CN109266353A - 一种水基钻屑培植土改良剂及改良方法 - Google Patents

Abstract

本发明水基钻屑无害化领域，特别涉及一种水基钻屑培植土改良剂及改良方法，包括土壤调质剂、营养剂、pH调节剂和污染物固结剂，通过收集步骤、脱稳步骤和分离处理步骤将水基钻屑改良为适宜于植被生长的培植土。

Description

一种水基钻屑培植土改良剂及改良方法

技术领域

本发明涉及水基钻屑无害化处理技术领域，特别涉及一种水基钻屑培植土改良剂及改良方法。

背景技术

随着国家环保、安全法规的进一步实施，要求油气钻井污染物达到“不落地、零污染、零排放、资源化、无害化”处理目的。为了保证油气开采的可持续性、安全性、环保性，新技术、新工艺、新药剂的研发与应用迫在眉睫；随着我国能源工业的发展及对能源需求的增加，随着国家新环保法的实施，在钻井过程中水基钻井液逐渐取代了油基钻井液，且使用量越来越大，在水基钻井过程中会产生大量的污染物质，统称为水基钻井废弃物(水基钻井废弃泥浆及水基钻屑)。由于钻遇地层的复杂性、特殊性，因此水基钻井废弃物是一种含有多种有机、无机化合物及水、岩屑组成的复杂体系，具有污染物种类多、成份复杂、性质不稳定、处理难度大等特点。目前国内外对于水基钻井液液产生的岩屑主要是随钻固化填埋或拉运集中固化处理，但上述方法均不能彻底处理污染物，处理后的岩屑存在堆积，产生二次污染的隐患或填埋占用土地，造成资源浪费。

现有技术中，如公开号为CN107030097A，公开时间为2017年8月11日，名称为“一种水基钻井液钻屑无害化处理方法”的中国发明专利文献，一种水基钻井液钻屑无害化处理方法，具体包括以下步骤：(1)将岩屑放入滚动洗涤池,利用清水循环洗涤5～12次；(2)加入绿色助剂DBB，循环洗涤5～12次；(3)加入强化助剂GMAA,循环洗涤5～12次；(4)排放循环液进入回用系统，重新加入清水，循环4～6次之后，将岩屑甩干并将所脱水分回用于水基钻井液，但是这种技术方案操作复杂，添加剂较多容易二次污染。

再如公开号为CN101096581，公开时间为2008年1月2日，名称为“油气田废钻井液钻屑无害化处理剂及处理方法”的中国发明专利文献，提供一种油气田废钻井液钻屑无害化处理剂，其由固体处理剂和液体处理剂组成，液态处理剂由下述重量配比的固体状态的原料制成，氯化镁45～47％，氯化钙45～47％，聚合氯化铝6～10％；固态处理剂由下述的重量配比的原料制成，粉煤灰60～70％，磷肥30～40％。本发明既实现了对有害有机物、重金属离子的吸附固化，又中和了钻井液中的碱性，使其达到环保的要求，且成本低廉，可同时适用于水基和油基两种废钻井液；但是这种技术方案处理过程中加入了大量氯盐、金属盐，难以掌控同时也容易产生次生污染。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种不产生二次污染、经过易于实现的工艺步骤即可将水基钻屑改良为适宜于植被生长的培植土的改良剂及改良方法。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种水基钻屑培植土改良剂，其特征在于，包括以下组分：

土壤调质剂(0～4.0％)；

营养剂(2.0～3.0％)；

pH调节剂(0.5～2.0％)；

污染物固结剂(0～10.0％)。

所述污染物固结剂是一种在湿润土壤中会发生水化反应的自水化反应硅酸盐无机材料，包括40～60％的碳粉、3～5％的微硅粉、30～55％的硅藻土和2～5％的硅酸钠，水化反应过程中可以固结住重金属等污染物质，水化反应过程中可以固结住重金属等污染物质。

