CN115159925B - 一种预拌流体固化土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预拌流体固化土及其制备方法，包括水、基料、胶凝剂、活性炭粉、助剂、碳酸锂、氧化钙、减水剂、速凝剂、缓凝剂、氧化镁、重金属螯合剂、增稠剂，它充分利用水基泥浆的浆体状态不需要制浆；通过各组分的吸附、固化、胶凝、螯合作用将泥浆钻屑中的金属离子和有机物吸附、分解、固化形成固化体，实现钻井水基泥浆钻屑的无害治理与资源化利用，效益驱动环保；该流体固化土固化后浸出液浸出毒性指标完全符合污水综合排放标准；减少天然土壤使用节约自然资源；实现石油钻井水基固体废弃物的合理资源化利用，其性能指标完全符合预拌流态固化土填筑工程技术标准；该流体固化土性能优越，强度可达到0.4‑15兆帕，强度高适应性广。

Description

一种预拌流体固化土及其制备方法

技术领域

本发明涉及石油钻井固废资源化利用技术领域，尤其涉及一种预拌流体固化土及其制备方法。

背景技术

钻井水基泥浆、钻屑是油井、页岩气井开采过程中产生的固体污染物，是一种含有酚类化合物及重金属的复杂多相体系。这些钻井废弃物含有大量的化学助剂(烃类、盐类、各种聚合物、表面活性剂、有机处理剂及碱类物质等)、污水、钻屑、重金属(如汞、铜、砷、铬、锌、铅及重晶石中的杂质)等有害物质，具有毒性强、污染性强及处理费用高的问题。其主要污染物成分来自钻井过程中所使用的钻井液添加剂。现有技术中，本领域技术人员为解决上述技术问题所采用的方案为，集中贮存、安全填埋、压滤固液分离(固体梵烧及污水处理)等方法，用于对水泥浆及基磺化泥浆钻屑的无害化处理。但是，集中贮存和安全填埋只是暂时对污染物进行了封闭和隔离，并未完全消除污染物，存在泄漏和游离状重金属飘游等安全隐患。梵烧及污水处理工艺设备投资大，运行成本高，处理量又小，并且占地面积大，增加了企业成本。如果对其不进行安全的无害化处理或处理不当，会对其周边的土壤、植被、地表水和地下水造成严重的污染，尤其是其中的重金属及其化合物，可以长期积累于水环境或生物中，给人类生活带来极大的危害，势必要对生态环境造成持续的、甚至是不可挽回的严重破坏。

而预拌流态固化土是就地取土，加入固化剂和水，搅拌成流动性强、自密性好的混合料；通过浇筑和养护，硬化后形成具有强度的岩土工程材料，能够在部分领域代替传统的混凝土、灰土地基及碎石混凝土等，长期使用造成了天然土壤资源的浪费。目前，油气田每年产生的废弃水基泥浆及磺化泥浆钻屑达上千万吨，处理成本又非常高。如何在处理油气田产生的废弃水基泥浆及磺化泥浆钻屑的同时制备出一种不需要制浆，强度高，同时减少天然土壤浪费、实现钻井水基泥浆钻屑的无害治理与资源化利用的预拌流体固化土是我们亟需解决的问题。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种预拌流体固化土及其制备方法，它解决了上述难题。

本发明的技术方案是：提供一种预拌流体固化土，包括水、基料、胶凝剂、活性炭粉、助剂、碳酸锂、氧化钙、减水剂、速凝剂、缓凝剂、氧化镁、重金属螯合剂、增稠剂，其质量份比为：

进一步的，制备方法，包括下列步骤：

一、按质量配比分别称量水、基料、胶凝剂、活性炭粉、助剂、碳酸锂、氧化钙、减水剂、速凝剂、缓凝剂、氧化镁、重金属螯合剂、增稠剂，备用；

二、将水、基料、活性炭粉、助剂、氧化钙、氧化镁、重金属螯合剂分别加入容器中混合均匀，获得第一混合物；混合温度为5℃以上，搅拌转速为500～3000转/min，混合时间为30min～60min；

