生物重点实验室， 山东 济南 250014；2.中国科学院沈阳应用生态研究所，辽宁 沈阳 110164)

【环境与生态】

胜利油田废弃钻井泥浆复合固化剂研究

郑立稳1，张闻1，王磊磊1，张强1，陈贯虹1，王加宁1，郭书海2

(1.山东省科学院生态研究所，山东省应用微生物重点实验室， 山东 济南 250014；2.中国科学院沈阳应用生态研究所，辽宁 沈阳 110164)

针对胜利油田废弃钻井泥浆浸出液COD值高的特点，以水泥、粉煤灰、添加剂A、添加剂B组成的复合固化剂，对废弃泥浆进行固化处理研究。通过正交试验，得到几种固化剂在处理废弃钻井泥浆中的最佳配比，其组分质量分数分别为：水泥10%、粉煤灰20%、添加剂A 3%、添加剂B 0.5%。实验结果表明，复合固化剂使用后可将泥浆浸出液的COD值从896.84 mg/L降低至72.35 mg/L。

废弃钻井泥浆； 复合固化剂； 正交试验

随着经济的不断发展，石油开采量增加，产生了大量的废弃钻井泥浆，这些泥浆含有大量的无机盐、高分子量有机化合物及某些重金属离子，外排至环境后会对油田的土壤、地表水、地下水等造成污染，直接或间接地影响人类和动植物的健康[1-10]。这些泥浆若得不到有效处理，将会对周围环境产生极其不利的影响。因此，必须要对废弃钻井泥浆给以足够的重视和有效的无害化处理，这对于保护环境、发展循环经济、建设生态文明社会具有重要的意义。

国外对废弃钻井泥浆处理的研究起步较早[11]，国内自二十世纪八十年代才开始研究，但是发展很快，在废钻井泥浆对环境的影响评价和处理技术方面取得了很多研究成果[12-16]。目前处理废弃钻井泥浆的主要方法有简单处理排放、注入安全底层或井的环形空间、回填处理、固化处理、MTC转化技术、固液分离、坑内密封、土地耕作、微生物处理、再回收利用等。其中，固化处理法能将泥浆中的有害成分封闭包裹，限制了有害物质向环境中扩散，降低了对生态环境的影响和危害。而且，该方法还具有施工简单、速度快、效果好、处理成本低等优点，是目前研究的一个热点。

胜利油田作为我国的第二大石油生产基地，每年都会产生的大量的废弃钻井泥浆。如何无害化处理这些废弃泥浆，保障油田的正常生产是石油生产企业面临的一大难题。固化处理法作为目前国内各大油田普遍采用的处理方法，其固化剂配方的选择是固化效果好坏的关键。本文通过研究固化剂配比组分，对胜利油田某生产基地的废弃钻井泥浆进行了固化处理，得到了适合本地区的复合固化剂。

1 实验

1.1 实验材料及仪器设备

废弃钻井泥浆(取自胜利油田某井场)；普通硅酸盐水泥(购于建材市场)；粉煤灰(取自某发电厂)；添加剂A(市售分析纯)； 添加剂B(市售分析纯)；COD测定配套试剂。

恒温培养振荡器HNY-2102C(天津欧诺)；水泥六联快速试模40 mm×40 mm×40 mm(无锡建材设备厂)； pH计(梅特勒-托利多)；无侧限抗压强度仪SYE-300(浙江中科)；多参数水质测定仪5B-6C(V8)(连华科技)；分析天平(梅特勒-托利多)。

1.2 实验方法

1.2.1 固化实验

准确称取40.0 g废弃钻井泥浆于玻璃研钵中，经预处理后，先后加入一定量的添加剂A、添加剂B、粉煤灰和硅酸盐水泥，充分研磨至均匀。然后，将其装入40 mm×40 mm×40 mm的水泥六联快速试模中。装样时分三次，每次装三分之一，装完一次后振动2 min再装，确保泥浆装满整个试模，不留空隙。试模装好48 h后脱模，然后放置室温养护4周后进行无侧限抗压强度实验。

