CN107459336B - 一种利用水基钻井钻屑制备烧结砖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用水基钻井钻屑制备烧结砖的方法，包括如下步骤：(1)将水基钻井钻屑自动加入下沉式连续反应器中，向反应器中加入改质剂进行反应；(2)将改质后的固废物运输至砖厂，将其与内燃材料、页岩土混合、粉碎、过筛；(3)将混合物转移到制砖混料搅拌系统中，加入水，搅拌，成型，制成砖坯；(4)将砖坯干燥后送入砖窑，烧结10～15h后冷却、出窑，即得到烧结砖成品。本发明采用废泥浆进行改质，使其达到制备烧结页岩砖成份要求，同时对钻屑中的有害物质进行去除，改质后的钻屑制备烧结砖时工艺将简化，不需要陈化，同时还可以采用废水作为混拌用水，不仅实现固废资源化，也实现了废水资源化。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气田钻井钻屑废弃物处理技术领域，尤其涉及一种利用水基钻井钻屑制备烧结砖的方法。
背景技术
页岩气藏是非常规天然气藏，岩石储藏致密，具有储量大，开采难度大等特点，随着世界美国成功页岩气开发先例公诸于世，世界各国均多页岩气产生了极大兴趣，我国页岩气储量丰富，但地质结构极其复杂。因此其钻探、开采方式与美国存在大的差异。在页岩气钻井工程中，由于地层复杂、深井、水平井钻井过程要求钻井液体系具有良好的流动性、润滑性和井壁稳定性等综合性能指标。因而钻井液中加入了满足性能指标的多种有机、无机处理剂，这样产生的废弃泥浆具有成分复杂、有机物含量高、废岩屑污染大、污染物性质变化大等特点，这些严重阻碍废弃泥浆的处理与综合利用。页岩气水基钻屑主要为粘土、加重材料、各种化学处理剂、污水、污油及钻屑等组成的多项稳态胶体悬浮体系，危害环境的主要成分是烃类、盐类、各种聚合物、磺酸盐、某些金属离子(汞、铜、砷、铬、锌及铅)和重晶石中的杂质，这些因素使得钻井固体废弃物成分复杂，各项污染指标严重超标。如果不对这些污染物进行有效的处理，将导致对土壤、地表和地下水污染，对环境造成严重的影响和破坏，直接或间接对动物、植物及人类健康产生危害，并且污水及废泥浆长期闲置，占用土地，使土地不能恢复耕种，占用国家宝贵的土地资源。
目前，钻屑主要有以下综合利用技术：(1)钻屑固化后用于建筑材料，如制砖用于修井场，但使用过程中存在处理费用高及未解决的脆性问题而得不到推广，还有对于民用或其它建筑材料使用中的危害、毒性研究基本上是空白；(2)钻屑固化后用于种植植被(退耕还林)，此技术已是成熟技术。但对于种植的植被没有进行过毒性分析，不能保证对人、牲畜等伤害，因此目前没有提倡。(3)岩屑进行井场事故处理(井漏)或改性为水井调剖材料使用。此技术只是对于油基废泥浆的综合利用较多，而对于水基废泥浆使用较少。
综上所述，对于页岩气钻井固体废物开发出高效改质剂材料，从而使固体废弃物与制砖土能够实现低成本制备烧结砖，实现固体废弃物作为建材掺料资源化利用。这是保证钻井固体废弃物资源化利用最成熟、最有效的技术工艺。页岩气开采产生的固体废弃物处理后低成本作为烧结砖掺料技术不仅能够解决钻井废泥浆的污染、堆放问题，而且实现了废物资源的再利用。目前水基钻井过程中产生的固体废弃物主要采取随钻随治就地固化或收集转运方案，这种方式简单易行，但就地固化存在着以下三方面的问题：一是占地多，征地费用高，每口井均需开挖填埋池，浪费了有限的土地资源；二是易造成二次污染，在处理过程中设备若操作不当，容易破坏填埋池的防渗层，滤液易渗入地下对地下水造成污染；三是处理工艺原始，不能满足未来环保要求，岩屑不落地、综合利用是处理技术发展的方向，随着地方标准越来越严格和环保政策的指引趋势，目前岩屑就地固化技术存在一定的风险，将达不到标准要求或者不符合政策要求。国家“土十条”以明文规定，防止土壤造成二次污染的技术工艺实施及进一步加强污染土壤的修复技术。同时大力提倡“变废为宝，资源化利用”的技术工艺。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是针对现有技术中页岩气水基岩屑处理存在的问题，提供一种集多功能于一体的水基钻井废液用高效处理剂。
本发明还有一个目的是提供一种水基钻井废液用高效处理剂的制备方法，其工艺步骤简单，反应条件温和，操作安全，制备出的处理剂对水基钻井废液的处理效果明显。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种利用水基钻井钻屑制备烧结砖的方法，包括如下步骤：
