專利名稱：廢棄水基鉆井液的固化處理方法及其固化劑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種油氣田鉆井和地質勘探鉆井的廢棄物固化處理的環(huán)境保護技術領域的廢棄水基鉆井液的固化處理方法及其固化劑。
石油開采和地質探礦都離不開鉆井作業(yè)，而鉆井作業(yè)對環(huán)境的污染主要來源于廢棄鉆井液的漏失。一般說來，水基鉆井液由粘土等固相、液相水和化學處理劑三部分組成，其中化學處理劑種類繁多，共計16大類幾百種產品。廢棄鉆井液中的某些無機鹽、重金屬組分、油品及大量有機化合物均對環(huán)境有較大危害，如有機聚合物會使廢棄鉆井液的化學需氧量CODCr增加，某些無機鹽使其pH值增加而一些重金屬離子如Cr為致癌物質。大量的廢棄鉆井液不進行處理，堆放在井場或掩埋、或流入農田、河流、海底，滲入地層，都會對環(huán)境造成污染，影響飲水水源，影響土壤及動植物生長，直接危及人類健康與生命安全，因此對廢棄鉆井液的處理已成為環(huán)境保護的一項重要研究內容。中國專利《鉆井完井泥漿回收處理裝置》(88218926.3)介紹用加熱干燥和固化系統(tǒng)處理廢泥漿，該裝置存在能耗大及處理速度慢的缺點，不適合用來大批量處理廢棄鉆井液。專利《鉆井廢泥漿固化處理技術》(88102388.4)提出向廢泥漿中加入水泥、水玻璃和硫酸鋁，其中以水泥為主要固結材料，用此方法來處理廢棄鉆井液所得到的固化體不能將重金屬和有機物等有害物質完全封閉住，遇水長時間浸泡后部分有害物質又可浸出，存在著潛在的二次污染。專利《廢鉆井液的處理方法及存放結構》(92108103.0)提出向廢鉆井液中加入硫酸鋁等無機絮凝劑和水解聚丙烯酰胺等有機絮凝劑，絮凝沉降后抽出上層清液，在濃縮絮凝沉淀物上加蓋一層纖維物，再用水泥等混凝土密封覆蓋，用這種方法處理廢棄鉆井液所產生的絮凝物穩(wěn)定性差，水中長時間浸泡就自動返膠形成泥漿。雖然絮凝物頂面用混凝土封閉，但返膠泥漿可以沿著土坑的四周和底層向周圍土壤中擴散滲漏，繼續(xù)給環(huán)境造成污染。專利《鉆井廢泥漿固化劑及其生產方法》(93110918.3)選用硅酸鈉、水泥、硫酸鋁、明礬、木炭和碳酸鈉固化鉆井廢泥漿，雖然達到了固化效果，但固化劑的加量較大，最大加量為35％，而且固化劑的復合生產工藝復雜。
本發(fā)明的目的在于研究一種新的廢棄水基鉆井液的固化處理方法及其固化劑，采用無機鐵鹽為凝聚劑、粘土吸附劑和苦土、水泥為固化材料，不僅固結了廢棄鉆井液，而且將廢棄鉆井液中的有害物質(如重金屬、高聚物、油類等)封閉包裹在其中，降低其滲濾性和遷移作用，達到防止污染的目的。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的由廢棄水基鉆井液和固化劑配方構成，向石油地質鉆井的廢棄水基鉆井液中加入由凝聚劑、吸附劑、膠結劑和水泥組成的復合固化劑，廢棄水基鉆井液加入復合固化劑后要充分攪拌均勻，隨后將復合固化劑分4～5次投入到廢棄鉆井液中，每次投入的固化劑攪拌均勻后再投下一批，隨后再倒入土坑或堆積在地面，經過3～6天的固化便可形成固化體。
