CN113605849A - 两步法无害资源化处理水基钻井废弃物的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无害资源化处理水基钻井废弃物的技术，首次将水基钻井废弃物应用在混凝土制品中。先利用破胶剂、氧化剂、固化剂和促凝剂将水基钻井废弃物中的有毒有害物质降解螯合固化，并将超细土颗粒团聚成粒径较大的颗粒；再将上述产物与水泥和砂石混合，利用增强剂的激发作用进一步激发超细土颗粒的活性，使其能与水泥和砂石匹配，制成性能良好的混凝土预制件。本发明创新地将水基钻井废弃物处理和资源化利用统一结合，节约资源，降低排放，减少污染。因此，本发明具有创新性以及很高的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明属于水基钻井废弃物无害资源化处理技术领域，具体涉及水基钻井废弃物中泥浆(废水和超细颗粒)的处理及其在混凝土中的应用工艺。
背景技术
在钻井过程中，会产生大量的水基钻井废弃物，包括钻屑和泥浆(废水和超细颗粒)，泥浆量约为钻凿体积的3倍。为了维护钻井井帮的稳定性，会在钻井泥浆中加入大量的化学药剂，因此，泥浆的胶体率高，稳定性好，不易失水干结。钻井工程竣工后，遗留大量的废弃泥浆，会造成环境污染问题，需要就地处理，这成了一大难题。目前，对钻井废弃物的处理仍采用挖坑排放的传统方法，占地面积大，对周边生态环境有严重影响。因此，对废弃泥浆的无害化、资源化处理，成为亟待解决的问题。
国内目前处理水基泥浆一般是先固液分离，然后分步处理，该技术工艺繁琐，成本高，周期长，还会产生二次污染。固液分离后的固体颗粒比较小，粒径基本在几微米到几十微米之间，我们称其为超细颗粒。现有技术大多数是将固相处理后填埋或利用，没有直接资源化利用，其中主要原因是颗粒粒径太小，无法加到各材料中，比如混凝土、火砖和陶瓷等。应用在混凝土中时，因超细颗粒比表面积大，会妨碍水泥浆与砂的粘结，并在保持相同流动性的条件下，增加水和水泥的用量，从而导致混凝土的强度和耐久性降低，干缩，徐变增大，严重时还会产生层析。因此现有技术很难将超细颗粒直接资源化利用。
目前钻井废弃物主要采用堆放和固液分离技术处理，但由于工序复杂，占地面积广，处理成本高，很难大规模应用。现有处理技术需要对固液分离后的液相和固相分别处理，其中液相还需进一步深度处理。这种处理方法虽然能使泥浆无害化，但需要分步处理，同时处理过程中不可避免地会产生二次污染，因此现有技术存在处理步骤多，资源消耗大，造成二次污染等缺点。因此，本发明提供一种将水基钻井废弃物无害资源化处理的工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水基钻井废弃物的一体化处理方法及应用。本发明提供的处理方法对水基钻井废弃物进行处理，将泥浆中的废水和超细颗粒无害化处理并资源化利用，不需要固液分离，处理步骤简单，成本低，能利用无害化处理物来制作混凝土预制件。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
两步法无害资源化处理水基钻井废弃物的工艺，包括以下两步步，
S1：水基钻井废弃物无害化处理。在水基钻井废弃物中加入破胶剂、氧化剂、固化剂和促凝剂。该过程将泥浆破胶，使超细颗粒团聚，降低COD并将有毒有害物质快速固化，从而达到水基钻井废弃物的无害化处理。将处理物晾干或晒干,并破碎成1-10mm，得到固体G1。
