CN106561334A

CN106561334A - 一种钻井固相废弃物处理组合物及其应用

Info

Publication number: CN106561334A
Application number: CN201610978006.5A
Authority: CN
Inventors: 赵雄虎; 查潇潇; 廖旭; 燕超; 郭威
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2036-11-08
Also published as: CN106561334B

Abstract

本发明提供了一种钻井固相废弃物处理组合物及其应用。所述钻井固相废弃物处理组合物，以钻井固相废弃物总重量为100％计，所述组合物包括如下成分：1％‑5％磷矿粉、5％‑10％固体废渣、2％‑10％砂子、以及2％‑10％粉料。本发明采用化学、物理和生物联合修复处理钻井泥浆固相废弃物，用较低的费用将废弃物中有害物质进行了处理，COD指标和重金属指标都达到理想值，处理后可达到复耕的效果。

Description

一种钻井固相废弃物处理组合物及其应用

技术领域

本发明涉及环保领域，具体是涉及钻井废弃物的处理，更具体是涉及一种钻井固相废弃物处理组合物及其应用，通过处理后可形成一种植物种植基质，该植物种植基质满足绿化种植的质量要求。

背景技术

石油天然气工业的不断发展，产生的环境污染问题也逐渐突显，尤其是钻井过程中产生的钻井固废日趋增多。由于地质条件复杂以及钻井深度的增加，要求具有特殊功能的钻井泥浆，其化学添加剂越来越复杂，大量钻井废弃物若处置不当，进入农田、河流、海洋或渗入地层，都会对环境产生严重污染，影响饮水水源、影响土壤及动植物生长，甚至直接危及人类健康与生命安全，尤其是其中的重金属元素及其化合物，可以长期积累于水环境或生物中，这势必对当地环境造成严重影响，形成环境污染隐患。我国自20世纪80年代起开始对钻井固废处置方法的研究与管理，但是处理方法不系统，无统一要求，各油田工作人员在钻井固废处置上存在较大的主观随意性。

油田钻井固废主要来自于钻井废泥浆、钻井废岩屑以及其他固体废物。因为来源多种多样，其组成也十分复杂。钻井固废是一种含有各类化学试剂、钻井废水及钻井岩屑等复杂的稳定胶体体系，具有高pH值，悬浮物指标值大，产生量很大，石油类、有机质、重金属离子等有毒或有害物质可能超标的特征。根据资料调研，目前钻井固废处理方法主要有化学固化处理、化学强化固液分离、坑内填埋、坑内密封、回注地层及焚烧处理等。一般化学固化无法实现固相废弃物资源化，化学强化固液分离方法设备昂贵、成本较高；坑内填埋无法处理毒性稍大的废弃钻井泥浆，坑内密封施工时间长，处理量小，回注地层受到受注地层局限很大且处理成本较高；焚烧处理仅限于随意排放，对环境会造成极大危害，影响面积大、范围广；一般固化填埋又需占用大量土地，且会使土壤板结，影响土壤使用，降低耕地效力。因此今后的油田钻井固相废弃物处理应向着无害化、资源化方向发展。

目前，已有部分专利涉及到了钻井固相废弃物处理方法，但是没有本专利所涉及到的配方以及资源化利用特征。例如专利《钻井废弃泥浆一体化处理方法》，专利号为CN104747107A，特征在于将井队固有的除砂器、除泥器和振动筛所产的泥浆通过岩屑脱浆机、沙屑去除机和水处理再生机依次进行固液分离，使液相依次通过岩屑脱浆机、沙屑去除机和水处理再生机处理后收集回用，将岩屑脱浆机、沙屑去除机、水处理再生机和井队固有的离心机所产生的固相通过螺旋输送机输送到运输车辆，在螺旋输送机输送过程中向螺旋输送机中的固相添加固化剂，其主要是物理处理；专利《钻井液和钻屑零排放并行处理工艺》，专利号为CN1959061，特征在于通过高效振动筛和分级过滤机对钻井液进行选择性固相控制，同时通过一箱式压榨机对外排湿钻屑进行干化处理，设备昂贵，处理成本较高；专利《一种油田废弃物的处理方法及其装置》，专利号为CN104860508A，特征在于通过三级处理热脱附回收有用的油、气、水，对固体废弃物没有资源化利用。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种钻井固相废弃物处理组合物；

