CN113135799A

CN113135799A - 一种利用水基钻井岩屑生产治沙保水剂的工艺方法

Info

Publication number: CN113135799A
Application number: CN202110573552.1A
Authority: CN
Inventors: 金正旭
Original assignee: Ningxia Rundi Agriculture And Animal Husbandry Technology Co ltd
Current assignee: Ningxia Rundi Agriculture And Animal Husbandry Technology Co ltd
Priority date: 2021-05-25
Filing date: 2021-05-25
Publication date: 2021-07-20

Abstract

本发明属于钻井岩屑应用技术领域，涉及一种利用水基钻井岩屑生产治沙保水剂的工艺方法。该工艺方法，包括1.原料筛分：将脱水后的水基钻井岩屑筛分获得小于5mm的砾石；2.碱性调节：加入有机酸类物质，使pH降低至7.5～8.5；3.一次发酵：加入有机质和一次发酵菌群，在15℃～60℃下将pH调节至6.5～7.5；4.一次熟化：在15℃～40℃下进行；5.二次发酵：加入二次发酵菌群和矿源腐植酸并在15℃～40℃下进行；6.混合：加入微量元素以及氮磷钾；7.二次熟化：在15℃～40℃下进行；8.包装。该工艺方法，使水基钻井岩屑实现无害化，满足植物生长的需求，生成可用于沙地改良的治沙保水剂。

Description

一种利用水基钻井岩屑生产治沙保水剂的工艺方法

技术领域

本发明属于钻井岩屑应用技术领域，涉及一种利用水基钻井岩屑生产治沙保水剂的工艺方法。

背景技术

水基钻井岩屑含有较强的碱性和较多的含盐量，具体的，pH在8.5～12之间，含盐量一般在8~12g/kg之间；同时，部分地区产生的岩屑含有一定量的重金属。大多地区对水基钻井岩屑的处理方式为填埋处理，对环境安全带来潜在威胁，也不利于水基钻井岩屑的资源化循环应用。

水基钻井液配方中含有腐植酸、有机物、吸水保水性物质、氮磷钾以及植物生长所需微量元素等物质，若不能够将这些物质进行有效利用，则又会造成更大的资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水基钻井岩屑生产治沙保水剂的工艺方法，有效处理水基钻井岩屑，回收利用水基钻井液配方中的有效物质，制成治沙保水剂，减少资源浪费。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下。

一种利用水基钻井岩屑生产治沙保水剂的工艺方法，包括如下工艺步骤：

（1）原料筛分：将脱水后的水基钻井岩屑进行筛分，将获得的颗粒粒径小于5mm的砾石作为原料；同时，将粒径大于5mm的砾石进行粉碎并再次筛分；此时，岩屑中的其它组分，如保水剂、增稠剂、腐植酸、氯化钾等物质仍保持原有状态，与过滤物一起进入下一步处理；

（2）碱性调节：在筛分后的水基钻井岩屑中加入具有良好缓冲能力的有机酸类物质，包括醋酸、柠檬酸、果酸或木醋液中的一种或几种，使水基钻井岩屑的pH降低至7.5～8.5之间，进而达到适合秸秆、木屑、畜禽养殖废弃物发酵用微生物能健康繁殖的范围；

（3）一次发酵：在水基钻井岩屑中加入有机质和一次发酵菌群，在15℃～60℃下通过一次发酵将pH调节至6.5～7.5之间；其中，有机质包括粉碎的秸秆或发酵后的畜禽粪便中的一种或两种，一次发酵菌群包括枯草芽孢杆菌或巨大芽孢杆菌中的一种或两种；通过加入有机质，为微生物提供生长所必须的有机物，更重要的是，通过有机质的腐化产生有机酸，可进一步调节水基钻井岩屑的pH；

（4）一次熟化：在15℃～40℃下放置，使其进行一次熟化，进而使有机酸与碱性物质有效反应，腐化过程产生的生化腐植酸可与岩屑中的盐分、重金属等阳离子发生螯合络合反应，用以初步消除岩屑中过多盐分的不良影响；

