CN106630536A - 一种钻井废弃物干化剂及其使用方法 - Google Patents

一种钻井废弃物干化剂及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钻井废弃物干化剂及其使用方法，该钻井废弃物干化剂包括分别独立包装的主料和辅料，并且主料为0.5～8重量份、辅料为0.1～10重量份；主料为硫酸铝、聚合硫酸铝、硫酸铁、聚合硫酸铁或硫酸铁铝中的至少一种；辅料为生石灰或重金属去除剂中的至少一种。其使用方法包括：向钻井废弃物中加入上述钻井废弃物干化剂，并搅拌混合均匀，然后在自然状态下晾晒2～72小时，即实现钻井废弃物的干燥处理。本发明不仅能够将钻井废弃物处理成松散干燥、干净整洁、可塑性大、终端处置面宽的物料，而且用量小、成本低、可操作性强，适用于液相含量不超过97％的钻井废弃物，还可以省去排放初期的固液分离环节。

Description

一种钻井废弃物干化剂及其使用方法
技术领域
本发明涉及钻井废弃物治理技术领域，尤其涉及一种钻井废弃物干化剂及其使用方法。
背景技术
在石油、天然气或其他矿物的深层钻探和开采钻井过程中，会不可避免地产生大量钻井废弃物(钻井废弃物主要是钻井废弃泥浆和钻屑)。这些钻井废弃物中含有大量的化学助剂(例如：烃类、盐类、各种聚合物、表面活性剂、有机处理剂及碱类物质等)、污水、污油、钻屑、重金属(例如：汞、铜、砷、铬、锌、铅及重晶石中的杂质)等有害物质，并且COD(Chemical Oxygen Demand，化学需氧量)较高。如果对这些钻井废弃物不进行安全的无害化处理或处理不当，那么会对排放点及附近地带的环境产生长期的不良影响，给人类生活带来极大危害，对生态环境造成持续的、甚至是不可挽回的严重破坏。
钻井废弃物中的钻井废弃泥浆和钻屑这两类废弃物均是液相和固相物质紧密稳定结合的胶状体系，成分复杂、外观呈粘稠状流体或半流体、色度大、级配差、粘度大，液相物含量高，自然干结过程极其缓慢，干结物遇水浸湿后易再度回泥。钻井废弃物在排放初期一般采用混凝剂和机械相配合的处理方法，这可以将一部分钻井废弃泥浆和钻屑固液分离，而分离出来的固相物仍含有60％左右的液相物，此时的钻井废弃物为稳定的胶冻状，其中含有大量的各种钻井液，这些钻井液连同大量的水分与颗粒牢牢吸附，形成十分稳定的胶状体系，自然状态下无法将其分离，干化和破胶的难度非常大，这增加了进一步消除污染及进行固化成型等处理的难度。
在现在技术中，对这些钻井废弃物主要有以下处理方法：
(1)传统的处理方法是向这些钻井废弃物中投放水泥、石灰、粉煤灰、矿粉、粘土等固化材料进行处理，这些材料会吸干一部分水分，使得钻井废弃物的流动性变差，便于拾取和运输，再将这些钻井废弃物进行堆放或填埋。但这些钻井废弃物固体颗粒上吸附着大量钻井液中的表面活性剂，颗粒周边的电层和水膜厚度大、稳定性高，无法与外界物质融合，很多固化材料无法对其包裹形成连续相固化；再加上这些钻井液中大多成分对水泥等固化材料有缓凝作用，很多固化材料因长时间得不到水化而失效，投放量很大，效果却不理想；此外，流动性变差的钻井废弃物仍具有较大粘度，遇水后仍然会回泥，因此填埋和堆放仍然存在危险性污染。
(2)近些年出现了采用一些专用泥浆固化剂产品(例如：公布号为CN1884155A的中国发明专利中所公开的石油钻井废弃泥浆固化剂)对这些钻井废弃物进行处理的方法。但这些专用泥浆固化剂产品及处理方法至少存在以下问题：①这些专用泥浆固化剂产品主要成分是一些固化材料，经这些专用泥浆固化剂产品处理后的钻井废弃物虽失去流动性，但仍然是粘稠状胶体，固化后变成潮湿土块，可塑性很差，强度也不稳定，终端处置时选择面较窄，只适合填埋。②这些专用泥浆固化剂用量都比较大，最大量达到钻井废弃物总质量的40％，增加了原料、运输、人工等成本。③这些专用泥浆固化剂在使用过程中其他辅料用量都较大，需要固化前或固化时添加一定量的沙石料，增加了成本和废弃物的终端量。④对钻井废弃物的液相含量有一定要求，过高的液相含量不适合使用这些专用泥浆固化剂，需要先进行固液分离，这些专用泥浆固化剂通常仅适用于液相含量不超过70％的钻井废弃物。⑤这些专用泥浆固化剂的原材料比较复杂，采购、生产、运输等环节难度大，成本高。
