CN113800794A

CN113800794A - 一种油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法

Info

Publication number: CN113800794A
Application number: CN202111131093.8A
Authority: CN
Inventors: 周斌
Original assignee: Leshan Jiayu Environmental Technology Co ltd
Current assignee: Leshan Jiayu Environmental Technology Co ltd
Priority date: 2021-09-26
Filing date: 2021-09-26
Publication date: 2021-12-17

Abstract

本发明公开了一种油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法，包括以下步骤：将铝矾土、脱硫石膏、石灰石称重混合后进行粉磨，得到生料；将所述生料煅烧、冷却，得到熟料，所述熟料的碱度系数为0.80‑0.92；将所述熟料与天然石膏、石灰石混合研磨后，加入硼酸，得到成品；将成品进行包装、检测后出厂。本发明以难以被有效利用的低品位铝矾土为主要原料，加入石膏、石灰石等工业废弃物，减轻了这些工业废料未被利用而对环境造成的严重负担，各步骤相互交织，相互联系，共同作用以得到固化时间短，碱度低，无重金属离子掺入的固化剂。

Description

一种油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及油田废弃钻井泥浆的处理技术领域，具体为一种油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法。

背景技术

钻井废弃泥浆岩屑是油气田开发过程中产生的废弃物。随着近几年非常规油气资源的勘探开发，钻井数量不断增多，钻井废弃泥浆产量也不断增加。钻井废弃泥浆主要含有粘土、加重材料、钻屑、污水、污油和多种化学添加剂，其中的烃类、盐类、各种聚合物、以及汞、铜、砷、铬、锌、铅等重金属离子是重要的污染源，如果不妥善处理，会对井场周边的土壤、植被、地下水、地表水、农田等造成严重影响。在废弃钻井液环境无害处理的领域，国内外均进行了大量的研究工作，国际上处理陆上石油钻井废弃钻井液通常的做法是：①用于土地耕作；②固化；③细菌降解；④焚烧；⑤溶剂萃取；⑥注入废弃井下集中无害处理。国内各油田从九十年代以来在废钻井液处理方面也进行了大量的研究工作，主要处理方法以固化为主，此方法简单易行，成本较低。

现有固化方法主要是在钻井泥浆中添加固化剂进行固化处理后，拉运到指定的堆渣场集中存放。但由于钻井废弃泥浆中大量羧甲基纤维素类、聚丙烯酰胺类和石油烃类等有机物的存在，不仅导致泥浆固化时间长，固化强度低，而且其浸出液的pH和COD超标，达不到就地填埋条件，另外，集中存放也占用大面积土地。

我国的铝矾土，绝大多数属于I级以下中低品位矿，属水硬铝石型铝土矿，具有高铝、高硅、低铁的特征。矿石整体铝硅比较低，80％以上的是中低品铝土矿，低品位铝土矿中铝硅比小于4，铝硅比在5-9范围的矿石仅有18.5％左右。这些低品位矿石的堆存不仅将带来环境污染、土地占用等一系列问题，同时矿石中还含有许多的有用矿物成分，这又将造成一定的资源浪费。

我国绝大部分燃煤电厂烟气脱硫采用的是工业化比较成熟和应用广泛的湿法脱硫工艺。但是，这种石灰石-石膏法湿法脱硫工艺产生的后果就是脱硫石膏大量堆放、分解造成二次污染，对气候、土壤、植物和人类健康带来危害。另外，许多化工企业生产过程中的副产石膏早已积弊为患，如何处置这些工业废弃物，也已成为迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法，该制备过程能够将废弃资源合理利用，达到了保护环境，节约资源的目的，所得固化剂固化时间短，碱度低，无重金属离子掺入。