（5）二次发酵：加入二次发酵菌群和矿源腐植酸并在15℃～40℃下进行二次发酵；所使用的二次发酵菌群为可产有机酸菌种，如，乳酸菌、醋酸杆菌、曲霉菌或矿源腐植酸中的一种或几种；此步骤主要用于进一步分解水基钻井岩屑中的高分子添加剂、天然物质，将其降解为小分子，并尽可能释放其中的阳离子，从而更加利于后续制作保水剂使用时植物的吸收；同时，产生的小分子有机醇、有机醛、有机酸和酯类，可吸附、吸收盐分以及螯合重金属；另外，在此过程中，利用矿源腐植酸为发酵菌提供营养，并起到吸水、保水、吸附阳离子、缓冲酸碱性、吸附盐分的作用；

（6）混合：加入微量元素以及氮、磷、钾并进行混合；

（7）二次熟化：在15℃～40℃下放置，使其进行二次熟化；

（8）包装：将熟化后的产品进行包装，即可获得治沙保水剂产品；若即时使用，可不包装、直接使用。

该治沙保水剂产品更适宜盐碱性沙地使用。

本发明利用水基钻井岩屑生产治沙保水剂的工艺方法的有益效果为：

（1）在采用传统技术的同时，开发了新的工艺过程，对水基钻井岩屑进行了无害化处理，所生产的以水基钻井岩屑为主的治沙保水剂具有酸碱性合理、有机质含量高、有益菌丰富、微量元素种类多、营养成分合理等性能特点；这是由于，水基钻井液配方中有腐植酸、有机物、吸水保水性物质、氮磷钾以及植物生长所需的微量元素等，对沙漠改良过程中提高保水性、抗盐碱性、植物营养性以及改善土壤团粒结构等均有良好促进作用；

（2）先通过有机酸调节酸碱性，再用有机质和一次发酵菌群进行进一步发酵、调节pH，从而更加温和的降低岩屑的pH；

（3）首次提出向钻井岩屑中添加矿源腐植酸，再利用可产有机酸菌种的发酵菌，进行一定程度的常温发酵，从而利用产生的小分子有机物，进行盐分的吸附和吸收以及重金属的螯合；与此同时，利用二次发酵菌群对钻进岩屑中的高分子添加剂、天然产物等进行有效分解，使其降解为小分子，更加有利于植物的吸收，促进钻井岩屑的无害化处理；

（4）所制备的保水剂，先添加了有机质，同时利用地质矿物中的微量元素，配合之前在钻井液配方中添加的保水剂、增稠剂、腐植酸等物质，再次添加植物生长必须氮磷钾和微量元素，通过微生物和有机质的生物、化学作用，生产功能全面且高效的治沙保水剂；

（5）该工艺方法，可将油气田水基钻井岩屑中的碱性物质、可溶盐、重金属、高分子物等进行综合处理，达到钻井岩屑的无害化处理，再添加植物生长必须的组分，生成具有保水、调节土壤团粒结构、中和碱性、吸收盐分和螯合重金属、提供养分的治沙保水剂。

（6）该工艺方法，利用水基钻井岩屑中的有益物质，反应、固化有害性物质，使水基钻井岩屑实现无害化，满足植物生长的需求，符合农业肥料的相关标准，最终生成可用于沙地改良的治沙保水剂，为促进水基钻井岩屑的资源化利用开创新的道路。

附图说明

图1为本发明利用水基钻井岩屑生产治沙保水剂工艺方法的流程图；

图2为本发明具体实施方式中实施例2的改良效果实验数据表。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种利用水基钻井岩屑生产治沙保水剂的工艺方法，包括如下工艺步骤。

（1）原料筛分：将经过井场脱水后产生的含水量在40%至50%、且碱性较强的水基钻井岩屑运到固定处理场地，经过筛分，获得颗粒粒径小于5mm的砾石作为原料待用，此时，岩屑中的其它组分，如保水剂、增稠剂、腐植酸、氯化钾等物质仍保持原有状态，与过滤物一起进入下一步处理；与此同时，将分离出的颗粒大于5mm的砾石再进行粉碎、筛分和作为原料使用，使得资源得以有效利用、减少原料的浪费。

