一种处理后的油基岩屑用于无机稳定道路基层的应用方法与流程

本发明涉及石油开采过程中产生的污染物油基岩屑进行资源化利用技术领域，确切地说涉及一种处理后的油基岩屑用于无机稳定道路基层的应用方法。

背景技术：

页岩油气开发过程中，钻机垂直向下到达页岩层后，可沿着页岩层水平穿行长达一两千米，以拓展采气面。在水平穿行过程中，井壁容易坍塌，需要使用一种特殊的钻井液—油基泥浆，因此就会产生油基泥浆、油、水和地下岩屑、页岩等的混合物—油基岩屑。油基泥浆性能稳定，易于维护，具有良好的稳定井壁、防坍塌能力；润滑性好，能有限防止钻机卡塞；同时还具较强的抗高温和抗污染能力，因此在各大钻井平台得到了广泛应用。但是油基泥浆成分十分复杂，由基础油、有机粘土、乳化剂、稳定剂等多种有机物化学添加剂以及水调配而成，因而油基岩屑的成分也十分复杂。中国油页岩资源十分丰富，随着油页岩资源的大力开采，会产生大量的油基岩屑。据统计，2014年8月，仅中石油川庆钻探公司在威远和长宁作业区就产生了1690m³待处理的油基岩屑，预计2014年会产生12000m³油基岩屑，2015年会产生19370m³油基岩屑。这些油基岩屑的含油率高达15%-25%，远远超出排放标准，危害性巨大，若不妥善处理，将对生态环境造成严重危害。

目前油基岩屑基本上采用的是焚烧和固化填埋等方法，上述方法存在油资源浪费严重、污染物转化成难以处理的其它污染物以及二次污染等问题，没有实现最终的环保、安全处理，更没有实现废弃物的资源化利用。随着我国页岩气开发力度逐年加大，油基岩屑的安全高效处理己成为制约石油企业环保生产的重要阻力之一，妥善的解决油基岩屑的资源化处理问题成为当务之急。如今有将油基岩屑用于建筑的，如将油基岩屑进行固化处理后用于建造泵房的主体，铝合金作支撑框架。其中固化剂与油基岩屑质量比为1.5:1；或将油基岩屑加入粘土中用于制造烧结砖，并对烧结砖进行了抗拉和弯曲度试验。但是由于各井场使用的油基泥浆以及地下岩屑存在差异，直接利用未处理过的油基岩屑制造的建筑材料的性质在使用过程中可能发生变化，对周边环境造成影响。用于生产水泥，油基岩屑中的固体部分主要包含粘土和地底岩屑、矿屑，主要成分有氧化铝、氧化铁、氧化硅等，这些正是生产水泥的主要成分。将油基岩屑用于生产水泥，岩屑中的无机物质可以补充水泥生产必要的元素。用于湿地改善，在近海或者深海进行石油开采中，一方面，为满足生产需求，需要钻大量的井，会产生大量的油基岩屑；另一方面，开采会造成大面积的湿地减少。因此有部分学者提出将油基岩屑用于湿地改造。将油基岩屑应用于芦苇湿地对深层土壤和深层地下水影响较小，可以通过防渗漏措施解决其对浅层地下水的影响。而且油基岩屑对芦苇的品质没有影响，仅影响其发芽率、生物量等，研究表明油基岩屑用于湿地改造是可行的。用于mtc水泥浆技术，mtc技术就是将油基岩屑与矿渣混合之后，加入分散剂，把它转变为固井用水泥，利用碱金属、无机盐或盐来控制水泥浆的稠化时间和抗压强度的技术。这项技术使油基岩屑成为一种可利用的资源，减少了水泥用量，节约成本。但是这项技术专业性较强，需要针对不同的性质的油基岩屑制定专门的配方，操作难度大，而且油基岩屑的转化率较低。配制三元型煤，陈忠等用四川宜宾地区出产的贫煤、大安寨地区的油基岩屑以及废泥浆生产三元型煤，通过研究得到最优配合比为56∶35∶9，生产出来的三元型煤满足洁净型煤标准。

最新《公路沥青路面设计规范》中指出路面结构层由三部分组成：面层、基层和底基层。基层位于面层之下，垫层或路基之上。基层主要承受面层传递的车轮垂直力的作用，并把它扩散到垫层和土基，基层还可能受到面层渗水以及地下水的侵蚀。故需选择强度较高，刚度较大，并有足够水稳性的材料。按力学性质分为柔性材料、半刚性材料和刚性材料。半刚性基层材料是指水泥或石灰等无机结合料与碎石、砾石、土或者工业固体废弃物等加水拌和形成的混合料经压实和养生后形成的路面基层结构。这种结构早期的刚度较低，具有柔性结构的性质，随着养生龄期的增加，其强度与刚度大幅度提高，但是其强度和刚度仍然低于刚性材料，因此被称为半刚性基层。柔性材料主要包括热拌沥青混合料、沥青贯入式碎石、冷拌沥青混合料以及粒料类材料。粒料类材料，包括天然砂砾（级配满足规范要求）、级配碎石、泥结碎石、级配砾石等。刚性基层主要指水泥混凝土、贫混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土以及碾压式混凝土等材料铺筑的基层。刚性基层承载能力强、水稳性能和抗冲刷性能好，具有较高的刚性和抗弯拉强度。但刚性基层材料造价较为高昂，而且容易产生裂缝从而导致路面结构破坏。因此开展油基岩屑无害化、资源化处理技术研究，将其运用在路面基层掺和料中，形成一套技术可行、经济合理的废弃物处理技术，实现清洁钻井，促进油气勘探开发主营业务与环境保护协调发展，对整个石油行业的发展和公路建设行业具有非常重要的意义。