所述营养剂是一种复合有含氮化合物的有机土型营养剂，该营养剂可以提供植物生长需要的养分。

所述土壤调质剂是一种带有多孔性细微粒和高吸水保水材料的复合型土壤调质剂，该土壤调质剂能够保持制备培植土具有透气性的同时，还具有供给培植土植物生长水份作用。

所述pH调节剂是一种在湿润土壤中极易水解成带酸性的盐，是由强酸弱碱盐硫酸铵、硝酸亚铁或硫酸亚铁中的一种单独制备或多种混合制备而成，其中单独加量根据钻屑碱性强弱而定，加量范围为质量比1.0～2.5％，若是混合加入，优选的如：混合质量比列关系安照(硫酸铵：硝酸亚铁：硫酸亚铁)＝(6:1:3)；该调节剂主要是调节预处理或加入相应处理剂后导致培植土pH在植物生长范围，而有利于植物生长。

一种水基钻屑培植土改良方法，其特征在于，包括以下步骤：

收集步骤，将水基钻井废泥浆通过收集系统收集，采用输送系统输送到脱稳反应系统中；

脱稳步骤，脱稳反应系统向水基钻井废泥浆按质量比为1.0～2.0％加入脱稳剂进行脱稳反应，将脱稳反应后的水基钻井废泥浆输送到固液分离系统；

分离处理步骤，固液分离系统对经过脱稳步骤的水基钻井废泥浆进行固液相分离，将分离出的液相送入液相收集系统进行资源化利用；将分离出的固相与水基钻屑混合后再加入水基钻屑培植土改良剂进行反应，并腐熟至少72h。

所述离处理步骤中，所述脱稳剂是一种不含磷元素的合成型脱稳剂，包括硅酸盐、多聚磷酸盐和聚合硫酸铁，硅酸盐、多聚磷酸盐、聚合硫酸铁做为原料在一定pH、温度条件下合成生成这种脱稳剂，这种脱稳剂含有磷、铁、硅的多核无机高分子处理剂，处理剂中不含有氯元素，液体呈浅黄色。

所述离处理步骤中，所述水基钻屑培植土改良剂包括土壤调质剂、营养剂、pH调节剂和污染物固结剂。

所述分离处理步骤中，分离出的固相与水基钻屑混合后，先加入污染物固结剂充分搅拌反应，然后加入pH调节剂将pH值调节到7.0～8.5之间，再加入土壤调质剂和营养剂进行搅拌反应，并在25～30℃的温度环境下腐熟至少72h。

所述分离处理步骤中，腐熟过程中还包括若干次洒水，将土壤的湿度保持在45～70％，根据种植植物种类而定。

本发明的有益效果如下：

一、本发明提供的水基钻屑培植土改良剂，组分中包括土壤调质剂、营养剂、pH调节剂和污染物固结剂，从土壤质地、养分含量、酸碱情况和污染物去除四个与植被生长最为关键的指标出发进行配比，高效的将水基钻屑进行改良化处理，直接废物利用，避免了排放产生次生污染。

二、本发明提供的水基钻屑培植土改良剂，所述污染物固结剂可以固结住重金属等污染物质，水化反应过程中可以固结住重金属等污染物质；所述营养剂可以提供植物生长需要的养份；所述pH调节剂主要是调节预处理或加入相应处理剂后导致培植土pH在植物生长范围，而有利于植物生长。

三、本发明提供的水基钻屑培植土改良方法，通过收集步骤、脱稳步骤和分离处理步骤，利用本技术方案中提供的改良剂按照工艺顺序有效的将水基钻屑改良为适宜于植被生长的培植土，工艺要求复杂度低、易于实现，并且采用无害物质作为添加剂，不含氯，避免处理过程中产生次生的污染，更不会对土壤造成酸化，是一种十分便利、高效、成本节约的水基钻屑培植土改良方法；其中选用的脱稳剂包括硅酸盐、多聚磷酸盐和聚合硫酸铁，这种脱稳剂含有磷、铁、硅的多核无机高分子处理剂，处理剂中不含有氯元素，不会酸化土壤伤害植被；