为实现上述目的，本发明首先提供一种油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法，包括以下步骤：

将铝矾土、脱硫石膏、石灰石称重混合后进行粉磨，得到生料；

将所述生料煅烧、冷却，得到熟料，所述熟料的碱度系数为0.80-0.92；

将所述熟料与天然石膏、石灰石混合研磨后，加入硼酸，得到成品；

将成品进行包装、检测后出厂。

优选的，所述生料的制备过程中，以重量份计，所述铝矾土30-35份，所述脱硫石膏11-20份，所述石灰石45-59份。

优选的，所述成品制备过程中，以重量份计，所述熟料55-65份，所述天然石膏10-15份、所述石灰石25-35份。

优选的，在所述成品制备过程中，以重量百分比计，所述硼酸的加入量为占所述熟料与天然石膏、石灰石总重量的1-3‰。

优选的，所述粉磨为粉磨至0.08mm筛余量小于等于10％。

优选的，所述煅烧过程使用的是回转窑。

优选的，所述煅烧温度为1250℃。

优选的，所述煅烧过程还需添加烟煤，所述烟煤研磨至0.08mm筛余量小于等于10％。

优选的，以重量百分比计，所述熟料中烟煤的占比为0.11-0.13％。

优选的，所述生料在煅烧过程中控制体积密度在0.85-0.95kg/L。

优选的，所述研磨为研磨至0.08mm筛余量小于等于8％。

优选的，所述成品制备过程中石灰石可替换为粉煤灰。

优选的，所述铝矾土的成分以质量百分比计包括：Al₂O₃≥62％，SiO₂≤11.0％，N₂O≤0.35％。

优选的，所述石灰石的成分以质量百分比计包括：CaO≥52.0％，SiO₂≤1.0％，N₂O≤0.2％。

优选的，所述碱度系数的公式为：

式中，CaO、TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂等分别为相应化学成分所占的质量百分比。

本发明还提供一种通过所述的油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法得到的固化剂。

本发明还提供一种所述固化剂在油田废弃钻井泥浆无害化处理时的应用。

本发明还提供一种所述油田废弃钻井泥浆固化剂的使用方法，具体为：将所述固化剂与油田废弃钻井泥浆混合，加入少量水搅拌。

本发明的有益效果是：

1、本发明的油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法，以难以被有效利用的低品位铝矾土为主要原料，加入石膏、石灰石等工业废弃物，减轻了这些工业废料未被利用而对环境造成的严重负担，铝矾土提供成品中生成硫铝酸四钙的铝元素，石膏提供成品中生成硫铝酸四钙的硫元素，并且起到加快水化反应速度，促进钙矾石的生成，从而可以加快固化时间，石灰石可以降低成品pH，增强产品和易性从而减少搅拌用水量，提高固化强度，也有利于促进钙矾石的生成，增强固化强度，硼酸调节体系pH，进一步增强体系强度，并且提高了体系的分散性，各步骤相互交织，相互联系，共同作用以得到固化时间短，碱度低，无重金属离子掺入的固化剂。

2、本发明的原料来自工业废弃物，虽然提高了废物的利用率，但固化剂的性能会容易受影响，为了提升固化剂的综合性能，本发明经过大量实验探究后，确定了有效的配料方法，将熟料的碱度系数控制在0.8-0.92之间，可以有效控制体系的pH值，能有效控制各组分之间的用量和配比关系，从而得到固化时间短、固化强度高的低碱度固化剂。整体配方科学合理，原料来源广泛，制作简便，成本低廉，得到的固化剂碱度低于10.5，固化强度高，无重金属离子掺入，固化时间短。

3、本发明固化剂的制备过程中，加入硼酸作为无机酸，具有无毒、无臭味、溶于水、熔点较高(185℃)的特性，可做强酸中和剂，实际应用中可与高铝及硫铝矿物相适配，是优质的pH值调节剂，降低pH作用明显，并且可与钙化物反应生成硼化钙类化合物，对产品强度起到补充作用，另外，其作为无机酸，电荷为负，在使用时可有效中和粉料的正电荷，能减少加水搅拌时的用水量，并且提高体系的分散性。

4、本发明通过粉磨将铝矾土、石膏、石灰石等工业废弃物来从粉磨物中去除异物并回收粉尘，从而进行后续制备。

5、本发明在煅烧过程中添加烟煤，并且所述烟煤需经过研磨。可以作为燃料，提供反应所需要的温度，还可以作为原料，燃烧后的煤灰会沉淀在熟料中，但是不会增加熟料的pH值。

6、本发明用体积密度对煅烧过程进行限定，体密度是衡量煅烧温度和时间的重要指标，一般来说，体积密度越大，说明烧成温度越高，一般控制在0.85-0.95kg/L，以得到符合后续制备使用的熟料。

7、本发明的固化剂是低碱度硫铝酸盐固化剂，本发明整体配方科学合理，原料来源广泛，制作简便，成本低廉，得到的固化剂碱度低于10.5，固化强度高，无重金属离子掺入，固化时间短。

8、本发明的固化剂用于油气田开采中有害泥浆岩屑的固化，固化后填埋，不易腐蚀填埋处的防水层，有效保护地下水源的安全，固化后产生的块状物具有一定的强度，结构稳定，不再与雨水或其他地下水产生化学反应，使其达到废弃有害物的无害化填埋处理。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在不同的油区板块钻井过程中，会产生大量废弃的钻井液。废弃钻井液含粘土、加重材料、材料添加剂、污水、污油及钻屑的多相稳定胶悬浮体，成份特别复杂。调查分析表明，废弃钻井液中含有盐类(尤其是氯化物)、柴油及其它矿物油、COD达到4000以上，严重超标，并含有总铬、六价铬、汞、总砷、总铅、总镉等重金属，另外废弃钻井液中的pH值也很高，因此对废弃钻井液的处理是比较困难的，如果不经处理的泥浆池长时间堆放，会直接影响周边农田、河塘、及海洋、也严重污染地下水资源。目前的处理手段也相对落后，除回收利用一小部分外绝大部分采用直接排放和自然蒸发、沉积、干化、焚烧和就地掩埋等方法进行简单处理，由于钻井废弃钻井液泥浆流失会对环境造成严重污染，所以必须对废弃钻井液进行固化处理。

