本发明属于钻井废弃钻屑处理技术领域，具体为一种生物合成基废弃钻屑的资源化处理工艺。
背景技术：
目前，国内外在页岩气钻井开采施工过程中通常采用矿物油基施工。随着国家环境保护要求的日益严格，根据环保部发布的第39号令，修订了新的国家危险废物名录，名录规定：使用矿物油作为连续相产生的钻屑被定义为“危险废弃物”。为降低钻井施工的环保风险，生物合成基环保作为替代产品进入页岩气钻井领域。生物合成基主要以改性植物油等正烷烃类有机物为主要成分，不含芳香烃，易于分离降解，按《危险废物鉴别标准》检测认定不属于危险废物。
在钻井施工中，产生的生物合成基废弃钻屑一般采用泥浆不落地处理技术进行前端的减量化治理，实现油水分离、絮凝固结等功能。但初步治理后的固体废弃物存在以下几个方面的问题：1)固结后的废弃生物合成基钻屑不能满足一般工业固体废弃物处置贮存的要求，常存在超标问题；2)固体废弃物占用大量土地资源，雨水浸出液存在污染周边耕地和水源的风险。
鉴于此，开发一种对生物合成基废弃钻屑的最终处置工艺技术，并应用于现场，这对于发展生物合成基替代矿物油，解决当前日益严峻的页岩气钻井环保问题十分必要和迫切。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对上述现有对生物合成基废弃钻屑处理存在固体废弃物超标，土地资源占用大等问题，提供一种利用生物合成基废弃钻屑制备烧结砖，进行最终处置，实现资源化利用的处理工艺。
本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种生物合成基废弃钻屑的资源化处理工艺，包括含油控制，调质处理，基质改性处理，优化筛选以及制砖；
所述含油控制为控制废弃钻屑含油量低于2％；
所述调质处理为向经过含油处理后的废弃钻屑中投加复合脱硫剂，再依次加入铝盐、高能催化助燃剂；
所述基质改性处理为向经过调质处理后的废弃钻屑中掺加基质改性剂，使混合料中sio2含量为55％～70％、al2o3含量为10％～25％、cao含量低于10％、mgo含量低于5％；
所述优化筛分为对经基质改性处理后的废弃钻屑粒径进行三级破碎筛分处理，控制塑性颗粒的质量含量为35％～50％，填充颗粒的质量含量为20％～65％，骨架颗粒的质量含量低于30％；
所述制砖为将经上述处理后的废弃钻屑混合料和页岩进行制备烧结砖。
作为本发明所述一种生物合成基废弃钻屑的资源化处理工艺的一个具体实施例，含油控制步骤中，采用高频机械甩干的方式控制废弃钻屑含油量低于2％。
作为本发明所述一种生物合成基废弃钻屑的资源化处理工艺的一个具体实施例，含油控制步骤中，所述废弃钻屑为经不落地预处理过后的生物合成基废弃钻屑。
作为本发明所述一种生物合成基废弃钻屑的资源化处理工艺的一个具体实施例，所述复合脱硫剂为石灰石、碳酸钠中的一种或两种，且复合脱硫剂的加入量为废弃钻屑质量的3％～8％。
作为本发明所述一种生物合成基废弃钻屑的资源化处理工艺的一个具体实施例，所述铝盐为聚合氯化铝、碱性硫酸铝中的一种或两种，且铝盐的加入量为废弃钻屑质量的5％～10％。
作为本发明所述一种生物合成基废弃钻屑的资源化处理工艺的一个具体实施例，所述高能催化助燃剂为环烷酸钙、磺酸钙中的一种或两种，且高能催化助燃剂的加入量为废弃钻屑质量的8％～12％。
作为本发明所述一种生物合成基废弃钻屑的资源化处理工艺的一个具体实施例，所述基质改性剂为硅酸铝、硅酸钙中的一种或两种。
