一種鉆井廢泥漿固化材料及用于鉆井廢泥漿固化的方法
【專利摘要】一種鉆井廢泥漿固化材料，按質(zhì)量百分比由以下組分組成，SiO255%～60%，Al2O340%～45%，上述組分質(zhì)量百分比之和為100%。利用該固化材料固化鉆井廢泥漿的方法：將SiO2和Al2O3充分混合制成固化材料；將鉆井廢泥漿、粉煤灰、促凝劑和固化材料倒入預(yù)先開的坑槽內(nèi)加水?dāng)嚢?，堆積1-2h后鋪在路面碾壓養(yǎng)護(hù)24-48h即可。本發(fā)明鉆井廢泥漿固化材料中SiO2和Al2O3在水化中受到鉆井廢泥漿中Ca(OH)2的堿性激發(fā)，生成C-S-H凝膠和水化鋁酸鈣類物質(zhì)，水化鋁酸鈣類物質(zhì)又會受到鉆井廢泥漿中重晶石粉等硫酸鹽的激發(fā)，生成單硫型的水化硫鋁酸鈣產(chǎn)物，進(jìn)而提高廢泥漿的膠凝組分和硬化質(zhì)量。
【專利說明】一種鉆井廢泥漿固化材料及用于鉆井廢泥漿固化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于油田應(yīng)用化學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鉆井廢泥漿固化材料，本發(fā)明還涉及一種利用該固化材料固化鉆井廢泥漿的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆井廢泥漿是油田鉆井時為了潤滑冷卻鉆頭、攜帶鉆屑、平衡井下壓力所形成的以膨潤土、鹽水等為主要成分并添加多種有機(jī)物的泥狀物質(zhì)。以延長油田西區(qū)采油廠為例，從1997年開始，近些年每年約需打各類生產(chǎn)井、探井、檢查井600 口左右，每口鉆井產(chǎn)生的廢泥衆(zhòng)約在150m3~200m3,全年約產(chǎn)生1.2X 105m3的鉆井廢泥衆(zhòng)。大部分都作為垃圾就地掩埋。由于鉆井廢泥漿存在的分散性(散步在各個鉆井點(diǎn))、隱蔽性(不象污油和污水更容易直觀察覺)，其污染防治與綜合治理沒有引起人們的足夠重視，對廢泥漿再利用技術(shù)的研究起步較晚。近年來，人們對鉆井廢泥漿污染環(huán)境有了深刻的認(rèn)識。鉆井廢泥漿與污油、污水一樣，是油田生產(chǎn)的三大公害之一。主要表現(xiàn)有三:一是鉆井廢泥漿自然狀態(tài)下難以降解，造成周邊地區(qū)土壤板結(jié)，土地鹽堿化，植被大量破壞；二是鉆井廢泥漿長期累積滲透到地表下水層或隨雨水外溢流入江河小溪，污染水源，危害人民身體健康；三是鉆井廢泥漿堆積在井場周圍，占用大量耕地或草地，使占用的土地失去使用價值，成為新的污染源。對鉆井廢泥漿的綜合治理已經(jīng)成為當(dāng)前急待解決的問題。
[0003]由于鉆井廢泥漿腐蝕性大，不便于運(yùn)輸，國內(nèi)外對鉆井廢泥漿的利用還處在試驗階段，尚不具備工業(yè)化大規(guī)模綜合利用的條件。從現(xiàn)有資料來看，國內(nèi)外對廢泥漿一般均先行固結(jié)處置，然后再綜合利用。美國、日本等國家對固結(jié)技術(shù)的研究已有十幾年的歷史，最著名的日本秩父小野田株式會社已開發(fā)研究出針對工業(yè)污泥、高有機(jī)質(zhì)土等的固結(jié)材十余種。從理論上講，鉆井廢泥漿加入添加劑和骨料后，經(jīng)固化就可以從根本上改變廢泥漿的性質(zhì)，使之成為具有某種水泥特征的材料。但目前國內(nèi)外均未開發(fā)出專門針對鉆井廢泥漿的固化材，廢泥漿固化使用的都是·針對粘土、工業(yè)污泥的固結(jié)材，泥漿固化效果不理想。現(xiàn)階段國內(nèi)、國外已有將廢泥漿固化后應(yīng)用于井場硬化、恢復(fù)土壤化等方面的嘗試，由于上述實(shí)驗不能從根本上解決雨水侵蝕，泥漿再次污染環(huán)境的問題，所以至今尚無工程應(yīng)用實(shí)例，廢泥漿工業(yè)化再利用技術(shù)仍是世界級的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種鉆井廢泥漿固化材料，解決了現(xiàn)有廢泥漿料使用的都是針對粘土、工業(yè)污泥的固結(jié)材料，泥漿固化效果不理想的問題。