一種鑽井廢棄物高強度固化處理方法與工藝的製作方法
2023-05-04 16:21:31 3
專利名稱：一種鑽井廢棄物高強度固化處理方法與工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及油氣田廢棄物處理及其資源化利用領域。
背景技術：
本發明中鑽井廢棄物主要是指石油鑽井中的脫水或幹化後廢棄鑽井液和鑽屑等形成固體廢物。鑽井過程中產生的這類固體廢棄物主要有粘土、鑽屑、加重材料和有機鑽井液處理劑。未經處理的鑽井廢棄物會給周邊環境帶來一定的危害。對於此類廢棄物處理方法， 主要有直接排放、填埋、固化、環空或安全地層回注等方法。最初，該類廢棄物主要應用直接排放和填埋方法進行處理，隨著環境要求的進一步提高，這兩種方法受到了一定的限制。 環空和安全地層回注，所需設備工藝要求複雜、成本高，目前在我國還沒有進行大規模的應用。固化法是鑽井廢棄物常用的處理方法。目前，我國鑽井廢棄物固化處理多採用波特蘭水泥、粉煤灰等單一或複合固化劑， 在鑽井現場直接用挖掘機長臂攪拌，進行現場或原位固化處理，固結後填埋或覆土還耕。該方法處理存在著處理不均勻，汙染物擴散和遷移等缺陷。國外逐漸發展起來了以廢棄鑽屑資源化利用為目的的穩定化/固化處理技術。這類技術主要分為兩個方面一是將含油鑽井廢棄物摻入浙青混凝土混合，用作築路材料；二是將鑽屑幹化、粉碎後與其他材料(如粘土)混合，在高溫條件下燒製成建築用磚。這兩種處理方法存在運輸成本高和能耗大等問題。以上方法均未見對含鹽鑽井廢棄物(鑽遇鹽膏層或應用鹽水鑽井液產生的鑽井廢棄物)有效固化的應用技術。氯氧鎂膠凝材料工藝簡單，生產能耗小，產品具有強度高、耐磨等優點，可以通過摻入粉煤灰、礦渣、纖維或苯乙烯乳液等材料改善該類產品的返滷、變形、耐水性。氯氧鎂膠凝材料在環境汙染控制和固體廢棄物資源化利用方面具有較大的應用潛力，美國專利 US5439318發明了應用氯氧鎂材料膠結封裹重金屬汙染的廢物和土壤技術，使汙染物固定化。固化後的廢棄物TCLP測試結果，砷、鋇、鎘、鉻、鉛、汞、銀等重金屬離子均低於規定濃度限值。中國專利CN101823869發明了一種纖維增強氯氧鎂赤泥板材及製備方法，製備的板材可以將氧化鋁工業廢料赤泥建材化利用，具有較高的經濟和環境效益。氯離子參與氯氧鎂材料的水化過程，是其水化產物中氯離子是一種重要的化學組分，可以使氯離子固定化。本發明採用氯氧鎂為膠結材料，粉煤灰和改性劑為輔助材料，將鑽井廢棄物、含鹽鑽井廢棄物固化處理，固化物具有較高的抗壓強度並且重金屬離子浸出水平低於國家要求濃度限值。
發明內容
本發明的目的，為鑽井廢棄物提供一種工藝簡單、強度高且環境相容性好的固化處理方法和工藝。利用這種方法和工藝能夠大幅度提高鑽井廢棄物的環境相容性和潛在的資源化利用價值。
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本發明的技術原理氧化鎂、氯化鎂和水組成氯氧鎂水泥水化反應的 MgO-MgCl2-H2O三元體系，常溫下MgO-MgCl2-H2O體系完成的化學反應和生成產物可簡單如式⑴ ⑵所示。MgCHH2O — Mg (OH) 2(1)mMg0+MgCl2+nH20 — mMg (OH) 2 · MgCl2 · (n_l) H2O(2)mMg(0H)2 · MgCl2 · (η_1)Η20 主要為 5Mg (OH) 2 · MgCl2 · 8H20 (5 相)禾口， 3Mg (OH)2 -MgCl2 -SH2O (3相)，其中5相是主要強度相。粉煤灰中活性SW2和Al2O3在鹼性條件下發生凝硬性反應，可生成含矽5相，可以降低5相向3相和Mg(OH)2的轉化，提高固化物性能。本發明的主要內容固化劑主要有氧化鎂、氯化鎂、粉煤灰、改性劑和水組成，其中，輕燒氧化鎂20 40 %，氯化鎂10 % 30 %，粉煤灰20 45 %，改性劑0. 5 % 1. 2 %， 水 10% 30%。其中，改性劑主要組成為石英10% 30%，石膏15 20%，磷酸鉀0 20%，硫酸鋁0 30%。鑽井廢棄物加量為40% 60%，壓實成型，環境溫度下自然養護觀山抗壓強度可達 40MPa。