发明内容
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种钻井废弃物干化剂及其使用方法，不仅能够将钻井废弃物处理成松散干燥、干净整洁、可塑性大、终端处置面宽的物料，而且用量小、成本低、可操作性强，适用于液相含量不超过97％的钻井废弃物，还可以省去排放初期的固液分离环节。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
用硫酸铝、聚合硫酸铝、硫酸铁、聚合硫酸铁或硫酸铁铝中的至少一种作为钻井废弃物干化剂。
一种钻井废弃物干化剂，包括分别独立包装的主料和辅料，并且主料为0.5～8重量份、辅料为0.1～10重量份；其中，所述的主料为硫酸铝、聚合硫酸铝、硫酸铁、聚合硫酸铁或硫酸铁铝中的至少一种；所述的辅料为生石灰或重金属去除剂中的至少一种。
优选地，所述的主料是液体，并且主料为0.5～8重量份、辅料为0.1～10重量份。
优选地，所述的主料是细度为5mm筛子筛余量不超过1％的粉末，并且主料为0.5～6重量份、辅料为0.1～10重量份。
优选地，所述的生石灰是CaO含量大于60％并且细度为20～200目的生石灰粉末。
一种钻井废弃物干化剂的使用方法，包括：向钻井废弃物中加入上述技术方案中所述的钻井废弃物干化剂，并搅拌混合均匀，然后在自然状态下晾晒2～72小时，即实现钻井废弃物的干化处理；其中，每100重量份钻井废弃物使用所述钻井废弃物干化剂的主料0.5～8重量份，使用所述钻井废弃物干化剂的辅料0.1～10重量份。
优选地，所述的钻井废弃物是液相含量不超过97％的钻井废弃物。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的钻井废弃物干化剂是以硫酸铝、聚合硫酸铝、硫酸铁、聚合硫酸铁或硫酸铁铝中的至少一种为主料，以生石灰或重金属去除剂中的至少一种为辅料，当将该钻井废弃物干化剂加入到钻井废弃物中后，主料中的阳离子会将钻井废弃物中的颗粒吸附，并迅速将颗粒周围吸附的水分子替换，使其脱离钻井废弃物颗粒表面，变成游离水，同时钻井废弃物的胶体连续性被打破，胶体颗粒间的相互吸附能力变弱，钻井废弃物变得松散，游离水快速自然蒸发，从而钻井废弃物由原来的胶冻状、流体状、粘稠状转变为干燥松散状，以达到干化的效果；通过反应，钻井废弃物中的污染物形成不溶于水的盐类和螯合物，这就达到了消除污染的效果，使钻井废弃物的浸出毒性达到排放标准；因此本发明不仅能够将钻井废弃物处理成松散干燥、干净整洁、可塑性大、终端处置面宽的物料，而且用量小、成本低、可操作性强，适用于液相含量不超过97％的钻井废弃物，还可以省去排放初期的固液分离环节。
具体实施方式
下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明所提供的钻井废弃物干化剂及其使用方法进行详细描述。
一种钻井废弃物干化剂，包括分别独立包装的主料和辅料，并且主料为0.5～8重量份、辅料为0.1～10重量份。
其中，所述主料为硫酸铝、聚合硫酸铝、硫酸铁、聚合硫酸铁或硫酸铁铝中的至少一种，并且所述主料可以是液体，也可以是细度为5mm筛子筛余量不超过1％的粉末，考虑到干化效果、运输、包装、添加量等方便因素，主料最好是采用细度为2mm筛子筛余量不超过1％的粉末。当主料是液体时，主料为0.5～8重量份、辅料为0.1～10重量份；当主料是粉末时，主料为0.5～6重量份、辅料为0.1～10重量份。所述辅料为生石灰或重金属去除剂中的至少一种；所述的生石灰最好是CaO含量大于60％并且细度为20～200目的生石灰粉末。辅料的具体组成和使用量可以根据钻井废弃物的液相含量、塑性指数和污染程度灵活选择，例如：当钻井废弃物的液相含量超过80％或COD污染指标过高时，辅料可以采用3～10重量份的CaO含量大于60％的生石灰；而当钻井废弃物的重金属等污染指标过高时，辅料可以采用现有技术中的重金属去除剂。
