固化法在煤层气泥浆无害化处理中的应用

王林杰

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安710077）

0 引言

煤层气勘探使用泥浆作为循环介质，完井后往往会产生大量的废泥浆。近年来，环境保护被提高到国家战略的高度，废泥浆不能有效进行无害化处理或者随意排放，极有可能对环境造成很大的伤害。因此，泥浆无害化处理技术研究对于保护环境、保障煤层气开发长期稳定的发展具有重要的长远和现实意义[1-3]。

煤层气丛式井一般用于场地受限的煤层气开发工程中，通常1个井台布置4~8口井。完井后需要对井场进行治理并恢复原貌，需要处理的有害物包括废水、废泥浆及钻屑。固化法是较普遍使用的一种无害化处理技术[4-8]，通过向待处理有害物质中添加不同比例的固化剂和添加剂，形成符合排放标准和具有一定强度的固化体，进而排放和掩埋。本文以贵州六盘水区块丛式井钻后泥浆无害化处理为例，介绍固化法处理的工艺和流程。

1 丛式井概况

该丛式井为1组5口煤层气勘探井，采用二级井身结构：一开Φ311.2 mm钻头+Φ244.5 mm套管，进入基岩后完钻，注水泥封固，用以封堵表层疏松土层和灰岩易漏地层；二开Φ215.9 mm钻头+Φ139.7 mm套管，钻穿C406煤层后留60 m口袋完钻，固井水泥返至最上部煤层以上200 m，套管射孔完井。该井组累计进尺5 045 m，产生废水、废泥浆及钻屑共计1 030 m3，现场采集样品分析得出主要污染指标，见表1。从表1中数据分析看出，废泥浆样品COD、色度均超标，不能外排和直接填埋。

表1 原始废泥浆主要污染指标分析

2 室内试验

通过室内试验研究筛选和优化，得出废泥浆及钻屑无害化后固体浸出液性能指标，见表2。从表2可以看出，方案3、4、5、6处理后的废泥浆所有指标均能够达到GB8978-1996一级排放标准。综合考虑效果及经济效益，建议采用方案3作为该丛式井的处理方案，即（脱稳剂+激活剂）1.0%+（促进剂+胶结剂）10%。废水处理配方为：混凝剂0.5%+氧化剂0.3%+调节剂0.2%。

表2 废泥浆及钻屑无害化后固体浸出液的主要指标分析

3 处理工艺流程

现场需要处理的废弃物包括废泥浆、钻屑以及废水，处理工艺不尽相同，如图1、图2所示。

图1 废泥浆及钻屑无害化工艺流程图

图2 废水处理工艺流程图

4 施工工艺

4.1 现场处理设备

现场投入挖掘机1台，用于挖泥浆坑及翻滚混合液；水泵2台，用于抽取处理后符合排放标准的水；处理罐2个，用于储存及循环。

4.2 废泥浆及钻屑处理工艺流程

1）挖掘机进入现场后，先将泥浆池一分为二，做好防渗，便于后面工序进行。废泥浆及钻屑处理流程采取少量处理推进模式，即将废浆池中废弃物逐批转移到较小的池中，每批处理方量不宜大于30 m3。

2）混合是否均匀，对无害化处理效果影响很大，因此在加料时要慢，尤其是处理剂A（破胶剂+激活增效剂）要并分散投加，禁止挖掘机将大量的固结处理药剂直接倒入废泥浆池中（每次合适加量大致为0.5～0.8 t），搅拌时要注意均匀程度，每加入一次处理剂的搅拌时间要在20 min以上。至少要搅拌3次，第1次搅拌时挖掘机必须要挖到底（不破坏下层防渗层），这样才能保证所有泥浆都能混合到药剂。待到所有泥浆都搅拌1次后又返回进行第2次搅拌，此次搅拌的关键是要使泥浆搅拌均匀，以使固结后的泥浆达到钻井废泥浆及废弃钻屑的无害化要求。

3）处理产生的液体需进行废水处理，达标后排放或资源再利用。

4）待处理完后对废泥浆池进行覆盖压实，使其满足后期压裂施工地面压力，10~15 d后可进行取样进行分析污染指标。

4.3 废水处理工艺流程

1）现场配置了2个处理罐，1个反应罐和1个清水储存罐。处理时，先用污水泵把废泥浆池中上层废水抽到反应罐中，并使用泵进行罐内循环（起到搅拌作用）。

2）按照实验室确定的配方，加入药剂C（混凝剂+氧化剂+调节剂），进行混凝处理，反应一段时间后将pH值调至7~8，充分搅拌后沉降。

3）自然沉降一段时间后，上层清水抽至储存罐中进行资源化利用，可作为压裂液的配液用水。

4）罐底絮凝体排放至废泥浆池中，进行钻屑无害化处理工艺。

4.4 废泥浆池原貌恢复方案

为最大限度减少对耕种的影响，废泥浆池处理后表面覆土厚度不应低于0.8 m。同时，为了保证压裂用罐体设备的安全摆放，在恢复泥浆池过程中需要填一层碎岩石后再覆盖表层土以增加其强度。

5 处理效果评价

将取自现场无害化处理后的固结物进行浸出液和浸出重金属测试分析，各项指标均达到《污水综合排放标准》一级排放要求，具体检查结果见表3、表4。

表3 浸出液检测结果

表4 浸出重金属检测结果

6 结论和建议

1）固化法无害化处理工艺具有操作简单、处理效果好、投资小等优点，废弃泥浆通过处理后，各项指标均达到《污水综合排放标准》一级排放要求。

2）通过现场施工验证了室内配方研究的可行性和可靠性，可在煤层气丛式井钻后处理中推广使用。

3）完井后尽可能准确计算产生的废泥浆、钻屑总量，有利于药剂准备及严格按配方施工。