三、将胶凝剂、碳酸锂、减水剂、速凝剂、缓凝剂、增稠剂分别加入容器中混合均匀，获得第二混合物；

四、向所述第一混合物中添加第二混合物，混合并搅拌均匀，获得所述预拌流体固化土；混合温度为5℃以上，搅拌转速为600～1000转/min，混合时间为15min～20min。

进一步的，所述基料为水基泥浆、钻屑中的一种或多种。

进一步的，所述水为自来水、钻井泥浆钻屑固液分离压废水滤水、地下水中的一种或多种。

进一步的，所述胶凝剂至少为铁铝酸盐水泥及熟料、硅酸盐水泥及熟料、硫铝酸盐水泥及熟料、高铝水泥及熟料中的一种或多种。

进一步的，所述助剂为硫酸铝、聚合氯化铝、氯化钙、硫酸亚铁、氯化铝、硫酸镁、聚丙烯酰胺、聚合硫酸铝铁、氯化铁等比例混合而成。

进一步的，所述减水剂至少为木质素磺酸盐减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺减水剂、氨基磺酸盐减水剂、聚羧酸盐减水剂中的一种或多种。

进一步的，所述速凝剂至少为三乙醇胺、碳酸锂、氧化钙、甲酸钙、氢氧化钾、硫酸铝、改性硅酸钠、硅酸钾铝酸钙中的一种或多种。

进一步的，所述缓凝剂至少为羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素、二水硫酸钙、亚硫酸钙、硫酸亚铁、硼酸、硼、六偏磷酸钠、乙二胺四乙酸二钠中的一种或多种。

进一步的，所述增稠剂为羟甲基纤维素钠。

本发明的有益效果是：

(1)充分利用水基泥浆的浆体状态不需要制浆；不需要造浆直接充分利用水基泥浆的流动性固含量及其中的泥浆优越性能，通过各组分的吸附、固化、胶凝、螯合作用将泥浆钻屑中的金属离子和有机物吸附、分解、固化形成固化体；

(2)实现钻井水基泥浆钻屑的无害治理与资源化利用，效益驱动环保；该流体固化土固化后浸出液浸出毒性指标完全符合污水综合排放标准；

(3)减少天然土壤使用节约自然资源；实现石油钻井水基固体废弃物的合理资源化利用，其性能指标完全符合预拌流态固化土填筑工程技术标准；

(4)该流体固化土性能优越，强度可达到0.4-15兆帕，强度高适应性广。

具体实施方式

实施例1

按质量配比分别称量水10份、基料68份、胶凝剂10份、活性炭粉1份、助剂2份、碳酸锂0.2份、氧化钙5份、减水剂0.1份、速凝剂0.2份、缓凝剂0.2份、氧化镁3份、重金属螯合剂0.2份、增稠剂0.1份，备用；

将水10份、基料68份、活性炭粉1份、助剂2份、氧化钙5份、氧化镁3份、重金属螯合剂0.2份分别加入容器中混合均匀，获得第一混合物；混合温度为5℃以上，搅拌转速为500～3000转/min，混合时间为30min～60min；

将胶凝剂10份、碳酸锂0.2份、减水剂0.1份、速凝剂0.2份、缓凝剂0.2份、增稠剂0.1份分别加入容器中混合均匀，获得第二混合物；

向所述第一混合物中添加第二混合物，混合并搅拌均匀，获得所述预拌流体固化土；混合温度为5℃以上，搅拌转速为600～1000转/min，混合时间为15min～20min。

在实施例1中，基料为水基泥浆、钻屑或两种混合；

在实施例1中，水为自来水、钻井泥浆钻屑固液分离压废水滤水、地下水中的一种或多种。

在实施例1中，胶凝剂至少为铁铝酸盐水泥及熟料、硅酸盐水泥及熟料、硫铝酸盐水泥及熟料、高铝水泥及熟料中的一种或多种。

在实施例1中，助剂为硫酸铝、聚合氯化铝、氯化钙、硫酸亚铁、氯化铝、硫酸镁、聚丙烯酰胺、聚合硫酸铝铁、氯化铁等比例混合而成。

在实施例1中，减水剂至少为木质素磺酸盐减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺减水剂、氨基磺酸盐减水剂、聚羧酸盐减水剂中的一种或多种。