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提供一種利用上述固化材料固化鉆井廢泥漿的方法。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種鉆井廢泥漿固化材料，按質(zhì)量百分比由以下組分組成，Si025 5%~60%，Al20340%~45%，上述組分質(zhì)量百分比之和為100%。
[0007]本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，利用上述固化材料固化鉆井廢泥漿的方法，具體步驟如下:[0008]步驟I，按質(zhì)量百分比分別稱取Si025 5%~60%，Al20340%~45%，上述組分質(zhì)量百分比之和為100%，將稱取的SiO2和Al2O3充分混合制成鉆井廢泥漿固化材料；
[0009]步驟2，預(yù)先開設(shè)坑槽，將鉆井廢泥漿、粉煤灰、促凝劑和鉆井廢泥漿固化材料倒入坑槽，加水?dāng)嚢杈鶆颍逊eI~2h后鋪在路面經(jīng)過碾壓養(yǎng)護(hù)24~48h即可。 [0010]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0011]步驟2中鉆井廢泥漿、粉煤灰、促凝劑和鉆井廢泥漿固化材料的質(zhì)量比為1:1.5~
1.7:0.2 ~0.5:0.5 ~I。
[0012]步驟2中促凝劑為硅酸鈉、硅酸鉀或硫酸鋁。
[0013]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明鉆井廢泥漿固化材料，通過將SiO2和Al2O3充分混合制成，SiO2和Al2O3活性物質(zhì)在水化中受到鉆井廢泥漿中Ca(OH)2的堿性激發(fā)，分別生成C-S-H凝膠和水化鋁酸鈣類物質(zhì)，水化鋁酸鈣類物質(zhì)又會受到鉆井廢泥漿中重晶石粉等硫酸鹽含量高的物質(zhì)的激發(fā)，生成單硫型的水化硫鋁酸鈣(Aft)等產(chǎn)物，可以進(jìn)一步提高廢泥漿體系的膠凝組分和硬化質(zhì)量。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0015]本發(fā)明一種鉆井廢泥漿固化材料，按質(zhì)量百分比由以下組分組成,Si025 5%~60%，Al20340%~45%，上述組分質(zhì)量百分比之和為100%。
[0016]本發(fā)明鉆井廢泥漿固化材料，通過將SiO2和Al2O3充分混合制成，SiO2和Al2O3活性物質(zhì)在水化中受到鉆井廢泥漿中Ca(OH)2的堿性激發(fā)，分別生成C一S— H凝膠和水化鋁酸鈣類物質(zhì)，水化鋁酸鈣類物質(zhì)又會受到鉆井廢泥漿中重晶石粉等硫酸鹽含量高的物質(zhì)的激發(fā)，生成單硫型的水化硫鋁酸鈣(Aft)等產(chǎn)物，可以進(jìn)一步提高廢泥漿體系的膠凝組分和
硬化質(zhì)量。
[0017]利用上述固化材料固化鉆井廢泥漿的方法，具體步驟如下:
[0018]步驟I，按質(zhì)量百分比分別稱取Si025 5%~60%，Al20340%~45%，上述組分質(zhì)量百分比之和為100%，將稱取的SiO2和Al2O3充分混合制成鉆井廢泥漿固化材料；
[0019]步驟2，預(yù)先開設(shè)坑槽，將鉆井廢泥漿、粉煤灰、促凝劑(促凝劑為硅酸鈉、硅酸鉀或硫酸鋁)和鉆井廢泥漿固化材料按照質(zhì)量比為1:1.5~1.7:0.2~0.5:0.5~I倒入坑槽，加水?dāng)嚢杈鶆颍逊eI~2h后鋪在路面經(jīng)過碾壓養(yǎng)護(hù)24~48h即可。
