引言
鉆井巖屑是天然氣開采鉆井時被鉆頭研磨或破碎了的巖石顆粒，她由鉆井液從井內(nèi)帶到地面。由于鉆井液，特別是油基鉆井液中含有大量的油類，如柴油、原油、煤焦油、植物油、動物油、合成油、礦物油，油類物質(zhì)作為油基鉆井液的主要成分，其濃度一般在50%～100%。油基鉆井液和鉆井巖屑混合的鉆井廢棄物經(jīng)分離處理后會得到含油鉆井巖屑，如果處理不適當(dāng)，會對周圍環(huán)境造成多種影響和危害。
近幾年來，我國隨著環(huán)保政策的不斷出臺，對環(huán)境保護的意識和要求越來越高，對鉆井廢棄物的排放要求越來越嚴(yán)格。隨著頁巖氣的大力發(fā)展，越來越多的鉆井巖屑也隨之增加，如何解決堆積如山的鉆井巖屑，成為當(dāng)下首要課題。
油基鉆井巖屑干渣（以下簡稱“干渣”）是含油鉆井巖屑采用厭氧熱回收技術(shù)處理后的產(chǎn)物，含油率在0.3%以下。為解決干渣的綜合利用問題，本課題組開展了干渣部分代替水泥原料生產(chǎn)水泥熟料的研究。
01
試驗方法
1.1 試驗材料
含油鉆井巖屑采用厭氧熱回收技術(shù)處理，處理過程中不添加任何破乳、催化等化學(xué)藥劑，是一種完全的物理化處理工藝。干渣主要成分為硅質(zhì)材料。
本次試驗所用干渣來源：由瀘州陽10H-40鉆井平臺、威真46-4鉆井平臺、永頁51-1HF鉆井平臺取得的油基鉆井巖屑在實驗室通過厭氧熱回收裝置處理后產(chǎn)出的干渣。
經(jīng)常規(guī)化學(xué)成分檢測，得出結(jié)果見表1。由表1可以看出，干渣中絕大部分成分是硅質(zhì)、鈣質(zhì)、鋁質(zhì)材料，與黏土的化學(xué)組成相近。由于干渣中含有一定的氯離子、堿、硫，對熟料煅燒和水泥質(zhì)量有較大影響，結(jié)合工業(yè)固廢資源綜合利用生產(chǎn)經(jīng)驗，課題組認(rèn)為該干渣的使用不宜超過4%。
本試驗其他原材料采用的四川省星船城水泥股份有限公司目前生產(chǎn)使用的石灰石、低硅黃砂、頁巖、鐵質(zhì)材料和煤灰等，其化學(xué)成分見表2。
表1 干渣常規(guī)化學(xué)成分(%)
表2 試驗材料化學(xué)成分(%)
表3 試驗配料方案(%)
表4 生料化學(xué)成分(%)
1.2 試驗方案
試驗過程中，生料配料率值如下：KH=0.93（±0.02），SM=2.30（±0.20），IM=1.65（±0.20）。通過調(diào)整干渣摻入生料中的比例分別為2.0%、3.0%、3.5%（編號分別為A、B和C），依據(jù)規(guī)定的生料率值，配料方案見表3。
將干渣按設(shè)定的比例與石灰石、低硅黃砂、頁巖、鐵質(zhì)材料、煤灰等共同粉磨成生料粉后進行化學(xué)分析，其化學(xué)成分見表4。
從表4可以看出，隨著干渣摻量的增加，生料中SO?、R?O、Cl-也增加。
02
熟料制備與分析
2.1 制備方案
將空白生料和編號分別為A、B、C的生料分別加入適量蒸餾水制成Ф10mm×(3～4) mm試餅，將試餅平鋪在托盤中，在電熱干燥箱中恒溫90℃干燥2h，將干燥后的試餅置于溫度為900℃的馬弗爐中保溫40min，進行預(yù)燒，然后轉(zhuǎn)入GWL-1600ss-1型高溫（最高溫度達1600℃）絲桿升降爐中，采用階段式升溫法分別在1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃下保溫30min，快速取出，急冷至室溫，放入硅膠干燥器內(nèi)，以備檢測。
2.2 結(jié)果分析
將實驗室煅燒的熟料進行化學(xué)全分析，其化學(xué)組成見表5。
由表5可以看出熟料中的化學(xué)成分符合GB/T21372-2008《硅酸鹽水泥熟料》相關(guān)要求。
表5 熟料化學(xué)成分(%)
表6 水泥熟料物理性能
實驗室制備的水泥熟料在Ф500mm×500mm小磨中與符合GB175規(guī)定的二水石膏一起磨細至350m2/kg±10m2/kg，使其SO?含量達到2.5%，制成Ⅰ型硅酸鹽水泥后，物理性能經(jīng)四川省材科院檢驗檢測有限公司檢測，結(jié)果見表6。
由表6可以得出，實驗室制備的水泥熟料的檢測結(jié)果均滿足GB/T21372-2008《硅酸鹽水泥熟料》標(biāo)準(zhǔn)要求，且隨著干渣摻量的增加，水泥熟料28d強度都比未摻干渣的水泥強度高，說明經(jīng)過高溫處理過的干渣對熟料的煅燒有幫助作用。
由圖1可知，在試驗過程中，干渣摻入比例在2.0%時，試制的水泥28d抗壓強度最大，隨著干渣摻入比例進一步提高，水泥的抗壓強度不斷降低，但均比空白樣的熟料強度有所提高。
圖1 不同比例干渣摻入硅酸鹽水泥抗壓強度比較
表7 熟料的放射性
根據(jù)《建筑材料放射性核素限量》（GB6566-2010）相關(guān)要求，將以上各種配方燒制的熟料進行放射性檢驗，結(jié)果見表7。
由表7得出，隨著干渣的增加，熟料的內(nèi)照射指數(shù)和外照射指數(shù)基本不變。
03
結(jié)束語
油基鉆井巖屑厭氧熱回收處理過后的干渣中絕大部分是硅質(zhì)、鈣質(zhì)和鋁質(zhì)材料，與水泥生產(chǎn)所需的原材料成分一致，資源綜合利用干渣在實驗室試制出的硅酸鹽水泥熟料性能滿足GB/T21372-2008《硅酸鹽水泥熟料》要求，放射性滿足《建筑材料放射性核素限量》（GB6566-2010）限值要求。但干渣中含有較高的氯離子、堿和硫，在工業(yè)生產(chǎn)中會對熟料煅燒和水泥質(zhì)量有較大影響，建議在部分替代原料過程中摻量控制在3.0%以內(nèi)較合適。
更多文章關(guān)注微信公眾號：備件網(wǎng)