在实施例1中，速凝剂至少为三乙醇胺、碳酸锂、氧化钙、甲酸钙、氢氧化钾、硫酸铝、改性硅酸钠、硅酸钾铝酸钙中的一种或多种。

在实施例1中，缓凝剂至少为羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素、二水硫酸钙、亚硫酸钙、硫酸亚铁、硼酸、硼、六偏磷酸钠、乙二胺四乙酸二钠中的一种或多种。

在实施例1中，增稠剂为羟甲基纤维素钠。

实施例2

按质量配比分别称量基料60份、胶凝剂30份、活性炭粉0.5份、助剂2.5份、碳酸锂0.1份、氧化钙3.3份、减水剂0.1份、速凝剂0.1份、缓凝剂0.1份、氧化镁3份、重金属螯合剂0.2份、增稠剂0.1份，备用；

将基料60份、活性炭粉0.5份、助剂2.5份、氧化钙3.3份、氧化镁3份、重金属螯合剂0.2份分别加入容器中混合均匀，获得第一混合物；混合温度为5℃以上，搅拌转速为500～3000转/min，混合时间为30min～60min；

将胶凝剂30份、碳酸锂0.1份、减水剂0.1份、速凝剂0.1份、缓凝剂0.1份、增稠剂0.1份分别加入容器中混合均匀，获得第二混合物；

向所述第一混合物中添加第二混合物，混合并搅拌均匀，获得所述预拌流体固化土；混合温度为5℃以上，搅拌转速为600～1000转/min，混合时间为15min～20min。

实施例3

按质量配比分别称量基料83份、胶凝剂5份、活性炭粉1份、助剂2份、碳酸锂0.2份、氧化钙5份、减水剂0.1份、速凝剂0.1份、缓凝剂0.2份、氧化镁3份、重金属螯合剂0.2份、增稠剂0.2份，备用；

将基料83份、活性炭粉1份、助剂2份、氧化钙5份、氧化镁3份、重金属螯合剂0.2份分别加入容器中混合均匀，获得第一混合物；混合温度为5℃以上，搅拌转速为500～3000转/min，混合时间为30min～60min；

将胶凝剂5份、碳酸锂0.2份、减水剂0.1份、速凝剂0.1份、缓凝剂0.2份、增稠剂0.2份分别加入容器中混合均匀，获得第二混合物；

向所述第一混合物中添加第二混合物，混合并搅拌均匀，获得所述预拌流体固化土；混合温度为5℃以上，搅拌转速为600～1000转/min，混合时间为15min～20min。

本发明制备方便、成本低；具有以下优点：

1、便于储存和运输；流体固化土浆液稳定、流动度好、固化后强度高、塌落度大便于浇筑；

2、该流体固化土固化后符合环保要求，实现固废资源化利用；

3、操作简单，使用方便，处理效果好；

4、充分利用泥浆状态不需要做多余处理便可实现资源利用，彻底解决水基泥浆钻屑处置难度大，处置项目多，处置成本高的弊端；

5、该技术与传统流体固化土不同，不需要造浆充分利用水基泥浆直接向泥浆中加入本发明材料即可实现；

6、充分利用水基泥浆的浆体具有流动性状态不需要制浆；

7、实现钻井水基泥浆、钻屑的无害治理与资源化利用，效益驱动环保；

8、减少天然土壤使用节约自然资源；

9、该流体固化土性能优越，强度高适应性广。

聚合氯化铝强化混凝作用主要去除泥浆中的有机物，溶解性有机物是指可以通过滤膜的部分。对胶体状态的有机物目前还没有统一的表示方法，它可以是大分子团或通过滤膜的一些分子物质。通过强化混凝去除水中天然有机物已进行了大量的研究。