作为本发明所述一种生物合成基废弃钻屑的资源化处理工艺的一个具体实施例，所述塑性颗粒为粒径小于0.05mm的颗粒，所述填充颗粒为粒径为0.05～1.2mm的颗粒，所述骨架颗粒为粒径为1.2～2mm的颗粒。
作为本发明所述一种生物合成基废弃钻屑的资源化处理工艺的一个具体实施例，制转步骤中，所述废弃钻屑混合料的惨杂量为12％～20％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
采用本发明资源化处理工艺对经不落地预处理过后的生物合成基废弃钻屑进行处理，经控油、调质处理、基质改性处理以及优化筛分等前处理后和页岩一起用于制备烧结砖，实现了生物合成基废弃钻屑的再次利用，解决了现有的废弃钻屑处理存在固体废弃物超标，土地资源占用大等问题。
本发明资源化处理过程中烟气排放满足《砖瓦工业大气污染排放标准》gb29620-201标准；产品烧结砖浸出液达到《污水综合排放标准》gb8978-1996一级标准；烧结砖成品满足《烧结普通砖》(gb5101-2003)和《建筑材料放射性核素限量》(gb6566-2001)规定的全性能和放射性要求。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合具体原理及工艺步骤对本发明一种生物合成基废弃钻屑的资源化处理工艺进行详细说明。
一种生物合成基废弃钻屑的资源化处理工艺，包括含油控制，调质处理，基质改性处理，优化筛选以及制砖。
所述含油控制为控制废弃钻屑含油量低于2％，进一步，采用高频机械甩干的方式控制废弃钻屑含油量低于2％。将废弃钻屑的含油量控制在2％以下，可以使后续成品砖的抗压强度得到保证，产品质量和利用率得到提高。若废弃钻屑的含油量超过2％，后续作为混合料烧制制坯时废弃钻屑惨杂量不能超过10％,否则会使制备得到的成品砖强度达不到要求。本发明首先采用高频机械甩干的方式将废弃钻屑的含油量控制在2％以内，可以有效增加后续烧制砖过程中废弃钻屑作为混合料的惨杂量，提高废弃钻屑的利用率。
进一步，含油控制步骤中，所述废弃钻屑为经不落地预处理过后的生物合成基废弃钻屑。本发明资源化处理的对象是经不落地预处理过后的生物合成基废弃钻屑，是对经预处理过后的废弃钻屑的进一步处理，从而解决现有仅经过不落地预处理后所存在的固体废弃物超标，土地资源占用大等问题。不落地预处理是本领域常规的处理方式，对于本领域人员也是很容易实现的，只要按照正常不落地预处理方式操作即可。当然，也可以采用本发明处理工艺对原始废弃钻屑进行处理，只要是采用本发明处理工艺对废弃钻屑进行资源化处理均应包含在本发明的保护范围之内。
所述调质处理为向经过含油处理后的废弃钻屑中投加复合脱硫剂，再依次加入铝盐、高能催化助燃剂。
投加复合脱硫剂的作用是控制经控油处理后的生物合成基废弃钻屑中硫矸的含量低于3％，从而有效的控制后续制砖焙烧过程中烧结砖发生膨胀和砖体产生气泡等问题。加入强酸弱碱铝盐的目的是调节废弃钻屑的ph在6～9范围内，从而满足制砖及污水综合排放标准。加入高能催化助燃剂的作用是为了保证残留油类物料的充分燃烧，节约能源。
