钻井固体废物制免烧砖技术及试验
Outline:
陆林峰1
,
易畅1
,
管勇2
,
袁勇1
,
扶方1
,
刘源1
1. 中国石油西南油气田公司安全环保与技术监督研究院;
2. 中国石油西南油气田公司川西北气矿邛崃采气作业区
收稿日期：2011-05-20；修回日期：2011-06-28
基金项目：中国石油西南油气田公司科研项目“钻井固体废弃物制免烧砖技术推广应用”(20100308-12)
作者简介：陆林峰(1980-)，男，西南石油学院自动化专业毕业，大学本科，工程师，主要从事油气田环境工程技术研究。地址：四川省成都市天府大道北段12
﹟西南油气田科技大厦。电话：028-82972887-507。E-mail：
lulinfeng@petrochina.com.cn.
摘要：钻井固体废物制免烧砖技术是利用钻井固废资源化新技术，通过在五口井场上应用该项技术处理钻井固体废物，生产的成品砖能够达到JC/T 422-2007《非烧结垃圾尾矿砖》标准，且浸泡指标符合国家GB 8978-1996《污水综合排放标准》一类标准。为钻井固体废物治理提供了可靠的资源化利用新途径，对石油天然气钻探清洁生产具有重要意义。
关键词：钻井固废 无害化 资源化 免烧砖 经济效益
Technology and experiment of baking-free bricks by drilling solid waste
Outline:
Lu Linfeng1
,
Yi Chang1
,
Guan Yong2
, et al
1. Safety, Environment & Technology Supervision Research Institute, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company;
2. Qionglai Gas Extraction Section of Northwestern Sichuan Gas District, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company
Abstract: It is a new technology to produce baking-free bricks by using drilling solid waste utilization as source. Through the treatment of drilling solid waste at five well sites, the brick products can meet the requirements of standard JC/T 422-2007 Non-fired Rubbish Gangue Brick, and immerse index can meet the first class requirement of the national standard GB 8978-1996 Integrated Wastewater Discharge Standard. This technology provides a new reliable source utilization way for drilling solid waste management, which is of great significance in clean production of oil and gas drilling.
Key words:
drilling solid waste harmless recycling baking-free brick economic efficiency
石油天然气钻井作业产生的钻井固体废物主要由废弃的钻井液、钻屑组成，国内外钻井固体废物的处置方法较多，主要归纳为：坑内填埋、注入安全地层、土地耕作、坑内密封、固液分离、固化、回收利用和地下盐穴处理、生物治理技术等[1]。国内比较常规的方法是将钻井固体废物固化后坑内密封。
随着国家对固废管理的进一步强化，钻井固废综合利用技术也越来越受到重视，钻井固废制免烧砖技术将钻井固体废弃物无害化处理后转变为建材资源再利用，是一项符合当前环保节能政策的新技术。
本文介绍了该技术的原理、设计要点和现场实施效果，并对应用该技术可产生的环境效益与经济效益进行了初步分析。
1 钻井固体废弃物制免烧砖技术原理及设计要点
1.1 技术原理
为了在废泥浆中建立相对稳定的胶体结构，使废泥浆胶结形成密实固体，需要在废泥浆内构建较为稳定的分子结构。
添加的泥浆胶结剂能使钻井废泥浆中所含硅质和铝质参与水化反应，而废泥浆中的大量水份在此过程中被吸收。水化反应体系中钙矾石和硫铁酸钙的生成反应为[2]：
可见，钻井废泥浆固结体以钙矾石晶体和硫铁酸钙为结构骨架，未水化的其它物质颗粒以及钻井废泥浆中不溶性物质作为微集料填充于空隙中，使固结物内部结构毛细孔隙“细化”，而三硫型水化硫铝酸钙[3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O]和水化硫铁酸钙[3(3CaO·Al2O3·Fe2O3·3CaSO4·32H2O)]凝胶作为“粘结剂”将各项结合成整体，形成具有一定抗压强度的固结物，从而将废泥浆中的有害物质固定在固结物中。
使用压制机械高压力挤压成型的免烧砖能实现物理活化。在高强度外加压力之下，钙矾石晶体结构孔隙变小，强度更高。钙矾石的存在减少了固化土中的孔隙量，降低了固化体中的平均孔径，同时加大了水化硫铝酸钙和水化硫铁酸钙凝胶的接触面，达到增大砖体强度的目的。
