CN105967595A - 以油基钻屑残渣制备的免烧砖 - Google Patents

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张召基
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Abstract

本发明公开了一种以油基钻屑残渣制备的免烧砖。是将水泥、集料、油基钻屑残渣和粉煤灰混合搅拌均匀得固相混合料，再向固相混合料中加入水混合搅拌均匀得半干状混合料，将半干状混合料送至免烧砖机内充模、压制成型、脱模，将脱模后的砖坯自然养护而得；各组份的重量百分比为，水泥5～8%、集料19～76%、油基钻屑残渣10～60%、粉煤灰2～6%、水3～11%。本发明不但能够制造出合格的建筑用砖，而且有效地实现了油基钻屑残渣的安全环保处置和资源化综合利用，使油基钻屑残渣不再占用土地和污染环境。

Description

以油基钻屑残渣制备的免烧砖
技术领域
本发明涉及一种建筑材料，特别是一种建筑用砖。
背景技术
我国是页岩气资源大国，资源丰富，开发潜力大，商业条件好，发展前景广阔。开发利用好页岩气对满足我国不断增长的能源需求、优化能源结构、提高能源效率、促进节能减排和促进经济社会发展意义重大。目前，我国正大力推进页岩气勘探开发工作，以我国第一个实现大规模商业化开发的大型页岩气田—涪陵页岩气田为例，已布置了200多口页岩气井，建成了产能50亿立方/年。页岩气勘探开发的核心技术是水平井分段压裂技术，水平段页岩气层钻井采用以柴油作为基液，添加其他试剂组成的油基钻井液，在钻井过程中切削地层岩石而产生的碎屑通过油基钻井液带出，产生油基钻屑。据统计，单口井的油基钻屑产生量约200～250立方米，而油基钻屑属于危险固体废物，环境危害性大，处理难度大、处理成本高。
目前油基钻屑采取的处理措施为：通过在钻井平台集中收集后运输至油基钻屑回收利用站，采用热解析技术处理，即通过半自动设备投加到加热反应炉内并加入分离剂搅拌，加热至270℃左右反应约10小时，实现油、钻屑的分离。使处理后的油基钻屑含油率控制在0.3％以下，所得到的灰黑色粉末即是油基钻屑残渣，然后再对其进行固化填埋处置。
油基钻屑残渣的粒径为0.05～0.8mm，其含有(质量百分比含量)：SiO2 45％～59％、CaO 5％～14％、Al2O3 6％～11％、SO3 0.8％～1.5％、MgO 1％～3％、Fe2O3 2％～3％、K2O 1％～3％、Na2O 0.2％～1.0％，烧失量为8％～10％；其放射性核素含量符合GB6566-2010建筑主体材料核素含量指标，即IRa≤1.0Bq/Kg、Iγ≤1.0Bq/Kg。
但目前油基钻屑残渣采取的固化填埋处理方式存在如下问题：固化占地面积大、数量多、土建成本高；固化作业若施工质量有缺陷，还存在一定的环境污染风险。故页岩气勘探开发中产生的油基钻屑残渣的安全环保处置和资源化综合利用是当前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种以油基钻屑残渣制备的免烧砖，以实现油基钻屑残渣的安全环保处置和资源化综合利用问题。
本发明所述以油基钻屑残渣制备的免烧砖，是将水泥、集料、油基钻屑残渣和粉煤灰混合搅拌均匀得固相混合料，再向固相混合料中加入水混合搅拌均匀得半干状混合料，将半干状混合料送至免烧砖机内充模、压制成型、脱模，将脱模后的砖坯自然养护而得；各组份的重量百分比为，水泥5～8％、集料19～76％、油基钻屑残渣10～60％、粉煤灰2～6％、水3～11％。
所述的水泥为普通硅酸盐水泥，满足GB 175-2007中的相关规定。其在加水后不断生成水化硅酸钙和钙矾石等，不仅为砖体提供主要强度支撑来源，同时其不断产生的氢氧化钙可用来作为粉煤灰活性激发的碱度。
所述的集料为符合JGJ52-2006规定要求的各种惰性砂，为砖体的骨架。
所述的粉煤灰可优选燃煤电厂烟道中排出的粉尘，为符合GB/T1596-2005的Ⅱ级F类粉煤灰，其具有潜在的水硬性活性，能在后期发生反应增加砖体的强度。
所述的油基钻屑残渣是指：在页岩气勘探开发水平井钻井过程中将产生油基钻屑，将该油基钻屑采用热解析技术处理，使处理后的油基钻屑含油率控制在0.3％以下，所得到的灰黑色粉末，其粒径为0.05～0.8mm，其含有(质量百分比含量)：SiO2 45％～59％、CaO 5％～14％、Al2O3 6％～11％、SO3 0.8％～1.5％、MgO 1％～3％、Fe2O3 2％～3％、K2O 1％～3％、Na2O 0.2％～1.0％，烧失量为8％～10％。
如图1所示，油基钻屑残渣的成分以Si、Ca、Al等元素为主，可作为火山灰质材料使用，具备了制备免烧砖的元素和化学组分。
按GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法，参照GB/T 18046-2000中的活性指数试验方法，分别测试掺30％油基钻屑残渣等质量替代水泥的28天胶砂抗压强度(R1)和标准硅酸盐水泥28天抗压强度(R2)，测试结果见表1。结果显示油基钻屑热解残渣的烧失量符合标准的10％以内，SO3含量也达标，活性指数＝R1/R2＝71.5％，活性指数较好，也基本具备了作为免烧砖原料的基础。
表1 活性指数测试结果