钻井过程中会加入了大量的有机物，致使水基钻井废弃物中土颗粒表面活性增加，因此其自脱稳难度很大，需要加入破胶剂。破胶剂的原理主要是改变钻井废弃物的物理、化学性质，破坏土颗粒表面的胶体体系，促使悬浮的细小颗粒絮凝成较大的絮凝体。加入氧化剂是利用氧化作用将钻井废弃物中的有机物氧化分解成小分子，降低COD。加入固化剂是促使钻井废弃物中的土颗粒进一步连接在一起，并将其中的有毒有害物质固定。固化原理主要是利用高分子的长链，其表面带有亲水基团的长链，亲水基团通过氢键及阳离子交换作用于土颗粒形成紧密的连接结构，而主链上具有疏水性长链缠绕在土颗粒表面及空隙内形成网状膜结构，并将有毒有害物质进一步缠绕入网状结构，增强土颗粒的连接，并结合水泥等胶结料将土颗粒与有毒有害物质固化成整体，即减少了细微土颗粒的分散，又降低了COD。加入促凝剂是加快钻井废弃物的固化时间，其机理主要是促凝剂的加入会引起一系列的物理化学反应，使泥浆结构更致密，凝固时间更短。
S2：资源化利用。将一定比例的水泥、沙子、石头和G1混合，加入适量的水、增强剂和促凝剂，搅拌均匀，装入模具振动成型，之后脱模养护，制成达标的预制件。
增强剂的加入是为了增加混凝土的强度，增强剂能激发土粒活性并和水泥发生一系列反应，形成针状网络结构，增加强度。
步骤S1中破胶剂包括但不局限于硫酸铝和氯化亚铁，加入量为1％-8％。
步骤S1中氧化剂包括但不局限于次氯酸钙、过硫酸钠和过碳酸钠等，加入量为1％-5％。
步骤S1中固化剂包括但不局限于硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石膏和石灰等，加入量为5％-20％，以及丙烯酸乳液、环氧树脂和聚丙烯酰胺，加入量为1‰-1％。
步骤S1和S2中促凝剂包括但不局限于铝酸盐、水玻璃和硅酸盐等，加入量为1％-10％。
步骤S1中水基钻井废弃物固化后晾干或晒干将硬化，超细颗粒减少，将其破碎成粒径为1-10mm的小颗粒，使其能加入混凝土而不引起不良反应。
步骤S2中增强剂包括但不局限于氧化钙、氢氧化钠和硫酸铝等。加入量为1％-5％
步骤S2中水泥为通用硅酸盐水泥，比例为10％-30％。
步骤S2中沙子为普通建筑用沙，比例为0-10％。
步骤S2中石头为普通建筑用石头，比例为40％-60％。
步骤S2中G1比例为10％-40％。
步骤S2中加水量为水泥质量的50％-90％。
步骤S2中模具采用边长为120mm，深30mm的六棱柱预制件模具，成型前在模具内壁均匀涂一层脱模剂(矿物油)，振动台频率为45-55Hz，振动时间为5-20min。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：
1、本发明首次采用两步法高效无害处理水基钻井废弃物，不再需要固液分离。通过破胶、氧化、固化及胶黏的方式，对泥浆中有毒有害物质进行降解螯合吸附，形成稳定的固化体，同时还能使超细颗粒团聚，增加粒径。本发明处理工序简单，成本低，降低了二次污染，属于绿色环保技术。
2、本发明首次将固化后的水基钻井废弃物应用在混凝土制品中。采用固化技术将钻井废弃物硬化，并利用增强剂的激发作用提高了添有水基钻井废弃物混凝土的强度，使固化水基钻井废弃物能加入混凝土而不引起不良反应。本发明具有很高的实际应用价值。
附图说明
图1为本发明钻井废弃物固化前后泡水28天照片。(a)没有固化，(b)和(c)固化。
图2为本发明图2实施例一照片。
图3为本发明图2实施例二照片。
图4为本发明的工艺流程图。
具体实施方案
下面结合具体实施例对本发明进行进一步地描述，但本发明的保护范围并不仅仅限于此。
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
如图4所示，本实施例中两步法无害资源化处理水基钻井废弃物的工艺，包括以下步骤，
实施例一
S1：水基钻井废弃物无害化处理。取钻井废弃物2000g，加入硫酸铝3％wt，硅酸盐水泥10％wt，丙烯酸乳液1‰，铝酸钠3％wt，过硫酸钠1％wt，搅拌均匀后倒出自然晾干或晒干，破碎得到约为1kg的固体A。
