专利名称：废弃水基钻井液的固化处理方法及其固化剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种油气田钻井和地质勘探钻井的废弃物固化处理的环境保护技术领域的废弃水基钻井液的固化处理方法及其固化剂。
石油开采和地质探矿都离不开钻井作业，而钻井作业对环境的污染主要来源于废弃钻井液的漏失。一般说来，水基钻井液由粘土等固相、液相水和化学处理剂三部分组成，其中化学处理剂种类繁多，共计16大类几百种产品。废弃钻井液中的某些无机盐、重金属组分、油品及大量有机化合物均对环境有较大危害，如有机聚合物会使废弃钻井液的化学需氧量CODCr增加，某些无机盐使其pH值增加而一些重金属离子如Cr为致癌物质。大量的废弃钻井液不进行处理，堆放在井场或掩埋、或流入农田、河流、海底，渗入地层，都会对环境造成污染，影响饮水水源，影响土壤及动植物生长，直接危及人类健康与生命安全，因此对废弃钻井液的处理已成为环境保护的一项重要研究内容。中国专利《钻井完井泥浆回收处理装置》(88218926.3)介绍用加热干燥和固化系统处理废泥浆，该装置存在能耗大及处理速度慢的缺点，不适合用来大批量处理废弃钻井液。专利《钻井废泥浆固化处理技术》(88102388.4)提出向废泥浆中加入水泥、水玻璃和硫酸铝，其中以水泥为主要固结材料，用此方法来处理废弃钻井液所得到的固化体不能将重金属和有机物等有害物质完全封闭住，遇水长时间浸泡后部分有害物质又可浸出，存在着潜在的二次污染。专利《废钻井液的处理方法及存放结构》(92108103.0)提出向废钻井液中加入硫酸铝等无机絮凝剂和水解聚丙烯酰胺等有机絮凝剂，絮凝沉降后抽出上层清液，在浓缩絮凝沉淀物上加盖一层纤维物，再用水泥等混凝土密封覆盖，用这种方法处理废弃钻井液所产生的絮凝物稳定性差，水中长时间浸泡就自动返胶形成泥浆。虽然絮凝物顶面用混凝土封闭，但返胶泥浆可以沿着土坑的四周和底层向周围土壤中扩散渗漏，继续给环境造成污染。专利《钻井废泥浆固化剂及其生产方法》(93110918.3)选用硅酸钠、水泥、硫酸铝、明矾、木炭和碳酸钠固化钻井废泥浆，虽然达到了固化效果，但固化剂的加量较大，最大加量为35％，而且固化剂的复合生产工艺复杂。
本发明的目的在于研究一种新的废弃水基钻井液的固化处理方法及其固化剂，采用无机铁盐为凝聚剂、粘土吸附剂和苦土、水泥为固化材料，不仅固结了废弃钻井液，而且将废弃钻井液中的有害物质(如重金属、高聚物、油类等)封闭包裹在其中，降低其渗滤性和迁移作用，达到防止污染的目的。
本发明是这样实现的由废弃水基钻井液和固化剂配方构成，向石油地质钻井的废弃水基钻井液中加入由凝聚剂、吸附剂、胶结剂和水泥组成的复合固化剂，废弃水基钻井液加入复合固化剂后要充分搅拌均匀，随后将复合固化剂分4～5次投入到废弃钻井液中，每次投入的固化剂搅拌均匀后再投下一批，随后再倒入土坑或堆积在地面，经过3～6天的固化便可形成固化体。
本发明还采用如下方案凝聚剂为无机铁盐化合物如硫酸铁、三氯化铁等，加量为废弃水基钻井液重量的1～6％；吸附剂为粘土如膨润土，加量为废弃水基钻井液重量的0.1～0.6％；胶结剂为苦土(MgO)，加量为废弃水基钻井液重量的1～6％；水泥为普通建筑425#水泥，加量为废弃水基钻井液重量的1～10％，上述物质以均匀混合物的形式加入到废弃水基钻井液中，其最大总加量为废弃水基钻井液重量的15％，其中凝聚剂、吸附剂与胶结剂的比例为1∶0.1∶1，剩余加量物质为水泥。
废弃水基钻井液的固化处理方法及其固化剂的构思，是以无机铁盐化合物如硫酸铁、三氯化铁等为凝聚剂，通过三价铁的水解产物在废弃钻井液中的聚合、成核与沉淀等一系列复杂的物理化学变化，将废弃钻井液中的有害物质(如重金属、高聚物、油类等)凝聚封闭；用粘土如膨润土为吸附剂，吸附废弃钻井液中的有机化合物；再用本身就带有一定凝聚作用的苦土和水泥固结废弃钻井液中的固相及凝聚沉淀物，以达到固化废弃水基钻井液并将有害物质包裹在其中的作用。
本发明的优点在于可以很好地固化处理废弃水基钻井液，废钻井液固化后具有很好的抗水浸泡能力和一定的强度，由于无毒无害，形成的固体材料可铺路等综合利用，也可以掩埋后恢复地貌，占用的土地很快可以退耕还田，彻底消除了废弃钻井液对环境的污染。固化体浸出水的pH≤7.5、总Cr≤1.5mg/L、CODCr≤200mg/L、石油类≤10mg/L。本固化处理方法处理工艺简单，处理时间短，固化剂容易购买，适合大批量无害化处理废弃钻井液。