本发明提供一种油田废弃钻井泥浆固化剂及其制备方法，制备过程能够将废弃资源合理利用，达到了保护环境，节约资源的目的，所得固化剂固化时间短，碱度低，无重金属离子掺入。为实现上述目的，本发明首先提供一种油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法，包括以下步骤：

将成品进行包装、检测后出厂。

在本发明中，以难以被有效利用的低品位铝矾土为主要原料，加入石膏、石灰石等工业废弃物，减轻了这些工业废料未被利用而对环境造成的严重负担，铝矾土提供成品中生成硫铝酸四钙的铝元素，石膏提供成品中生成硫铝酸四钙的硫元素，并且起到加快水化反应速度，促进钙矾石的生成，从而可以加快固化时间，石灰石可以降低成品pH，增强产品和易性从而减少搅拌用水量，提高固化强度，也有利于促进钙矾石的生成，增强固化强度，硼酸调节体系pH，进一步增强体系强度，并且提高了体系的分散性，各步骤相互交织，相互联系，共同作用以得到固化时间短，碱度低，无重金属离子掺入的固化剂。

在本发明中，碱度系数公式为：

本发明的原料来自工业废弃物，虽然提高了废物的利用率，但固化剂的性能会容易受影响，为了提升固化剂的综合性能，本发明经过大量实验探究后，确定了有效的配料方法，将熟料的碱度系数控制在0.8-0.92之间，可以有效控制体系的pH值，能有效控制各组分之间的用量和配比关系，从而得到固化时间段、固化强度高的低碱度固化剂。

按照本发明，所述生料的制备过程中，以重量份计，所述铝矾土30-35份，所述脱硫石膏11-20份，所述石灰石45-59份；所述成品制备过程中，以重量份计，所述熟料55-65份，天然石膏10-15份、石灰石25-35份。在本发明中，所述成品制备过程中的石膏可以为天然石膏。脱硫石膏为工厂脱硫副产物，化学成分不稳定，水分较重，不易烘干，水分重会使成品制备过程中吸水水化严重降低成品固化强度；另外，脱硫石膏的产生本身是个很复杂的物理化学反应，因此包含了多种有害金属、非金属化合物(如镉、铅、铜、氟)等，威胁产品品质，因此选择此过程天然石膏得到的产品品质更优异。

按照本发明，以重量百分比计，所述硼酸的加入量为占所述熟料与天然石膏、石灰石总重量的1-3‰。硼酸作为无机酸，具有无毒、无臭味、溶于水、熔点较高(185℃)的特性，可做强酸中和剂，实际应用中可与高铝及硫铝矿物相适配，是优质的pH值调节剂，降低pH作用明显，并且可与钙化物反应生成硼化钙类化合物，对产品强度起到补充作用，另外，其作为无机酸，电荷为负，在使用时可有效中和粉料的正电荷，能减少加水搅拌时的用水量，并且提高体系的分散性。

在本发明中，可通过粉磨铝矾土、石膏、石灰石等工业废弃物来从粉磨物中去除异物并回收粉尘，从而进行后续制备。可通过使用选自由破碎机、粉碎机及磨碎机组成的组中的一种以上装置来进行上述粉磨。进一步的，所述粉磨为粉磨至0.08mm筛余量小于等于10％方可进行下一步操作。

按照本发明，所述煅烧过程使用的是回转窑；所述煅烧温度为1250℃。得到的生料入窑煅烧，从低温往高温处由回转窑运转带动运动，一般在窑内低温往高温处需约45分钟左右，在最高烧成温度1250范围处约反应5min左右即生成足够的主要成分硫铝酸四钙。体密度是衡量煅烧温度和时间的重要指标，一般来说，体密度越大，说明烧成温度越高，一般控制在0.85-0.95kg/L。

按照本发明，所述煅烧过程中回转窑内还可以添加烟煤，所述烟煤需经过研磨，以重量百分比计，所述熟料中烟煤的占比为0.11-0.13％。加入烟煤的作用为：1、作为燃料，提供反应所需要的温度，可以根据温度的变化进行烟煤添加量的调节；2、作为原料，燃烧后的煤灰会沉淀在熟料中，但是不会增加熟料的pH值。

