廢棄水基鑽井液的固化處理方法及其固化劑的製作方法
2023-08-11 00:39:16
專利名稱：廢棄水基鑽井液的固化處理方法及其固化劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種油氣田鑽井和地質勘探鑽井的廢棄物固化處理的環境保護技術領域的廢棄水基鑽井液的固化處理方法及其固化劑。
石油開採和地質探礦都離不開鑽井作業，而鑽井作業對環境的汙染主要來源於廢棄鑽井液的漏失。一般說來，水基鑽井液由粘土等固相、液相水和化學處理劑三部分組成，其中化學處理劑種類繁多，共計16大類幾百種產品。廢棄鑽井液中的某些無機鹽、重金屬組分、油品及大量有機化合物均對環境有較大危害，如有機聚合物會使廢棄鑽井液的化學需氧量CODCr增加，某些無機鹽使其pH值增加而一些重金屬離子如Cr為致癌物質。大量的廢棄鑽井液不進行處理，堆放在井場或掩埋、或流入農田、河流、海底，滲入地層，都會對環境造成汙染，影響飲水水源，影響土壤及動植物生長，直接危及人類健康與生命安全，因此對廢棄鑽井液的處理已成為環境保護的一項重要研究內容。中國專利《鑽井完井泥漿回收處理裝置》(88218926.3)介紹用加熱乾燥和固化系統處理廢泥漿，該裝置存在能耗大及處理速度慢的缺點，不適合用來大批量處理廢棄鑽井液。專利《鑽井廢泥漿固化處理技術》(88102388.4)提出向廢泥漿中加入水泥、水玻璃和硫酸鋁，其中以水泥為主要固結材料，用此方法來處理廢棄鑽井液所得到的固化體不能將重金屬和有機物等有害物質完全封閉住，遇水長時間浸泡後部分有害物質又可浸出，存在著潛在的二次汙染。專利《廢鑽井液的處理方法及存放結構》(92108103.0)提出向廢鑽井液中加入硫酸鋁等無機絮凝劑和水解聚丙烯醯胺等有機絮凝劑，絮凝沉降後抽出上層清液，在濃縮絮凝沉澱物上加蓋一層纖維物，再用水泥等混凝土密封覆蓋，用這種方法處理廢棄鑽井液所產生的絮凝物穩定性差，水中長時間浸泡就自動返膠形成泥漿。雖然絮凝物頂面用混凝土封閉，但返膠泥漿可以沿著土坑的四周和底層向周圍土壤中擴散滲漏，繼續給環境造成汙染。專利《鑽井廢泥漿固化劑及其生產方法》(93110918.3)選用矽酸鈉、水泥、硫酸鋁、明礬、木炭和碳酸鈉固化鑽井廢泥漿，雖然達到了固化效果，但固化劑的加量較大，最大加量為35％，而且固化劑的複合生產工藝複雜。
本發明的目的在於研究一種新的廢棄水基鑽井液的固化處理方法及其固化劑，採用無機鐵鹽為凝聚劑、粘土吸附劑和苦土、水泥為固化材料，不僅固結了廢棄鑽井液，而且將廢棄鑽井液中的有害物質(如重金屬、高聚物、油類等)封閉包裹在其中，降低其滲濾性和遷移作用，達到防止汙染的目的。
本發明是這樣實現的由廢棄水基鑽井液和固化劑配方構成，向石油地質鑽井的廢棄水基鑽井液中加入由凝聚劑、吸附劑、膠結劑和水泥組成的複合固化劑，廢棄水基鑽井液加入複合固化劑後要充分攪拌均勻，隨後將複合固化劑分4～5次投入到廢棄鑽井液中，每次投入的固化劑攪拌均勻後再投下一批，隨後再倒入土坑或堆積在地面，經過3～6天的固化便可形成固化體。
