CN108129041B - 利用油基钻井岩屑煅烧硅酸盐水泥熟料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用油基钻井岩屑煅烧低水化热硅酸盐水泥熟料的制备方法，涉及油基钻井岩屑处理技术领域。本发明通过预处理柴油基钻井岩屑，将石灰石、高铁铝废石、预处理柴油基钻井岩屑、有色金属渣按一定配比混合均匀后粉磨，制备成生料，然后将生料喂入新型干法回转窑内经高温煅烧，冷却后得到熟料。本发明能够处理困扰油田钻井开采的重大困难，减少柴油基钻井岩屑中铜、锌、铅、铬、汞、钡等重金属离子在自然界中富集，降低对地下水和土壤的危害；由于钻井废屑中的柴油和有机物能够在熟料的煅烧过程中提供热量，能够明显降低熟料能耗、降低CO 2排放量，降低熟料煅烧温度、水泥磨和回转窑产量有明显提高，增强生料易烧性，提高熟料液相量含量，增加熟料中硅酸二钙的晶格缺陷提高硅酸二钙的活性，降低水泥水化热值。

Description

利用油基钻井岩屑煅烧硅酸盐水泥熟料的制备方法

技术领域

本发明涉及油基钻井岩屑处理技术领域，更具体地说涉及利用油基钻井岩屑煅烧硅酸盐水泥熟料的制备方法。

背景技术

油基钻井岩屑主要为油气井开采过程中被油基钻井液循环带回地面的被钻碎的岩层岩屑。油基钻屑中具有较多石油类有机物和重金属，还含有油基钻井液中投加的各种有机乳化剂、加重剂和絮凝剂等，因油基钻屑其浸出液有较高毒性，且不同种类的化学处理剂使钻屑中各类污染物与无机固体之间的桥联结构稳固，其成分结构更加复杂化，客观上增加了工艺处理难度和处理成本。油基钻屑直接排放或简单的填埋处理，会对土壤和地下水形成严重污染，钻屑中还有可能含有大量的病原菌、寄生虫，铜、锌、铅、铬、汞、钡等重金属离子，长期露天堆放，渗滤液进入土壤、河流进而严重影响人类健康和生态环境。

目前，国内外页岩气油基钻屑多采用微生物法、固化法、萃取法、焚烧法和热解法等工艺处理。微生物处理法虽然效果较好，但处理周期长，占地面积大，且技术不够成熟。

固化法为用固化剂将柴油基钻屑固化和包容在惰性基材中，虽然能较大程度的减少柴油基岩屑的有害元素和有机物对土壤的侵蚀对空气的污染，但是没有最终进行无害化处理，反而增加了试验药剂的用量，处理成本高，占地面积大。

溶剂萃取法回收油较彻底，但剩余污泥大，工艺较复杂，投资成本高。真空热解法虽然可处理油基钻屑中的全部有机物，但是对于设备的要求条件高，需要分解终温500-600℃，一定催化剂、一定真空度50-100kpa，实际操作过程中流程复杂，操作繁琐。

焚烧法对要求很高的温度(1 200～1 500℃)且有能力回收装置，原料的干度要求较高，当前干化法难以达到焚烧的干度要求。焚烧过程中了产生了气体、颗粒物等二次污染，浪费了大量的废油资源，产生的热量没有被利用起。

国家知识产权局于2017年9月26日，公开了一件公开号为CN107200455A，名称为“油基钻屑及含油污泥的处理方法”的发明专利，该发明专利将油基钻屑及含油污泥输送至离心脱油系统进行脱油；经过离心脱油系统处理的钻井岩屑和含油污泥由给料系统进入高温热解炉、80%以上的油基泥浆回收再利用；经过处理含油钻井岩屑在高温热解炉中进行热解气化；生物质燃烧器产生的高温热风供给高温热解炉热量；经过高温热解炉处理过的钻井岩屑由出料系统排放、废气进入除尘系统和油料回收系统进行进一步处理；经过除尘系统、油料回收系统处理的废气进入除臭系统进行最终的除臭处理。此发明专利操作过程繁琐，设备要求复杂，钻屑中重金属物质无法处理，仍需后续的处理步骤。

