CN110255934A

CN110255934A - 一种利用油基钻井泥浆岩屑生产油井水泥的方法

Info

Publication number: CN110255934A
Application number: CN201910556757.1A
Authority: CN
Inventors: 陈绍华; 杨璐; 瑞静
Original assignee: Chengdu Huahuan Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Huahuan Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2019-09-20

Abstract

本发明公开了一种利用油基钻井泥浆岩屑生产油井水泥的方法，包括：采用粉磨工艺处理油基泥浆岩屑，粉磨后固体颗粒D90＜2cm，输送至仓库存储，仓库设置废气回收装置；采用具有密封结构的输送机将粉磨后的油基岩屑送入水泥生产系统的高温段，岩屑掺量为生料比例的0.5‑20％；岩屑进入回转窑，与其他生料组分高温反应形成油井水泥熟料，掺入石膏粉磨后获得油井水泥。本发明可实现油基岩屑的无害化、资源化处理的目的；能够大规模消化处理油基岩屑，岩屑中的重晶石可作为油井水泥生产的矿化剂提高油井水泥的质量，对氯离子含量无限制，提高岩屑利用效率；有效的利用钻井岩屑中的残留的白油等油基可燃物，降低熟料煅烧煤耗。

Description

一种利用油基钻井泥浆岩屑生产油井水泥的方法

技术领域

本发明属于固体废弃物的处理技术领域，涉及水泥窑协同处理废弃物的技术方法，尤其涉及一种利用油基钻井泥浆岩屑生产油井水泥的方法。

背景技术

在海上或陆地石油、天然气钻探开发过程中，水基泥浆常常不能很好地满足大斜度井、水敏感性地层、复杂地层、水平井等高难度钻井作业的要求，以油类为连续相的油基泥浆具有明显的优势。目前在我国新疆深井、超深井钻井工程，川、渝地区页岩气开发钻井工程中，油基钻井泥浆被广泛使用。特别是近年来，国家加大了页岩气勘探开发力度，油基泥浆的使用更为广泛。

然而，油基泥浆钻井产生的大量岩屑难以处理成为能源绿色开发过程中的难点和痛点。油基岩屑中含有多种石油类有机物，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，浸出液有较高毒性，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。

由于油基泥浆中的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。目前的处理工艺有焚烧法、热裂解法、化学萃取法以及锤磨法。这些方法均存在成本高、处理不彻底、存在二次污染等问题等问题。

CN201711480693.9介绍了一种采用利用油基钻井岩屑制备低水化热硅酸盐水泥熟料的制备方法。通过将预处理后含油量低于5％的岩屑与水泥原材料混合粉磨后制备水泥生料，然后进入水泥生产系统经高温煅烧、冷却得到硅酸盐水泥熟料。该方法存在三个问题，一是油基钻井岩屑为含油危险废弃物，不能与水泥生产系统混用生料设备；二是不能随生料进入水泥生产系统，否则尾气中会含油大量有机气体；三是油基钻井岩屑中含油大量氯离子，限制了油基钻井岩屑在普通水泥中的掺量，否则会因水泥中氯离子导致水泥质量问题。

发明内容

本发明目的旨在提出一种处理量大、经济效益高的油基泥浆钻井岩屑处理方法。为了克服现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种利用油基钻井泥浆岩屑制备油井水泥的制备方法。通过在油井水泥生产过程中掺入高比例的油基岩屑，实现油基泥浆钻井岩屑高效、环保的处理目的，同时实现油井水泥质量优化。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

利用油基钻井泥浆岩屑生产油井水泥的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤A：采用粉磨工艺处理油基泥浆岩屑，粉磨后固体颗粒D90＜2cm，输送至仓库存储，仓库设置废气回收装置；