本发明的另一目的在于提供所述钻井固相废弃物处理组合物在钻井固相废弃物处理中的应用；

本发明的再一目的在于提供一种钻井固相废弃物资源化处理方法；

本发明的又一目的在于提供一种植物种植基质；

本发明的又一目的在于提供所述的植物种植基质的制备方法。

为达上述目的，一方面，本发明提供了一种钻井固相废弃物处理组合物，其中，以所要处理的钻井固相废弃物总重量为100％计，所述组合物包括如下成分：1％-5％磷矿粉、5％-10％固体废渣、2％-10％砂子、以及2％-10％粉料。

其中所述固相废弃物是通过本领域常规处理方法得到的，譬如是通过沉降池脱水得到的固相废弃物。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述磷矿粉中五氧化二磷的重量含量小于35％。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述磷矿粉中五氧化二磷的重量含量为10％-35％。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述磷矿粉中五氧化二磷的重量含量为25％。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述固体废渣为磷石膏。

其中所述磷石膏可以为市售常规的磷石膏，譬如可以是CaSO₄·2H₂O含量大于70％的磷石膏。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述粉料为植物类粉末。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述粉料为木屑或者秸秆碎屑。

所述砂子可以为本领域常规使用的砂子，譬如常规市售的粗砂。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述钻井固相废弃物是使用水基钻井液进行钻井生产后产生的固相废弃物。

所述的固相废弃物譬如包括钻井废泥浆固相成分、岩屑以及其他固体废物。

另一方面，本发明还提供了所述钻井固相废弃物处理组合物在钻井固相废弃物处理中的应用。

根据本发明一些具体实施方案，其中，经过所述钻井固相废弃物处理组合物处理的钻井固相废弃物用于制备植物种植基质。

再一方面，本发明还提供了一种钻井固相废弃物资源化处理方法，其中，所述方法包括将本发明所述的钻井固相废弃物处理组合物与钻井固相废弃物均匀混合。

根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法具体包括：将所述的钻井固相废弃物处理组合物加入钻井固相废弃物并混合均匀，然后加入水混合均匀即可。

又一方面，本发明还提供了一种植物种植基质，其中，以所要处理的钻井固相废弃物重量为100％计，所述植物种植基质由包括如下重量百分比成分为原料混合制备得到：钻井固相废弃物、1％-5％磷矿粉、5％-10％固体废渣、2％-10％砂子、以及2％-10％粉料。

又一方面，本发明还提供了所述的植物种植基质的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：

(1)将所述的钻井固相废弃物处理组合物加入钻井固相废弃物并混合均匀，然后加入水混合均匀得到混合物；

(2)将步骤(1)得到的混合物放置24-48h进行前处理，得到所述植物种植基质。

其中步骤(1)加入的水用量满足将钻井固相废弃物处理组合物与钻井固相废弃物混合均匀即可(达到润湿的程度)；本发明对于步骤(1)水的加入量并无特别要求。

本发明所述的“将步骤(1)得到的混合物放置24-48h进行前处理”，其中的前处理可以为常规的农业播种处理，譬如可以为选自翻耕、松土、培土和疏垄中的一种或几种的组合。

综上所述，本发明提供了一种钻井固相废弃物处理组合物及其应用。本发明的技术方案具有如下优点：

本发明本采用化学、物理和生物联合修复处理钻井泥浆固相废弃物，用较低的费用将废弃物中有害物质进行了处理，COD指标和重金属指标都达到理想值，处理后可达到复耕的效果，有机质含量、含盐量和孔隙度均满足绿化种植土质量要求。本发明为固相废弃物的处理提供了新的方法，变废为宝，节约了大量的成本和资源，对油田环境治理和生态保护提供新的举措。