油基钻屑残渣含SiO2 45％～59％、CaO 5％～14％、Al2O3 6～11％，粒径为0.05～0.8mm，既可作为细集料来使用，又可作为一种活性掺合料，参与水泥的水化反应，如硅质材料与水泥水化产物氢氧化钙之间反应生成水化硅酸钙，铝质材料与水泥中的硫酸盐反应生成水化硫铝酸钙等等，此类水化产物均可形成对整个体系的强度支持。另一方面，合理的配比还可以改善整个混合料的级配，不仅能提高建筑用砖强度，还可使其内部更加密实，增加其耐久性能。
本发明所述免烧砖采用油基钻屑残渣作为掺合料，不但能够制造出合格的建筑用砖，而且有效地实现了油基钻屑残渣的安全环保处置和资源化综合利用，使油基钻屑残渣不再占用土地和污染环境，并且利用油基钻屑残渣作为掺合料制备的免烧砖，其早期强度较高，养护时间短，可大大提高生产效率。
附图说明
图1为本发明所述的油基钻屑残渣EDS能谱分析图。
具体实施方式
实施例1：
将60％的油基钻屑残渣、19％的机制砂投入两仓配料搅拌机中搅拌均匀，通过输送机至强制搅拌机内，同时将8％的水泥、2％的粉煤灰也通过螺旋输送机输送至强制搅拌机内，充分混合搅拌均匀得固相混合料；再将11％的水加入该固相混合料内，得半干状混合料，将半干状混合料送至免烧砖机内充模，以13MPa的成型压力静压成型后，脱模，将脱模后的砖坯自然养护而得。
所述的水泥为普通硅酸盐水泥，满足GB 175-2007中的相关规定；机制砂细度模数为3.2，颗粒级配良好；粉煤灰为燃煤电厂烟道中排出的粉尘，符合GB/T1596-2005的Ⅱ级F类。
实施例2：
将50％的油基钻屑残渣、31％的机制砂投入两仓配料搅拌机中搅拌均匀，通过输送机至强制搅拌机内，同时将7％的水泥、3％的粉煤灰也通过螺旋输送机输送至强制搅拌机内，充分混合搅拌均匀得固相混合料；再将9％的水加入该固相混合料内，得半干状混合料，将半干状混合料送至免烧砖机内充模，以12MPa的成型压力静压成型后，脱模，将脱模后的砖坯自然养护而得。
所述的水泥为普通硅酸盐水泥，满足GB 175-2007中的相关规定；机制砂细度模数为3.2，颗粒级配良好；粉煤灰为燃煤电厂烟道中排出的粉尘，符合GB/T1596-2005的Ⅱ级F类。
实施例3：
将40％的油基钻屑残渣、43％的河砂投入两仓配料搅拌机中搅拌均匀，通过输送机至强制搅拌机内；同时将6％的水泥、4％的粉煤灰也通过螺旋输送机输送至强制搅拌机内，充分混合搅拌均匀得固相混合料；再将7％的水加入该固相混合料内，得半干状混合料，将半干状混合料送至免烧砖机内充模，以11MPa的成型压力静压成型后，脱模，将脱模后的砖坯自然养护而得。
所述的水泥为普通硅酸盐水泥，满足GB 175-2007中的相关规定；河砂细度模数为3.2，颗粒级配良好；粉煤灰为燃煤电厂烟道中排出的粉尘，符合GB/T1596-2005的Ⅱ级F类。
实施例4：
将30％的油基钻屑残渣、54％的河砂投入两仓配料搅拌机中搅拌均匀，通过输送机至强制搅拌机内；同时将6％的水泥、5％的粉煤灰也通过螺旋输送机输送至强制搅拌机内，充分混合搅拌均匀得固相混合料；再将5％的水加入该固相混合料内，得半干状混合料，将半干状混合料送至免烧砖机内充模，以11MPa的成型压力静压成型后，脱模，将脱模后的砖坯自然养护而得。
所述的水泥为普通硅酸盐水泥，满足GB 175-2007中的相关规定；河砂细度模数为3.2，颗粒级配良好；粉煤灰为燃煤电厂烟道中排出的粉尘，符合GB/T1596-2005的Ⅱ级F类。
上述本发明4个实施例的各原料配比如表2所示；各实施例所制得的免烧砖的各项基本性能如表3所示。
实施例5：
将20％的油基钻屑残渣、65％的河砂投入两仓配料搅拌机中搅拌均匀，通过输送机至强制搅拌机内；同时将5％的水泥、6％的粉煤灰也通过螺旋输送机输送至强制搅拌机内，充分混合搅拌均匀得固相混合料；再将4％的水加入该固相混合料内，得半干状混合料，将半干状混合料送至免烧砖机内充模，以10MPa的成型压力静压成型后，脱模，将脱模后的砖坯自然养护而得。
所述的水泥为普通硅酸盐水泥，满足GB 175-2007中的相关规定；机制砂细度模数为3.2，颗粒级配良好；粉煤灰为燃煤电厂烟道中排出的粉尘，符合GB/T1596-2005的Ⅱ级F类。
实施例6：
将10％的油基钻屑残渣、76％的河砂投入两仓配料搅拌机中搅拌均匀，通过输送机至强制搅拌机内；同时将5％的水泥、6％的粉煤灰也通过螺旋输送机输送至强制搅拌机内，充分混合搅拌均匀得固相混合料；再将3％的水加入该固相混合料内，得半干状混合料，将半干状混合料送至免烧砖机内充模，以10MPa的成型压力静压成型后，脱模，将脱模后的砖坯自然养护而得。
所述的水泥为普通硅酸盐水泥，满足GB 175-2007中的相关规定；机制砂细度模数为3.2，颗粒级配良好；粉煤灰为燃煤电厂烟道中排出的粉尘，符合GB/T1596-2005的Ⅱ级F类。
上述本发明6个实施例的各原料配比如表2所示；各实施例所制得的免烧砖的各项基本性能如表3所示。
表2 本发明6个实施例的各原料配比
表3 6个实施例制得免烧砖的各项基本性能
表2中的水固比是指水与集料、油基钻屑残渣、水泥和粉煤灰总量的重量比。
由表3可知，自然养护的试块早期(7天)强度较高，各试块的7天强度即可满足搬运的要求，且多数超过28天强度的一半。28天抗压强度为10.4～17.9MPa，能分别满足GB5101-2003中MU10～MU20型号建筑用砖相应的强度要求。各试块冻融强度损失率均低于2％，无冻坏现象，可应用于建筑用砖；各实例免烧砖的放射性也合格；并且本发明的免烧砖浸出液中的重金属浓度及相关指标远低于《GB5085.7-2007危险废物鉴别标准通则》和《GB8978-1996污水综合排放标准》，不会对环境造成二次污染，实现了对页岩气油基钻屑残渣的无害化和资源化综合利用。

