摘要
钻探工程所产生的废弃钻井液会给生态环境造成一系列影响,在新一轮找矿突破战略行动中要求全面实施绿色勘查,对废弃钻井液的处理技术提出了更为严格的要求。本文通过现场调研与室内实验结合,对山东招远滕家金矿现场的废弃钻井液进行污染特性分析,开展室内实验,对废弃钻井液进行无害化处理技术研究,优选破胶剂GPJ-1、絮凝剂GXN-1、脱色剂GAC,通过破胶、絮凝、吸附脱色处理,再经过离心机或压滤机进行固液分离,对固相进行固化处理。实验结果表明,废弃钻井液经过处理后的污染指标大幅度下降,达到污水综合排放二级标准,采用配方“2%破胶剂GPJ-1+0.5%絮凝剂GXN-1+1%脱色剂GAC”,在广东韶关诸广项目钻探现场对废弃无固相钻井液进行了无害化处理,证实无害化处理技术的可行性。
随着绿色勘查的深入开展以及环保意识的增强,钻探产生的废弃钻井液的处理得到越来越多的重视和研
采取山东招远滕家金矿钻探现场废弃无固相钻井液样品,针对该废弃钻井液开展破胶脱稳、絮凝沉降、液相吸附脱色和固相固化处理的技术研
测试项目 | 污染指标 | GB 8978-1996Ⅱ类 |
---|---|---|
外观形态 | 黑褐色不透明液体 | 无色透明液体 |
pH值 | 7 | 6~9 |
色度(倍) | 640 | ≤80 |
悬浮物/(mg· | 1585 | ≤150 |
COD/(mg· | 2721 | ≤150 |
BOD5/(mg· | 154 | ≤30 |
总汞/(mg· | 0.021 | ≤0.05 |
总镉/(mg· | 0.04 | ≤0.1 |
总铬/(mg· | 0.11 | ≤1.5 |
总砷/(mg· | 0.09 | ≤0.5 |
总铅/(mg· | 0.91 | ≤1.0 |
从
针对滕家金矿水基钻井液废弃物,从以下方面开展了水基钻井液环保无害化技术的室内研究。
钻井液胶体稳定性强,需对其采取破胶处理破坏其胶体稳定性。废弃钻井液中含有粒径不等的颗粒且无规律分散,利用无机破胶剂电中和作用改变泥浆中污染物颗粒表面的电位,破坏胶体颗粒之间的作用能,降低排斥势能,让高度聚集的颗粒产生聚结以破坏废弃钻井液的稳定体系使其脱稳。对废弃钻井液无害化处理,加入合适的破胶处理剂,破胶脱稳,释放出聚合物网状结构中胶体颗粒及自由水。室内选取了4种破胶剂,以处理后污染指标值评价不同破胶剂的处理效果,具体实验方法是:量取400 mL废弃钻井液,分别加入不同类型的破胶剂,加量均为2%,在室温下以100 r/min的速率搅拌10 min后,静置30 min,观察废弃钻井液的变化情况,并测试清液的污染指标,见
破胶剂 | 外观形态 | pH值 | 色度(倍) | 悬浮物/(mg· | COD/(mg· | BOD5/(mg· |
---|---|---|---|---|---|---|
处理前 | 黑色废浆 | 7 | 640 | 1585 | 2721 | 154 |
加入GPJ-1 | 淡黄色液体 | 6 | 128 | 121 | 339 | 48.5 |
加入GPJ-2 | 黑色液体 | 6 | 300 | 824 | 1975 | 142 |
加入GPJ-3 | 红色液体 | 6 | 240 | 658 | 1625 | 151 |
加入GPJ-4 | 橘黄色液体 | 6 | 200 | 555 | 1427 | 133 |
从

图1 不同破胶剂出水率
Fig.1 Water losing rate using different gel breakers
废弃钻井液中不仅有较细的岩粉等固相颗粒,还有大量的微米—亚微米活性固相颗粒,其具有较强的稳定胶体作用,即使经过破胶处理后依然无法实现自然沉淀,需加入絮凝剂,吸附体系中的大量微细颗粒,形成较大絮状物,再进行固液分离。通过在2%GPJ-1处理后的废弃钻井液中加入不同絮凝剂,加量均为0.5%,观察絮凝状况以及分层后的液相状态,同时对分离后的絮体进行含水率检测,絮体含水率越低絮凝效果越好,结果见