具体地，该钻井废弃物干化剂主要是针对水基钻井废泥浆和钻屑、油基钻井废泥浆和钻屑经过油分离处理后含油量低于5％的固相物等钻井废弃物进行消污和干化，只要是液相含量不超过97％的钻井废弃物都可使用。该钻井废弃物干化剂的使用方法包括：向钻井废弃物(所述的钻井废弃物是液相含量不超过97％的钻井废弃物)中加入上述的钻井废弃物干化剂，并搅拌混合均匀，钻井废弃物由原来的胶冻状、流体状、粘稠状转变为松散状，失去流动性，然后在自然状态下晾晒2～72小时，从而即实现钻井废弃物的干化处理；其中，每100重量份钻井废弃物使用所述钻井废弃物干化剂的主料0.5～8重量份，使用所述钻井废弃物干化剂的辅料0.1～10重量份。
进一步地，以主料采用硫酸铝为例来说明本发明所提供的钻井废弃物干化剂所起到的技术效果：
(1)当钻井废弃物干化剂加入到钻井废弃物后，钻井废弃物干化剂中的铝离子会将钻井废弃物中的颗粒吸附，并迅速将颗粒周围吸附的水分子替换，使其脱离钻井废弃物颗粒表面，变成游离水，通过自然蒸发即可散失。
(2)当钻井废弃物干化剂加入到钻井废弃物后，钻井废弃物的胶体连续性被打破，胶体颗粒间的相互吸附能力变弱，钻井废弃物变得松散，这加速了水分蒸发。
(3)当钻井废弃物干化剂加入到钻井废弃物后，可以生成胶状的、能吸附和沉淀出细菌等污染物、胶体和氢氧化铝絮片，变为一种不溶于水的盐类和螯合物，从而达到了消除污染的效果，使钻井废弃物的浸出毒性达到排放标准。
(4)当钻井废弃物干化剂加入到钻井废弃物中搅拌混合均匀并在自然状态下晾晒24小时后，该钻井废弃物中的水分和污染物含量已经很低，进一步的处理环节上变得随心所欲，终端处置面很宽，可以制砖、可以铺路。
综上可见，本发明实施例不仅能够将钻井废弃物处理成松散干燥、干净整洁、可塑性大、终端处置面宽的物料，而且用量小、成本低、可操作性强，适用于液相含量不超过97％的钻井废弃物，还可以省去排放初期的固液分离环节。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的钻井废弃物干化剂及其使用方法进行详细描述。
实施例1
一种钻井废弃物干化剂，包括1重量份主料，并且所述主料采用细度为2mm筛子筛余量不超过1％的硫酸铝粉末。
具体地，采用上述本发明实施例1所提供的钻井废弃物干化剂对某钻井废弃物A进行消污干化，其具体方法可以包括：向该钻井废弃物A中加入该钻井废弃物干化剂，使每100重量份钻井废弃物A中混有1重量份的硫酸铝，混合搅拌1分钟，然后在自然状态下晾晒72小时，从而即实现对该钻井废弃物A的消污干化。
进一步地，对该钻井废弃物A进行消污干化前后的含水率及浸出毒性指标进行检测，其检测结果如下表1所示：
表1：
测试项目 单位 消污干化前 消污干化后
pH值 无量纲 13.0 8.85
COD mg/L 1700 113.2
石油类 mg/L 3.11 0.06
氨氮 mg/L 34.0 13.2
六价铬 mg/L 0.01 0.008
总汞 μg/L 0.26 0.26
总镉 μg/L 7.02 3.30
总铬 μg/L 1.65 1.65
总砷 μg/L 12.0 11.7
总铅 μg/L 111.6 74.0
含水率 ％ 77.9 40.6
由表1可以看出：该钻井废弃物A经消污干化后的浸出液COD含量达到污水综合排放标准GB 8978《污水综合排放标准》二级标准，其他测试项均达到一级标准；含水率降低48.7％，干化效果明显，钻井废弃物A已经从流动状态变成松散状，稍加晾晒即可干燥。
实施例2
一种钻井废弃物干化剂，包括3重量份主料，并且所述主料采用细度为2mm筛子筛余量不超过1％的硫酸铝粉末。
具体地，采用上述本发明实施例2所提供的钻井废弃物干化剂对某钻井废弃物B进行消污干化，其具体方法可以包括：向该钻井废弃物B中加入该钻井废弃物干化剂，使每100重量份钻井废弃物B中混有3重量份的硫酸铝，混合搅拌1分钟，然后在自然状态下晾晒72小时，从而即实现对该钻井废弃物B的消污干化。
进一步地，对该钻井废弃物B进行消污干化前后的含水率及浸出毒性指标进行检测，其检测结果如下表2所示：
表2：
测试项目 单位 消污干化前 消污干化后
pH值 无量纲 13.0 6.39
COD mg/L 1700 102.7
石油类 mg/L 3.11 0.06
氨氮 mg/L 34.0 13.2
六价铬 mg/L 0.01 0.008
