一种钻井废弃物的利用方法与流程

文档序号:25544015发布日期:2021-06-18 20:41

本发明涉及固体废弃物资源化利用技术领域,尤其涉及一种钻井废弃物的利用方法。



背景技术:

石油钻井过程中,出于平衡地层压力、保持井壁稳定、钻头降温以及悬浮携带钻屑的需求,会配置大量的水基钻井泥浆。钻井泥浆携带钻屑一起返出井口,有相当部分钻井泥浆粘附到钻屑上,虽说经过固控系统处理,仍然有部分钻井泥浆和钻屑分离不开遭到弃用。钻井岩屑和废泥浆中含有大量的钻井助剂,多是耐温、耐盐的有机物和一些无机物,稳定性高,色度高、污染严重,是石油钻井过程中主要的一种污染物。对于钻井岩屑和废泥浆常用的处理方法是固化后填埋,由于国家实行严格的土壤污染环境保护政策,井场用地受到严格限制,固化物填埋场选址越来越困难;再则钻井废弃物固化填埋并非彻底的无害化处理技术,存在填埋场污染物渗透、扩散的隐患。因此探索钻井固体废弃物资源化利用技术,成为当务之急。



技术实现要素:

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种钻井废物的利用方法,本发明将钻井废弃物制备成陶粒,能够对钻井废弃物进行有效处理,实现钻井废弃物的无害化、资源化利用。

本发明提供了一种钻井废弃物的利用方法,包括:

将以钻井废弃物为主的物料制备成陶粒;

所述钻井废弃物是指水基钻井废弃物,包括钻井废弃物的固化物或钻井废弃物的固结物;

所述钻井废弃物的固化物为钻屑和废泥浆的混合物经过固化处理后的产物;

所述钻井废弃物的固结物为废钻井废泥浆经过破稳和脱水处理后的产物。

在本发明中,所述钻井废弃物的固化物的含水率优选为25~40%,更优选为30~35%。

在本发明中,所述钻井废弃物的固化物的制备方法,优选包括:

将钻屑和废泥浆的混合物、无机破稳剂和复合硅酸盐水泥混合,候凝后得到钻井废弃物的固化物。

在本发明中,所述混合的方法优选为:

向钻屑和废泥浆的混合物中加入无机破稳剂后进行搅拌,向搅拌后的产物中加入复合硅酸盐水泥后继续搅拌均匀,候凝后得到钻井废弃物的固化物。

在本发明中,所述搅拌的速度优选为100~200r/min,更优选为120~180r/min,最优选为140~160r/min;所述搅拌的时间优选为15~20min;所述继续搅拌的时间优选为8~12分钟,更优选为10min。

在本发明中,所述混合优选在固化反应器中进行;所述混合完成后优选得到的混合物候凝,得到钻井废弃物的固化物。

在本发明中,所述候凝的时间优选为一周。

在本发明中,所述无机破稳剂优选选自生石灰、钙盐和镁盐中的一种。在本发明中,所述钙盐优选选自氯化钙及其水合物;所述镁盐优选选自氯化镁及其水合物。

在本发明中,所述钻屑和废泥浆的混合物即为钻井过程中产生的混合着泥浆的钻屑。

在本发明中,所述无机破稳剂、复合硅酸盐水泥、钻屑和废泥浆的混合物的质量比优选为(3~5):(5~8):(89~92),更优选为(3.5~4.5):(6~7):(90~91),最优选为4:6.5:90.5。

在本发明中,所述钻井废弃物的利用方法,优选具体为:

将色料、钙镁粉、煤矸石粉和钻井废弃物的固化物混合,得到混合物;

将所述混合物进行造粒,得到生料球;

