一种水基钻井废弃固相免烧砖及其制备方法与流程

本发明涉及免烧砖技术领域，尤其涉及一种水基钻井废弃固相免烧砖及其制备方法。

背景技术：

在陆地钻井工程中，往往会采用不同的钻井泥浆体系进行钻井作业，而不同的泥浆体系产生的固相钻井废弃物成分也大相径庭。其中，采用清水/聚合物泥浆进行钻井作业仍占绝大比例，在这种泥浆体系下产生的固相钻井废弃物也最多，同时对环境的危害与采用磺化泥浆、油基泥浆产生的固相钻井废弃物相比要小得多，相对无害化处理也较为容易。

免烧砖是指不经过高温煅烧而制作的墙体材料，同时也是一种取代粘土砖的极有发展前景的更新换代产品。现有使用清水/聚合物泥浆体系钻井的水基钻井废弃固相制作的免烧砖主要是废弃固相干燥后添加水泥或其他无机胶凝剂制成，因使用清水/聚合物泥浆体系钻井的水基钻井废弃固相中的主要组成材料膨润土性质类似粘土性质，水泥与之水化效果不佳，加之在原料搅拌时，废弃固相易出现“起球”现象，使搅拌不均匀，从而严重影响免烧砖的力学性能，甚至导致成型失败。此外，由于清水/聚合物泥浆体系钻井的水基钻井废弃固相颗粒直径小，表面积大，导致包裹的水泥浆用量巨大，造成水泥成本过高；以及由于使用清水/聚合物泥浆体系钻井的水基钻井废弃固相颗粒粒径分布范围较宽，批量生产免烧砖时，免烧砖性能不稳定，坏品率过高。

技术实现要素：

针对现有水基钻井废弃固相免烧砖抗压强度差、外观质量差、成本较高及批量制作时性能不稳定，坏品率高的问题，本发明提供一种水基钻井废弃固相免烧砖及其制备方法。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种水基钻井废弃固相免烧砖，包括如下质量分数的原料组分：水基钻井废弃固相30-50％；水泥25％-40％；石料20-40％；早强剂0.1-0.2％；减水剂0.1-0.2％，所述水基钻井废弃固相包括不同粒径分布分的水基钻井废弃固相颗粒a和水基钻井废弃固相b，所述水基钻井废弃固相颗粒a目数为30-200目，含量为90～95％；所述水基钻井废弃固相颗粒b目数＞200目，含量为5～10％。

具体地，水基钻井废弃固相颗粒a作为砖体的填料使用，水基钻井废弃固相颗粒b提高搅拌时整体物料的和易性，如果不添加水基钻井废弃固相颗粒b会造成物料在搅拌机中出现干、涩现象，加重了搅拌不匀的情况，影响免烧砖的成型及性能。

进一步地，所述水基钻井废弃固相为清水/聚合物泥浆体系钻井的水基钻井废弃固相。

进一步地，清水/聚合物泥浆体系钻井的水基钻井废弃固相通过两种途径得到：一种是钻井用固控设备正常工作产出的废弃固相(含水率≤40％)；一种是由清水/聚合物泥浆体系钻井产生的水基钻井废液通过固液分离所得到的固相(含水率≤35％)。

进一步地，所述水基钻井废弃固相由使用清水/聚合物泥浆体系钻井产生的水基钻井废液中经固液分离、干燥、筛分得到。

进一步地，所述水基钻井废弃固相含水率≤5％，通过晾晒和/或风干控制含水率，便于废弃固相颗粒筛分，得到不同粒径分布分的水基钻井废弃固相颗粒。

进一步地，通过分级振动筛将上述水基钻井废弃固相进行颗粒分级，对于目数＜30目的颗粒团，输送到粉碎机内进行粉碎；目数为30～200目和目数＞200目的颗粒则分别存放。

进一步地，所述石料为连续粒级为5-16mm的碎石，作为免烧砖的集料，因颗粒较大，具有较小的表面积，用较少的水泥浆即可完全包裹，减少了水泥用量，降低了制砖成本。

进一步地，所述早强剂为硫酸盐类早强剂，由于清水/聚合物泥浆体系钻井的水基钻井废弃固相性质与粘土、泥性质类似，造成成砖后的第一次搬运时间较一般免烧砖略长，因此需要早强剂改善性能。

进一步地，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，由于清水/聚合物泥浆体系钻井的水基钻井废弃固相性质与粘土、泥性质类似，而在制砖过程中，聚羧酸系高性能减水剂性能受含土量影响最小。