国家知识产权局于2014年2月12日，公开了一件公开号为CN103570318A，名称为“一种钻井废泥浆固化材料及用于钻井废泥浆固化的方法”的发明专利，该发明专利公开了一种钻井废泥浆固化材料，按质量百分比由以下组分组成，SiO2 55% ～ 60%，Al2O3 40%～ 45%，上述组分质量百分比之和为100%。利用该固化材料固化钻井废泥浆的方法 ：将SiO2和Al2O3充分混合制成固化材料 ；将钻井废泥浆、粉煤灰、促凝剂和固化材料倒入预先开的坑槽内加水搅拌，堆积1-2h 后铺在路面碾压养护 24-48h 即可。本发明钻井废泥浆固化材料中 SiO2和 Al2O3 在水化中受到钻井废泥浆中 Ca(OH)2的碱性激发，生成 C-S-H凝胶和水化铝酸钙类物质，水化铝酸钙类物质又会受到钻井废泥浆中重晶石粉等硫酸盐的激发，生成单硫型的水化硫铝酸钙产物，进而提高废泥浆的胶凝组分和硬化质量。此发明专利利用碱激发的原理，需要具有潜在活性的工业废弃物或者煅烧高硅铝材质的高岭土为主要原料, 采用适当的工艺处理, 通过化学反应得到的具有一定强度和耐久性的胶凝材料；需要有活性的原材料或者有较高的反应温度、较强的碱度等等，严苛的条件限制方法的广泛使用。

柴油基钻井岩屑含水量在10-20%，油含量10.0-40.0%，其中还含有大量的苯系物、酚类、蒽、芘等有恶臭的有毒物质，成分比较复杂，属于多相体系，一般由水包油(O/W)、油包水(W/O)以及大量的悬浮固体组成，黏度较大，固相难以彻底沉降。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了利用油基钻井岩屑煅烧硅酸盐水泥熟料的制备方法，本发明首先预处理柴油基钻井岩屑，将石灰石、高铁铝废石、预处理柴油基钻井岩屑、有色金属渣按一定配比混合均匀后粉磨，制备成生料，然后将生料喂入新型干法回转窑内经高温煅烧，冷却后得到熟料。本发明方法实施后，能够处理困扰油田钻井开采的重大困难，减少柴油基钻井岩屑中铜、锌、铅、铬、汞、钡等重金属离子在自然界中富集，降低对地下水和土壤的危害，有巨大社会效应；由于钻井废屑中的柴油和有机物能够在熟料的煅烧过程中提供热量，能够明显降低熟料能耗、降低CO ₂ 排放量，降低熟料煅烧温度、水泥磨和回转窑产量有明显提高，增强生料易烧性，提高熟料液相量含量，增加熟料中硅酸二钙的晶格缺陷提高硅酸二钙的活性，降低水泥水化热值。由本发明方法制备的熟料掺加石膏进行粉磨后制得水泥，具有水化热量低、凝结时间短，早期强度高，后期强度持续增长的特性。

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明是通过下述技术方案实现的：

利用油基钻井岩屑煅烧硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A、柴油基钻井岩屑的预处理，将柴油基钻井岩屑进行离心脱油和脱水，使得柴油基钻井岩屑含油量减低到5%以下，含水量减低到5%以下；将脱油和脱水后的柴油基钻井岩屑进行破碎，使得柴油基钻井岩屑的粒径小于10mm；将破碎后的柴油基钻井岩屑与吸水剂按照100:10-100:5的比例进行混合，混合后形成混合硅质材料；