本發明還採用如下方案凝聚劑為無機鐵鹽化合物如硫酸鐵、三氯化鐵等，加量為廢棄水基鑽井液重量的1～6％；吸附劑為粘土如膨潤土，加量為廢棄水基鑽井液重量的0.1～0.6％；膠結劑為苦土(MgO)，加量為廢棄水基鑽井液重量的1～6％；水泥為普通建築425#水泥，加量為廢棄水基鑽井液重量的1～10％，上述物質以均勻混合物的形式加入到廢棄水基鑽井液中，其最大總加量為廢棄水基鑽井液重量的15％，其中凝聚劑、吸附劑與膠結劑的比例為1∶0.1∶1，剩餘加量物質為水泥。
廢棄水基鑽井液的固化處理方法及其固化劑的構思，是以無機鐵鹽化合物如硫酸鐵、三氯化鐵等為凝聚劑，通過三價鐵的水解產物在廢棄鑽井液中的聚合、成核與沉澱等一系列複雜的物理化學變化，將廢棄鑽井液中的有害物質(如重金屬、高聚物、油類等)凝聚封閉；用粘土如膨潤土為吸附劑，吸附廢棄鑽井液中的有機化合物；再用本身就帶有一定凝聚作用的苦土和水泥固結廢棄鑽井液中的固相及凝聚沉澱物，以達到固化廢棄水基鑽井液並將有害物質包裹在其中的作用。
本發明的優點在於可以很好地固化處理廢棄水基鑽井液，廢鑽井液固化後具有很好的抗水浸泡能力和一定的強度，由於無毒無害，形成的固體材料可鋪路等綜合利用，也可以掩埋後恢復地貌，佔用的土地很快可以退耕還田，徹底消除了廢棄鑽井液對環境的汙染。固化體浸出水的pH≤7.5、總Cr≤1.5mg/L、CODCr≤200mg/L、石油類≤10mg/L。本固化處理方法處理工藝簡單，處理時間短，固化劑容易購買，適合大批量無害化處理廢棄鑽井液。
本發明的實施在於以鑽井現場現有的泥漿罐、泥漿攪拌器、泥漿泵等作為廢棄鑽井液固化處理的設備。其工藝流程為，首先按照複合固化劑中各種物質的配比(按水基廢棄鑽井液的重量百分數計算，無機鐵鹽凝聚劑1～6％、粘土吸附劑0.1～0.6％、苦土1～6％和水泥膠結劑1～10％)將其混合均勻，並根據泥漿罐中裝有廢棄鑽井液的數量確定複合固化劑所需的總投入量。隨後將複合固化劑分4～5次投入到廢棄鑽井液中，每次投入的固化劑攪拌均勻後再投下一批，這樣即可以避免固化劑對廢棄鑽井液的粘度提高太大，同時又保證固化劑在粘稠的廢棄鑽井液中分散均勻，充分發揮固化劑的固化效果，待全部固化劑加完並攪拌均勻後，用泥漿泵將其泵送到土坑裡或附近地面，露天下放置3～6天即可形成固化體。
實施例1廢棄鑽井液比重1.49g/cm3，配製鑽井液時加入了PAC、CMC、SMP、FCLS、磺化瀝青和機油等添加劑，外觀棕黑色。採用本發明廢棄水基鑽井液的固化處理方法及其固化劑對其進行固化處理，固化劑配方中三氯化鐵6％、膨潤土0.6％、苦土6％以及425#水泥1％(按水基廢棄鑽井液的重量百分數計算)，所得固化體再加水浸泡振蕩24小時(25℃)，固化體完整，無裂紋，浸出水清澈，浸出水的性質見表1。
表1水的性質 固化前固化體浸出液Ph值 9.8 7.4CODCrmg/L 3.55×104185油類mg/L 無法測10.0總Crmg/L 243 0.102實施例2廢棄鑽井液比重1.21g/cm3，配製鑽井液時加入了FA-367，XY-27，PAC-142，SMP，FC-427及原油等化學添加劑，外觀棕黑色。用三氯化鐵6％、膨潤土0.1％、苦土1％以及425#水泥7％(按水基廢棄鑽井液的重量百分數計算)組成的固化劑配方對該井廢棄鑽井液進行固化處理後，固化體具有較好強度，將固化體再加水浸泡振蕩24小時(25℃)後不裂不變形，浸出水清澈，浸出水的性質見表2。