将所述生料球进行焙烧,得到陶粒。

在本发明中,所述色料优选选自铁精矿粉、氧化铁粉、锰精矿粉和金精石粉中的一种。

在本发明中,所述钙镁粉优选包括碳酸钙和碳酸镁;所述碳酸钙和碳酸镁的质量比优选为(2~3):1,更优选为(2.2~2.8):1,最优选为(2.4~2.6):1。

在本发明中,所述色料、钙镁粉、煤矸石粉和钻井废弃物的固化物的质量比优选为(1~3):(3~5):(2~3):(89~93),更优选为(1.5~2.5):(3.5~4.5):(2.2~2.8):(90~92),最优选为2:4:(2.4~2.6):91。

在本发明中,所述钻井废弃物的固化物优选经过破碎研磨形成粉体;所述粉体的粒度优选≥50目,更优选为50~80目。

在本发明中,所述混合物的粒度优选≥50目,更优选为50~80目。

在本发明中,所述造粒优选在对辊造粒机中进行,所述造粒优选为:

将所述混合物在对辊造粒机中经压实、挤出和切割制成粗球坯;

将所述粗球坯输送至成球盘中滚动制成生料球。

在本发明中,所述对辊造粒机的滚筒孔径优选为6~12mm,更优选为8mm;所述成球盘的直径优选为2000~2200mm,更优选为2100mm;所述造粒过程中的转速优选为15~20r/min,更优选为17~18r/min。

在本发明中,所述生料球的形状优选为圆形或椭圆形;所述生料球的直径优选为8~12mm,更优选为9mm。

在本发明中,所述焙烧优选在回转炉中进行。在本发明中,所述回转炉的安装坡度优选为2~4%,更优选为3%。

在本发明中,所述焙烧的温度优选为1150~1190℃,更优选为1160~1180℃,最优选为1170℃;所述焙烧的时间优选为5~10min,更优选为6~9min,最优选为7~8min。

在本发明中,所述焙烧后的产品的出炉温度优选为900~1000℃,更优选为920~980℃,最优选为940~960℃。

在本发明中,所述焙烧之前优选还包括:

将所述生料球进行烘干和预热。

在本发明中,所述烘干温度优选为120~180℃,更优选为130~170℃,最优选为140~160℃;所述烘干时间优选为20~40min,更优选为25~35min,最优选为30min。在本发明中,所述烘干的热量优选采用出炉陶粒冷却过程中产生的余热。

在本发明中,所述预热的温度优选为600~650℃,更优选为610~640℃,最优选为620~630℃;所述预热的时间优选为15~20min,更优选为16~19min,最优选为17~18min。

在本发明中,所述焙烧完成后优选还包括:

将焙烧后的产物进行降温,得到陶粒。

在本发明中,所述降温的时间优选为3~5min,更优选为4min;所述陶粒的出仓温度优选低于80℃。

在本发明中,所述制备得到陶粒后优选还包括:

采用袋式除尘器和逆流喷淋式吸收塔结合的方式除尘和有害气体。

在本发明中,所述尾气逆流喷淋吸收塔所用的吸收液优选为质量浓度10%碱性溶液。

在本发明中,所述钻井废弃物的固结物初始含水率优选为60~70%,更优选为62~68%,最优选为64~66%;陈化后含水率优选为30~40%,更优选为32~38%,最优选为34~36%。

在本发明中,所述钻井废弃物的固结物的制备方法优选包括:

将废泥浆、无机高分子破稳剂、调节剂和聚丙烯酰胺混合,得到钻井废弃物的固结物。

本发明对所述水基废泥浆没有特殊的限制,采用本领域技术人员熟知的钻井过程中产生的水基废泥浆即可。

在本发明中,所述无机高分子破稳剂选自聚合氯化铁、聚合硫酸铁和聚合氯化铝中的一种。

在本发明中,所述调节剂选自烧碱和熟石灰中的一种。

在本发明中,所述无机高分子破稳剂、调节剂、聚丙烯酰胺和废泥浆的质量比优选为(3~5):(0.5~2):(0.01~0.05):(92~96),更优选为(3.5~4.5):(1~1.5):(0.02~0.04):(93~95),最优选为4:(1.2~1.3):94。

在本发明中,所述钻井废弃物的固结物优选在混凝反应罐中进行制备,所述钻井废弃物的固结物的制备方法更优选包括:

在搅拌的条件下,向废泥浆中加入无机高分子破稳剂后再加入调节剂溶液进行ph值调节,最后加入聚丙烯酰胺作为絮凝剂,得到混合物;

将所述混合物进行压滤,得到滤饼;

将所述滤饼进行陈化,得到钻井废弃物的固结物。

在本发明中,所述搅拌的速度优选为100~200转/分,更优选为120~180转/分,最优选为140~160转/分。

在本发明中,所述无机高分子破稳剂优选为无机高分子破稳剂溶液,更优选为无机高分子破稳剂水溶液,所述无机高分子破稳剂溶液的质量浓度优选为15~25%,更优选为18~22%,最优选为20%;所述无机高分子破稳剂的搅拌时间优选为10~15min,更优选为11~14min,最优选为12~13min。

在本发明中,所述调节剂优选为调节剂溶液;所述调整ph值范围优选为6~9,更优选为6.5~8.5,最优选为7.0~8.0。

在本发明中,所述聚丙烯酰胺优选为聚丙烯酰胺溶液,更优选为聚丙烯酰胺水溶液,所述聚丙烯酰胺溶液的质量浓度优选为0.05~0.15%,更优选为0.08~0.12%,最优选为0.1%。在本发明中,所述聚丙烯酰胺的搅拌时间优选为2~4min,更优选为2.5~3.5min,最优选为3min。

在本发明中,所述压滤优选在板框压滤机中进行,所述压滤过程中的进液泵压优选为0.6~0.8mpa。

所述压滤过程中的板框顶紧压力优选为16~20mpa,更优选为18mpa;所述板框顶紧压力的保压时间优选为2~3小时,更优选为2.5小时;所述保压结束后泄压,打开板框,卸下滤饼。

在本发明中,所述陈化脱水是指压滤泥饼自然风干脱去一部分水分的过程。

在本发明中,所述钻井废弃物的利用方法,优选具体为:

将骨料、粉煤灰、色料和钻井废弃物的固结物混合,得到混合物;

将所述混合物进行造粒,得到生料球;

将所述生料球进行焙烧,得到陶粒。

在本发明中,所述骨料优选选自石英粉、铝矾土和页岩土中的一种。

在本发明中,所色料优选选自铁精矿粉、氧化铁粉、锰精矿粉和金精石粉中的一种。

在本发明中,所述骨料、粉煤灰、色料和钻井废弃物的固结物的质量比优选为(25~35):(3~5):(2~3):(60~70),更优选为(28~32):(3.5~4.5):(2.2~2.8):(62~68),最优选为30:4:(2.4~2.6):(64~66)。

在本发明中,所述混合优选在双卧轴搅拌器中进行。在本发明中,所述混合物的粒度优选≥50目,更优选为50~80目。

在本发明中,所述造粒得到生料球的方法与上述技术方案所述造粒得到生料球的方法一致,在此不再赘述。

在本发明中,所述焙烧得到陶粒的方法与上述技术方案所述焙烧得到陶粒的方法一致,在此不再赘述。

本发明对钻井废弃物采用预处理、研磨、混合、造粒、烧结技术,将钻井废弃物制成在建筑、园艺及化工行业具有广泛用途的陶粒,避免了钻井固废物堆置、填埋所带来的环保隐患,还变废为宝、拓展了制陶粒的原料来源,具有良好的社会效益和经济效益。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例,都属于本发明保护的范围。

实施例1

将井场收集的固控设备排出的钻屑和废泥浆混合物在固结反应器中,以5wt%的石灰,复合硅酸盐水泥6wt%,钻屑及废泥浆89wt%的质量百分比混合、搅拌,得到固结反应产物,卸出候凝一周,即为钻井废弃物的固化物。

将上述钻井废弃物的固化物经过破碎研磨,粉体能过50目,按照铁精矿粉2wt%,钙镁粉4wt%,煤矸石粉4wt%,钻井废弃物的固化物90wt%的质量百分比在双卧轴搅拌机里混合均匀,得到陶粒粉料;其中钙镁粉为碳酸钙和碳酸镁的混合物,质量比为3:1。