步骤B、低水化热硅酸盐水泥熟料制备：

a、原料准备，按照石灰石55-85份，高铁铝废石5-20份，步骤A中得到的混合硅质材料5-25份准备原材料；

b、将步骤a中准备好的原材料混合均匀后，在生料磨中混合磨细，生料细度控制在80μm的筛余10-15%；

c、将步骤b中得到的生料喂入回转窑中高温煅烧10-30min，其中煅烧温度为1200-1350℃，煅烧后进行冷却，得到低水化热硅酸盐水泥熟料。

所述步骤A中的吸水剂的目数为200-300目，所述吸水剂为硅藻土、膨润土或蒙脱土。

所述步骤B中石灰石的氧化钙含量为40-55%。

所述步骤B中高铁铝废石中含有高岭土20-50%，三氧化二铝10-40%，三氧化二铁5-25%。

所述步骤A中，混合后形成的混合硅质材料的水分为1.5%以下。

与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：

1、通过预处理柴油基钻井岩屑，将石灰石、高铁铝废石、预处理柴油基钻井岩屑、有色金属渣按一定配比混合均匀后粉磨，制备成生料，然后将生料喂入新型干法回转窑内经高温煅烧，冷却后得到熟料。本发明方法实施后，能够处理困扰油田钻井开采的重大困难，减少柴油基钻井岩屑中铜、锌、铅、铬、汞、钡等重金属离子在自然界中富集，降低对地下水和土壤的危害，有巨大社会效应；由于钻井废屑中的柴油和有机物能够在熟料的煅烧过程中提供热量，能够明显降低熟料能耗、降低CO₂排放量，降低熟料煅烧温度、水泥磨和回转窑产量有明显提高，增强生料易烧性，提高熟料液相量含量，增加熟料中硅酸二钙的晶格缺陷提高硅酸二钙的活性，降低水泥水化热值。由本发明方法制备的熟料掺加石膏进行粉磨后制得水泥，具有水化热量低、凝结时间短，早期强度高，后期强度持续增长。

2、本发明可以利用水泥生产企业的现有设备增加一个强力离心机，初步处理油基钻井岩屑及含油污泥，降低其含油含水量，方便其作为硅质材料进行水泥生料的煅烧。还可以充分利用油基钻井岩屑大量矿物油在高温下产生的热量，降低水泥生产中的能源消耗。还可以利用油基钻井岩屑的固相中大量的硅、铝、钙、铁、钡、氟、硫等有益元素，降低水泥熟料的液相粘度、增加硅酸二钙晶格缺陷，提高硅酸二钙的水化活性。

3、本发明步骤A中处理之后得到的混合硅质材料，其中二氧化硅占固体成分的60%以上，这些硅质材料是水泥生产的主要原材料，其灼烧产物有硅、铝、钙、铁、钡、氟、硫等，并含有少量、锌、矾，这些元素在熟料煅烧过程中作用巨大，其中硅、铝、铁、钙能够作为熟料晶相的主要组成，其氟、硫作为熟料煅烧过程的主要矿化剂、降低熟料煅烧温度、钡元素能够增加熟料的晶格缺陷，提高硅酸二钙的活性。硅藻土、蒙脱土、膨润土利用其结构特点，吸附岩屑中的水分，保持颗粒有良好的流动性。

4、将本申请制备的水泥熟料和缓凝剂混合后粉磨得到低水化热硅酸盐水泥产品，缓凝剂为天然石膏和脱硫石膏，含量为2-4%。制备得到的水泥产品的物理性能如下表所示。

具体实施方式

实施例1

作为本发明一较佳实施例，本实施例公开了：

利用油基钻井岩屑煅烧硅酸盐水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

步骤A、柴油基钻井岩屑的预处理，将柴油基钻井岩屑进行离心脱油和脱水，使得柴油基钻井岩屑含有量经减低到5%以下，含水量减低到5%以下；将脱油和脱水后的柴油基钻井岩屑进行破碎，使得柴油基钻井岩屑的粒径小于10mm；将破碎后的柴油基钻井岩屑与吸水剂按照100:10的比例进行混合，混合后形成混合硅质材料；

步骤B、低水化热硅酸盐水泥熟料制备：

a、原料准备，按照石灰石55份，高铁铝废石5份，步骤A中得到的混合硅质材料5份准备原材料；

b、将步骤a中准备好的原材料混合均匀后，在生料磨中混合磨细，生料细度控制在80μm的筛余10%；

c、将步骤b中得到的生料喂入回转窑中高温煅烧100min，其中煅烧温度为1200℃，煅烧后进行冷却，得到低水化热硅酸盐水泥熟料。

实施例2

作为本发明又一较佳实施例，本实施例公开了：

利用油基钻井岩屑煅烧硅酸盐水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

步骤A、柴油基钻井岩屑的预处理，将柴油基钻井岩屑进行离心脱油和脱水，使得柴油基钻井岩屑含有量经减低到5%以下，含水量减低到5%以下；将脱油和脱水后的柴油基钻井岩屑进行破碎，使得柴油基钻井岩屑的粒径小于10mm；将破碎后的柴油基钻井岩屑与吸水剂按照100:8的比例进行混合，混合后形成混合硅质材料；