所述铝矾土的成分以质量百分比计包括：Al₂O₃≥62％，SiO₂≤11.0％，N₂O≤0.35％；所述石灰石的成分以质量百分比计包括：CaO≥52.0％，SiO₂≤1.0％，N₂O≤0.2％。

本发明还提供一种通过所述的油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法得到的固化剂。本发明整体配方科学合理，原料来源广泛，制作简便，成本低廉，得到的固化剂碱度低于10.5，固化强度高，无重金属离子掺入，固化时间短。

本发明还提供一种所述固化剂在油田废弃钻井泥浆无害化处理时的应用。本发明的pH值小于10.5，用于油气田开采中有害泥浆岩屑的固化，固化后填埋，不易腐蚀填埋处的防水层，有效保护地下水源的安全。

本发明还提供一种所述油田废弃钻井泥浆固化剂的使用方法，具体为：将所述固化剂与油田废弃钻井泥浆混合，加入少量水搅拌。固化后产生的块状物具有一定的强度，结构稳定，不再与雨水或其他地下水产生化学反应，使其达到废弃有害物的无害化填埋处理。

上述为本发明的详细阐述，下面为本发明实施例，本发明所用原料均为市售，所述重量份以千克计。

实施例1

一种油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法：

以重量份计，将铝矾土30份、石膏11份、石灰石59份称重混合后进行粉磨，粉磨至0.08mm筛余量小于等于10％得到生料；将所述生料在回转窑进行煅烧(煅烧温度为1250℃)，所述回转窑内加入研磨后的烟煤、雾化冷却，得到熟料，所述熟料中烟煤的占比为0.12％；将所述熟料与石膏、石灰石按照重量份为熟料60份，石膏10份、石灰石30份混合研磨后，加入占熟料与石膏、石灰石总重量3‰的硼酸混合，即得到成品；将成品进行包装、检测后出厂。

实施例2

一种油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法：

以重量份计，将铝矾土35份，脱硫石膏20份，石灰石45份称重混合后进行粉磨，粉磨至0.08mm筛余量小于等于10％得到生料；将所述生料在回转窑进行煅烧(煅烧温度为1250℃)，所述回转窑内加入研磨后的烟煤、雾化冷却，得到熟料，所述熟料中烟煤的占比为0.11％；将所述熟料与石膏、石灰石按照重量份计为熟料55份，石膏10份、石灰石35份混合研磨后，加入占熟料与石膏、石灰石总重量2‰的硼酸混合，即得到成品；将成品进行包装、检测后出厂。

实施例3

一种油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法：

以重量份计，将铝矾土32份，脱硫石膏13份，石灰石55份称重混合后进行粉磨，粉磨至0.08mm筛余量小于等于10％得到生料；将所述生料在回转窑进行煅烧(煅烧温度为1250℃)，所述回转窑内加入研磨后的烟煤、雾化冷却，得到熟料，所述熟料中烟煤的占比为0.13％；将所述熟料与石膏、石灰石按照重量份计为熟料65份，石膏15份、石灰石25份混合研磨后，加入占熟料与石膏、石灰石总重量1‰的硼酸混合，即得到成品；将成品进行包装、检测后出厂。

经检测，本发明得到的固化剂pH值较低(pH≤10.5)，固化时间短(5-20min)，固化后固化物的吸水率较低(≤5％，以试块重量计)，1天的固化强度大于20MPa，3天的固化强度大于35MPa，说明在油田废弃钻井泥浆的固化中具有优异效果。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将成品进行包装、检测后出厂。

2.根据权利要求1所述的油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法，其特征在于，所述生料的制备过程中，以重量份计，所述铝矾土30-35份，所述脱硫石膏11-20份，所述石灰石45-59份。

3.根据权利要求1所述的油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法，其特征在于，所述成品制备过程中，以重量份计，所述熟料55-65份，所述天然石膏10-15份、所述石灰石25-35份。

4.根据权利要求1所述的油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法，其特征在于，在所述成品制备过程中，以重量百分比计，所述硼酸的加入量为占所述熟料与天然石膏、石灰石总重量的1-3‰。

5.根据权利要求1所述的油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法，其特征在于，所述粉磨为粉磨至0.08mm筛余量小于等于10％。

6.根据权利要求1所述的油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法，其特征在于，所述煅烧过程还需添加烟煤，所述烟煤研磨至0.08mm筛余量小于等于10％。

7.根据权利要求1所述的油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法，其特征在于，所述生料在煅烧过程中控制体积密度在0.85-0.95kg/L。

8.一种权利要求1-7任一项所述的油田废弃钻井泥浆固化剂的制备方法得到的固化剂。

9.一种权利要求8所述的固化剂在油田废弃钻井泥浆无害化处理时的应用。

10.一种权利要求8所述的固化剂的使用方法，其特征在于，将所述固化剂与油田废弃钻井泥浆混合，加入少量水搅拌。