将上述陶粒粉料输送至对辊造粒机中经压实、挤出、切割过程制成粗球坯,然后输送到成球盘中滚动成生料球;

将上述生料球经过安装坡度为3%的回转炉,依次经过烘干、预热、焙烧及出炉降温过程制成成品陶粒;生料球的烘干温度为160℃,烘干时间为20~40min,所用热量为出炉陶粒冷却过程产生的余热;预热温度为600~650℃,预热时间15~20min;焙烧段温度为1165~1190℃,焙烧时间5~10min;陶粒出窑温度为900~1000℃,降温时间3~5min。出炉后直接风冷降温,陶粒出仓温度低于80℃。

实施例2

将井场收集的固控设备排出的钻屑和废泥浆混合物在固结反应器中,按照4wt%的钙盐(氯化钙及其水合物),复合硅酸盐水泥8wt%,钻屑及废泥浆88wt%的质量百分比混合、搅拌,得到固结反应产物,卸出候凝一周,即为钻井废弃物的固化物。

将上述钻井废弃物的固化物经过破碎研磨,形成粒径小于50目筛的粉体,按照氧化铁粉1wt%,钙镁粉3wt%,煤矸石粉4wt%,钻井废弃物的固化物92wt%的质量百分比在双卧轴搅拌机里混合均匀,得到陶粒粉料;其中钙镁粉为碳酸钙和碳酸镁的混合物,质量比为2:1。

将上述陶粒粉料输送至对辊造粒机中经压实、挤出、切割过程制成粗球坯,然后输送到成球盘中滚动成生料球。

将上述生料球经过安装坡度为3%的回转炉,依次经过烘干、预热、焙烧及出炉降温过程制成成品陶粒;生料球的烘干温度为160℃,烘干时间为20~40min,所用热量为出炉陶粒冷却过程产生的余热;预热温度为600~650℃,预热时间15~20min;焙烧段温度为1165~1180℃,焙烧时间5~10min;陶粒出窑温度为900~1000℃,降温时间3~5min。出炉后直接风冷降温,陶粒出仓温度低于80℃。

实施例3

将井场收集的固控设备排出的钻屑和废泥浆混合物在固结反应器中,以5wt%的镁盐(氯化镁及其水合物),复合硅酸盐水泥8wt%,钻屑及废泥浆87wt%的质量百分比混合、搅拌,得到固结反应产物,卸出候凝一周,即为钻井废弃物的固化物。

将上述钻井废弃物的固化物经过破碎研磨,形成粒径小于50目筛的粉体,按照锰精矿粉1wt%,钙镁粉3wt%,煤矸石粉4wt%,钻井废弃物的固化物92wt%的质量百分比在双卧轴搅拌机里混合均匀,得到陶瓷粉料;其中钙镁粉为碳酸钙和碳酸镁的混合物,质量比为2:1。

将上述陶粒粉料输送至对辊造粒机中经压实、挤出、切割过程制成粗球坯,然后输送到成球盘中滚动成生料球。

将上述生料球经过安装坡度为3%的回转炉,依次经过烘干、预热、焙烧及出炉降温过程制成成品陶粒;生料球的烘干温度为160℃,烘干时间为20~40min,所用热量为出炉陶粒冷却过程产生的余热;预热温度为600~650℃,预热时间15~20min;焙烧段温度为1165~1180℃,焙烧时间5~10min;陶粒出窑温度为900~1000℃,降温时间3~5min。出炉后直接风冷降温,陶粒出仓温度低于80℃。

实施例4

将井场收集的废泥浆在混凝反应罐中,按照聚合氯化铁3wt%,烧碱0.95wt%,聚丙烯酰胺0.05wt%,废泥浆96wt%的质量百分比配比;在100~200r/min的搅拌速度下,加入配方量的20%质量浓度的聚合氯化铁水溶液,搅拌10~15min,加入调节剂烧碱,调整ph到7~8,最后加入配方量的0.1%质量浓度的絮凝剂聚丙烯酰胺水溶液,搅拌3min,得到废浆混合物;