絮凝剂 | 絮体情况 | 絮体含水率/% | 浆液情况 |
---|---|---|---|
GXN-1 | 絮体较大,且较密集 | 51.77 | 淡黄色清水,带少量絮体残渣 |
GXN-2 | 絮体较松散 | 71.95 | 黄色清水,带部分絮体残渣 |
PEO | 絮体较大,且较密集 | 63.11 | 黄色清水,带少量絮体残渣 |
通过絮凝实验效果对比,各絮凝剂均有较好的絮凝效果,以阴离子聚丙烯酰胺GXN-1脱稳絮凝效果最佳,絮体大。因此,优选阴离子聚丙烯酰胺GXN-1为絮凝剂。采用0.5%GXN-1絮凝剂处理后的浆液污染指标见
外观形态 | pH值 | 色度(倍) | 悬浮物/(mg· | COD/(mg· | BOD5/(mg· |
---|---|---|---|---|---|
黄色清液 | 6 | 128 | 97 | 240 | 18.7 |
经过GXN-1絮凝处理后,废弃钻井液污染指标降低率高,pH值、悬浮物及BOD5已经达到污水综合排放二级标准,色度和COD指标需进一步处理。
废弃无固相钻井液经过破胶絮凝处理后,污染指标大幅度下降,加入吸附脱色剂进一步降低各项污染指标,以达标排放。经过实验,加入1%吸附脱色剂GAC进一步去除液相中的有色物质,经过脱色处理后的浆液再经过固液分离,对分离出的液相进行污染指标测试,结果见
外观形态 | pH值 | 色度(倍) | 悬浮物/(mg· | COD/(mg· | BOD5/(mg· |
---|---|---|---|---|---|
无色透明 | 6 | 32 | 60 | 139 | 17.3 |
废弃无固相钻井液经过破胶、絮凝、脱色处理后,各处理阶段的状态效果见

图2 各阶段处理后钻井液效果
Fig.2 Effect of drilling fluid after treatment at each stage
项 目 | 处理前污染指标 | 处理后污 染指标 | GB 8978-1996Ⅱ类 |
---|---|---|---|
外观形态 | 黑色废浆 | 无色透明液体 | 无色透明液体 |
pH值 | 7 | 6 | 6~9 |
色度(倍) | 640 | 32 | ≤80 |
悬浮物/(mg· | 1585 | 60 | ≤150 |
COD/(mg· | 2721 | 139 | ≤150 |
BOD5/(mg· | 154 | 17.3 | ≤30 |
总汞/(mg· | 0.021 |
0.1×1 | ≤0.05 |
总镉/(mg· | 0.04 |
0.8×1 | ≤0.1 |
总铬/(mg· | 0.11 |
1.59×1 | ≤1.5 |
总砷/(mg· | 0.09 |
3.9×1 | ≤0.5 |
总铅/(mg· | 0.91 |
93.6×1 | ≤1.0 |
由
采用固液分离设备进行固液分离处理后,废弃钻井液形成固相和液相两部分,受分离方式或分离效率等因素影响,形成的固相仍具有较大的含水率,并可能含有可溶性有机物、重金属离子等有害物质,需加入固化剂对其进行固化处理。通常固化效果的评价主要有两方面,一是其浸出液的污染指标是否满足污水综合排放标准,二是固化体抗压强度的指标,这两方面具有一定相关性,一般抗压强度越高,固化体“锁住”有毒有害物质的效果越好,固化体的浸出液中污染物浓度越
在废弃钻井液已进行破胶、絮凝、脱色和固液分离后,取出废弃固相,进行固化实验。实验中固化剂选用PO 42.5普通硅酸盐水泥,促凝剂GSN。实验方法为:取分离后固相200 g,再向其中加入水泥和促凝剂(按固相质量的百分比),搅拌均匀后注入专用模具,在室温条件下自然养护72 h后,测试其抗压强度。实验结果见
编号 | 水泥/% | 促凝剂/% | 抗压强度/MPa |