表2水的性質固化前固化體浸出液pH值 8.0 7.0CODCrmg/L3.2×104150油類 mg/L 14.0 0.15總Cr mg/L 1.56 0.007實施例3廢棄鑽井液比重1.14g/cm3，配製鑽井液時加入了HPAM、HPAN、CMC、XY-27等添加劑，外觀土黃色。採用本發明固化劑配方三氯化鐵1％、膨潤土0.6％、苦土2％以及425#水泥10％(按水基廢棄鑽井液的重量百分數計算)，對其進行固化處理後所得固化體再加水浸泡振蕩24小時(25℃)，固化體完整，無裂紋，浸出水清澈，浸出水的性質見表3。
表3水的性質 固化前固化體浸出液pH值 9.0 7.1CODCrmg/L 1×104190油類 mg/L 2870 7.2總Cr mg/L 0.046 0.020實施例4廢棄鑽井液比重1.15g/cm3，配製鑽井液時加入了HPAM、HPAN、CMC、NaOH等添加劑，外觀土黃色。採用本發明的固化劑配方硫酸鐵1％、膨潤土0.6％、苦土5％以及425#水泥5％(按水基廢棄鑽井液的重量百分數計算)，對其進行固化處理後所得固化體再加水浸泡振蕩24小時(25℃)，固化體完整，無裂紋，浸出水清澈，浸出水的性質見表5。
表4水的性質 固化前固化體浸出液PH值8.5 7.5CODCrmg/L 8000 180油類 mg/L 1640 5.9總Cr mg/L 0.272 0.03權利要求
1.一種廢棄水基鑽井液的固化處理方法，其特徵在於向石油地質鑽井的廢棄水基鑽井液中加入由凝聚劑、吸附劑、膠結劑和水泥組成的複合固化劑，加入的複合固化劑充分攪拌均勻，隨後將複合固化劑分4～5次投入到廢棄鑽井液中，每次投入的固化劑攪拌均勻後再投下一批，再倒入土坑或堆積在地面，經過3～6天的固化便可形成固化體。
2.廢棄水基鑽井液的固化劑，其特徵在於凝聚劑為無機鐵鹽化合物，加量為廢棄水基鑽井液重量的1～6％；吸附劑為粘土，加量為廢棄水基鑽井液重量的0.1～0.6％；膠結劑為苦土(MgO)，加量為廢棄水基鑽井液重量的1～6％；水泥為普通建築425#水泥，加量為廢棄水基鑽井液重量的1～10％，上述物質以均勻混合物的形式加入到廢棄水基鑽井液中，其最大總加量為廢棄水基鑽井液重量的15％，其中凝聚劑、吸附劑與膠結劑的比例為1∶0.1∶1，剩餘加量物質為水泥。
3.根據權利要求2所述的廢棄水基鑽井液的固化劑，其特徵在於所說的凝聚劑為無機鐵鹽化合物，可以是硫酸鐵、三氯化鐵。
4.根據權利要求2所述的廢棄水基鑽井液的固化劑，其特徵在於所說的吸附劑為粘土，可以是膨潤土。
全文摘要
本發明公開了一種廢棄水基鑽井液的固化處理方法及其固化劑,它是由廢棄水基鑽井液和固化劑配方構成。無機鐵鹽凝聚劑1～6%、粘土吸附劑0.1～0.6%、苦土1～6%和水泥膠結劑1～10%。該配方可使廢棄水基鑽井液經3～6天固化後形成具有很好抗水浸泡能力和一定強度的固化體,固化體浸出水的pH≤7.5、總Cr≤1.5mg/L、COD
文檔編號A62D3/33GK1342505SQ00124329
公開日2002年4月3日 申請日期2000年9月8日 優先權日2000年9月8日
發明者趙雄虎, 黎鋼, 朱墨 申請人:石油大學(北京)