步骤B、低水化热硅酸盐水泥熟料制备：

a、原料准备，按照石灰石60份，高铁铝废石10份，步骤A中得到的混合硅质材料10份准备原材料；

b、将步骤a中准备好的原材料混合均匀后，在生料磨中混合磨细，生料细度控制在80μm的筛余12%；

c、将步骤b中得到的生料喂入回转窑中高温煅烧20min，其中煅烧温度为1250℃，煅烧后进行冷却，得到低水化热硅酸盐水泥熟料。

实施例3

作为本发明又一较佳实施例，本实施例公开了：

利用油基钻井岩屑煅烧硅酸盐水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

步骤A、柴油基钻井岩屑的预处理，将柴油基钻井岩屑进行离心脱油和脱水，使得柴油基钻井岩屑含有量经减低到5%以下，含水量减低到5%以下；将脱油和脱水后的柴油基钻井岩屑进行破碎，使得柴油基钻井岩屑的粒径小于10mm；将破碎后的柴油基钻井岩屑与吸水剂按照100:6的比例进行混合，混合后形成混合硅质材料；

步骤B、低水化热硅酸盐水泥熟料制备：

a、原料准备，按照石灰石65份，高铁铝废石15份，步骤A中得到的混合硅质材料15份准备原材料；

b、将步骤a中准备好的原材料混合均匀后，在生料磨中混合磨细，生料细度控制在80μm的筛余13%；

c、将步骤b中得到的生料喂入回转窑中高温煅烧15min，其中煅烧温度为1300℃，煅烧后进行冷却，得到低水化热硅酸盐水泥熟料。

所述步骤A中的吸水剂的目数为200目，所述吸水剂为硅藻土。所述步骤B中石灰石的氧化钙含量为55%。所述步骤B中高铁铝废石中含有高岭土50%，三氧化二铝10%，氧化铁5%。所述步骤A中，混合后形成的混合硅质材料的水分为1.5%。

实施例4

作为本发明又一较佳实施例，本实施例公开了：

利用油基钻井岩屑煅烧硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A、柴油基钻井岩屑的预处理，将柴油基钻井岩屑进行离心脱油和脱水，使得柴油基钻井岩屑含有量经减低到5%以下，含水量减低到5%以下；将脱油和脱水后的柴油基钻井岩屑进行破碎，使得柴油基钻井岩屑的粒径小于10mm；将破碎后的柴油基钻井岩屑与吸水剂按照100:5的比例进行混合，混合后形成混合硅质材料；

步骤B、低水化热硅酸盐水泥熟料制备：

a、原料准备，按照石灰石55份，高铁铝废石20份，步骤A中得到的混合硅质材料25份准备原材料；

b、将步骤a中准备好的原材料混合均匀后，在生料磨中混合磨细，生料细度控制在80μm的筛余15%；

c、将步骤b中得到的生料喂入回转窑中高温煅烧10min，其中煅烧温度为1300℃，煅烧后进行冷却，得到低水化热硅酸盐水泥熟料。所述步骤A中的吸水剂的目数为300目，所述吸水剂为蒙脱土。所述步骤B中石灰石的氧化钙含量为55%。所述步骤B中高铁铝废石中含有高岭土50%，三氧化二铝40%，氧化铁5%。所述步骤A中，混合后形成的混合硅质材料的水分为1.5%。