附图说明

图1为本发明水基钻屑培植土改良方法的流程示意图。

具体实施方式

以下通过几个具体实施例来进一步说明实现本发明目的的技术方案，需要说明的是，本发明的技术方案包含但不限于以下实施例。

实施例1

作为本发明一种水基钻屑培植土改良剂的最基本技术方案，本实施例具体公开了这种水基钻屑培植土改良剂组分包括：

1、土壤调质剂(0～4.0％)；

2、营养剂(2.0～3.0％)；

3、pH调节剂(0.5～2.0％)；

4、污染物固结剂(0～10.0％)。

从土壤质地、养分含量、酸碱情况和污染物去除四个与植被生长最为关键的指标出发进行配比，高效的将水基钻屑进行改良化处理，直接废物利用，避免了排放产生次生污染。

实施例2

作为本发明水基钻屑培植土改良剂一种优选的技术方案，本实施例具体公开了这种水基钻屑培植土改良剂组分包括：

1、土壤调质剂(0～4.0％)，土壤调质剂是一种带有多孔性细微粒和高吸水保水材料的复合型土壤调质剂，该土壤调质剂能够保持制备培植土具有透气性的同时，还具有供给培植土植物生长水份作用；

2、营养剂(2.0～3.0％)，营养剂是一种复合有含氮化合物的有机土型营养剂，该营养剂可以提供植物生长需要的养分；

3、pH调节剂(0.5～2.0％)，pH调节剂是一种在湿润土壤中极易水解成带酸性的盐，是由强酸弱碱盐硫酸铵、硝酸亚铁或硫酸亚铁中的一种单独制备或多种混合制备而成，其中单独加量根据钻屑碱性强弱而定，加量范围为质量比1.0～2.5％，若是混合加入，优选的如：混合质量比列关系安照(硫酸铵：硝酸亚铁：硫酸亚铁)＝(6:1:3)；该调节剂主要是调节预处理或加入相应处理剂后导致培植土pH在植物生长范围，而有利于植物生长；

4、污染物固结剂(0～10.0％)，污染物固结剂是一种在湿润土壤中会发生水化反应的自水化反应硅酸盐无机材料，包括40～60％的碳粉、3～5％的微硅粉、30～55％的硅藻土和2～5％的硅酸钠，水化反应过程中可以固结住重金属等污染物质，水化反应过程中可以固结住重金属等污染物质。

从土壤质地、养分含量、酸碱情况和污染物去除四个与植被生长最为关键的指标出发进行配比，高效的将水基钻屑进行改良化处理，直接废物利用，避免了排放产生次生污染；所述污染物固结剂可以固结住重金属等污染物质，水化反应过程中可以固结住重金属等污染物质；所述营养剂可以提供植物生长需要的养份；所述pH调节剂主要是调节预处理或加入相应处理剂后导致培植土pH在植物生长范围，而有利于植物生长。

实施例3

作为本发明一种水基钻屑培植土改良方法的最基本技术方案，如图1，本实施例具体公开了包括以下步骤：

收集步骤，将水基钻井废泥浆通过收集系统收集，采用输送系统输送到脱稳反应系统中；

脱稳步骤，脱稳反应系统向水基钻井废泥浆按质量比为1.0～2.0％加入脱稳剂进行脱稳反应，将脱稳反应后的水基钻井废泥浆输送到固液分离系统；

分离处理步骤，固液分离系统对经过脱稳步骤的水基钻井废泥浆进行固液相分离，将分离出的液相送入液相收集系统进行资源化利用；将分离出的固相与水基钻屑混合后再加入水基钻屑培植土改良剂进行反应，并腐熟至少72h。

通过收集步骤、脱稳步骤和分离处理步骤，利用本技术方案中提供的改良剂按照工艺顺序有效的将水基钻屑改良为适宜于植被生长的培植土，工艺要求复杂度低、易于实现，并且采用无害物质作为添加剂，不含氯，避免处理过程中产生次生的污染，更不会对土壤造成酸化，是一种十分便利、高效、成本节约的水基钻屑培植土改良方法。