1.2 工艺流程
将免烧砖技术运用于现场，需要大量土建作业，可以考虑在泥浆池内外搭建脚手架作业，既可以方便配料，又避免了使用大型挖掘机作业，其工艺流程如图 1~图 2所示。。
1.2.1 机械搅拌
按照研究设计的加料配比，可直接进行机械搅拌，搅拌周期一般控制在30 s~60 s，添加材料应充分考虑搅拌器的容量，超过搅拌容量容易造成材料飞溅和搅拌不均。
1.2.2 免烧砖压制
按照免烧砖的规格选择模具，具体操作需要根据砖机提供的操作说明书使用，在压制、搬运过程中造成免烧砖损坏，应立即重新搅拌压制，做到零废料工程。
1.2.3 现场免烧砖的堆放、贮存、运输
施工现场的免烧砖应按不同规格和强度等级分别堆放，堆垛上应设标志，堆置高度不宜超过2 m，堆放场地应平整，堆垛之间应保持适当的通道，并应有防雨及排水措施。
免烧砖装卸时严禁倾卸丢掷。养护期内免烧砖的垂直运输宜采用吊运或叉车装卸。
1.2.4 免烧砖养护
泥浆免烧砖养护方式与普通混凝土多孔砖要求相同，由于实际生产中制品28天养护期对制品质量的保证很重要，故要求产品养护28天后才能使用。
2 试验及效果
2.1 钻井固废制免烧砖试验
选取五种具有代表性的钻井废弃物各2.25 m3，运至免烧砖厂进行小试见表 1。
表 1
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表 1 试验泥浆选取表
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2.1.1 制备流程
首先人工拉运材料至升降料斗，通过升降料斗提升至搅拌器，通过搅拌器下放混合物，经输送带进入砖机料箱，压砖机自动或手动作业将含泥浆的混合材料挤压成型，废料经人工斗车带再运至升降料斗，成品人工搬运至养护场地。
2.1.2 现场试验的主要用料配比
现场试验主要用料配比见表 2。
表 2
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表 2 实验用料配比方案
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五口试验井所取泥浆含水率各不相同，由于泥浆含水量高、呈流体状，而且受到搅拌机容量的限制，现场采取每次处理0.1 m3泥浆配料搅拌制砖。试验共压制泥浆12 m3。产出成品砖约6 000块。现场制作如图 3~图 6所示。
2.2 试验效果分析
通过对免烧砖养护期满28天后的浸泡试验数据分析(表 3)得出，泥浆免烧砖压制后便消除了环保隐患，不会对周边环境造成污染。砖体材料浸泡液的COD值和其它指标均达到国家污水综合排放标准一级标准。
表 3
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表 3 免烧砖浸泡试验数据表
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泥浆免烧砖通过四川省建材产品质量监督检验中心检验。检验结果见表 4。
表 4
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表 4 泥浆免烧砖检验结果
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根据《四川省新型墙体材料目录》(川建发[2008]5号)规定[3]，泥浆免烧砖符合JC/T 422-2007《非烧结垃圾尾矿砖》标准。
2.3 成品用途
成品免烧砖具有诸多用途，见表 5。
表 5
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表 5 成品砖用途表
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3 环境和社会效益
钻井固体废物制免烧砖技术，对砖体进行浸毒试验，浸毒试验水质达到GB 8978-1996《污水综合排放标准》一类标准。对砖体进行抗压强度的检测表明，结果符合国家建筑材料标准，可以彻底达到无害化的目的并变废为宝，用于井场建设和地方房屋建设，由井场原先的污染物转变为建筑材料，给山区、地方建设提供建筑资源，可极大地改善企业的环境保护形象，具有显著的社会和环境效益。
此外，该项技术还能减少钻井固废填埋占地，节约土地资源；取消了隐蔽工程作业程序，便于施工质量控制和监督管理；通过长期使用后，需要拆除的建筑废料，同样可以作为免烧砖的骨料，资源得到循环利用。
4 结论及建议
4.1 结论
(1) 钻井固体废弃物的减量化、无害化、资源化符合目前国家环保要求，突破以前的固化填埋处理技术，将钻井固体废弃物转变为资源充分利用，因此该项技术的推广是非常必要的。
(2) 免烧砖技术能够运用于多种泥浆体系，能够彻底解决钻井固体废弃物带来的环保问题。
4.2 建议
钻井固废制作免烧砖技术是一项资源化的新技术，针对技术特点，提出如下三点建议。
(1) 钻井固废不应只限于完井后处置，可以通过进一步的研究，将钻井固废制作免烧砖的过程与钻井作业工程同步，进一步缩短钻井固废存放在泥浆池内的时间，钻井固废达到日产日消的目的，有利于时间和空间的最优化。
(2) 建议进一步地完善成品应用的过程，成品砖的使用需要多方面的配合，避免成品砖长期大量堆放。
(3) 该技术不适用于处置放射性超标的钻井固废，建议应用前对钻井固废进行放射性检测。
2012, Vol. 41