废弃钻井泥浆絮凝 + 固化一体化处理技术：达标排放、以废治废、资源化利用

在油气与煤层气开采过程中，会产生大量高含水率、高 COD、高色度的废弃钻井泥浆，若直接排放会造成土壤盐碱化、水体污染、重金属富集等环境风险。传统处理方式存在成本高、效果不稳定、难以达标等问题。本文基于破胶絮凝—固液分离—矿渣基固化全流程工艺，通过室内试验优选药剂、优化工况，实现废弃钻井泥浆液相一级达标、固相稳定固化，为油田、煤层气田废弃泥浆无害化、资源化处理提供成熟技术方案。

一、废弃钻井泥浆的污染特征与处理痛点

1.泥浆基本特性

试验对象为山西某煤层气平台水基废弃钻井泥浆：

含水率高达96.24%

CODₙᵣ：2824mg/L（超标28倍）

悬浮物：497.5mg/L（超标7倍）

色度：500倍（超标10倍）

pH：8.61，含微量石油类与总铬

2. 传统处理短板

单纯固化用药量大、成本高、强度不足

常规絮凝分离不彻底，液相难以直排

水泥固化易造成pH超标、后期强度下降

难以实现 “液相回用 + 固相资源化”

二、核心处理路线：破胶絮凝→固液分离→pH调节→泥饼固化

整体工艺采用化学强化固液分离+低成本固化，实现分段达标、全程无害：

破胶絮凝：破坏胶体稳定，快速泥水分离

固液分离：滤液达标处理，泥饼脱水减容

pH 调节：中和酸性滤液，满足一级排放

泥饼固化：矿渣基固化剂稳定重金属，提升强度

资源化利用：固化体可填埋、铺路、制砖

三、破胶絮凝药剂优选：最佳组合+最优投加量

通过多组对比试验，从3种破胶剂、3种助凝剂中筛选出最优组合。

1. 破胶剂优选：硫酸铝（Al₂(SO₄)₃）

最优投加量：2000mg/L

处理效果：COD去除率96.27%，悬浮物去除率92.25%，色度去除率92.00%，泥饼含水率降至84.46%

2.助凝剂优选：非离子聚丙烯酰胺（NPAM）

最优投加量：10mg/L

与硫酸铝协同，絮体更大、沉降更快、脱水更好

泥饼含水率进一步降至78.64%

3.最佳工艺条件（正交试验优化）

搅拌速度：90r/min

搅拌时间：60s

静置时间：5min

→ 处理效率最高、用时最短、能耗最低

四、液相处理：一级达标，可直接回用

经破胶絮凝+pH调节后：加入0.8mL5%NaOH溶液/100mL滤液

pH调至6.07

最终出水指标：CODₙᵣ：38.45mg/L

悬浮物：30.50mg/L

色度：20倍

石油类、总铬：远低于标准

满足GB8978-1996污水一级排放，可回用于配浆、场地冲洗。

五、泥饼固化：矿渣基固化剂，以废治废更经济

针对分离后泥饼，采用自制矿渣基固化剂（矿渣+水泥+粉煤灰+复合激发剂），实现低成本高效固化。

1.固化效果（25%掺量，养护28d）

抗压强度：0.64MPa（满足填埋、铺路要求）

浸出液COD：53.26mg/L

色度：10倍

悬浮物：37.80mg/L

石油类、总铬：未检出

2.对比水泥：优势明显

同等25%掺量下：

矿渣基固化剂强度更高、增长更快

浸出液pH不超标（水泥pH长期超标）

COD、悬浮物、色度更低

减少水泥用量，成本更低

实现“以废治废”，环保效益突出

六、作用机理：微观层面揭示技术优势

1. 破胶絮凝机理

硫酸铝：电中和脱稳，形成骨架絮体

NPAM：长链桥联、网捕卷扫，形成大而密实絮团→快速沉降、深度脱水

2.固化机理

矿渣在碱性环境下水化生成C-A-H、C-A-S-H凝胶

凝胶相互搭接，包裹颗粒、填充孔隙

结构致密、强度高、污染物锁定稳定

→ 水泥因生成膨胀性AFt晶体，导致内部开裂、强度下降、污染物易浸出。

七、技术优势与工程价值

全流程达标

液相一级排放，固相浸出达标，重金属稳定固化。

成本显著降低

矿渣基固化剂替代大部分水泥，药剂投加量经过优化，性价比高。

处理效率高

絮凝仅需5分钟静置，适合现场撬装化、不落地处理。

资源化利用

滤液可回用；固化泥饼可用于铺路、制砖、填埋复耕。

适用范围广

适用于油气田、煤层气田、页岩气田各类水基废弃钻井泥浆。

结语：废弃钻井泥浆“破胶絮凝+矿渣基固化”一体化处理技术，通过精准优选药剂、优化工况，实现了液相达标直排、固相稳定固化，既解决了污染难题，又实现“以废治废、资源化利用”，是当前钻井废弃物环保处理的经济、高效、可靠方案，可为油田绿色开采提供有力技术支撑。