石油鉆井工程污水池在鉆井工程中用于收集鉆井廢液、廢渣，是一項(xiàng)重要工程。鉆井廢液是鉆井液、采出液、地下水或原油等與生產(chǎn)污水混合后的產(chǎn)物，包括機(jī)械污水、沖洗污水、鉆井液污水和作業(yè)污水，具有高含鹽、含大量水溶有機(jī)物及重金屬離子含量超標(biāo)等特性。因此， 一旦污水池發(fā)生滲漏，將會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重污染。
HDPE防滲膜是一種柔性防水材料，具有良好的防滲性、化學(xué)穩(wěn)定性、抗拉強(qiáng)度和耐候性，適用于石油鉆井污水池防滲處理，但目前缺少HDPE 防滲膜用于石油鉆井污水池抗老化的相關(guān)試驗(yàn)研究。
結(jié)合規(guī)范和石油鉆井實(shí)際， 對(duì)石油鉆井污水池HDPE 防滲膜抗老化進(jìn)行了試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，采用浸泡老化、熱氧老化、紫外線老化三種方式進(jìn)行試驗(yàn)。
1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
由于HDPE 防滲膜的工作環(huán)境惡劣，夏季溫度高、日照時(shí)間長，且廢水池中的鉆井廢液成分復(fù)雜（呈堿性），因此試驗(yàn)主要從測(cè)試HDPE 防滲膜在高熱和紫外線照射下的老化性能為基礎(chǔ)，通過各種老化試驗(yàn)測(cè)得力學(xué)數(shù)據(jù)和原始力學(xué)數(shù)據(jù)并加以比較。
1.1 樣品種類選擇
根據(jù)鉆井廢水池的工作環(huán)境選用HDPE 防滲膜，由于使用時(shí)間和使用季節(jié)的不同，可選用GH-1 膜（普通高密度聚乙烯土工膜） 或GH-2S 膜（環(huán)保用光面高密度聚乙烯土工膜）。本試驗(yàn)選用兩個(gè)廠家的產(chǎn)品，分別以R 和W 表示。
1.2 樣品厚度選擇
鉆井污水池防滲采用單層HDPE 防滲膜，現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)防滲系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范（CJJ 113） 》[1]要求單層防滲層采用HDPE 防滲膜的厚度不應(yīng)小于1.5 mm，但考慮到廢水池的臨時(shí)性，使用時(shí)間一般為3～18 個(gè)月，故可使用厚度為1.5 mm 以下的HDPE 防滲膜。因此，本次試驗(yàn)選擇GH- 1 1.0 mm， GH- 1 1.5 mm， GH- 1 2.0 mm，GH-2S 1.0 mm，GH-2S 1.5 mm，GH-2S 2.0 mm 共兩種類型、兩個(gè)廠家、三種厚度的產(chǎn)品作為試驗(yàn)樣品。
1.3 原始數(shù)據(jù)測(cè)試
原始數(shù)據(jù)測(cè)試包括厚度、拉伸屈服強(qiáng)度、屈服伸長率、拉伸斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率和直角撕裂強(qiáng)度。試驗(yàn)方法執(zhí)行現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《土工合成材料聚乙烯土工膜（GB/T17643） 》[2]和《塑料拉伸性能的測(cè)定（GB/T1040.2）》[3]。
1.4 試驗(yàn)方式
考慮污水池中HDPE 防滲膜可能遭受的惡劣工作環(huán)境，即高溫、日照和介質(zhì)的腐蝕，老化試驗(yàn)分三種方式進(jìn)行： 浸泡老化、熱氧老化、紫外線老化。浸泡老化試驗(yàn)旨在研究污水池中的廢液對(duì)HDPE 防滲膜機(jī)械性能的影響，由于鉆井廢液呈堿性，故同時(shí)使用氫氧化鈉溶液和鉆井廢液在高溫環(huán)境下對(duì)試樣進(jìn)行浸泡。熱氧老化試驗(yàn)在高溫通風(fēng)的試驗(yàn)箱中進(jìn)行，模擬高溫下氧氣導(dǎo)致的加速老化對(duì)HDPE 防滲膜機(jī)械性能的影響。紫外線老化試驗(yàn)研究紫外線連續(xù)照射以及潮濕高熱的環(huán)境對(duì)HDPE 防滲膜機(jī)械性能的影響。綜合來看，試驗(yàn)考慮的因素比現(xiàn)場(chǎng)情況更惡劣。
2 試驗(yàn)過程
2.1 浸泡老化試驗(yàn)
鉆井廢液成分復(fù)雜，不僅含鹽量高、含有各種重金屬離子，并且呈堿性，pH 值為9~12，故試驗(yàn)考慮三種浸泡液：①氫氧化鈉溶液pH=14，溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%）；②鉆井廢液（pH=9）；③氫氧化鈉溶液（pH=14， 溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33%）。其中1、3 兩種情況是為了單獨(dú)考察堿性溶液及其濃度對(duì)HDPE 防滲膜性能的影響。為了保證溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變， 所有產(chǎn)品按拉伸試驗(yàn)中要求的試樣制備好后，置于密閉的保鮮盒中進(jìn)行浸泡，浸泡溫度設(shè)定為85 ℃，在烘箱中進(jìn)行。浸泡時(shí)間為60 天， 然后測(cè)定拉伸性能的變化，并通過和原始力學(xué)性能數(shù)據(jù)比較來研究介質(zhì)和高溫對(duì)HDPE 防滲膜的影響。