将上述混凝好的混合物泵入板框压滤机,保持进液泵压0.7~0.8mpa,板框顶紧压力16~18mpa,约2~3h后,泄压、打开板框,卸下滤饼;将滤饼堆置进一步陈化脱水,得到钻井废弃物的固结物。

将上述钻井废弃物的固结物经过破碎研磨,粉体能过50目筛,按照页岩土35wt%,粉煤灰5wt%、铁精矿粉2wt%,钻井废弃物破稳脱水后固结物58wt%的质量百分比在双卧轴搅拌机里混合均匀,得到混合物。

将上述混合物输送至对辊造粒机中经压实、挤出、切割过程制成粗球坯,然后输送到成球盘中滚动成生料球。

生料球经过安装坡度为3%的回转炉,依次经过烘干、预热、焙烧及出炉降温过程制成成品陶粒;生料球的烘干温度为120~150℃,烘干时间为35~40min,所用热量为出炉陶粒冷却过程产生的余热;预热温度为600~650℃,预热时间15~20min;焙烧段温度为1155~1175℃,焙烧时间5~10min;陶粒出窑温度为900~1000℃,降温时间3~5min。出炉后直接风冷降温,陶粒出仓温度低于80℃。

实施例5

将井场收集的废泥浆在混凝反应罐,按照聚合氯化铝5.0wt%,石灰0.95wt%,聚丙烯酰胺0.05wt%,废泥浆94wt%的质量百分比配比;在100~200r/min的搅拌速度下,加入配方量的20%质量浓度的聚合氯化铝水溶液,搅拌10~15min,加入调节剂石灰,调整ph到7~8,最后加入配方量的0.1%质量浓度的絮凝剂聚丙烯酰胺水溶液,搅拌3min,得到废浆混合物;

将上述混凝好的废浆混合物泵入板框压滤机,保持进液泵压0.7~0.8mpa,板框顶紧压力16~18mpa,约2~3h后,泄压、打开板框,卸下滤饼。将滤饼堆置进一步陈化脱水,得到钻井废弃物的固结物。

将上述钻井废弃物的固结物经过破碎研磨,粉体能过50目筛,按照石英粉25wt%,粉煤灰4wt%,锰精矿粉2wt%,钻井废弃物破稳脱水后固结物69wt%的质量百分比在双卧轴搅拌机里混合均匀,得到混合物。

将上述混合物输送至对辊造粒机中经压实、挤出、切割过程制成粗球坯,然后将粗球坯输送到成球盘中滚动成生料球。

将生料球经过安装坡度为3%的回转炉,依次经过烘干、预热、焙烧及出炉降温过程制成成品陶粒;生料球的烘干温度为120~150℃,烘干时间为35~40min,所用热量为出炉陶粒冷却过程产生的余热;预热温度为600~650℃,预热时间15~20min;焙烧段温度为1160~1180℃,焙烧时间5~10min;陶粒出窑温度为900~1000℃,降温时间3~5min。出炉后直接风冷降温,陶粒出仓温度低于80℃。

实施例6

将井场收集的废泥浆在混凝反应罐中,按照聚合硫酸铁5.5wt%,烧碱0.45wt%,聚丙烯酰胺0.05wt%,废泥浆94wt%的质量百分比进行配比;在100~200r/min的搅拌速度下,加入配方量的20%质量浓度的聚合硫酸铁水溶液,搅拌10~15min,加入调节剂烧碱,调整ph到7~8,最后加入配方量的0.1%质量浓度的絮凝剂聚丙烯酰胺水溶液,搅拌3min,得到废浆混合物。

将上述混凝好的废浆混合物泵入板框压滤机,保持进液泵压0.7~0.8mpa,板框顶紧压力16~18mpa,约2~3h后,泄压、打开板框,卸下滤饼。将滤饼堆置进一步陈化脱水,得到钻井废弃物的固结物。