附图说明

图1和图2为未经处理的钻井固相废弃物；

图3为相同批次的种子使用普通花园土种植的状态图；

图4为使用未经处理的钻井固相废弃物种植的状态图；

图5、图6和图7为实施例经过处理的钻井固相废弃物，其中黑色圈注的部分为植物发芽及生长情况。

具体实施方式

以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。

实施例1

钻井固相废弃物资源化利用方法实施实例：

将10％磷石膏、2％磷矿粉、10％砂子、5％木屑按比例倒入钻井固相废弃物中充分搅拌，材料与废弃物混合均匀；撒入适量的水于搅拌后的混合物中再次充分搅拌并润湿；搅拌后的混合物放置24小时再进行播种前处理，形成植物基质土壤层；播种前将种子在杀菌剂中浸泡4-6小时，在土壤层播种，形成植物处理层，用塑料薄膜覆盖。一周后掀开塑料薄膜，观察并记录发芽情况，见图5(同批种子使用花园土种植三天开始发芽，一周后的情况见图3，说明该批次种子状态正常)。取基质土壤层于环保部门进行检测，结果如下表。

检测项目	检测值	标准值
			有机质(g/kg)	42.5	≥20g/kg
全氮(mg/kg)	1.54×10³	≥1.0g/kg
			全磷(mg/kg)	0.90×10³	≥0.6g/kg
全钾(mg/kg)	17.8×10³	≥15g/kg
			pH(无量纲)	7.35	5.0-7.5
容重(g/cm³)	1.26	≤1.30g/cm³
			化学需氧量(mg/L)	48	≤100mg/L
水溶性盐总量(g/kg)	1.18	≤1.3ms/cm
			汞(μg/L)	0.31	0.1mg/L
锌(mg/L)	4.8(μg/L)	100mg/L
			铜(mg/L)	0.02L	100mg/L
铬(μg/L)	1.65	5mg/L
			铅(μg/L)	1L	5mg/L
镉(μg/L)	0.2L	1mg/L
			砷(μg/L)	3.2	5mg/L
样品状态描述	深褐色颗粒	--

备注：结果“XXXL”表示低于方法检出限，其中“L”表示低于，“L”前面的数值为该项目的方法检出限。譬如，表中的铜的检测值“0.02L”表示检测值已经低于0.02mg/L，此方法最小只能检测到0.02mg/L。

实施例2

将10％磷石膏、1％磷矿粉、5％砂子、5％木屑按比例倒入钻井固相废弃物中充分搅拌，材料与废弃物混合均匀；撒入适量的水于搅拌后的混合物中再次充分搅拌并润湿；搅拌后的混合物放置24小时再进行播种前处理，形成土壤层；播种前将种子在杀菌剂中浸泡4-6小时，在土壤层播种，形成植物处理层，用塑料薄膜覆盖。十天后掀开塑料薄膜，发现植物长势良好，见图6。取基质土壤层于环保部门进行检测，结果如下表。

检测项目	检测值	标准值
			有机质(g/kg)	37.6	≥20g/kg
全氮(mg/kg)	1.21×10³	≥1.0g/kg
			全磷(mg/kg)	0.65×10³	≥0.6g/kg
全钾(mg/kg)	14.9×10³	≥15g/kg
			pH(无量纲)	7.40	5.0-7.5
容重(g/cm³)	1.21	≤1.30g/cm³
			化学需氧量(mg/L)	57	≤100mg/L
水溶性盐总量(g/kg)	1.15	≤1.3ms/cm
			汞(μg/L)	0.22	0.1mg/L
锌(mg/L)	2.3(μg/L)	100mg/L
			铜(mg/L)	0.02L	100mg/L
铬(μg/L)	1.15	5mg/L
			铅(μg/L)	1L	5mg/L
镉(μg/L)	0.2L	1mg/L
			砷(μg/L)	1.9	5mg/L
样品状态描述	深褐色颗粒	--

实施例3

将5％磷石膏、2％磷矿粉、5％砂子、10％木屑按比例倒入钻井固相废弃物中充分搅拌，材料与废弃物混合均匀；撒入适量的水于搅拌后的混合物中再次充分搅拌并润湿；搅拌后的混合物放置24小时再进行播种前处理，形成土壤层；播种前将种子在杀菌剂中浸泡4-6小时，在土壤层播种，形成植物处理层，用塑料薄膜覆盖。两周后掀开塑料薄膜，发现植物生长旺盛，见图7。取基质土壤层于环保部门进行检测，结果如下表。

