固化法在煤層氣泥漿無害化處理中的應(yīng)用

王林杰

（中煤科工集團(tuán)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(huán)介質(zhì)，完井后往往會(huì)產(chǎn)生大量的廢泥漿。近年來，環(huán)境保護(hù)被提高到國家戰(zhàn)略的高度，廢泥漿不能有效進(jìn)行無害化處理或者隨意排放，極有可能對環(huán)境造成很大的傷害。因此，泥漿無害化處理技術(shù)研究對于保護(hù)環(huán)境、保障煤層氣開發(fā)長期穩(wěn)定的發(fā)展具有重要的長遠(yuǎn)和現(xiàn)實(shí)意義[1-3]。

煤層氣叢式井一般用于場地受限的煤層氣開發(fā)工程中，通常1個(gè)井臺布置4~8口井。完井后需要對井場進(jìn)行治理并恢復(fù)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(shù)[4-8]，通過向待處理有害物質(zhì)中添加不同比例的固化劑和添加劑，形成符合排放標(biāo)準(zhǔn)和具有一定強(qiáng)度的固化體，進(jìn)而排放和掩埋。本文以貴州六盤水區(qū)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(jié)構(gòu)：一開Φ311.2 mm鉆頭+Φ244.5 mm套管，進(jìn)入基巖后完鉆，注水泥封固，用以封堵表層疏松土層和灰?guī)r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(jì)進(jìn)尺5 045 m，產(chǎn)生廢水、廢泥漿及鉆屑共計(jì)1 030 m3，現(xiàn)場采集樣品分析得出主要污染指標(biāo)，見表1。從表1中數(shù)據(jù)分析看出，廢泥漿樣品COD、色度均超標(biāo)，不能外排和直接填埋。

表1 原始廢泥漿主要污染指標(biāo)分析

2 室內(nèi)試驗(yàn)

通過室內(nèi)試驗(yàn)研究篩選和優(yōu)化，得出廢泥漿及鉆屑無害化后固體浸出液性能指標(biāo)，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(biāo)均能夠達(dá)到GB8978-1996一級排放標(biāo)準(zhǔn)。綜合考慮效果及經(jīng)濟(jì)效益，建議采用方案3作為該叢式井的處理方案，即（脫穩(wěn)劑+激活劑）1.0%+（促進(jìn)劑+膠結(jié)劑）10%。廢水處理配方為：混凝劑0.5%+氧化劑0.3%+調(diào)節(jié)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(biāo)分析

3 處理工藝流程

現(xiàn)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(xiàn)場處理設(shè)備

現(xiàn)場投入挖掘機(jī)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(biāo)準(zhǔn)的水；處理罐2個(gè)，用于儲存及循環(huán)。

4.2 廢泥漿及鉆屑處理工藝流程

1）挖掘機(jī)進(jìn)入現(xiàn)場后，先將泥漿池一分為二，做好防滲，便于后面工序進(jìn)行。廢泥漿及鉆屑處理流程采取少量處理推進(jìn)模式，即將廢漿池中廢棄物逐批轉(zhuǎn)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(shí)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(jī)將大量的固結(jié)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(shí)要注意均勻程度，每加入一次處理劑的攪拌時(shí)間要在20 min以上。至少要攪拌3次，第1次攪拌時(shí)挖掘機(jī)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(jìn)行第2次攪拌，此次攪拌的關(guān)鍵是要使泥漿攪拌均勻，以使固結(jié)后的泥漿達(dá)到鉆井廢泥漿及廢棄鉆屑的無害化要求。

3）處理產(chǎn)生的液體需進(jìn)行廢水處理，達(dá)標(biāo)后排放或資源再利用。

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

4.3 廢水處理工藝流程

1）現(xiàn)場配置了2個(gè)處理罐，1個(gè)反應(yīng)罐和1個(gè)清水儲存罐。處理時(shí)，先用污水泵把廢泥漿池中上層廢水抽到反應(yīng)罐中，并使用泵進(jìn)行罐內(nèi)循環(huán)（起到攪拌作用）。

2）按照實(shí)驗(yàn)室確定的配方，加入藥劑C（混凝劑+氧化劑+調(diào)節(jié)劑），進(jìn)行混凝處理，反應(yīng)一段時(shí)間后將pH值調(diào)至7~8，充分?jǐn)嚢韬蟪两怠?/p>

3）自然沉降一段時(shí)間后，上層清水抽至儲存罐中進(jìn)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(jìn)行鉆屑無害化處理工藝。

4.4 廢泥漿池原貌恢復(fù)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(yīng)低于0.8 m。同時(shí)，為了保證壓裂用罐體設(shè)備的安全擺放，在恢復(fù)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(qiáng)度。

5 處理效果評價(jià)

將取自現(xiàn)場無害化處理后的固結(jié)物進(jìn)行浸出液和浸出重金屬測試分析，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級排放要求，具體檢查結(jié)果見表3、表4。

表3 浸出液檢測結(jié)果

表4 浸出重金屬檢測結(jié)果

6 結(jié)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(yōu)點(diǎn)，廢棄泥漿通過處理后，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級排放要求。

2）通過現(xiàn)場施工驗(yàn)證了室內(nèi)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(zhǔn)確計(jì)算產(chǎn)生的廢泥漿、鉆屑總量，有利于藥劑準(zhǔn)備及嚴(yán)格按配方施工。