将上述钻井废弃物的固结物经过破碎研磨,粉体能过50目筛,按照铝矾土粉30wt%,粉煤灰4wt%,金红石粉3wt%,钻井废弃物破稳脱水后固结物63wt%的质量百分比在双卧轴搅拌机里混合均匀,得到混合物。

将上述混合物输送至对辊造粒机中经压实、挤出、切割过程制成粗球坯,然后将粗球坯输送到成球盘中滚动成生料球。

将上述生料球经过安装坡度为3%的回转炉,依次经过烘干、预热、焙烧及出炉降温过程制成成品陶粒;生料球的烘干温度为120~150℃,烘干时间为35~40min,所用热量为出炉陶粒冷却过程产生的余热;预热温度为600~650℃,预热时间15~20min;焙烧段温度为1160~1180℃,焙烧时间5~10min;陶粒出窑温度为900~1000℃,降温时间3~5min。出炉后直接风冷降温,陶粒出仓温度低于80℃。

比较例1

将井场收集的废泥浆在混凝反应罐中,按照聚合硫酸铁2.5wt%,烧碱0.45wt%,聚丙烯酰胺0.05wt%,废泥浆97wt%的质量百分比进行配比;在100~200r/min的搅拌速度下,加入配方量的20%质量浓度的聚合硫酸铁水溶液,搅拌10~15min,加入调节剂烧碱,调整ph到7~8,最后加入配方量的0.1%质量浓度的絮凝剂聚丙烯酰胺水溶液,搅拌3min,得到废浆混合物。

将上述混凝好的废浆混合物泵入板框压滤机,保持进液泵压0.7~0.8mpa,板框顶紧压力16~18mpa,约4~5h后,泄压、打开板框,卸下滤饼,泥饼呈粘糊状,不易卸下。将滤饼堆置进一步陈化脱水(比实施例6陈化时间长一倍),得到钻井废弃物的固结物。

将上述钻井废弃物的固结物经过破碎研磨,粉体能过50目筛,按照铝矾土粉10wt%,粉煤灰4wt%,锰精矿粉3wt%,钻井废弃物破稳脱水后固结物83wt%的质量百分比在双卧轴搅拌机里混合均匀,得到混合物。

将上述混合物输送至对辊造粒机中经压实、挤出、切割过程制成粗球坯,然后将粗球坯输送到成球盘中滚动成生料球。

将上述生料球经过安装坡度为3%的回转炉,依次经过烘干、预热、焙烧及出炉降温过程制成成品陶粒;生料球的烘干温度为120~150℃,烘干时间为35~40min,所用热量为出炉陶粒冷却过程产生的余热;预热温度为600~650℃,预热时间15~20min;焙烧段温度为1160~1180℃,焙烧时间5~10min;陶粒出窑温度为900~1000℃,降温时间3~5min。出炉后直接风冷降温,陶粒出仓温度低于80℃。陶粒变形严重,形状、大小不一,中间布满较大孔洞。

实施例7

按照gb/t17431.1-2010《轻集料及其试验方法第1部分轻集料》的标准,按照gb5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》的标准,对本发明实施例和比较例制备的陶粒的理化指标进行检测,检测结果如表1所示。

表1本发明实施例和比较例制备的陶粒的理化指标

由以上实施例可知,本发明提供了一种钻井废弃物的利用方法,包括:将以钻井废弃物为主的物料制备成陶粒;所述钻井废弃物是指水基钻井废弃物,包括钻井废弃物的固化物或钻井废弃物的固结物。本发明利用钻井废弃物主要成分是黏土、砂岩、富含有机物的特性,制备高孔隙度、低堆积密度,同时又有一定抗压强度的陶粒。本发明将石油钻井工程中难以处置的钻井固体废弃物变为建筑及园艺、化工行业广为应用的高膨胀型的陶粒,实现了钻井废弃物的无害化、资源化处理,是一项环保、经济、可持续性的技术。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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