（2）碱性调节：对筛分后粒度达标的水基钻井岩屑进行pH检测，并根据pH检测结果，加入具有良好缓冲能力的有机酸类物质，如醋酸、柠檬酸、果酸、木醋液等，使水基钻井岩屑的pH降低到7.5～8.5之间，使其达到适合秸秆、木屑、畜禽养殖废弃物发酵用微生物能健康繁殖的范围。

（3）一次发酵：在经过pH调节的水基钻井岩屑中，加入丰富的有机质，如，粉碎的秸秆、木屑、发酵后的畜禽粪便等，以及一次发酵菌群，如，枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌等，并混合搅拌均匀，在15℃～60℃下进行一次发酵腐熟，通过一次发酵将pH调节至6.5~7.5之间；在此过程中，有机质的目的是为微生物提供生长所必须的有机物，更重要的是，通过有机质的腐化产生有机酸，可进一步调节水基钻井岩屑的pH。

（4）一次熟化：将pH调节合理后的混合物料在15℃～40℃下放置，使其进行一次熟化，可以使有机酸与碱性物质有效反应，腐化过程产生的生化腐植酸可与岩屑中的盐分、重金属等阳离子发生螯合络合反应，用以初步消除岩屑中过多盐分的不良影响；熟化过程结束的条件为，体系的温度波动小于5℃。

（5）二次发酵：经过一次发酵和熟化之后，在物料中加入二次发酵菌群和矿源腐植酸，如，乳酸菌、醋酸杆菌、曲霉菌，并在15℃～40℃下进行二次发酵，主要用于进一步分解水基钻井岩屑中的高分子添加剂（如瓜尔胶、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、磺化木质素等）、天然物质（如木屑、腐植酸等），将其降解为小分子，并尽可能释放其中的阳离子（如K⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺等），从而更加利于后续制作保水剂使用时植物的吸收；同时，产生的小分子有机醇、有机醛、有机酸和酯类，可吸附、吸收盐分以及螯合重金属（如铅、铬、镉、汞、砷等）；在此过程中，利用矿源腐植酸的自身性能为发酵菌提供营养，并起到吸水、保水、吸附阳离子、缓冲酸碱性、吸附盐分的作用。

另外，矿源腐植酸有七大作用，1.利用自身的活性功能团醌基-酚羟基的氧化还原转变，可调节植物生长；2.利用非醌羰基、硝基、醇羟基、氨基，可进行新陈代谢的氧化-还原反应；3.作为H的受体，影响植物的氧化还原，促进糖的积累；4.含有甾类、萜类、α-萘乙酸、琥珀酸、肉桂酸、香豆酸、苯乙酸、阿魏酸等13类植物内源激素；5.通过其羧基官能团，形成腐植酸钾、腐植酸磷、腐植酸锌、腐植酸硒、腐植酸硼、腐植酸钙、腐植酸铁等构成可控释植物的有机-无机复合营养；6.运用其胶体、聚电解质、表面活性等物理性能，作为固定化酶的载体，提高靶标酶活性，起到抗逆、渗透、保水、促进新陈代谢，保持植物营养的动态平衡；7.光作用下，分子中存在的自由基可与不少环境化合物（农药、化肥、金属离子、矿物等）作用，可对除草剂解毒，增加肥效等。

（6）混合：补充加入微量元素（如，硼、镁、锌、铁等）以及氮、磷、钾并进行混合；此过程中，在已经添加有丰富有机物以及地质矿物中的微量元素的混合物料中，配合之前在钻井液配方中添加的保水剂、增稠剂、腐植酸等物质，再次添加植物生长必须的氮磷钾元素和其它微量元素，从而通过微生物和有机质的生物、化学作用，生产功能全面且高效的治沙保水剂