实施例4

作为本发明水基钻屑培植土改良方法一种优选的的技术方案，如图1，本实施例具体公开了包括以下步骤：

收集步骤，将水基钻井废泥浆通过收集系统收集，采用输送系统输送到脱稳反应系统中；

脱稳步骤，脱稳反应系统向水基钻井废泥浆按质量比为1.0～2.0％加入脱稳剂进行脱稳反应，将脱稳反应后的水基钻井废泥浆输送到固液分离系统；所述脱稳剂是一种不含磷元素的合成型脱稳剂，包括硅酸盐、多聚磷酸盐和聚合硫酸铁，硅酸盐、多聚磷酸盐、聚合硫酸铁做为原料在一定pH、温度条件下合成生成这种脱稳剂，这种脱稳剂含有磷、铁、硅的多核无机高分子处理剂，处理剂中不含有氯元素，液体呈浅黄色。

分离处理步骤，固液分离系统对经过脱稳步骤的水基钻井废泥浆进行固液相分离，将分离出的液相送入液相收集系统进行资源化利用；将分离出的固相与水基钻屑混合后再加入水基钻屑培植土改良剂进行反应，并腐熟至少72h，腐熟过程中还包括若干次洒水，将土壤的湿度保持在45～70％，根据种植植物种类而定；所述水基钻屑培植土改良剂包括土壤调质剂、营养剂、pH调节剂和污染物固结剂。

通过收集步骤、脱稳步骤和分离处理步骤，利用本技术方案中提供的改良剂按照工艺顺序有效的将水基钻屑改良为适宜于植被生长的培植土，工艺要求复杂度低、易于实现，并且采用无害物质作为添加剂，不含氯，避免处理过程中产生次生的污染，更不会对土壤造成酸化，是一种十分便利、高效、成本节约的水基钻屑培植土改良方法。

所述分离处理步骤中，分离出的固相与水基钻屑混合后，先加入污染物固结剂充分搅拌反应，然后加入pH调节剂将pH值调节到7.0～8.5之间，再加入土壤调质剂和营养剂进行搅拌反应，并在25～30℃的温度环境下腐熟至少72h。

本技术方案在处理水基钻屑时，先加入脱稳剂反应充分并固液分离后，再加入污染物固结剂充分搅拌反应，调节pH到7.0-8.5，再加入土壤调质剂和营养成分。然后把制备的培植土充分搅拌使所有处理剂混合和均匀后洒水保持一定湿度，25-30℃腐熟72h。

水基钻井废泥浆经过收集系统收集后，采用输送系统输送到脱稳反应系统中，加入KNTW-1脱稳剂1.0-2.0％(占待处理的废泥浆质量百分数)充分反应后，输送到固液分离系统，分离后的液相进入收集系统进行资源化利用；分离后的岩屑与水基钻屑混合后再加入改良剂KNGL配方体系(土壤调质剂(0-4.0％)，营养剂(2.0-3.0％)、pH调节剂(0.5-2.0％)、污染物固结剂(0-10.0％)均是占钻屑质量百分数)，改良剂与钻屑中的有机物、脱稳剂中的活性组分发生充分的化学反应并腐熟72h后(腐熟过程中要根据情况适当补充水分)，制备得到配制土。可以种植植物或撒播植物种子后等观察植物成活及种子发芽生长情况，待植物成活或种子发芽后，分别取培植土、植物根、茎、叶不同部位进行培植土及植物的浸出液毒性分析(其中脱稳处理指标主要分析固相浸出液pH、色度、含油；培植土主要测试分析浸出液重金属指标、pH；植物主要测试分析浸出液重金属指标)

(1)实验组1：分别取1000g水基钻井废泥浆，加入脱稳剂(KNTW-1)1.0％，脱稳反应后进行固液分离，对分离的固相岩屑加入改良剂KNGL(土壤调质剂(0％)，营养剂(2.0％)、pH值调节剂(0.5％)、污染物固结剂(0％)均是占钻屑质量百分数)，充分混合反应后在25-30℃下腐熟72h，然后种植植物和撒播种子。考察脱稳处理后的相应指标、改良种植后的相应指标。结果如下表。

表1水基钻井废泥浆改良培植土处理情况(含油及重金属单位mg/L)