水泥熟料和缓凝剂混合后粉磨得到低水化热硅酸盐水泥产品，缓凝剂为天然石膏、硬石膏和脱硫石膏，含量为4%。制备得到的水泥产品的物理性能如下表所示。

实施例5

作为本发明又一较佳实施例，本实施例公开了：

利用油基钻井岩屑煅烧硅酸盐水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

步骤A、柴油基钻井岩屑的预处理，将柴油基钻井岩屑进行离心脱油和脱水，使得柴油基钻井岩屑含有量经减低到5%以下，含水量减低到5%以下；将脱油和脱水后的柴油基钻井岩屑进行破碎，使得柴油基钻井岩屑的粒径小于10mm；将破碎后的柴油基钻井岩屑与吸水剂按照100:9的比例进行混合，混合后形成混合硅质材料；

步骤B、低水化热硅酸盐水泥熟料制备：

a、原料准备，按照石灰石80份，高铁铝废石15份，步骤A中得到的混合硅质材料20份准备原材料；

b、将步骤a中准备好的原材料混合均匀后，在生料磨中混合磨细，生料细度控制在80μm的筛余13%；

c、将步骤b中得到的生料喂入回转窑中高温煅烧30min，其中煅烧温度为1350℃，煅烧后进行冷却，得到低水化热硅酸盐水泥熟料。

所述步骤A中的吸水剂的目数为250目，所述吸水剂为膨润土。所述步骤B中石灰石的氧化钙含量为50%。所述步骤B中高铁铝废石中含有高岭土30%，三氧化二铝40%，氧化铁25%。所述步骤A中，混合后形成的混合硅质材料的水分为1.3%。

实施例6

作为本发明又一较佳实施例，本实施例公开了：

利用油基钻井岩屑煅烧硅酸盐水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

步骤A、柴油基钻井岩屑的预处理，将柴油基钻井岩屑进行离心脱油和脱水，使得柴油基钻井岩屑含有量经减低到5%以下，含水量减低到5%以下；将脱油和脱水后的柴油基钻井岩屑进行破碎，使得柴油基钻井岩屑的粒径小于10mm；将破碎后的柴油基钻井岩屑与吸水剂按照100:7的比例进行混合，混合后形成混合硅质材料；

步骤B、低水化热硅酸盐水泥熟料制备：

a、原料准备，按照石灰石85份，高铁铝废石8份，步骤A中得到的混合硅质材料25份准备原材料；

b、将步骤a中准备好的原材料混合均匀后，在生料磨中混合磨细，生料细度控制在80μm的筛余15%；

c、将步骤b中得到的生料喂入回转窑中高温煅烧25min，其中煅烧温度为1320℃，煅烧后进行冷却，得到低水化热硅酸盐水泥熟料。

所述步骤A中的吸水剂的目数为200目，所述吸水剂为硅藻土。所述步骤B中石灰石的氧化钙含量为40%。所述步骤B中高铁铝废石中含有高岭土20%，三氧化二铝40%，氧化铁25%。所述步骤A中，混合后形成的混合硅质材料的水分为1.5%。

Claims (2)

1.利用油基钻井岩屑煅烧硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A、柴油基钻井岩屑的预处理，将柴油基钻井岩屑进行离心脱油和脱水，使得柴油基钻井岩屑含油量减低到5%以下，含水量减低到5%以下；将脱油和脱水后的柴油基钻井岩屑进行破碎，使得柴油基钻井岩屑的粒径小于10mm；将破碎后的柴油基钻井岩屑与吸水剂按照100:10-100:5的比例进行混合，混合后形成混合硅质材料，混合后形成的混合硅质材料的水分为1.5%以下；吸水剂的目数为200-300目，所述吸水剂为硅藻土、膨润土或蒙脱土；

步骤B、低水化热硅酸盐水泥熟料制备：

a、原料准备，按照石灰石55-85份，高铁铝废石5-20份，步骤A中得到的混合硅质材料5-25份准备原材料；所述高铁铝废石中含有高岭土20-50%，三氧化二铝10-40%，氧化铁5-25%；

b、将步骤a中准备好的原材料混合均匀后，在生料磨中混合磨细，生料细度控制在80μm的筛余10-15%；

c、将步骤b中得到的生料喂入回转窑中高温煅烧10-30min，其中煅烧温度为1200-1350℃，煅烧后进行冷却，得到低水化热硅酸盐水泥熟料。

2.如权利要求1所述的利用油基钻井岩屑煅烧硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于：步骤B中石灰石的氧化钙含量为40-55%。