进一步，所述复合脱硫剂为石灰石、碳酸钠中的一种或两种，且复合脱硫剂的加入量为废弃钻屑质量的3％～8％。复合脱硫剂主要成分为碳酸钙、碳酸钠等，加入后使废弃钻屑中硫矸含量控制在3％以内。根据现场取样检测及大量实验验证，当生物合成基废弃钻屑硫矸含量超过5％，直接制砖会使砖体发生膨胀，炸裂，残次品增加，当硫矸含量在3％～5％之间时，虽然能有效降低残次品数量，依然会有少量砖体出现膨胀，炸裂；而当硫矸含量控制在3％以内，可以有效避免砖体出现膨胀，炸裂，合格率达到99％以上。本发明将复合脱硫剂的加入量控制在3％～8％，是根据大量取样实验的结果，在这个范围内，可以使硫矸含量降低至3％以下，从而进一步满足烧结砖制备要求。
进一步，所述铝盐为聚合氯化铝、碱性硫酸铝中的一种或两种，且铝盐的加入量为废弃钻屑质量的5％～10％。这阶段铝盐的加入是为了处理废弃钻屑中的有害成分，进一步控制原料中cod、色度、ph等指标，防止浸出液超过《污水综合排放标准》(gb8978-1996)一级标准。5％～10％的加入量是对原料的分析和实验得出，在这个加入量范围内即能满足原料要求，提高烧结砖的质量，又能使浸出液满足排放标准。
进一步，所述高能催化助燃剂为环烷酸钙、磺酸钙中的一种或两种，且高能催化助燃剂的加入量为废弃钻屑质量的8％～12％。高能助燃剂的加入，有助于原料中有机类物质的充分燃烧，节约能源。同时对于尾气的达标排放有利，原料cod(化学需要量)范围在500～3000mg/l，加入量在8％～12％之间，能很好的控制最终的产品浸出液cod<70mg/l；过多增加成本不经济，过低不达标。
所述基质改性处理为向经过调质处理后的废弃钻屑中掺加基质改性剂，使废弃钻屑混合料中sio2含量为55％～70％、al2o3含量为10％～25％、cao含量低于10％、mgo含量低于5％。
生物合成基废弃钻屑中有效制砖成分一般接近或低于制砖所需的适宜值，制成品常存在爆裂变形等问题。本发明引入基质改性剂，进一步降低废弃钻屑的含水率，同时对废弃钻屑中的制砖有效成分含量进行调整，使废弃钻屑混合料成分及含量更加合理、达到烧结砖所需的塑性和发热量要求，从而解决了成品砖容易爆裂变形等问题，使得废弃钻屑原料的可塑性极大提高。
废弃钻屑中掺加基质改性剂，使废弃钻屑混合料中sio2含量为55％～70％、al2o3含量为10％～25％、cao含量低于10％、mgo含量低于5％。这些含量要求来自于烧结砖制备要求，比如sio2过高，烧成后制品的体积不但不收缩，反而发生膨胀，使抗折强度大大降低。与此相反，当原料中sio2含量小于55％时，则制品抗冻性能很差。al2o3含量小于10％时，烧成制品的力学强度较低，提高原料的含量，可使制品的力学强度增加。但烧成温度也将随之升高，燃料消耗量增大。
进一步，所述基质改性剂为硅酸铝(al2o3·sio2)、硅酸钙(casio3)中的一种或两种。废弃钻屑本身成分不能完全满足烧结砖需要，一是钻井固废物本身有效成分含量偏低，二是含有部分瘠性材料，进而更加降低了有效成分含量。因而要加入基质改性剂，提高和激活其有效成分含量。
所述优化筛分为对经基质改性处理后的废弃钻屑粒径进行三级破碎筛分处理，控制塑性颗粒的质量含量为35％～50％，填充颗粒的质量含量为20％～65％，骨架颗粒的质量含量低于30％。
经基质改性处理后的废弃钻屑混合料的含量率一般低于8％，对废弃钻屑混合料的粒径进行三级破碎筛分处理，控制合理的颗粒组成，其中，控制塑性颗粒的质量含量为35％～50％，填充颗粒的质量含量为20％～65％，骨架颗粒的质量含量低于30％。可以合理优化筛选制砖混合原料的结构颗粒，科学的控制烧结砖的三类架构(塑性、填充、骨架)，很好的控制了成品的可塑性、收缩率和干燥敏感性系数，降低了成品爆裂率。原料颗粒的组成对制砖的可塑性、收缩率和烧结性等性能影响很大，颗粒越细则可塑性越高，但收缩率也越大，干燥敏感性系数也越高。