Claims (6)

1.以油基钻屑残渣制备的免烧砖，其特征在于：是将水泥、集料、油基钻屑残渣和粉煤灰混合搅拌均匀得固相混合料，再向固相混合料中加入水混合搅拌均匀得半干状混合料，将半干状混合料送至免烧砖机内充模、压制成型、脱模，将脱模后的砖坯自然养护而得；各组份的重量百分比为，水泥5～8%、集料19～76%、油基钻屑残渣10～60%、粉煤灰2～6%、水3～11%。
2.根据权利要求1所述以油基钻屑残渣制备的免烧砖，其特征在于：所述的水泥为普通硅酸盐水泥，满足GB 175-2007中的相关规定。
3.根据权利要求1所述以油基钻屑残渣制备的免烧砖，其特征在于：所述的集料为符合 JGJ52-2006规定要求的各种惰性砂。
4.根据权利要求1所述以油基钻屑残渣制备的免烧砖，其特征在于：所述的粉煤灰为燃煤电厂烟道中排出的粉尘，符合 GB/T1596-2005 的Ⅱ级 F类。
5.根据权利要求1所述以油基钻屑残渣制备的免烧砖，其特征在于：所述压制成型采用静压成型，静压成型的成型压力为10～13MPa。
6.根据权利要求3所述以油基钻屑残渣制备的免烧砖，其特征在于：所述的惰性砂为机制砂和/或河砂，细度模数为3.2，颗粒级配良好。
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