本發(fā)明還采用如下方案凝聚劑為無機鐵鹽化合物如硫酸鐵、三氯化鐵等，加量為廢棄水基鉆井液重量的1～6％；吸附劑為粘土如膨潤土，加量為廢棄水基鉆井液重量的0.1～0.6％；膠結劑為苦土(MgO)，加量為廢棄水基鉆井液重量的1～6％；水泥為普通建筑425#水泥，加量為廢棄水基鉆井液重量的1～10％，上述物質以均勻混合物的形式加入到廢棄水基鉆井液中，其最大總加量為廢棄水基鉆井液重量的15％，其中凝聚劑、吸附劑與膠結劑的比例為1∶0.1∶1，剩余加量物質為水泥。
廢棄水基鉆井液的固化處理方法及其固化劑的構思，是以無機鐵鹽化合物如硫酸鐵、三氯化鐵等為凝聚劑，通過三價鐵的水解產物在廢棄鉆井液中的聚合、成核與沉淀等一系列復雜的物理化學變化，將廢棄鉆井液中的有害物質(如重金屬、高聚物、油類等)凝聚封閉；用粘土如膨潤土為吸附劑，吸附廢棄鉆井液中的有機化合物；再用本身就帶有一定凝聚作用的苦土和水泥固結廢棄鉆井液中的固相及凝聚沉淀物，以達到固化廢棄水基鉆井液并將有害物質包裹在其中的作用。
本發(fā)明的優(yōu)點在于可以很好地固化處理廢棄水基鉆井液，廢鉆井液固化后具有很好的抗水浸泡能力和一定的強度，由于無毒無害，形成的固體材料可鋪路等綜合利用，也可以掩埋后恢復地貌，占用的土地很快可以退耕還田，徹底消除了廢棄鉆井液對環(huán)境的污染。固化體浸出水的pH≤7.5、總Cr≤1.5mg/L、CODCr≤200mg/L、石油類≤10mg/L。本固化處理方法處理工藝簡單，處理時間短，固化劑容易購買，適合大批量無害化處理廢棄鉆井液。
本發(fā)明的實施在于以鉆井現(xiàn)場現(xiàn)有的泥漿罐、泥漿攪拌器、泥漿泵等作為廢棄鉆井液固化處理的設備。其工藝流程為，首先按照復合固化劑中各種物質的配比(按水基廢棄鉆井液的重量百分數(shù)計算，無機鐵鹽凝聚劑1～6％、粘土吸附劑0.1～0.6％、苦土1～6％和水泥膠結劑1～10％)將其混合均勻，并根據泥漿罐中裝有廢棄鉆井液的數(shù)量確定復合固化劑所需的總投入量。隨后將復合固化劑分4～5次投入到廢棄鉆井液中，每次投入的固化劑攪拌均勻后再投下一批，這樣即可以避免固化劑對廢棄鉆井液的粘度提高太大，同時又保證固化劑在粘稠的廢棄鉆井液中分散均勻，充分發(fā)揮固化劑的固化效果，待全部固化劑加完并攪拌均勻后，用泥漿泵將其泵送到土坑里或附近地面，露天下放置3～6天即可形成固化體。
實施例1廢棄鉆井液比重1.49g/cm3，配制鉆井液時加入了PAC、CMC、SMP、FCLS、磺化瀝青和機油等添加劑，外觀棕黑色。采用本發(fā)明廢棄水基鉆井液的固化處理方法及其固化劑對其進行固化處理，固化劑配方中三氯化鐵6％、膨潤土0.6％、苦土6％以及425#水泥1％(按水基廢棄鉆井液的重量百分數(shù)計算)，所得固化體再加水浸泡振蕩24小時(25℃)，固化體完整，無裂紋，浸出水清澈，浸出水的性質見表1。
表1水的性質 固化前固化體浸出液Ph值 9.8 7.4CODCrmg/L 3.55×104185油類mg/L 無法測10.0總Crmg/L 243 0.102實施例2廢棄鉆井液比重1.21g/cm3，配制鉆井液時加入了FA-367，XY-27，PAC-142，SMP，F(xiàn)C-427及原油等化學添加劑，外觀棕黑色。用三氯化鐵6％、膨潤土0.1％、苦土1％以及425#水泥7％(按水基廢棄鉆井液的重量百分數(shù)計算)組成的固化劑配方對該井廢棄鉆井液進行固化處理后，固化體具有較好強度，將固化體再加水浸泡振蕩24小時(25℃)后不裂不變形，浸出水清澈，浸出水的性質見表2。