2.1.1 外觀變化
試樣于60 天后取出， 外觀均無明顯變化， 質(zhì)地略微變軟。在33%的NaOH 溶液中，試樣表面有白色結(jié)晶現(xiàn)象。浸泡后厚度均有變薄的趨勢(shì)，圖1為33%的NaOH 溶液中試樣厚度的變化。
2.1.2 浸泡后的拉伸性能
試樣60 天后的拉伸性能見表1～表3。
2.2 熱氧老化試驗(yàn)
將HDPE 防滲膜置于熱氧老化箱中，試驗(yàn)溫度為85 ℃ ， 箱內(nèi)有風(fēng)扇吹入空氣。只進(jìn)行環(huán)保用HDPE 防滲膜的老化，厚度分別為1.0 、1.5及2.0 mm。試樣在老化箱中的時(shí)間為60 天， 然后測(cè)定拉伸性能變化。
2.2.1 外觀變化
試樣于60 天后取出， 外觀顏色無明顯變化，但試樣有變軟、局部融化、厚度變薄等現(xiàn)象。
2.2.2 拉伸性能
試樣60 天后的拉伸性能見表4。
2.3 紫外線老化試驗(yàn)
在紫外線加速老化試驗(yàn)箱中進(jìn)行，紫外線波長315 nm，光源為氙燈，溫度為60 ℃，濕度箱內(nèi)有噴淋， 濕度為90% ~98% 。輻射每24 h 循環(huán)1 次，連續(xù)照射20 h，冷凝4 h。60 次循環(huán)后測(cè)定抗拉強(qiáng)度和應(yīng)變變化。本次試驗(yàn)使用1.0 mm 厚的普通型HDPE 防滲膜。
2.3.1 外觀變化
試樣于60 天后取出， 外觀顏色無明顯變化，無變軟現(xiàn)象。
2.3.2 拉伸性能
試樣60 天后的拉伸性能見表5。
3 試驗(yàn)結(jié)果分析
各種工況下老化60 天后，HDPE 防滲膜拉伸性能發(fā)生變化，R 試樣試驗(yàn)結(jié)果見圖2～圖6，W 試樣試驗(yàn)結(jié)果見圖7～圖11。
從圖2～ 圖11 可知， 經(jīng)60 天后大部分試樣的力學(xué)性能呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。但在4% 的NaOH 溶液、鉆井廢液中以及33%的NaOH 溶液中的試樣降低值不明顯，各種指標(biāo)保留率依然達(dá)到90%，前兩種溶液的pH 值分別為14、9，33%的NaOH 溶液則更是強(qiáng)堿性，說明HDPE 防滲膜的耐堿性相當(dāng)好。有同類試驗(yàn)表明[4]， 經(jīng)過360 天的強(qiáng)堿溶液浸泡， 試樣斷裂伸長率保留率依然能達(dá)到87%以上；但在酸性溶液浸泡180 天后， 試樣斷裂強(qiáng)度保留率為50%，斷裂伸長率保留率僅為10%，說明HDPE 防滲膜的耐酸性較差。經(jīng)60 天后，在85 ℃熱氧老化試驗(yàn)中，試樣的斷裂強(qiáng)度和伸長率下降值比60 ℃ 紫外線老化后高，但也達(dá)到90%。說明HDPE 防滲膜的老化對(duì)溫度更為敏感，但其抗老化性尚佳。雖然浸泡試驗(yàn)的溫度同樣也為85 ℃，但由于沒有氧氣吹入，所以無明顯老化。
4 結(jié)語
通過試驗(yàn)可知，HDPE 防滲膜能夠滿足石油鉆井污水池耐久性需求。浸泡老化、熱氧老化和紫外線老化中， 試樣均是兩面暴露， 而實(shí)際使用中，HDPE 防滲膜只有一面暴露在廢液或空氣中，且環(huán)境溫度比試驗(yàn)低，因此HDPE 防滲膜的耐久性應(yīng)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)更好。
[1] 中華人民共和國建設(shè)部．生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)防滲系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范： CJJ 113[S]． 北京： 中國建筑工業(yè)出版社，2007：6-7．
[2] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．土工合成材料聚乙烯土工膜：GB/T 17643[S]．北京：中國質(zhì)檢出版社，2011：10-11．
[3] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)．塑料拉伸性能的測(cè)定：GB/T1040.2[S]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006：2-5．
[4] 袁光鈺，何大江．高密度聚乙烯防滲材料的抗老化性能研究[J]．環(huán)境科學(xué)，1998 （3）：70-74．
作者簡介鐘仕林：工程師，研究生，2009 年畢業(yè)于西南石油大學(xué)結(jié)構(gòu)工程專業(yè)， 從事油氣田地面建設(shè)和項(xiàng)目管理研究