(1)将水基钻井钻屑自动加入下沉式连续反应器中，同时向反应器中加入改质剂进行充分反应，得到改制后的固废物；
(2)将改质后的固废物运输至砖厂，然后将改质后的固废物与内燃材料、页岩土按一定比例混合、粉碎、过筛，得到混合物；
(3)将混合物转移到制砖混料搅拌系统中，再加入一定量自来水、钻井废水、压裂返排水及采气采油废水其中的一种或至少两种的混合物，搅拌，成型，制成砖坯；
(4)将砖坯干燥48～60h后送入砖窑，在900～1100℃下烧结10～15h后冷却、出窑，即得到烧结砖成品。
优选的是，所述利用水基钻井钻屑制备烧结砖的方法，包括如下步骤：
(1)将水基钻井钻屑自动加入下沉式连续反应器中，同时向反应器中加入质量百分比0.5～2.0％的改质剂进行充分反应，得到改制后的固废物；
(2)将改质后的固废物运输至砖厂，在砖厂原料区堆放自然干化3～7天，然后将改质后的固废物与内燃材料、页岩土按一定比例混合、粉碎、过筛，得到混合物；
(3)将混合物转移到制砖混料搅拌系统中，再加入质量百分比10～15％的自来水、钻井废水、压裂返排水及采气采油废水中的一种或至少两种的混合物，搅拌，成型，制成砖坯；
(4)将砖坯干燥48～60h后送入砖窑，在900～1100℃下烧结10～15h后冷却、出窑，即得到烧结砖成品。
进一步优选的是，所述步骤(2)中改质后的固废物、内燃材料和页岩土混合比例为固废物：内燃材料：页岩土＝30～60：6～10：30～54。
优选的是，所利用水基钻井钻屑制备烧结砖的方法，包括如下步骤：
(1)将水基钻井钻屑自动加入下沉式连续反应器中，向反应器中加入质量百分比0.5～2.0％的改质剂进行充分反应，然后加入质量百分比5～25％的污染物调控剂，得到改制后的固废物；
(2)将改质后的固废物运输至砖厂，然后将改质后的固废物与内燃材料、页岩土按一定比例混合、粉碎、过筛，得到混合物；
(3)向混合物中加入5～10％的自来水、钻井废水、压裂返排水及采气采油废水其中的一种或至少两种的混合物，陈化24～48h，然后将经过陈化的混合物转移到制砖混料搅拌系统中，再加入10～15％的自来水、钻井废水、压裂返排水及采气采油废水中的一种或至少两种的混合物，搅拌混合均匀，成型，制成砖坯；
(4)将砖坯干燥48～60h后送入砖窑，在900～1100℃下烧结10～15h后冷却、出窑，即得到烧结砖成品。
进一步优选的是，所述步骤(2)中改质后的固废物、内燃材料和页岩土混合比例为固废物：内燃煤：页岩土＝20～50：6～10：30～74。
优选的是，所述内燃材料为煤或干化油泥或两者的混合物。
优选的是，所述调控剂为水泥、铝酸盐和氧化剂的混合物。
优选的是，所述氧化剂为高铁酸盐。
优选的是，所述水基钻井钻屑为油气田开采钻井过程中产生的水基钻井废泥浆或钻屑。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
其一、本发明在烧结砖制备工艺中的陈化及混拌步骤中采用自来水、钻井废水、压裂返排水及采气采油废水中的一种或至少两种的混合物作为添加水进行陈化、混拌用水，资源化利用废水，减少了水资源浪费。
其二、水基钻井固体废物经过高效改质剂改质，从而使改质后的固体废弃物与制砖土能够实现低成本制备烧结砖，其制砖的工艺将简化，还可以直接采用废泥浆流体直接作为掺料进行，实现固体废弃物作为建材掺料资源化利用。
其三、采用废泥浆作为掺料，可以是用于固化处理后的岩屑固废物，也可以是未经过处理的废泥浆或钻屑。
其四、本发明采用废泥浆进行改质，使其达到制备烧结页岩砖成份要求，同时对钻屑中的有害物质进行去除，改质后的钻屑制备烧结砖时工艺将简化，不需要陈化，同时还可以采用废水作为混拌用水，不仅实现固废资源化，也实现了废水资源化。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明做详细说明。
实施例1
一种利用水基钻井钻屑制备烧结砖的方法，包括如下步骤：
(1)将水基钻井钻屑自动加入下沉式连续反应器中，向反应器中加入质量百分比0.5％的改质剂进行充分反应，得到改制后的固废物；(2)将改质后的固废物运输至砖厂，在砖厂原料区堆放自然干化3天，然后将改质后的固废物与内燃材料、页岩土按重量比3：1：3混合、粉碎、过筛，得到混合物；(3)将混合物转移到制砖混料搅拌系统中，再加入质量百分比10％的自来水、钻井废水、压裂返排水及采气采油废水中的一种或至少两种的混合物，搅拌，成型，制成砖坯；(4)将砖坯干燥48h后送入砖窑，在1100℃下烧结10h后冷却、出窑，即得到烧结砖成品。