1.2.2 固化块无侧限抗压强度测试

参照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO 法)》[17]中的测试步骤，测试固化块的无侧限抗压强度。将固化块置于无侧限抗压强度仪上下压板之间，固化块中心距离压力机压板受压中心应小于0.5 mm内。在整个测试过程中，压力以1 kN/s 以内的速度均匀地增加，直至固化块结构遭到明显破坏。抗压强度仪的微电脑系统会自动记录下在测试过程中的最大压力值，即为该固化块的最大抗压强度。

1.2.3 固化块浸出液的制取

参照HJ 557—2010《固体废物 浸出毒性浸出方法 水平振荡法》[18]来制取浸出液。准确称取50 g研磨过筛后的固化块，置于1 L的提取瓶中，加入500 mL去离子水，盖紧瓶盖后垂直固定在恒温培养振荡器上，设定震荡频率为110 次/分，温度为25 ℃。震荡8 h后取下提取瓶，静置16 h，取上层清液过滤后测COD值和pH。

2 结果与讨论

2.1 废弃钻井泥浆的性质

实验使用的废弃钻井泥浆取自胜利油田某钻井场地，测定其含水率及浸出液，结果如表1所示。

表1 废弃钻井泥浆基本性质

对照胜利油田泥浆固化体浸出液指标最高浓度标准，所取废弃钻井泥浆的COD值超标497.89%，必须要对此废弃钻井泥浆进行固化。

2.2 固化剂配方的筛选

经前期实验筛选，初步确定以不同质量分数的水泥、粉煤灰、添加剂A、添加剂B为固化原料，以4周后固化体的抗压强度，浸出液的COD值、pH作为主要的检测指标，来表征废弃泥浆的固化效果。正交试验结果见表2。

表2 泥浆固化正交试验结果

由正交试验的结果可以看出，泥浆固化后的抗压强度与水泥的使用量有直接的关系，影响泥浆固化体抗压强度的各个因素的主次关系为：水泥大于粉煤灰大于添加剂A大于添加剂B。由泥浆固化体浸出液COD极差可看出，水泥的用量对COD值也起着决定性作用，影响泥浆固化体浸出液COD值的各因素主次关系为：水泥大于添加剂A 大于粉煤灰大于添加剂B。因为泥浆在固化前浸出液的pH就不超标，固化过程中加入的固化剂导致浸出液pH略有升高，但均在标准范围以内，影响泥浆固化体浸出液pH的各因素主次关系为：添加剂A 大于水泥大于添加剂B大于粉煤灰。

固化后的废弃泥浆主要考虑能够用于复耕且无环境污染，所以对抗压强度的要求不是很高，当水泥用量达到质量分数10%后，废弃泥浆固化体抗压强度完全能够达到要求，综合各影响因素的关系后，确定最佳固化剂配方为：水泥10%、粉煤灰20%、添加剂A 3%、添加剂B 0.5%(均为质量分数)。以此配方对所选废弃钻井泥浆固化、保养4周后，测定固化体的抗压强度及浸出液的COD值和pH。检测结果为：固化体抗压强度0.32 MPa，COD 72.35 mg/L，pH=8.23。固化体的抗压强度满足复耕要求，固体浸出液的各项指标得到改善，均能满足GB 8978—1996[19]的相关排放要求。

3 结语

通过调节所用固化剂的质量分数，可改变固化体的抗压强度，从而使废弃泥浆得到更广泛的应用。此复合固化剂所用的原料来源广泛、成本较低，而且泥浆固化过程操作简单，适用于工地的现场操作，值得在胜利油田区域推广使用。实验室研究过程中，泥浆固化后放置室温养护需4周，时间较长，尤其在室外现场操作时可能会因天气等原因带来不便。所以，开发新型固化添加剂，缩短固化时间，在降低经济成本的同时降低时间成本是今后复合固化剂的研究方向。

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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

国家国际科技合作专项(2014DFE90100)；山东省自然科学基金(ZR2015YL008)；泰山学者工程专项经费资助

郑立稳(1981—)，男，助理研究员，研究方向为环境污染控制与修复。

TE254.4

A

1002-4026(2017)02-0106-04