进一步，所述塑性颗粒为粒径为小于0.05mm的颗粒，所述填充颗粒为粒径为0.05～1.2mm的颗粒，所述骨架颗粒为粒径为1.2～2mm的颗粒。本发明是按废弃钻屑混合料的粒径大小将其分为了塑性颗粒、填充颗粒以及骨架颗粒三大类，从而更好的控制成品的可塑性、收缩率和干燥敏感性系数，降低了成品爆裂率。
所述制砖为将经上述处理后的废弃钻屑混合料和页岩进行制备烧结砖。其中，所述废弃钻屑混合料的惨杂量为12％～20％。经本发明上述处理后的废弃钻屑混合料作为原料和页岩一起进行烧结制砖，其掺杂量可以达到12％～20％，有效地提高了废弃钻屑的回收利用率，同时制备得到的成品砖质量优良。具体的烧结砖制备工艺按照现有的制砖工艺操作即可。
下面结合具体实施例对本发明一种生物合成基废弃钻屑的资源化处理工艺进行进一步解释说明。
实施例1
1、采用高频机械甩干方式对不落地预处理过的生物合成基废弃钻屑进行控油处理，使废弃钻屑含油量为1.5％。
2、上述处理后，向经含油控制处理后的废弃钻屑混合料中投加占废弃钻屑混合料质量3％的石灰石，搅拌混合30min,再依次加入占废弃钻屑混合料质量5％的聚合氯化铝、8％的环烷酸钙，使ph值为7。
3、加入占废弃钻屑混合料质量10％的硅酸铝(al2o3·sio2)，搅拌30min，静止反应2h以上。反应后废弃钻屑混合料中sio2的质量含量为60％、al2o3的质量含量为15％、cao的质量含量为8％、mgo含量为3％。
4、经上述改性处理后，采用三级对辊机，进行破碎筛分，控制塑性颗粒的质量含量为40％，填充颗粒的质量含量为40％，骨架颗粒的质量含量为20％。其中，塑性颗粒的粒径小于0.05mm，填充颗粒的粒径为0.05～1.2mm，骨架颗粒的粒径为1.2～2mm。
5、按照废弃撰写混合料掺量为15％和页岩进行制备烧结砖。
实施例2
1、采用高频机械甩干方式对不落地预处理过的生物合成基废弃钻屑进行控油处理，使废弃钻屑含油量为1％。
2、上述处理后，向经含油控制处理后的废弃钻屑混合料中投加占废弃钻屑混合料质量5％的碳酸钠，搅拌混合30min,再依次加入占废弃钻屑混合料质量6％的碱性硫酸铝、8％的磺酸钙，使ph值为8。
3、加入占废弃钻屑混合料质量8％的硅酸钙(casio3)，搅拌30min，静止反应2h以上。反应后废弃钻屑混合料中sio2的质量含量为65％、al2o3的质量含量为20％、cao的质量含量为5％、mgo含量为3％。
4、经上述改性处理后，采用三级对辊机，进行破碎筛分，控制塑性颗粒的质量含量为35％，填充颗粒的质量含量为45％，骨架颗粒的质量含量为20％。其中，塑性颗粒的粒径小于0.05mm，填充颗粒的粒径为0.05～1.2mm，骨架颗粒的粒径为1.2～2mm。
5、按照废弃撰写混合料掺量为12％和页岩进行制备烧结砖。
实施例3
1、采用高频机械甩干方式对不落地预处理过的生物合成基废弃钻屑进行控油处理，使废弃钻屑含油量为1.8％。
2、上述处理后，向经含油控制处理后的废弃钻屑混合料中投加占废弃钻屑混合料质量7％的石灰石和碳酸钠，搅拌混合30min,再依次加入占废弃钻屑混合料质量8％的聚合氯化铝、10％的磺酸钙，使ph值为6。