本发明的实施在于以钻井现场现有的泥浆罐、泥浆搅拌器、泥浆泵等作为废弃钻井液固化处理的设备。其工艺流程为，首先按照复合固化剂中各种物质的配比(按水基废弃钻井液的重量百分数计算，无机铁盐凝聚剂1～6％、粘土吸附剂0.1～0.6％、苦土1～6％和水泥胶结剂1～10％)将其混合均匀，并根据泥浆罐中装有废弃钻井液的数量确定复合固化剂所需的总投入量。随后将复合固化剂分4～5次投入到废弃钻井液中，每次投入的固化剂搅拌均匀后再投下一批，这样即可以避免固化剂对废弃钻井液的粘度提高太大，同时又保证固化剂在粘稠的废弃钻井液中分散均匀，充分发挥固化剂的固化效果，待全部固化剂加完并搅拌均匀后，用泥浆泵将其泵送到土坑里或附近地面，露天下放置3～6天即可形成固化体。
实施例1废弃钻井液比重1.49g/cm3，配制钻井液时加入了PAC、CMC、SMP、FCLS、磺化沥青和机油等添加剂，外观棕黑色。采用本发明废弃水基钻井液的固化处理方法及其固化剂对其进行固化处理，固化剂配方中三氯化铁6％、膨润土0.6％、苦土6％以及425#水泥1％(按水基废弃钻井液的重量百分数计算)，所得固化体再加水浸泡振荡24小时(25℃)，固化体完整，无裂纹，浸出水清澈，浸出水的性质见表1。
表1水的性质 固化前固化体浸出液Ph值 9.8 7.4CODCrmg/L 3.55×104185油类mg/L 无法测10.0总Crmg/L 243 0.102实施例2废弃钻井液比重1.21g/cm3，配制钻井液时加入了FA-367，XY-27，PAC-142，SMP，FC-427及原油等化学添加剂，外观棕黑色。用三氯化铁6％、膨润土0.1％、苦土1％以及425#水泥7％(按水基废弃钻井液的重量百分数计算)组成的固化剂配方对该井废弃钻井液进行固化处理后，固化体具有较好强度，将固化体再加水浸泡振荡24小时(25℃)后不裂不变形，浸出水清澈，浸出水的性质见表2。
表2水的性质固化前固化体浸出液pH值 8.0 7.0CODCrmg/L3.2×104150油类 mg/L 14.0 0.15总Cr mg/L 1.56 0.007实施例3废弃钻井液比重1.14g/cm3，配制钻井液时加入了HPAM、HPAN、CMC、XY-27等添加剂，外观土黄色。采用本发明固化剂配方三氯化铁1％、膨润土0.6％、苦土2％以及425#水泥10％(按水基废弃钻井液的重量百分数计算)，对其进行固化处理后所得固化体再加水浸泡振荡24小时(25℃)，固化体完整，无裂纹，浸出水清澈，浸出水的性质见表3。
表3水的性质 固化前固化体浸出液pH值 9.0 7.1CODCrmg/L 1×104190油类 mg/L 2870 7.2总Cr mg/L 0.046 0.020实施例4废弃钻井液比重1.15g/cm3，配制钻井液时加入了HPAM、HPAN、CMC、NaOH等添加剂，外观土黄色。采用本发明的固化剂配方硫酸铁1％、膨润土0.6％、苦土5％以及425#水泥5％(按水基废弃钻井液的重量百分数计算)，对其进行固化处理后所得固化体再加水浸泡振荡24小时(25℃)，固化体完整，无裂纹，浸出水清澈，浸出水的性质见表5。
表4水的性质 固化前固化体浸出液PH值8.5 7.5CODCrmg/L 8000 180油类 mg/L 1640 5.9总Cr mg/L 0.272 0.03权利要求
1.一种废弃水基钻井液的固化处理方法，其特征在于向石油地质钻井的废弃水基钻井液中加入由凝聚剂、吸附剂、胶结剂和水泥组成的复合固化剂，加入的复合固化剂充分搅拌均匀，随后将复合固化剂分4～5次投入到废弃钻井液中，每次投入的固化剂搅拌均匀后再投下一批，再倒入土坑或堆积在地面，经过3～6天的固化便可形成固化体。
2.废弃水基钻井液的固化剂，其特征在于凝聚剂为无机铁盐化合物，加量为废弃水基钻井液重量的1～6％；吸附剂为粘土，加量为废弃水基钻井液重量的0.1～0.6％；胶结剂为苦土(MgO)，加量为废弃水基钻井液重量的1～6％；水泥为普通建筑425#水泥，加量为废弃水基钻井液重量的1～10％，上述物质以均匀混合物的形式加入到废弃水基钻井液中，其最大总加量为废弃水基钻井液重量的15％，其中凝聚剂、吸附剂与胶结剂的比例为1∶0.1∶1，剩余加量物质为水泥。
3.根据权利要求2所述的废弃水基钻井液的固化剂，其特征在于所说的凝聚剂为无机铁盐化合物，可以是硫酸铁、三氯化铁。
4.根据权利要求2所述的废弃水基钻井液的固化剂，其特征在于所说的吸附剂为粘土，可以是膨润土。
全文摘要
本发明公开了一种废弃水基钻井液的固化处理方法及其固化剂,它是由废弃水基钻井液和固化剂配方构成。无机铁盐凝聚剂1～6%、粘土吸附剂0.1～0.6%、苦土1～6%和水泥胶结剂1～10%。该配方可使废弃水基钻井液经3～6天固化后形成具有很好抗水浸泡能力和一定强度的固化体,固化体浸出水的pH≤7.5、总Cr≤1.5mg/L、COD
文档编号A62D3/33GK1342505SQ00124329
公开日2002年4月3日 申请日期2000年9月8日 优先权日2000年9月8日
发明者赵雄虎, 黎钢, 朱墨 申请人:石油大学(北京)