“-”表示未检出。

从数据表分析看出，水基钻井废泥浆听过加入脱稳剂处理后，岩屑浸出液的含油、色度超标。且在未进行改良的钻屑直接种植或撒播种子，植物不能生长，大约1周左右就全部死掉，种子腐烂在钻屑里面。

在钻屑中采用上述改良剂配方处理后，制备的培植土植物生长良好，撒播种子2周后长出嫩芽，对培植土、植物进行分析其污染指标，均未超标。同时未加入土壤调质剂所制备的培植土其植物成活恢复期较长，撒播种子发芽较慢。改良后培植土中的植物对重金属检测未超过国家标准，但对重金属的吸附率较大。

(2)实验组2：分别取1000g水基钻井废泥浆，加入脱稳剂(KNTW-1)1.5％，脱稳反应后进行固液分离，对分离的固相岩屑加入改良剂KNGL(土壤调质剂(2.0％)，营养剂(2.5％)、pH值调节剂(1.0％)、污染物固结剂(4.0％)均是占钻屑质量百分数)，充分混合反应后在25-30℃下腐熟72h，然后种植植物和撒播种子。考察脱稳处理后相应指标、改良种植后的相应指标。结果如下表。

表2水基钻井废泥浆改良培植土处理情况(含油及重金属单位mg/L)

“-”表示未检出。

从数据表分析看出，水基钻井废泥浆听过加入脱稳剂处理后，岩屑浸出液的含油、色度超标。且在未进行改良的钻屑直接种植或撒播种子，植物不能生长，大约1周左右就全部死掉，种子腐烂在钻屑里面。

在钻屑中采用上述改良剂配方处理后，制备的培植土植物生长良好，撒播种子2周后长出嫩芽，对培植土、植物进行分析其污染指标，均未超标。同时培植土制备过程中加入土壤调质剂、污染物固结剂后，培植土浸出液色度明显降低，所制备的培植土其植物成活恢复期较短，种植1周就成活，撒播种子发芽较快，种子2周就发出料新芽。改良后培植土中的植物重金属检测未超过国家标准，虽然对重金属有吸附作用，但吸附率明显低于案例1，说明污染物固结剂对重金属的固结效果明显。

(3)实验组3：分别取1000g水基钻井废泥浆，加入脱稳剂(KNTW-1)2.0％，脱稳反应后进行固液分离，对分离的固相岩屑加入改良剂KNGL(土壤调质剂(4.0％)，营养剂(3.0％)、pH值调节剂(1.5％)、污染物固结剂(6.0％)均是占钻屑质量百分数)，充分混合反应后在25-30℃下腐熟72h，然后种植植物和撒播种子。考察脱稳处理后的相应指标、改良种植后相应指标。结果如下表。

表3水基钻井废泥浆改良培植土处理情况(含油及重金属单位mg/L)

“-”表示未检出。

从数据表分析看出，水基钻井废泥浆听过加入脱稳剂处理后，岩屑浸出液的含油、色度超标。且在未进行改良的钻屑直接种植或撒播种子，植物不能生长，大约1周左右就全部死掉，种子腐烂在钻屑里面。

在钻屑中采用上述改良剂配方处理后，制备的培植土植物生长良好，撒播种子2周后长出嫩芽，对培植土、植物进行分析其污染指标，均未超标。同时培植土制备过程中加入土壤调质剂、污染物固结剂后，培植土浸出液色度明显降低，所制备的培植土其植物成活恢复期较短，种植1周就成活，撒播种子发芽较快，种子2周就发出料新芽。改良后培植土中的植物重金属检测未超过国家标准，虽然对重金属有吸附作用，但吸附率明显低于案例1，说明污染物固结剂对重金属的固结效果明显。

(4)实验组4：分别取1000g水基钻井废泥，加入脱稳剂(KNTW-1)2.0％，脱稳反应后进行固液分离，对分离的固相岩屑加入改良剂KNGL(土壤调质剂(4.0％)，营养剂(3.0％)、pH值调节剂(2.0％)、污染物固结剂(10.0％)均是占钻屑质量百分数)，充分混合反应后在25-30℃下腐熟72h，然后种植植物和撒播种子。考察脱稳处理后的相应指标、改良种植后相应指标。结果如下表。