步骤B：采用具有密封结构的输送机将粉磨后的油基岩屑送入水泥生产系统的高温段，岩屑掺量为生料比例的0.5-20％；

步骤C：岩屑进入回转窑，与其他生料组分高温反应形成油井水泥熟料，掺入石膏粉磨后获得油井水泥。

所述岩屑的化学成分及指标要求包括：SiO₂：40-70％；Al₂O₃：2-25％；Fe₂O₃：2-15％；CaO：3-15％；Cl：≤5.0％；BaO：≤15％；SO₃：≤10％。

粉磨工艺为干法研磨或湿法研磨，粉磨设备为立磨、雷蒙磨、管磨、气流磨及其他形式的粉磨设备中的一种。

采用干法研磨时，干燥设备为回转式烘干机、立式烘干或盘式烘干机；所用干燥空气来自于篦冷机冷却风，干燥空气入口温度为90-350℃，出口温度低于80℃。

干燥设备尾风出口、粉磨设备收尘器尾气出口及干粉仓顶部通过气流管道相连，通过高温防爆风机汇流后从分解窑进入水泥生产系统，入口处设置锁风结构，防止窑内高温气流倒灌。

采用湿法研磨时，岩屑加入水份共同研磨成浆料，达到粒径要求后输送岩屑浆料存储仓库中。

本发明所述各尾气通过高温防爆风机汇流后从分解窑进入水泥生产系统的入窑装置，入窑装置设置于岩屑入窑螺旋输送装置的下部，通过高速气流将粉体分散与水泥生料的充分混合。

与现有技术相比，本发明的优点在于：可实现油基岩屑的无害化、资源化处理的目的；能够实现大规模消化处理油基岩屑，岩屑中的重晶石可作为油井水泥生产的矿化剂，有利于提高油井水泥的质量。

油井水泥中对氯离子含量无限制，可提高岩屑作为油井水泥生产原材料的利用效率。

钻井岩屑作为钻井液处理过程后固态成分，含有较多化学外加剂、重晶石及被钻头研磨过后的不同岩层岩石细颗粒，用此作为生料组分，单独烘干粉磨能够保证更高的粉磨效率。

有效的利用钻井岩屑中的残留的白油等油基可燃物，有效降低熟料煅烧的煤耗；螺旋输送机加入油基岩屑，通过可实现岩屑掺入量可调。

岩屑中的重晶石及氯化物在煅烧过程中作为矿化剂，改变生料的易烧性，降低液相粘度，有利于硅酸三钙的形成，并形成无水硫铝酸钙(4CaO·3Al₂O₃·SO₃)加速硅酸三钙和硅酸二钙的形成，并能够固溶到硅酸二钙中，可作为油井水泥生产的矿化剂。

附图说明

图1是本发明实施案例1设备工艺流程示意图；

图2是N0、N5、N15的XRD衍射图谱。

图中，1是干燥设备，2是粉磨设备，3是除尘设备，4是负压设备，5是预分解窑，6是输送机，7是干粉仓库，8是输送机，9是螺旋输送电机，10是鼓风设备，11是止回阀，12是回转窑，13是篦冷机，14是原水泥生产系统，A表示硅酸三钙，B表示硅酸二钙，C表示铁铝酸四钙，D表示二水石膏。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。

实施例1

本发明油基泥浆钻井岩屑采自某油田，岩屑的化学成分见下表1：

其中，LOI是烧失量，各成分含量是重量百分比含量。

LOI	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	K<sub>2</sub>O	Na<sub>2</sub>O	SO<sub>3</sub>	TiO<sub>2</sub>	Cl	BaO
												22.71	38.84	9.63	3.64	8.88	2.22	2.07	0.89	4.34	0.44	1.17	5.04
Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MnO	Co<sub>3</sub>O<sub>4</sub>	NiO	CuO	ZnO	As<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Rb<sub>2</sub>O	SrO	Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	ZrO<sub>2</sub>	PbO
												0.01	0.02	0.69	0.02	0.01	0.02	0.01	0.03	0.12	0.00	0.02	0.01