（7）二次熟化：在15℃～40℃下放置，使其进行二次熟化；

（8）包装：将熟化后的产品进行包装，即可获得治沙保水剂产品；此时，熟化完成的治沙保水剂无需造粒、干燥等过程，可直接包装成为产品，十分方便；若即时使用，可不包装、直接使用，更加便捷；另外，该保水剂产品更加适合盐碱性沙地使用。

获得的治沙保水剂，其理化性能为，有机质产量（以干基计）30%、酸碱度pH 6.6、钾离子含量0.2%、钠离子含量0.01%、钙离子含量0.07%。

实施例2

该水基钻井岩屑生产的治沙保水剂，在实际使用的过程中，每亩地施入6～8吨，施入前后对土壤的改良效果数据如图2所示；由图2可看出，该治沙保水剂，可将原土的pH由8.9降低至7.9、含盐量由0.5%～1%降低至0.5%、水分由1.5～3.0%提升至11%、有机质含量由0.16%提升至4.9%、NPK含量由＜0.2%提升至0.88%，具体的，总氮含量0.2%、磷含量0.08%、钾含量0.5%，即，该治沙保水剂在施入土壤后，可有效降低土壤的pH、抑制土壤的含盐量、增强土壤的保水能力，同时，土壤中的有机质含量提高至适合种植的范围、NPK含量也全面提升，另外，针对砷、铅、铬、镉、汞等重金属，可起到有效固定的作用，总量52ppm，具体的，砷含量6ppm、铅含量7ppm、铬含量39ppm，镉和汞未检出。

实施例3

该水基钻井岩屑生产的治沙保水剂，在具体实施的过程中，每亩地施入6～8吨，可以在含水量1.5%～3.0%、pH为8.9、可溶盐0.1%～0.6%、有机质含量0.16%、重金属较多的沙地中，进行玉米、苜蓿、大白菜、枸杞等农作物、蔬菜、经济作物的良好种植，使沙地的各项种植指标达到良好水平，即，含水量增加到9%~12%，pH降低到6.5~8.0，可溶盐降低到0.1%~0.6%，有机质含量提高到4.0%~6.0%，沙地重金属浸出浓度降低10倍以上，同时，土壤重金属含量均低于农业土壤重金属含量风险管控指标。

本产品在企业进行的大田种植实验，获得良好效果；在韭菜种植区进行实验，沙地盐碱性降低，有机质增加，保水性增强；种植实验中，玉米、湖南稷子、苜蓿、韭菜均可良好发芽并生长，发芽率在80%~95%之间。

Claims

1.一种利用水基钻井岩屑生产治沙保水剂的工艺方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：

（1）原料筛分：将脱水后的水基钻井岩屑进行筛分，将获得的颗粒粒径小于5mm的砾石作为原料；

（2）碱性调节：在筛分后的水基钻井岩屑中加入具有良好缓冲能力的有机酸类物质，使水基钻井岩屑的pH降低至7.5～8.5之间；

（3）一次发酵：在水基钻井岩屑中加入有机质和一次发酵菌群，在15℃～60℃下通过一次发酵将pH调节至6.5～7.5之间；

（4）一次熟化：在15℃～40℃下放置，使其进行一次熟化；

（5）二次发酵：加入二次发酵菌群和矿源腐植酸并在15℃～40℃下进行二次发酵；

（6）混合：加入微量元素以及氮、磷、钾并进行混合；

（7）二次熟化：在15℃～40℃下放置，使其进行二次熟化；

（8）包装：将熟化后的产品进行包装，即可获得治沙保水剂产品。

2.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤（2）中，有机酸类物质包括醋酸、柠檬酸、果酸或木醋液中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤（3）中，有机质包括粉碎的秸秆或发酵后的畜禽粪便中的一种或两种。

4.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤（3）中，一次发酵菌群包括枯草芽孢杆菌或巨大芽孢杆菌中的一种或两种。

5.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述步骤（5）中，二次发酵菌群包括乳酸菌、醋酸杆菌或曲霉菌中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，获得的治沙保水剂产品可用于盐碱性沙地。