强化混凝去除有机物的机理主要包括胶体状天然有机物的电中和作用，以及吸附与金属氢氧化物表面上的共沉作用。胶体状天然有机物的混凝主要依靠压缩双电层、电中和吸附架桥或混凝剂沉淀的网铺等。强化混凝去除有机物。过程中水解产物压缩胶体颗粒的扩散层，达到胶体脱稳而相互聚结，或通过高分子混凝剂吸附架桥作用，使胶体吸附黏结，并最终沉淀去除。

胶凝剂是无机胶结材料，与水产生水化反应，反应后形成坚硬的泥块。固化法常用于固化含有有害物质的污泥，同污泥中的水分发生反应产生凝胶化，把含有有害物质的污泥微粒分别包覆而逐渐硬化，这种固化体的结构主要是在水化反应产生的硅酸钙、铁铝酸钙、氟铝酸钙等结晶体之间填充料螯合后的重金属与有机物粒。螯合剂与微量金属和碱性金属等络合螯合，形成稳定体

综上所述，通过该发明所配伍的材料集群产生吸附、固化、胶凝、螯合作用实现将泥浆钻屑中的金属离子和有机物吸附、分解、固化形成固化体。

以上所述为本发明的实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种改进和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等均应含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种预拌流体固化土，其特征在于：包括水、基料、胶凝剂、活性炭粉、助剂、碳酸锂、氧化钙、减水剂、速凝剂、缓凝剂、氧化镁、重金属螯合剂、增稠剂，其质量份比为：

水                      0-30

基料                    50-85

胶凝剂                  5-30

活性炭粉                0.1-1

助剂                    0.1-1

碳酸锂                  0.1-3

氧化钙                  0.1-5

减水剂                  0.1-1

速凝剂                  0.1-4

缓凝剂                  0.1-1

氧化镁                  0.1-3

重金属螯合剂            0.01-1

增稠剂                  0.01-1；

所述预拌流体固化土的制备方法，包括下列步骤：

一、按质量配比分别称量水、基料、胶凝剂、活性炭粉、助剂、碳酸锂、氧化钙、减水剂、速凝剂、缓凝剂、氧化镁、重金属螯合剂、增稠剂，备用；

二、将水、基料、活性炭粉、助剂、氧化钙、氧化镁、重金属螯合剂分别加入容器中混合均匀，获得第一混合物；混合温度为5℃以上，搅拌转速为500～3000转/min，混合时间为30min～60min；

三、将胶凝剂、碳酸锂、减水剂、速凝剂、缓凝剂、增稠剂分别加入容器中混合均匀，获得第二混合物；

四、向所述第一混合物中添加第二混合物，混合并搅拌均匀，获得所述预拌流体固化土；混合温度为5℃以上，搅拌转速为600～1000转/min，混合时间为15min～20min；

所述胶凝剂为铁铝酸盐水泥及熟料、硅酸盐水泥及熟料、硫铝酸盐水泥及熟料、高铝水泥及熟料中的一种或多种；

所述助剂为硫酸铝、聚合氯化铝、氯化钙、硫酸亚铁、氯化铝、硫酸镁、聚丙烯酰胺、聚合硫酸铝铁、氯化铁等比例混合而成；

速凝剂为三乙醇胺、碳酸锂、氧化钙、甲酸钙、氢氧化钾、硫酸铝、改性硅酸钠、硅酸钾铝酸钙中的一种或多种；

所述基料为水基泥浆、钻屑中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述一种预拌流体固化土，其特征在于：所述水为自来水、钻井泥浆钻屑固液分离压废水滤水、地下水中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述一种预拌流体固化土，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸盐减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺减水剂、氨基磺酸盐减水剂、聚羧酸盐减水剂中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述一种预拌流体固化土，其特征在于：所述缓凝剂为羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素、二水硫酸钙、亚硫酸钙、硫酸亚铁、硼酸、硼、六偏磷酸钠、乙二胺四乙酸二钠中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述一种预拌流体固化土，其特征在于：所述增稠剂为羟甲基纤维素钠。