表2水的性質固化前固化體浸出液pH值 8.0 7.0CODCrmg/L3.2×104150油類 mg/L 14.0 0.15總Cr mg/L 1.56 0.007實施例3廢棄鉆井液比重1.14g/cm3，配制鉆井液時加入了HPAM、HPAN、CMC、XY-27等添加劑，外觀土黃色。采用本發(fā)明固化劑配方三氯化鐵1％、膨潤土0.6％、苦土2％以及425#水泥10％(按水基廢棄鉆井液的重量百分數(shù)計算)，對其進行固化處理后所得固化體再加水浸泡振蕩24小時(25℃)，固化體完整，無裂紋，浸出水清澈，浸出水的性質見表3。
表3水的性質 固化前固化體浸出液pH值 9.0 7.1CODCrmg/L 1×104190油類 mg/L 2870 7.2總Cr mg/L 0.046 0.020實施例4廢棄鉆井液比重1.15g/cm3，配制鉆井液時加入了HPAM、HPAN、CMC、NaOH等添加劑，外觀土黃色。采用本發(fā)明的固化劑配方硫酸鐵1％、膨潤土0.6％、苦土5％以及425#水泥5％(按水基廢棄鉆井液的重量百分數(shù)計算)，對其進行固化處理后所得固化體再加水浸泡振蕩24小時(25℃)，固化體完整，無裂紋，浸出水清澈，浸出水的性質見表5。
表4水的性質 固化前固化體浸出液PH值8.5 7.5CODCrmg/L 8000 180油類 mg/L 1640 5.9總Cr mg/L 0.272 0.03權利要求
1.一種廢棄水基鉆井液的固化處理方法，其特征在于向石油地質鉆井的廢棄水基鉆井液中加入由凝聚劑、吸附劑、膠結劑和水泥組成的復合固化劑，加入的復合固化劑充分攪拌均勻，隨后將復合固化劑分4～5次投入到廢棄鉆井液中，每次投入的固化劑攪拌均勻后再投下一批，再倒入土坑或堆積在地面，經過3～6天的固化便可形成固化體。
2.廢棄水基鉆井液的固化劑，其特征在于凝聚劑為無機鐵鹽化合物，加量為廢棄水基鉆井液重量的1～6％；吸附劑為粘土，加量為廢棄水基鉆井液重量的0.1～0.6％；膠結劑為苦土(MgO)，加量為廢棄水基鉆井液重量的1～6％；水泥為普通建筑425#水泥，加量為廢棄水基鉆井液重量的1～10％，上述物質以均勻混合物的形式加入到廢棄水基鉆井液中，其最大總加量為廢棄水基鉆井液重量的15％，其中凝聚劑、吸附劑與膠結劑的比例為1∶0.1∶1，剩余加量物質為水泥。
3.根據權利要求2所述的廢棄水基鉆井液的固化劑，其特征在于所說的凝聚劑為無機鐵鹽化合物，可以是硫酸鐵、三氯化鐵。
4.根據權利要求2所述的廢棄水基鉆井液的固化劑，其特征在于所說的吸附劑為粘土，可以是膨潤土。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種廢棄水基鉆井液的固化處理方法及其固化劑,它是由廢棄水基鉆井液和固化劑配方構成。無機鐵鹽凝聚劑1～6%、粘土吸附劑0.1～0.6%、苦土1～6%和水泥膠結劑1～10%。該配方可使廢棄水基鉆井液經3～6天固化后形成具有很好抗水浸泡能力和一定強度的固化體,固化體浸出水的pH≤7.5、總Cr≤1.5mg/L、COD
文檔編號A62D3/33GK1342505SQ00124329
公開日2002年4月3日 申請日期2000年9月8日 優(yōu)先權日2000年9月8日
發(fā)明者趙雄虎, 黎鋼, 朱墨 申請人:石油大學(北京)