[0020]鉆井廢泥漿在本發(fā)明固化材料及粉煤灰和促凝劑的輔助作用下，可以吸收超過自身重量2倍以上的自由水分，加速本發(fā)明固化材料及粉煤灰與鉆井廢泥漿之間的離子交換化學(xué)反應(yīng)，形成主晶相帶有32個分子結(jié)晶水的鈣礬石結(jié)構(gòu)，促使廢泥漿在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)快速凝結(jié)、硬化，實(shí)現(xiàn)固結(jié)體所需要的力學(xué)強(qiáng)度。
[0021]鉆井廢泥漿呈強(qiáng)堿性，加入SiO2和Al2O3活性物質(zhì)，在水化中受到泥漿中Ca(OH)2的堿性激發(fā)，可以分別生成C-S-H凝膠和水化鋁酸鈣類物質(zhì)，其化學(xué)反應(yīng)機(jī)理為:
[0022]活性Si02+Ca (OH) 2=Ca0Si02.Ii1H2O
[0023]活性Al203+Ca (OH) 2=Ca0Al203.H2O
[0024]受到堿性激發(fā)生成的CaOAl2O3.H20,又會受到廢泥漿中重晶石粉等硫酸鹽含量高的物質(zhì)的激發(fā)，生成單硫型的水化硫鋁酸鈣(Aft)等產(chǎn)物，可以進(jìn)一步提高廢泥漿體系的膠凝組分和硬化質(zhì)量，形成復(fù)合激發(fā)機(jī)理:
[0025]CaOAl2O3.H2CHCaSO4.2H20=Ca0Al203CaS04.2H20+H20
[0026]由于Ca (OH) 2和重晶石粉等物質(zhì)并不總存在于泥漿中，本發(fā)明在廢泥漿固化時，添加了大量的粉煤灰，粉煤灰中Ca(OH)2和硫酸鹽的含量均較高，它可以作為激發(fā)劑應(yīng)用于廢泥漿的固化中。
[0027]根據(jù)鉆井廢泥漿含水率高的特點(diǎn)，使用本發(fā)明鉆井廢泥漿固化材料固化時，需大量添加吸水性強(qiáng)的物質(zhì)?？紤]到國內(nèi)各大城市發(fā)電及民用每年都要產(chǎn)生大量的粉煤灰，粉煤灰對環(huán)境的污染和綜合治理也是一大難題。因此，在鉆井廢泥漿固化時大量地使用了粉煤灰，實(shí)現(xiàn)廢物的綜合治理。粉煤灰是一種具有潛在活性的工業(yè)廢料，它作為激發(fā)組分可以促使廢泥漿固化、硬結(jié)。粉煤灰在鉆井廢泥漿固化中起以下3個方面的基本作用:(1)活性效應(yīng):可用做混凝土的膠凝組分，與氫氧化鈣發(fā)生二次反映生成類似水泥CHS凝膠的產(chǎn)物，但其屬于低活性混合材料；(2)形態(tài)效應(yīng):是泛指粉煤灰顆粒形貌、粗細(xì)、表面粗糙度、級配、內(nèi)外結(jié)構(gòu)等幾何特征，以及色度、密度等特征在固結(jié)土或混凝土中產(chǎn)生的效應(yīng)，其主要屬于物理效應(yīng)；(3)微集料效應(yīng):猶如微細(xì)的骨料，使新拌的水泥漿體結(jié)構(gòu)發(fā)生“解絮”作用，及粉煤灰細(xì)小微珠起填充作用，使泥漿體結(jié)構(gòu)中毛細(xì)空隙“細(xì)化”。
[0028]本發(fā)明鉆井廢泥漿固化材料與其他固化材料相比縮短了大量的施工時間，其他固化材料往往要凝結(jié)固化5~7天，本發(fā)明鉆井廢泥漿固化材料經(jīng)過碾壓養(yǎng)護(hù)24~48小時及可以使用了。
[0029]實(shí)施例1
[0030]油田井場路工程試驗現(xiàn)場位于延長油田西區(qū)采油廠五大隊的加`密井作業(yè)區(qū)內(nèi)。原井場基礎(chǔ)由于受雨淋和風(fēng)蝕等原因，損壞較為嚴(yán)重。為便于和新修復(fù)的井場基礎(chǔ)進(jìn)行比較，特在原損壞的井場基礎(chǔ)一側(cè)向外延深2m進(jìn)行新的井場基礎(chǔ)施工，高度與原井場基礎(chǔ)相同。試驗區(qū)段的井場基礎(chǔ)面積為11.2mX 2.0mX0.35m=7.84m3。具體操作步驟如下:
[0031]步驟1，按質(zhì)量百分比分別稱取Si025 5%，Al20345%，上述組分質(zhì)量百分比之和為100%，將稱取的SiO2和Al2O3充分混合制成鉆井廢泥漿固化材料；
