石油钻井工程污水池在钻井工程中用于收集钻井废液、废渣，是一项重要工程。钻井废液是钻井液、采出液、地下水或原油等与生产污水混合后的产物，包括机械污水、冲洗污水、钻井液污水和作业污水，具有高含盐、含大量水溶有机物及重金属离子含量超标等特性。因此， 一旦污水池发生渗漏，将会对周围环境造成严重污染。
HDPE防渗膜是一种柔性防水材料，具有良好的防渗性、化学稳定性、抗拉强度和耐候性，适用于石油钻井污水池防渗处理，但目前缺少HDPE 防渗膜用于石油钻井污水池抗老化的相关试验研究。
结合规范和石油钻井实际， 对石油钻井污水池HDPE 防渗膜抗老化进行了试验方案设计，采用浸泡老化、热氧老化、紫外线老化三种方式进行试验。
1 试验设计

由于HDPE 防渗膜的工作环境恶劣，夏季温度高、日照时间长，且废水池中的钻井废液成分复杂（呈碱性），因此试验主要从测试HDPE 防渗膜在高热和紫外线照射下的老化性能为基础，通过各种老化试验测得力学数据和原始力学数据并加以比较。

1.1 样品种类选择
根据钻井废水池的工作环境选用HDPE 防渗膜，由于使用时间和使用季节的不同，可选用GH-1 膜（普通高密度聚乙烯土工膜） 或GH-2S 膜（环保用光面高密度聚乙烯土工膜）。本试验选用两个厂家的产品，分别以R 和W 表示。
1.2 样品厚度选择
钻井污水池防渗采用单层HDPE 防渗膜，现行国家标准《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范（CJJ 113） 》[1]要求单层防渗层采用HDPE 防渗膜的厚度不应小于1.5 mm，但考虑到废水池的临时性，使用时间一般为3～18 个月，故可使用厚度为1.5 mm 以下的HDPE 防渗膜。因此，本次试验选择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 共两种类型、两个厂家、三种厚度的产品作为试验样品。
1.3 原始数据测试
原始数据测试包括厚度、拉伸屈服强度、屈服伸长率、拉伸断裂强度、断裂伸长率和直角撕裂强度。试验方法执行现行国家标准《土工合成材料聚乙烯土工膜（GB/T17643） 》[2]和《塑料拉伸性能的测定（GB/T1040.2）》[3]。
1.4 试验方式
考虑污水池中HDPE 防渗膜可能遭受的恶劣工作环境，即高温、日照和介质的腐蚀，老化试验分三种方式进行： 浸泡老化、热氧老化、紫外线老化。浸泡老化试验旨在研究污水池中的废液对HDPE 防渗膜机械性能的影响，由于钻井废液呈碱性，故同时使用氢氧化钠溶液和钻井废液在高温环境下对试样进行浸泡。热氧老化试验在高温通风的试验箱中进行，模拟高温下氧气导致的加速老化对HDPE 防渗膜机械性能的影响。紫外线老化试验研究紫外线连续照射以及潮湿高热的环境对HDPE 防渗膜机械性能的影响。综合来看，试验考虑的因素比现场情况更恶劣。
2 试验过程
2.1 浸泡老化试验
钻井废液成分复杂，不仅含盐量高、含有各种重金属离子，并且呈碱性，pH 值为9~12，故试验考虑三种浸泡液：①氢氧化钠溶液pH=14，溶液质量分数为4%）；②钻井废液（pH=9）；③氢氧化钠溶液（pH=14， 溶液质量分数为33%）。其中1、3 两种情况是为了单独考察碱性溶液及其浓度对HDPE 防渗膜性能的影响。为了保证溶液质量分数不变， 所有产品按拉伸试验中要求的试样制备好后，置于密闭的保鲜盒中进行浸泡，浸泡温度设定为85 ℃，在烘箱中进行。浸泡时间为60 天， 然后测定拉伸性能的变化，并通过和原始力学性能数据比较来研究介质和高温对HDPE 防渗膜的影响。
2.1.1 外观变化
试样于60 天后取出， 外观均无明显变化， 质地略微变软。在33%的NaOH 溶液中，试样表面有白色结晶现象。浸泡后厚度均有变薄的趋势，图1为33%的NaOH 溶液中试样厚度的变化。