---|---|---|---|
1 | 20 | 1 | 0.5 |
2 | 20 | 2 | 0.6 |
3 | 25 | 1 | 0.8 |
4 | 25 | 2 | 1.1 |
5 | 30 | 1 | 1.2 |
6 | 30 | 2 | 1.4 |

图3 固化后样品形态
Fig.3 Morphology of the solidified samples
由
在抗压强度的基础上开展了固化体浸出液污染指标检测,采用配方“30%水泥+2%GSN”对废弃钻井液进行固化后,测试固化体浸出液的各项污染指标。由于样品重金属含量较低,主要测试的污染指标为pH值、色度、悬浮物、COD及BOD5。浸出液实验《固体废物 浸出毒性浸出方法 水平振荡法》(HJ 557—2010):称取100 g固体试样,置于2 L提取瓶中,按液固比10∶1(L/kg)加入浸泡液1 L,盖紧瓶盖后在室温情况,水平振荡装置下振荡8 h,静置16 h后,取上清液,测试其污染指标,结果见
指标 | 外观形态 | pH值 | 色度(倍) | 悬浮物/(mg· | COD/(mg· | BOD5/(mg· |
---|---|---|---|---|---|---|
浸出液 | 无色透明 | 7 | 8 | 29 | 20 | 4 |
排放标准 | 无色透明 | 6~9 | ≤80 | ≤150 | ≤150 | ≤30 |
结果表明,经过固化处理后,固化体的浸出液各项污染指标均满足污水综合排放二级标准,表明固化体有效地将有毒有害物质“锁住”,避免了对环境的长期污染,且固化物强度较高,可直接拉运处理。
在广东韶关诸广项目钻探现场进行废弃无固相钻井液无害化处理试验,该现场所用钻井液材料主要为水解聚丙烯酰胺、植物胶、腐植酸钾、防塌剂、皂化粉等,钻井液整体颜色为黑色,黏度20~30 s,钻孔完工后剩余4~5

图4 废浆处理前后对比
Fig.4 Comparison before and after treatment
指标 | 外观形态 | pH值 | 色度(倍) | 悬浮物/(mg· | COD/(mg· | BOD5/(mg· |
---|---|---|---|---|---|---|
浸出液 | 无色透明 | 6 | 16 | 28 | 126 | 25 |
排放标准 | 无色透明 | 6~9 | ≤80 | ≤150 | ≤150 | ≤30 |
通过废弃钻井液无害化处理后,测试结果表明废弃钻井液的污染指标都大幅度的降低,处理后的废浆符合污水综合排放二级标准,分离出的“污水”可作为钻井液配浆水重复利用。
(1)针对废弃钻井液固相粒径小、胶体稳定性强等特点,优选具有协同增效的破胶、絮凝、脱色及固化处理剂,研发了一套适合地质钻探的废弃钻井液无害化处理技术与工艺——“化学破胶絮凝+物理分离”。
(2)针对山东招远滕家金矿废弃无固相钻井液开展无害化处理室内试验,确定化学破胶絮凝配方为:2%破胶剂GPJ-1+0.5%絮凝剂GXN+1%脱色剂GAC,可实现废弃钻井液的快速脱稳,有利于固液分离。经过无害化技术处理,废弃钻井液分离出液相的pH值、色度、悬浮物、COD、BOD5以及重金属含量等污染指标均大幅降低,达到污水排放二级标准。
(3)固相废弃物经过固化技术处理,确定固化配方为:污泥+30% PO 42.5普通硅酸盐水泥+2%促凝剂GSN,固化后形成的固化体抗压强度可达1.4 MPa,固化物强度较高,且固化物浸出液污染指标达到污水综合排放二级标准。
(4)采用该废弃钻井液无害化处理技术在广东韶关诸广项目钻探现场应用中取得了良好的效果,现场废弃钻井液经处理后达到排放标准。实现实时、高效地处理废弃钻井液的目的,解决了地质钻探废弃钻井液污染环境的问题。
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