本发明还提供了上述水基钻井废弃固相免烧砖的制备方法，包括以下步骤：

(1)将所述水基钻井废弃固相、水泥、石料与水进行混料处理，得到预混料；

(2)将所述早强剂、减水剂加入到所述预混料中，搅拌，得到混合物料；

(3)将所述混合物料进行压制成型，得到砖坯；

(4)所述砖坯经养护、干燥，得到水基钻井废弃固相免烧砖。

进一步地，步骤(1)中，所述水加入量为水泥的13～20％，水基钻井废弃固相颗粒表面积更大，需要更多水进行包裹。

进一步地，步骤(2)中，所述搅拌速度为50-120rpm，搅拌时间为5-8min。

进一步地，步骤(3)中，制砖机为台振，激振力60～90kn，激振频率为100hz，最大压力10t。采用振动压制物料成型，可有效降低水基钻井废弃固相颗粒成砖后的颗粒间隙及颗粒因水化作用而残留在砖体内部的含水量。

进一步地，所述养护时间为25-30天。

相对于现有技术，本发明提供的技术方案，采用水基钻井废弃固相、石料作为主要材料，材料简单，通过对水基钻井废弃固相进行颗粒分级，以石料作为骨料，水基钻井废弃固相作为填充，水泥络合的方式使砖抗压、外观性能得到很大提升。其中，水基钻井废弃固相颗粒a作为砖体的填料使用，水基钻井废弃固相颗粒b提高搅拌时整体物料的和易性，使水基钻井废弃固相颗粒更均匀地填充分散于石料空隙中，改善免烧砖的抗压强度及外观质量，并保证批量生产时免烧砖的性能稳定和良品率高。采用石料作为免烧砖的骨料，与水基钻井废弃固相共同作用提高免烧砖抗压强度的同时减少水泥用量，降低成本。此外，本发明提供的免烧砖浸出液可满足国家标准《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(gb18599-2001)的要求，节能环保，且可实现自动化生产，极大的提高单位时间的产量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的免烧砖的抗压强度趋势图。

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。

实施例1

一种水基钻井废弃固相免烧砖，包括如下质量分数的原料组分：水基钻井废弃固相(含水率≤3％，水基钻井废弃固相颗粒a(80目)，90％；水基钻井废弃固相颗粒b(300目)，10％)30％；碎石39.7％；水泥30％；早强剂0.12％；减水剂0.18％。

上述免烧砖的制备方法，包括如下步骤：

(1)将上述水基钻井废弃固相颗粒a、水基钻井废弃固相颗粒b、碎石及水泥输送至立轴行星式搅拌机内，加入水泥质量13％的水进行混料处理，得到预混料；

(2)将上述早强剂、减水剂加入到上述预混料中，以50rpm搅拌8min。得到混合物料；

(3)将上述混合物料输送至制砖机进行压制成型，压制8板，每板32块，共256块，得到砖坯；

(4)上述砖坯养护28天后，经自燃干燥，得到水基钻井废弃固相免烧砖。

实施例2

一种水基钻井废弃固相免烧砖，包括如下质量分数的原料组分：水基钻井废弃固相(含水率≤3％，水基钻井废弃固相颗粒a(30目)，90％；水基钻井废弃固相颗粒b(250目)，10％)29.6％；碎石40％；水泥30％；早强剂0.2％；减水剂0.2％。

上述免烧砖的制备方法，包括如下步骤：

(1)将上述水基钻井废弃固相颗粒a、水基钻井废弃固相颗粒b、碎石及水泥输送至立轴行星式搅拌机内，加入水泥质量17.5％的水进行混料处理，得到预混料；

(2)将上述早强剂、减水剂加入到上述预混料中，以120rpm搅拌5min。得到混合物料；

(3)将上述混合物料输送至制砖机进行压制成型，压制8板，每板32块，共256块，得到砖坯；

(4)上述砖坯养护25天后，经自燃干燥，得到水基钻井废弃固相免烧砖。

实施例3

一种水基钻井废弃固相免烧砖，包括如下质量分数的原料组分：水基钻井废弃固相(含水率≤3％，水基钻井废弃固相颗粒a(200目)，95％；水基钻井废弃固相颗粒b(400目)，5％)35％；碎石35％；水泥29.64％；早强剂1.8％；减水剂1.8％。