3、加入占废弃钻屑混合料质量12％的硅酸铝(al2o3·sio2)和硅酸钙(casio3)，搅拌30min，静止反应2h以上。反应后废弃钻屑混合料中sio2的质量含量为70％、al2o3的质量含量为10％、cao的质量含量为5％、mgo含量为3％。
4、经上述改性处理后，采用三级对辊机，进行破碎筛分，控制塑性颗粒的质量含量为45％，填充颗粒的质量含量为30％，骨架颗粒的质量含量为25％。其中，塑性颗粒的粒径小于0.05mm，填充颗粒的粒径为0.05～1.2mm，骨架颗粒的粒径为1.2～2mm。
5、按照废弃撰写混合料掺量为12％和页岩进行制备烧结砖。
实施例4
1、采用高频机械甩干方式对不落地预处理过的生物合成基废弃钻屑进行控油处理，使废弃钻屑含油量为1％。
2、上述处理后，向经含油控制处理后的废弃钻屑混合料中投加占废弃钻屑混合料质量5％的石灰石，搅拌混合30min,再依次加入占废弃钻屑混合料质量的10％的碱性硫酸铝、12％的环烷酸钙，使ph值为7.5。
3、加入占废弃钻屑混合料质量15％的硅酸铝(al2o3·sio2)，搅拌30min，静止反应2h以上。反应后废弃钻屑混合料中sio2的质量含量为55％、al2o3的质量含量为15％、cao的质量含量为8％、mgo含量为3％。
4、经上述改性处理后，采用三级对辊机，进行破碎筛分，控制塑性颗粒的质量含量为35％，填充颗粒的质量含量为30％，骨架颗粒的质量含量为35％。其中，塑性颗粒的粒径小于0.05mm，填充颗粒的粒径为0.05～1.2mm，骨架颗粒的粒径为1.2～2mm。
5、按照废弃撰写混合料掺量为15％和页岩进行制备烧结砖。
实施例1-4生物合成基废弃钻屑制备烧结砖成品性能参数如小表1所示。
表1实施例1-4生物合成基废弃钻屑制备烧结砖成品性能参数
本发明主要通过对生物合成基废弃钻屑进行含油控制、调质处理及基质改性，增加或提高可用于制备烧结砖的有益成分，并在后续制备中经过多级筛分和掺入比例的精确控制，制备成mu15以上等级的烧结砖。从表1实施例1-4制备得到烧结砖成品性能测试看出，本发明操作性强，对于不同的原料均能通过工艺和药剂调控，实现制备过程、成品的达标。
含油量对后续废弃钻屑混合料惨杂量及成品砖强度的影响
为了更进一步说明本发明步骤1)中含油控制对后续废弃钻屑混合料惨杂量及成品砖强度的影响，发明人对不同废弃钻屑含油量进行了对比，研究不同含油量废弃钻屑对成品砖强度的影响(其余操作在相同的条件下进行)，其结果如下表2所示。
表2不同含油量废弃钻屑惨杂量及成品砖强度
为了更加体现本申请步骤1)中含有控制的重要性，上表2示出在相同的惨杂量情况下废弃钻屑不同的含油量对成品砖强度影响。
从上表2可以看出，当含油量为1.5％(低于2％)时，成品砖的抗压强度平均值可以达到16.6mpa，而当含油量为2.3％或2.5％时，成品砖的抗压强度平均值分别为13.6mpa和13.1mpa，抗压强度明显降低。当然，为了提高成品砖的抗压强度，可以采取减少废弃钻屑混合料添加量的方式，当这样会使废弃钻屑的有效利用率降低。虽然上表2中仅仅提供了含油量为2.3％或2.5％的成品砖抗压强度数据，但当含油量更高时，得到的成品抗压强度将会更低，废弃钻屑利用率也更低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。