[0032]步驟2，預(yù)先開設(shè)坑槽，將4.8T鉆井廢泥漿、8T粉煤灰、1.4T硅酸鈉和4.2T鉆井廢泥漿固化材料(質(zhì)量比為1:1.67:0.3:0.8)倒入坑槽，加水?dāng)嚢杈鶆?，堆積Ih后鋪在路面經(jīng)過碾壓養(yǎng)護(hù)24h即可。
[0033]利用實(shí)施例1固化的鉆井廢泥漿鋪設(shè)的路面，經(jīng)過近10個月的觀察(時間跨冬季)，以鉆井廢泥漿和粉煤灰做主料鋪的西區(qū)采油廠采油五大隊加密井區(qū)井場路具有良好的抗凍性，路面無斷裂，井場路壓實(shí)強(qiáng)度達(dá)到0.SMPa以上，可保證3年~5年內(nèi)不需要維修。
[0034]實(shí)施例2
[0035]步驟1，按質(zhì)量百分比分別稱取Si0260%，Al20340%,上述組分質(zhì)量百分比之和為100%，將稱取的SiO2和Al2O3充分混合制成鉆井廢泥漿固化材料；
[0036]步驟2，預(yù)先開設(shè)坑槽，將4.8T鉆井廢泥漿、7.2T粉煤灰、1.92T硅酸鉀和2.88T鉆井廢泥漿固化材料(質(zhì)量比為1:1.5:0.4:0.6)倒入坑槽，加水?dāng)嚢杈鶆颍逊e1.5h后鋪在路面經(jīng)過碾壓養(yǎng)護(hù)36h即可。
[0037]實(shí)施例3[0038]步驟1，按質(zhì)量百分比分別稱取Si0258%，Al20342%,上述組分質(zhì)量百分比之和為100%，將稱取的SiO2和Al2O3充分混合制成鉆井廢泥漿固化材料；
[0039]步驟2，預(yù)先開設(shè)坑槽，將4.8T鉆井廢泥漿、7.68T粉煤灰、0.96T硅酸鋁和24T鉆井廢泥漿固化材料(質(zhì)量比為1:16:02:05)倒入坑槽，加水?dāng)嚢杈鶆颍逊e2h后鋪在路面經(jīng)過碾壓養(yǎng)護(hù)48h即可。
[0040]實(shí)施例4
[0041]步驟1，按質(zhì)量百分比分別稱取Si0256%，Al20344%，上述組分質(zhì)量百分比之和為100%，將稱取的SiO2和Al2O3充分混合制成鉆井廢泥漿固化材料；
[0042]步驟2，預(yù)先開設(shè)坑槽，將4.8T鉆井廢泥漿、8.16T粉煤灰、2.4T硅酸鈉和4.8T鉆井廢泥漿固化材料(質(zhì)量比為1:1.7:0.5:1)倒入坑槽，加水?dāng)嚢杈鶆颍逊e1.8h后鋪在路面經(jīng)過碾壓養(yǎng)護(hù)27h即可。
【權(quán)利要求】
1.一種鉆井廢泥漿固化材料，其特征在于，按質(zhì)量百分比由以下組分組成，Si0255%~60%，Al20340%~45%，上述組分質(zhì)量百分比之和為100%。
2.利用權(quán)利要求1所述的鉆井廢泥漿固化材料固化鉆井廢泥漿的方法，其特征在于，具體步驟如下: 步驟I，按質(zhì)量百分比分別稱取Si025 5%~60%，Al20340%~45%，上述組分質(zhì)量百分比之和為100%，將稱取的SiO2和Al2O3充分混合制成鉆井廢泥漿固化材料； 步驟2，預(yù)先開設(shè)坑槽，將鉆井廢泥漿、粉煤灰、促凝劑和鉆井廢泥漿固化材料倒入坑槽，加水?dāng)嚢杈鶆?，堆積I~2h后鋪在路面經(jīng)過碾壓養(yǎng)護(hù)24~48h即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用鉆井廢泥漿固化材料固化鉆井廢泥漿的方法，其特征在于，步驟2中鉆井廢泥漿、粉煤灰、促凝劑和鉆井廢泥漿固化材料的質(zhì)量比為1:1.5~1.7:0.2 ~0.5:0.5 ~I。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的利用鉆井廢泥漿固化材料固化鉆井廢泥漿的方法，其特征在于，步驟2中促凝劑為硅酸鈉、``硅酸鉀或硫酸鋁。
【文檔編號】C04B28/06GK103570318SQ201310506661
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】李小平, 田東恩, 陳紅印, 馮毓品, 趙進(jìn)義, 張席琴, 董翠, 韓旭, 劉強(qiáng) 申請人:延長油田股份有限公司西區(qū)采油廠