总汞 μg/L 0.26 0.26
总镉 μg/L 7.02 3.30
总铬 μg/L 1.65 1.65
总砷 μg/L 12.0 11.7
总铅 μg/L 111.6 74.0
含水率 ％ 77.9 33.3
由表2可以看出：该钻井废弃物B经消污干化后的浸出液COD含量达到污水综合排放标准GB 8978《污水综合排放标准》二级标准，其他测试项均达到一级标准；pH值较本发明实施例1有所降低，接近中性；含水率降低57.3％，干化效果明显提高，钻井废弃物B已经从流动状态变成松散状且干燥状。
实施例3
一种钻井废弃物干化剂，包括分别独立包装的3重量份主料和3重量份辅料，并且所述主料采用细度为2mm筛子筛余量不超过1％的硫酸铝粉末，所述辅料采用CaO含量大于60％并且细度为30～80目的生石灰粉末。
具体地，采用上述本发明实施例3所提供的钻井废弃物干化剂对某钻井废弃物C进行消污干化，其具体方法可以包括：向该钻井废弃物C中加入该钻井废弃物干化剂，使每100重量份钻井废弃物C中混有3重量份的硫酸铝和3重量份的生石灰，混合搅拌1分钟，然后在自然状态下晾晒72小时，从而即实现对该钻井废弃物C的消污干化。
进一步地，对该钻井废弃物C进行消污干化前后的含水率及浸出毒性指标进行检测，其检测结果如下表3所示：
表3：
测试项目 单位 消污干化前 消污干化后
pH值 无量纲 13.0 8.60
COD mg/L 1700 54.1
石油类 mg/L 3.11 0.06
氨氮 mg/L 34.0 6.2
六价铬 mg/L 0.01 0.008
总汞 μg/L 0.26 0.26
总镉 μg/L 7.02 3.30
总铬 μg/L 1.65 1.65
总砷 μg/L 12.0 11.7
总铅 μg/L 111.6 74.0
含水率 ％ 77.9 28.5
由表3可以看出：该钻井废弃物C经消污干化后的浸出液所有指标均达到污水综合排放标准GB 8978《污水综合排放标准》一级标准；与本发明实施例1和实施例2相比，pH值有所提高，原因是添加了生石灰造成的，而含水率降低60％以上，干化效果明显提高，钻井废弃物C已经从流动状态变干燥、松散、干净的土。
综上可见，本发明实施例不仅能够将钻井废弃物处理成松散干燥、干净整洁、可塑性大、终端处置面宽的物料，而且用量小、成本低、可操作性强，适用于液相含量不超过97％的钻井废弃物，还可以省去排放初期的固液分离环节。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.用硫酸铝、聚合硫酸铝、硫酸铁、聚合硫酸铁或硫酸铁铝中的至少一种作为钻井废弃物干化剂。
2.一种钻井废弃物干化剂，其特征在于，包括分别独立包装的主料和辅料，并且主料为0.5～8重量份、辅料为0.1～10重量份；
其中，所述的主料为硫酸铝、聚合硫酸铝、硫酸铁、聚合硫酸铁或硫酸铁铝中的至少一种；所述的辅料为生石灰或重金属去除剂中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的钻井废弃物干化剂，其特征在于，所述的主料是液体，并且主料为0.5～8重量份、辅料为0.1～10重量份。
4.根据权利要求2所述的钻井废弃物干化剂，其特征在于，所述的主料是细度为5mm筛子筛余量不超过1％的粉末，并且主料为0.5～6重量份、辅料为0.1～10重量份。
5.根据权利要求2所述的钻井废弃物干化剂，其特征在于，所述的生石灰是CaO含量大于60％并且细度为20～200目的生石灰粉末。
6.一种钻井废弃物干化剂的使用方法，其特征在于，包括：向钻井废弃物中加入上述权利要求2至5中任一项所述的钻井废弃物干化剂，并搅拌混合均匀，然后在自然状态下晾晒2～72小时，即实现钻井废弃物的干化处理；
其中，每100重量份钻井废弃物使用所述钻井废弃物干化剂的主料0.5～8重量份，使用所述钻井废弃物干化剂的辅料0.1～10重量份。
7.根据权利要求6所述的钻井废弃物干化剂的使用方法，其特征在于，所述的钻井废弃物是液相含量不超过97％的钻井废弃物。
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