具体步骤包括：

步骤A：

采用立式干燥机对岩屑进行干燥处理，干燥空气入口温度为150℃，出口温度为75℃；岩屑在干燥机中的停留时间为30min，干燥处理后岩屑含水量为1.65％，烧失量为8.5％。

采用雷蒙磨进行粉磨处理，处理能力为5吨/小时，颗粒级配D90为0.9μm；

采用变频螺旋输送机输送岩屑干粉，螺旋筒体直径133mm，输送能力6吨/小时。

立式干燥机尾风出口、雷蒙磨收尘器尾气出口、干粉仓顶部通过气流管道相连，通过高温防爆风机汇流后从分解窑进入水泥生产系统，入口处设置锁风结构，防止窑内高温气流倒灌。

G级高抗油井水泥生料为石灰石、砂岩、硫酸渣，粉磨后80μm筛余为10％。岩屑掺量分别0、5％、15％，原材料配比见表2。水泥数量加入4％的二水石膏进行粉磨，比表面积控制为280-305m²/kg。

表2：G级油井水泥的生料组成及物理性能：

其中，N0是岩屑掺量为0时的G级油井水泥；N5是岩屑掺量为5％时的G级油井水泥；N15是岩屑掺量为15％时的G级油井水泥。

表3 G级油井水泥的化学成分：

实验结果表明，当岩屑作为G级高抗油井水泥的硅质原材料替代部分砂岩时，油井水泥的化学成分及各项物理性能，包括初始稠度、稠化时间、游离液及抗压强度值等参数完全满足GB/T 10238-2015中关于G级高抗的性能要求。

图2为N0 N5 N15的XRD衍射图谱，对比分析图中衍射峰位置及高度差异不大，水泥的组成矿物主要有C₃S、C₂S、C₄AF、C₂SO₄。说明岩对油井水泥熟料的矿物组成类型和含量影响不大，完全可以作为油井水泥生产的原材料，岩屑以水泥的形成重新返回地下，减少可能对地面环境造成的污染。

Claims

1.一种利用油基钻井泥浆岩屑生产油井水泥的方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用油基钻井泥浆岩屑生产油井水泥的方法，其特征在于：所述岩屑的化学成分及指标要求包括：SiO₂：40-70％；Al₂O₃：2-25％；Fe₂O₃：2-15％；CaO：3-15％；Cl：≤5.0％；BaO：≤15％；SO₃：≤10％。

3.根据权利要求2所述的利用油基钻井泥浆岩屑生产油井水泥的方法，其特征在于：粉磨工艺为干法研磨或湿法研磨，粉磨设备为立磨、雷蒙磨、管磨、气流磨及其他形式的粉磨设备中的一种。

4.根据权利要求3所述的利用油基钻井泥浆岩屑生产油井水泥的方法，其特征在于：所述粉磨工艺为干法研磨，干燥设备为回转式烘干机、立式烘干或盘式烘干机；所用干燥空气来自于篦冷机冷却风，干燥空气入口温度为90-350℃，出口温度低于80℃。

5.根据权利要求4所述的利用油基钻井泥浆岩屑生产油井水泥的方法，其特征在于：所述干燥设备尾风出口、粉磨设备收尘器尾气出口及干粉仓顶部通过气流管道相连，通过高温防爆风机汇流后从分解窑进入水泥生产系统，入口处设置锁风结构，防止窑内高温气流倒灌。

6.根据权利要求3所述的利用油基钻井泥浆岩屑生产油井水泥的方法，其特征在于：所述粉磨工艺为湿法研磨，岩屑加入水份共同研磨成浆料，达到粒径要求后输送岩屑浆料存储仓库中。

7.根据权利要求1至6任一项所述的利用油基钻井泥浆岩屑生产油井水泥的方法，其特征在于：所述各尾气通过高温防爆风机汇流后从分解窑进入水泥生产系统的入窑装置，入窑装置设置于岩屑入窑螺旋输送装置的下部，通过高速气流将粉体分散与水泥生料的充分混合。