技术实现要素：

本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种处理后的油基岩屑用于无机稳定道路基层的应用方法，本方法既能无害化、资源化处理油基岩屑，又能作为道路基层的掺合料，满足道路基层的强度要求，可以有效减少道路建设中所需的水泥用量，降低施工成本。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种处理后的油基岩屑用于无机稳定道路基层的应用方法，其特征在于步骤如下：

（1）、采用废油基泥浆岩屑资源回收技术lret和热解析技术处理油基岩屑，处理后的各项环境指标检测合格后，待用；

（2）、在基层施工前，对底基层进行检查，清除浮石和杂物；

（3）、以质量比计，混合料按照碎石掺量为52%，砂掺量为12%，水泥掺量为3~5%，油基岩屑掺量为31~33%进行拌和；

（4）、将混合料在底基层上分层填筑、分层压实，最终形成道路基层。

所述步骤（2）中，对底基层进行检查，清除浮石和杂物具体是指：检查底基层表面是否平整、坚实，是否具有规定路拱，是否有积水、松散、翻浆、弹簧现象；所有浮石、杂物全部清除干净。

所述步骤（4）中，分层填筑、分层压实具体是指：每层的铺设厚度小于30cm，下一层铺设完并压实后再铺设上一层；做到全幅全宽填筑。

所述填筑过程中，由路中向路边进行，分段分层填筑，先填低洼地段，再填一般地段，严禁边坡填筑不到位，进行补宽贴坡。

所述步骤（1）中，各项环境指标是指：处理后浸出液的毒性、易燃性、腐蚀性、反应性和急性毒性指标。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：

1、采用本方法，油基岩屑在无机稳定道路基层中的应用可以有效减少道路建设中所需的水泥用量，降低施工成本。

2、油基岩屑在无机稳定道路基层中的应用，可以绿色、高效、资源化处理油基岩屑，有效的解决油基岩屑的无害化处理问题，对页岩油气的开发工程具有重大的现实意义。

3、与传统的将油基岩屑应用于建筑、水泥生产、湿地改善、mtc水泥浆技术、配置三元型煤等方式而言，应用到无机稳定道路基层中具有更高实用价值，且减少运输，就近使用，大大降低工程造价。

4、本发明特定地采用“混合料按照碎石掺量为52%，砂掺量为12%，水泥掺量为3~5%，油基岩屑掺量为31~33%进行拌和”，经实施例验证，其能达到道路基层的强度要求。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1为实施例中击实曲线配合比a的示意图；

图2为实施例中击实曲线配合比b的示意图；

图3为实施例中击实曲线配合比b的示意图。

具体实施方式

实施例1

作为本发明的最佳实施方式，本发明公开了一种处理后的油基岩屑用于无机稳定道路基层的应用方法，其步骤如下：

（1）采用lret技术和热解析技术处理油基岩屑。处理后浸出液的毒性、易燃性、腐蚀性、反应性和急性毒性等指标均检测合格，待用；

（2）在基层施工前，要对底基层进行全面的检查，底基层表面平整、坚实，并具有规定路拱，所有浮石、杂物全部清除干净，不能有积水、松散、翻浆、弹簧等现象；

（3）混合料按照碎石掺量为52%，砂掺量为12%，水泥掺量为3~5%，油基岩屑掺量为31~33%进行充分的拌和。

（4）分层填筑分层压实，分层松铺厚度小于30cm，尽量做到全幅全宽填筑。填土过程中，应由路中向路边进行，可分段分层填筑，先填低洼地段，再填一般地段，严禁边坡填筑不到位，进行补宽贴坡。

实施例2

参照说明书附图1-3，本实施例为验证实例，水泥稳定碎石材料的成本主要来源于水泥、碎石、砂的购买和运输成本。集料的开采不仅需要耗费人力、物力、财力，同时对生态环境也有一定的影响。近年来，各地重视环境保护，限制砂石的开采，这也造成了原材料价格的不断上涨，增加了施工成本。油基岩屑作为一种工业固体废弃物，如果能够再取代部分砂用于无机结合料中，这不仅加大了油基岩屑的处理力度，同时也降低了施工成本。对原材料进行不同比例的掺配，使修筑的路面结构在强度上满足设计要求，在技术上可靠，在经济上合理，并通过试验不断优化材料的掺比，求得最合理的用量。混合料配合比如下表所示：

击实试验结果如下表所示，击实曲线如图1-3所示

不同配合比的最大干密度和最佳含水量如下表所示：

由试验结果可知：随着水泥掺量的减少，混合料的最大干密度呈现下降趋势。当水泥掺量为4%，油基岩屑掺量为32%时，混合料的最大干密度和最佳含水率与基准配合比相差不大。但当水泥掺量降为3%，油基岩屑掺量增加至33%时，混合料最大干密度下降明显。主要是因为水泥的减少，意味着胶凝材料的减少，导致对各被稳定材料粘结力减少，结构密实度自然会降低。

该组混合料7d无侧限抗压强度结果如下表所示：

根据试验结果可以，配合比c，当水泥掺量为3%，油基岩屑掺量为33时，其7d无侧限抗压强度值为1.33mpa，已与公路底基层的最低限值基本一致，达到配合比设计目标。