实施例2
一种利用水基钻井钻屑制备烧结砖的方法，包括如下步骤：
(1)将水基钻井钻屑自动加入下沉式连续反应器中，向反应器中加入质量百分比2.0％的改质剂进行充分反应，得到改制后的固废物；(2)将改质后的固废物运输至砖厂，在砖厂原料区堆放自然干化7天，然后将改质后的固废物与内燃材料、页岩土按重量比60：8：52混合、粉碎、过筛，得到混合物；(3)将混合物转移到制砖混料搅拌系统中，再加入质量百分比15％的自来水、钻井废水、压裂返排水及采气采油废水中的一种或至少两种的混合物，搅拌，成型，制成砖坯；(4)将砖坯干燥60h后送入砖窑，在900℃下烧结15h后冷却、出窑，即得到烧结砖成品。其中，优选的内燃材料为煤。
实施例3
一种利用水基钻井钻屑制备烧结砖的方法，包括如下步骤：
(1)将水基钻井钻屑自动加入下沉式连续反应器中，向反应器中加入质量百分比1.0％的改质剂进行充分反应，得到改制后的固废物；(2)将改质后的固废物运输至砖厂，在砖厂原料区堆放自然干化5天，然后将改质后的固废物与内燃材料、页岩土按重量比45：9：40混合、粉碎、过筛，得到混合物；(3)将混合物转移到制砖混料搅拌系统中，再加入质量百分比12％的自来水、钻井废水的混合物，搅拌，成型，制成砖坯；(4)将砖坯干燥55h后送入砖窑，在1000℃下烧结12h后冷却、出窑，即得到烧结砖成品。其中，优选的内燃材料为干化油泥。
实施例4
一种利用水基钻井钻屑制备烧结砖的方法，包括如下步骤：
(1)将水基钻井钻屑自动加入下沉式连续反应器中，向反应器中加入质量百分比0.5％的改质剂进行充分反应，然后加入质量百分比25％的污染物调控剂，得到改制后的固废物；(2)将改质后的固废物运输至砖厂，然后将改质后的固废物与内燃材料、页岩土按重量比20：8：72混合、粉碎、过筛，得到混合物；(3)向混合物中加入5％的自来水、钻井废水、压裂返排水及采气采油废水其中的一种或至少两种的混合物，陈化24h，然后将经过陈化的混合物转移到制砖混料搅拌系统中，再加入15％的自来水、钻井废水、压裂返排水及采气采油废水中的一种或至少两种的混合物，搅拌混合均匀，成型，制成砖坯；(4)将砖坯干燥48h后送入砖窑，在1100℃下烧结15h后冷却、出窑，即得到烧结砖成品。其中，优选的内燃材料为煤与干化油泥的混合物。
实施例5
一种利用水基钻井钻屑制备烧结砖的方法，包括如下步骤：
(1)将水基钻井钻屑自动加入下沉式连续反应器中，向反应器中加入质量百分比2.0％的改质剂进行充分反应，然后加入质量百分比5％的污染物调控剂，得到改制后的固废物；(2)将改质后的固废物运输至砖厂，然后将改质后的固废物与内燃材料、页岩土按重量比5：1：3混合、粉碎、过筛，得到混合物；(3)向混合物中加入10％的自来水、钻井废水、压裂返排水及采气采油废水其中的一种或至少两种的混合物，陈化48h，然后将经过陈化的混合物转移到制砖混料搅拌系统中，再加入10％的自来水、钻井废水、压裂返排水及采气采油废水中的一种或至少两种的混合物，搅拌混合均匀，成型，制成砖坯；(4)将砖坯干燥60h后送入砖窑，在900℃下烧结10h后冷却、出窑，即得到烧结砖成品。其中，优选的调控剂为水泥、铝酸盐和氧化剂的混合物，所述氧化剂优选高铁酸盐。其中，优选的内燃材料为煤与干化油泥按重量比1:1的混合物。
实施例6
一种利用水基钻井钻屑制备烧结砖的方法，包括如下步骤：
(1)将水基钻井钻屑自动加入下沉式连续反应器中，向反应器中加入质量百分比1.5％的改质剂进行充分反应，然后加入质量百分比15％的污染物调控剂，得到改制后的固废物；(2)将改质后的固废物运输至砖厂，然后将改质后的固废物与内燃材料、页岩土按重量比35：9：52混合、粉碎、过筛，得到混合物；(3)向混合物中加入7％的自来水、钻井废水、压裂返排水及采气采油废水其中的一种或至少两种的混合物，陈化36h，然后将经过陈化的混合物转移到制砖混料搅拌系统中，再加入12％的自来水、压裂返排水及采气采油废水的混合物，搅拌混合均匀，成型，制成砖坯；(4)将砖坯干燥55h后送入砖窑，在1000℃下烧结12h后冷却、出窑，即得到烧结砖成品。其中，优选的调控剂为水泥、铝酸盐和氧化剂的混合物，所述氧化剂优选高铁酸盐。其中，优选的内燃材料为煤与干化油泥按重量比2:1的混合物。