2.1.2 浸泡后的拉伸性能
试样60 天后的拉伸性能见表1～表3。

2.2 热氧老化试验
将HDPE 防渗膜置于热氧老化箱中，试验温度为85 ℃ ， 箱内有风扇吹入空气。只进行环保用HDPE 防渗膜的老化，厚度分别为1.0 、1.5及2.0 mm。试样在老化箱中的时间为60 天， 然后测定拉伸性能变化。

2.2.1 外观变化
试样于60 天后取出， 外观颜色无明显变化，但试样有变软、局部融化、厚度变薄等现象。
2.2.2 拉伸性能
试样60 天后的拉伸性能见表4。

2.3 紫外线老化试验
在紫外线加速老化试验箱中进行，紫外线波长315 nm，光源为氙灯，温度为60 ℃，湿度箱内有喷淋， 湿度为90% ~98% 。辐射每24 h 循环1 次，连续照射20 h，冷凝4 h。60 次循环后测定抗拉强度和应变变化。本次试验使用1.0 mm 厚的普通型HDPE 防渗膜。
2.3.1 外观变化
试样于60 天后取出， 外观颜色无明显变化，无变软现象。
2.3.2 拉伸性能
试样60 天后的拉伸性能见表5。

3 试验结果分析
各种工况下老化60 天后，HDPE 防渗膜拉伸性能发生变化，R 试样试验结果见图2～图6，W 试样试验结果见图7～图11。

从图2～ 图11 可知， 经60 天后大部分试样的力学性能呈现降低趋势。但在4% 的NaOH 溶液、钻井废液中以及33%的NaOH 溶液中的试样降低值不明显，各种指标保留率依然达到90%，前两种溶液的pH 值分别为14、9，33%的NaOH 溶液则更是强碱性，说明HDPE 防渗膜的耐碱性相当好。有同类试验表明[4]， 经过360 天的强碱溶液浸泡， 试样断裂伸长率保留率依然能达到87%以上；但在酸性溶液浸泡180 天后， 试样断裂强度保留率为50%，断裂伸长率保留率仅为10%，说明HDPE 防渗膜的耐酸性较差。经60 天后，在85 ℃热氧老化试验中，试样的断裂强度和伸长率下降值比60 ℃ 紫外线老化后高，但也达到90%。说明HDPE 防渗膜的老化对温度更为敏感，但其抗老化性尚佳。虽然浸泡试验的温度同样也为85 ℃，但由于没有氧气吹入，所以无明显老化。
4 结语
通过试验可知，HDPE 防渗膜能够满足石油钻井污水池耐久性需求。浸泡老化、热氧老化和紫外线老化中， 试样均是两面暴露， 而实际使用中，HDPE 防渗膜只有一面暴露在废液或空气中，且环境温度比试验低，因此HDPE 防渗膜的耐久性应比试验数据更好。
[1] 中华人民共和国建设部．生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范： CJJ 113[S]． 北京： 中国建筑工业出版社，2007：6-7．
[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．土工合成材料聚乙烯土工膜：GB/T 17643[S]．北京：中国质检出版社，2011：10-11．
[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会．塑料拉伸性能的测定：GB/T1040.2[S]．北京：中国标准出版社，2006：2-5．
[4] 袁光钰，何大江．高密度聚乙烯防渗材料的抗老化性能研究[J]．环境科学，1998 （3）：70-74．
作者简介钟仕林：工程师，研究生，2009 年毕业于西南石油大学结构工程专业， 从事油气田地面建设和项目管理研究