上述免烧砖的制备方法，包括如下步骤：

(1)将上述水基钻井废弃固相颗粒a、水基钻井废弃固相颗粒b、碎石及水泥输送至立轴行星式搅拌机内，加入水泥质量15.8％的水进行混料处理，得到预混料；

(2)将上述早强剂、减水剂加入到上述预混料中，以80rpm搅拌6min。得到混合物料；

(3)将上述混合物料输送至制砖机进行压制成型，压制8板，每板32块，共256块，得到砖坯；

(4)上述砖坯养护30天后，经自燃干燥，得到水基钻井废弃固相免烧砖。

实施例4

一种水基钻井废弃固相免烧砖，包括如下质量分数的原料组分：水基钻井废弃固相(含水率≤3％，水基钻井废弃固相颗粒a(60目)，95％；水基钻井废弃固相颗粒b(300目)，5％)39.6％；碎石20％；水泥40％；早强剂0.2％；减水剂0.2％。

上述免烧砖的制备方法，包括如下步骤：

(1)将上述水基钻井废弃固相颗粒a、水基钻井废弃固相颗粒b、碎石及水泥输送至立轴行星式搅拌机内，加入水泥质量18.1％的水进行混料处理，得到预混料；

(2)将上述早强剂、减水剂加入到上述预混料中，以50rpm搅拌8min。得到混合物料；

(3)将上述混合物料输送至制砖机进行压制成型，压制8板，每板32块，共256块，得到砖坯；

(4)上述砖坯养护28天后，经自燃干燥，得到水基钻井废弃固相免烧砖。

实施例5

一种水基钻井废弃固相免烧砖，包括如下质量分数的原料组分：水基钻井废弃固相(含水率≤3％，水基钻井废弃固相颗粒a(100目)，95％；水基钻井废弃固相颗粒b(300目)，5％)50％；碎石24.8％；水泥25％；早强剂0.1％；减水剂0.1％。

上述免烧砖的制备方法，包括如下步骤：

(1)将上述水基钻井废弃固相颗粒a、水基钻井废弃固相颗粒b、碎石及水泥输送至立轴行星式搅拌机内，加入水泥质量20％的水进行混料处理，得到预混料；

(2)将上述早强剂、减水剂加入到上述预混料中，以100rpm搅拌7min。得到混合物料；

(3)将上述混合物料输送至制砖机进行压制成型，压制8板，每板32块，共256块，得到砖坯；

(4)上述砖坯养护28天后，经自燃干燥，得到水基钻井废弃固相免烧砖。

为了更好的说明本发明的技术方案，下面还通过对比例和本发明的实施例做进一步的对比。

对比例1

将实施例1中的水基钻井废弃固相替换为水基钻井废弃固相颗粒a(80目)，其他组分及制备方法与实施例1相同，得到免烧砖。

对比例2

将实施例1中的水基钻井废弃固相替换为水基钻井废弃固相颗粒b(300目)，其他组分及制备方法与实施例1相同，得到免烧砖。

对比例3

将实施例1中的水基钻井废弃固相替换为粒径分布如下的废弃固相：＞30目(18目)：30％；30～200目(80目)：60％；＜200目(300目)：10％，其他组分及制备方法与实施例1相同，得到免烧砖。

为了更好的说明本发明实施例提供的免烧砖的特性，下面将实施例1-5及对比例1-3制备的免烧砖与mu15共同进行相应性能的测试，结果如表1、2所示。

表1

注：表1结果为每实施例随机抽取10块28d砖块进行检测，抗压强度要求、外观质量依据标准《建筑垃圾再生骨料实心砖》(jgt505-2016)。

由以上数据可得，以石料作为骨料，水基钻井废弃固相作为填充，通过对水基钻井废弃固相进行颗粒分级，水基钻井废弃固相颗粒a作为砖体的填料使用，水基钻井废弃固相颗粒b提高搅拌时整体物料的和易性，使水基钻井废弃固相颗粒更均匀地填充分散于石料空隙中，再通过水泥的络合，改善免烧砖的抗压强度及外观质量，使砖抗压、外观性能得到很大提升。如图1中所示，免烧砖原料中水基钻井废弃固相含量在30％-50％范围内，免烧砖的平均抗压强度大于等于19mpa，最小抗压强度也大于等于17mpa。

表2

由表中数据可知，实施例1-5制得的免烧砖具有较高的抗压强度，符合标准《建筑垃圾再生骨料实心砖》(jgt505-2016)相关要求的同时。其浸出液各项指标也均达到《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(gb18599-2001)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。