检测项目	检测值	标准值
			有机质(g/kg)	68.3	≥20g/kg
全氮(mg/kg)	1.65×10³	≥1.0g/kg
			全磷(mg/kg)	0.85×10³	≥0.6g/kg
全钾(mg/kg)	16.5×10³	≥15g/kg
			pH(无量纲)	7.40	5.0-7.5
容重(g/cm³)	1.17	≤1.30g/cm³
			化学需氧量(mg/L)	75	≤100mg/L
水溶性盐总量(g/kg)	1.12	≤1.3ms/cm
			汞(μg/L)	0.15	0.1mg/L
锌(mg/L)	1.6(μg/L)	100mg/L
			铜(mg/L)	0.01L	100mg/L
铬(μg/L)	1.0	5mg/L
			铅(μg/L)	1L	5mg/L
镉(μg/L)	0.1L	1mg/L
			砷(μg/L)	1.2	5mg/L
样品状态描述	深褐色颗粒	--

本发明实施例1-3所处理的原始的钻井固相废弃物指标如下表1、表2所示，其形貌如图1、图2所示。使用没有处理的原始钻井固相废弃物种植与实施例1-3同批次的种子一周后进行观察，没有发芽，如图4所示。

表1油田废弃钻井固相废弃物浸出液毒性分析表

项目	检测值
		COD(mg/L)	685.33
汞(μg/L)	<0.1
		锌(mg/L)	0.042
铜(mg/L)	0.033
		总铬(μg/L)	<10
铅(μg/L)	5
		镉(μg/L)	0.069
砷(μg/L)	18

表2油田废弃钻井固相废弃物土壤基本性质

项目	废弃物	花园土
			容重(g/cm³)	2.82	1.30
pH值	6.8	6.2
			含盐量％	1.4	0.2
有机质(g/kg)	18.72	34.55
			全氮量(g/kg)	0.003	0.022
全磷量(g/kg)	0.071	0.56
			全钾量(g/kg)	2.02	1.16
阳离子交换容量	158.78	84.63

Claims

1.一种钻井固相废弃物处理组合物，其中，以所要处理的钻井固相废弃物总重量为100％计，所述组合物包括如下成分：1％-5％磷矿粉、5％-10％固体废渣、2％-10％砂子、以及2％-10％粉料。

2.根据权利要求1所述的钻井固相废弃物处理组合物，其中，所述磷矿粉中五氧化二磷的重量含量小于35％，优选为10％-35％；更优选为25％。

3.根据权利要求1所述的钻井固相废弃物处理组合物，其中，所述固体废渣为磷石膏；所述粉料为植物类粉末，优选为木屑或者秸秆碎屑。

4.根据权利要求1所述的钻井固相废弃物处理组合物，其中，所述钻井固相废弃物是使用水基钻井液进行钻井生产后产生的固相废弃物。

5.权利要求1～4任意一项所述钻井固相废弃物处理组合物在钻井固相废弃物处理中的应用；优选所述钻井固相废弃物是使用水基钻井液进行钻井生产后产生的固相废弃物；优选经过所述钻井固相废弃物处理组合物处理的钻井固相废弃物用于制备植物种植基质。

6.一种钻井固相废弃物资源化处理方法，其中，所述方法包括将权利要求1～4任意一项所述的钻井固相废弃物处理组合物与钻井固相废弃物混合均匀。

7.根据权利要求6所述的处理方法，其中，所述方法具体包括：将所述的钻井固相废弃物处理组合物加入钻井固相废弃物并混合均匀，然后加入水混合均匀即可。

8.一种植物种植基质，其中，以所要处理的钻井固相废弃物重量为100％计，所述植物种植基质由包括如下重量百分比成分为原料混合制备得到：钻井固相废弃物、1％-5％磷矿粉、5％-10％固体废渣、2％-10％砂子、以及2％-10％粉料。

9.根据权利要求8所述的植物种植基质，其中，所述钻井固相废弃物是使用水基钻井液进行钻井生产后产生的固相废弃物。

10.权利要求8或9所述的植物种植基质的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：

(2)将步骤(1)得到的混合物放置24-48h，得到所述植物种植基质；优选将步骤(1)得到的混合物放置24-48h后进行播种前处理，得到所述植物种植基质。