S2：将硅酸盐水泥1kg，沙子0.5kg和固体A1kg搅拌均匀，加入水1kg和铝酸钠150g，搅拌均匀后加入石头2.5kg，加入增强剂氧化钙0.25kg，搅拌均匀，倒入模具，放到水泥震荡器上震荡10分钟成型。静置1天后脱模养护，测7天、14天、28天抗压强度。
实施例二
S1：水基钻井废弃物无害化处理。取钻井废弃物4000g，加入硫酸铝1.5％和氯化亚铁0.5％，硅酸盐水泥6％和石灰1％和石膏1％，丙烯酸乳液5‰，铝酸钠5％，搅拌均匀后倒出自然晾干或晒干，破碎得到约为2kg的固体B。
S2：将硅酸盐水泥1.25kg和固体B1.5 kg搅拌均匀，加入水1.25kg和铝酸钠100g，搅拌均匀后加入石头2.25kg，氢氧化钠0.15kg，搅拌均匀，倒入模具，放到水泥震荡器上震荡10分钟成型。静置1天后脱模养护，测7天、14天、28天抗压强度。
对比例
对比例配方为：硅酸盐水泥1kg，沙1.5kg，石头2.5kg，铝酸钠150g，水0.6kg，其他步骤同[0033]。
实施例一、二的水基钻井废弃物固化配方和实施例一、二及对比例制作混凝土预制件配比见表1-1。
表1-1固化配方和混凝土配比
实施例一和实施例二制作的混凝土预制件强度见表1-2。
表1-2案例一和案例二的抗压强度
综上，本发明实施例在水基钻井废弃物处理过程中能够将水基钻井废弃物无害化处理并首次将其应用在混凝土制品中。同现有的水基钻井废弃物处理技术相比，不仅能快速将水基钻井废弃物无害化处理，同时能利用处理产物制作混凝土预制件，工序简单，节约成本，降低二次污染，绿色环保。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.两步法无害资源化处理水基钻井废弃物的工艺，其特征在于，包括以下两步：
S1：水基钻井废弃物无害化处理。在水基钻井废弃物中加入破胶剂、氧化剂、固化剂和促凝剂，将水基钻井废弃物中的土壤颗粒破胶，让超细颗粒团聚并将有害物质快速固化，从而达到水基钻井废弃物的无害化处理。得到初步处理物，自然晾干或晒干得到固体G1。
S2：资源化利用。将一定比例的水泥、沙子、石头和G1混合，加入适量的水、促凝剂和增强剂，搅拌均匀，装入模具振动成型，之后脱模养护，制成达标的预制件。
2.根据权利要求1所述的两步法无害资源化处理水基钻井废弃物的工艺，其特征在于：步骤S1中的破胶剂包括但不局限于硫酸铝和氯化亚铁。
3.根据权利要求1所述的两步法无害资源化处理水基钻井废弃物的工艺，其特征在于：步骤S1中氧化剂包括但不局限于次氯酸钙、过硫酸钠和过碳酸钠等。
4.根据权利要求1所述的两步法无害资源化处理水基钻井废弃物的工艺，其特征在于：步骤S1中固化剂包括但不局限于硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石膏和石灰以及丙烯酸乳液、环氧树脂和聚丙烯酰胺等。
5.根据权利要求1所述的两步法无害资源化处理水基钻井废弃物的工艺，其特征在于：步骤S1、S2中促凝剂包括但不局限于铝酸盐、水玻璃和硅酸盐等。
6.根据权利要求1所述的两步法无害资源化处理水基钻井废弃物的工艺，其特征在于：步骤S2中水泥符合《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)。
7.根据权利要求1所述的两步法无害资源化处理水基钻井废弃物的工艺，其特征在于：步骤S2中沙子和石头符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52-2006)。
8.根据权利要求1所述的两步法无害资源化处理水基钻井废弃物的工艺，其特征在于：步骤S2中G1粒度为1-10mm。
9.根据权利要求1所述的两步法高效资源化处理水基钻井废弃物的工艺，其特征在于：步骤S2中增强剂包括但不局限于氧化钙、氢氧化钠和硫酸铝等。
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