表4水基钻井废泥浆改良培植土处理情况(含油及重金属单位mg/L)

“-”表示未检出。

从数据表分析看出，水基钻井废泥浆听过加入脱稳剂处理后，岩屑浸出液的含油、色度超标。且在未进行改良的钻屑直接种植或撒播种子，植物不能生长，大约1周左右就全部死掉，种子腐烂在钻屑里面。

在钻屑中采用上述改良剂配方处理后，制备的培植土植物生长良好，撒播种子3周后不发嫩芽，对培植土、植物进行分析其污染指标，均未超标。同时培植土制备过程中加大污染物固结剂后，培植土浸出液色度明显降低，所制备的培植土其植物成活恢复期较短，种植1周就成活，植物生长过程中叶片嫩绿色；但撒播种子不发芽，可能是加入污染物固结剂多后，体系中的矿化度偏高。改良后培植土中的植物重金属检测未超过国家标准，对重金属吸附率非常低，进一步说明污染物固结剂具有很好的固结重金属作用。

Claims (10)

1.一种水基钻屑培植土改良剂，其特征在于，包括以下组分：

土壤调质剂0~4.0份；

营养剂2.0~3.0份；

pH调节剂0.5~2.0份；

污染物固结剂0~10.0份。

2.如权利要求1所述的一种水基钻屑培植土改良剂，其特征在于：所述污染物固结剂是一种在湿润土壤中会发生水化反应的自水化反应硅酸盐无机材料，包括40~60%的碳粉、3~5%的微硅粉、30~55%的硅藻土和2~5%的硅酸钠。

3.如权利要求1所述的一种水基钻屑培植土改良剂，其特征在于：所述营养剂是一种复合有含氮化合物的有机土型营养剂。

4.如权利要求1所述的一种水基钻屑培植土改良剂，其特征在于：所述土壤调质剂是一种带有多孔性细微粒和高吸水保水材料的复合型土壤调质剂。

5.如权利要求1所述的一种水基钻屑培植土改良剂，其特征在于：所述pH调节剂是一种在湿润土壤中极易水解成带酸性的盐，是由强酸弱碱盐硫酸铵、硝酸亚铁或硫酸亚铁中的一种单独制备或多种混合制备而成。

6.一种水基钻屑培植土改良方法，其特征在于，包括以下步骤：

收集步骤，将水基钻井废泥浆通过收集系统收集，采用输送系统输送到脱稳反应系统中；

脱稳步骤，脱稳反应系统向水基钻井废泥浆按质量比为1.0~2.0%加入脱稳剂进行脱稳反应，将脱稳反应后的水基钻井废泥浆输送到固液分离系统；

分离处理步骤，固液分离系统对经过脱稳步骤的水基钻井废泥浆进行固液相分离，将分离出的液相送入液相收集系统进行资源化利用；将分离出的固相与水基钻屑混合后再加入水基钻屑培植土改良剂进行反应，并腐熟至少72h。

7.如权利要求6所述的一种水基钻屑培植土改良方法，其特征在于：所述脱稳步骤中的脱稳剂是一种不含磷元素的合成型脱稳剂，包括硅酸盐、多聚磷酸盐和聚合硫酸铁。

8.如权利要求6所述的一种水基钻屑培植土改良方法，其特征在于：所述离处理步骤中，所述水基钻屑培植土改良剂包括土壤调质剂、营养剂、pH调节剂和污染物固结剂。

9.如权利要求6所述的一种水基钻屑培植土改良方法，其特征在于：所述分离处理步骤中，分离出的固相与水基钻屑混合后，先加入污染物固结剂充分搅拌反应，然后加入pH调节剂将pH值调节到7.0~8.5之间，再加入土壤调质剂和营养剂进行搅拌反应，并在25-30℃的温度环境下腐熟至少72h。

10.如权利要求6所述的一种水基钻屑培植土改良方法，其特征在于：所述分离处理步骤中，腐熟过程中还包括若干次洒水，将土壤的湿度保持在45~70%，根据种植植物种类而定。