具體方法在鑽井廢棄物中依次加入粉煤灰、輕燒氧化鎂和改性劑，混合均勻後， 加入氯化鎂溶液，混拌均勻後，轉入模具，壓製成型，固結後脫模，在環境溫度下自然養護， 固化鑽井廢棄物28d抗壓強度可達40MPa，浸出液重金屬離子水平低於國家固體危險廢物浸出毒性限值。與現有技術相比，本發明的優點如下1、本發明使用氧化鎂-氯化鎂-粉煤灰構成的固化處理體系，即實現了對鑽井廢棄物的穩定化/固化處理，同時賦予其較強的抗壓強度，使之具有較大資源化利用價值。2、本發明中氧化鎂主要由菱鎂礦燒制，其煅燒溫度約為700°C，低於波特蘭水泥煅燒溫度和粘土磚燒成溫度，具有節能優勢。3、本發明中使用的粉煤灰為電廠工業廢料，以廢治廢環保意義重大。4、本發明中固化處理工藝簡單易操作，易於規模化推廣。
具體實施例方式實施例1取某油田鑽井過程中固控系統排出的固體廢物lkg，與不同組成的固化劑混合後， 壓實成型，固結後脫模，環境溫度下自然養護，分別測定3d，7d, 14d，28d抗壓強度，結果見表1。表1鑽井廢棄物高強度固化處理固化劑組成及抗壓強度
權利要求
1.一種鑽井廢棄物高強度固化處理方法與工藝，具體方法將鑽井廢棄物與固化劑、 改性劑和水混合均勻，裝入模具，壓實，待其固結後脫模，環境溫度下自然養護，形成高強度的固化鑽井廢棄物。
2.根據權利要求1所述鑽井廢棄物高強度固化處理工藝所用固化劑，其特徵在於波特蘭水泥、固井G級水泥、石灰、微矽、水泥窯灰、沸石、氧化鎂、氯化鎂、硫酸鎂、粉煤灰、高爐礦渣等膠凝材料的一種或多種。
3.根據權利2所述膠凝材料所形成的單一或複合固化體系。其特徵在於波特蘭水泥、波特蘭水泥-氧化鎂、固井G級水泥-氧化鎂、沸石-波特蘭水泥、波特蘭水泥-石灰、 波特蘭水泥-高爐礦渣、波特蘭水泥-粉煤灰、波特蘭水泥-水泥窯灰、氧化鎂-氯化鎂、氧化鎂-氯化鎂-粉煤灰、氧化鎂-硫酸鎂、氧化鎂-硫酸鎂-粉煤灰等。
4.根據權利3所述複合固化劑主要為鎂質膠凝材料，其特徵在於氧化鎂-氯化鎂-粉煤灰複合固化體系。
5.根據權利1所述改性劑，其特徵在於主要為石英、石膏、高嶺石、磷酸及其可溶性鹽、硫酸及其可溶性鹽鹽等組成。
6.根據權利6中所述磷酸及其可溶性鹽和硫酸及其可溶性鹽，其特徵在於為磷酸、 磷酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、磷酸鉀、磷酸二氫鉀、磷酸氫鉀、磷酸鋁的一種或幾種，硫酸、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鋁的一種或幾種。
7.根據權利6所述改性劑，其特徵在於石英10% 30 %，石膏15 20 %，磷酸鉀0 20%，硫酸鋁0 30%。
8.根據權利1所述鑽井廢棄物固化處理複合固化體系組成，其特徵在於氧化鎂、氯化鎂、粉煤灰、改性劑和水組成，其中，氧化鎂30% 35%，氯化鎂20% 25%，粉煤灰30% ；35%，改性劑 0. 8% 1%，水 10% 18%。
9.如權利要求1所述固化鑽井廢棄物比例為40% 60%，壓實成型，環境溫度下自然養護觀山抗壓強度可達40MPa。
全文摘要
本發明涉及了一種鑽井廢棄物高強度固化處理方法及工藝。本發明具體包括一種固化劑和固化工藝。固化劑組成及其組成氧化鎂30～35％，氯化鎂20～25％，粉煤灰30～35％，改性劑0.8～1％，水10～18％。固化工藝流程鑽井廢棄物與輕燒氧化鎂、粉煤灰、改性劑混合均勻，將氯化鎂水溶液加入到混合料中，快速混拌後裝入模具，壓實成型，脫模後環境溫度下自然養護。固化物28d抗壓強度可達40MPa，含鹽10％鑽井廢棄物固化後28d抗壓強度可達32MPa，浸出液重金屬離子符合環保要求。固化產物具有較高的抗壓強度，其中鑽井廢棄物含量達到40～60％，固化鑽井廢棄物具有較高的穩定性和資源化利用價值。
文檔編號C04B18/30GK102180641SQ20111003232
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月26日 優先權日2011年1月26日
發明者張現斌, 徐加放, 江琳, 田剛, 邱正松, 鍾漢毅, 陶瑞東, 黃維安 申請人:中國石油大學(華東)