参照国家标准GB5101-2003《烧结普通砖》和GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》对上述实施例1-6制备的烧结砖成品的强度、抗风化性能及放射性等性能进行测试，其结果见表1。
参照国家标准GB8978-1996一级标准对实施例1～6制备的烧结砖成品的浸出液指标进行测试，其结果见表2。
参照标准GB29620-2013砖瓦工业大气污染物排放标准对烧结砖过程中尾气进行测试，其结果见表3。
表1烧结砖成品的性能测试结果
表2.烧结砖浸出液测试结果
表3烧结砖过程中尾气指标测试结果
由表1可以看出，本发明利用水基钻井钻屑制备烧结砖的方法制备出的烧结砖的各项性能指标均合格。由表2可以看出，各项检测指标均合格，达到建筑材料的国家标准。由表3看出，废气排口处、砖厂毛坯放置区及砖厂办公室附近等区域的大气中颗粒物、二氧化硫、氮氧化合物等污染物指标检测结果均合格。干燥废气排气口的烟气黑度小于1林格曼级，符合国家相关标准。因此，采用本发明利用水基钻井钻屑制备烧结砖的方法，不仅实现了废弃物的回收再利用，避免了资源浪费，而且，其制备工艺简单，烧结砖过程中产生的废气少，污染成分含量低，达到国家排放标准。
上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种利用水基钻井钻屑制备烧结砖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将水基钻井钻屑自动加入下沉式连续反应器中，同时向反应器中加入质量百分比0.5%~2.0%改质剂进行充分反应，得到改制后的固废物，所述水基钻井钻屑为油气田开采钻井过程中产生的水基钻井废泥浆或钻屑；
（2）将改质后的固废物运输至砖厂，然后将改质后的固废物与内燃材料、页岩土按一定比例混合、粉碎、过筛，得到混合物，所述内燃材料为干化油泥或干化油泥与煤的混合物；
（3）将混合物转移到制砖混料搅拌系统中，再加入一定量钻井废水、压裂返排水及采气采油废水其中的一种或至少两种的混合物，搅拌，成型，制成砖坯；
（4）将砖坯干燥48~60h后送入砖窑，在900~1100℃下烧结10~15h后冷却、出窑，即得到烧结砖成品。
2.如权利要求1所述的利用水基钻井钻屑制备烧结砖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将水基钻井钻屑自动加入下沉式连续反应器中，同时向反应器中加入质量百分比0.5%~2.0%的改质剂进行充分反应，得到改制后的固废物；
（2）将改质后的固废物运输至砖厂，在砖厂原料区堆放自然干化3~7天，然后将改质后的固废物与内燃材料、页岩土按重量比30~60：6~10：30~54混合、粉碎、过筛，得到混合物；
（3）将混合物转移到制砖混料搅拌系统中，再加入质量百分比10~15%的钻井废水、压裂返排水及采气采油废水中的一种或至少两种的混合物，搅拌，成型，制成砖坯；
（4）将砖坯干燥48~60h后送入砖窑，在900~1100℃下烧结10~15h后冷却、出窑，即得到烧结砖成品。
3.如权利要求1所述的利用水基钻井钻屑制备烧结砖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将水基钻井钻屑自动加入下沉式连续反应器中，同时向反应器中加入质量百分比0.5~2.0%的改质剂进行充分反应，然后加入质量百分比5~25%的污染物调控剂，得到改制后的固废物，其中，调控剂为水泥、铝酸盐和高铁酸盐的混合物；
（2）将改质后的固废物运输至砖厂，然后将改质后的固废物与内燃材料、页岩土按重量比20~50：6~10：30~74混合、粉碎、过筛，得到混合物；
（3）向混合物中加入质量百分比5~10%的钻井废水、压裂返排水及采气采油废水其中的一种或至少两种的混合物，陈化24~48h，然后将经过陈化的混合物转移到制砖混料搅拌系统中，再加入质量百分比10~15%的钻井废水、压裂返排水及采气采油废水中的一种或至少两种的混合物，搅拌混合均匀，成型，制成砖坯；
（4）将砖坯干燥48~60h后送入砖窑，在900~1100℃下烧结10~15h后冷却、出窑，即得到烧结砖成品。
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