页岩气热解油基钻屑残渣路基填料的制备及其性能研究.docx

? ? 页岩气热解油基钻屑残渣路基填料的制备及其性能研究 ? ? 焦艳军 唐春凌 吴潇 何坤忆 杨震寰 中国石油西南油气田公司安全环保与技术监督研究院 页岩气开采过程中产生的油基钻屑含油量较高，目前我国主要采用高温热解脱油前处理方式[1-7]。通过热解处置后的油基钻屑残渣须作为危废管理，而如何安全有效地处置热解油基钻屑残渣(以下简称PODCR)成为了现阶段制约页岩气持续高效开发的重要因素。 依据DB 51/T 2850-2021《天然气开采含油污泥综合利用后剩余固相利用处置标准》，PODCR可用于铺垫井场和井场道路。但是，PODCR在道路填料中的应用研究仍处于初级阶段。高昌盛等[8]与蔡浩等[9]利用水泥和工业废渣类材料对PODCR进行固化试验，发现水泥基材料可通过自身水化反应来增强固化体的无侧限抗压强度、抗冻性和水稳性，并能减少污染物的浸出；任雯等[10]采用PODCR、水泥、石灰、细石子质量比为0.10∶0.45∶0.35∶0.20的比例作为路基材料，固化体的物理力学性能和浸出污染物成分含量均能满足国家相关标准；方涛[11]将油基钻屑残渣作为沥青混合料路面填料，其研究结果表明油基钻屑残渣代替矿粉即掺量为8%(质量分数，下同)时，沥青混合料水稳性不足，需掺入2%的水泥进行改性；谭文欣[12]采用经LRET技术(Liquid of oil-based mud reuse for environmental technology，油基钻井液资源回收技术，是一种常温深度脱附技术)处理后的油基钻屑残渣替代水泥混凝土路面细骨料，试验结果表明掺残渣的水泥混凝土抗压强度、抗弯拉强度和抗渗性下降，耐磨性、抗冻性和干缩性改善，适量聚丙烯纤维的掺加可提高其抗弯拉强度；胡代淋[13]和李梦妮[14]分别将经LRET技术处理后的油基钻屑残渣用作水泥稳定土路基填料、水泥稳定碎石基层填料，制备的材料性能满足公路标准对应等级要求。 在分析PODCR理化性质和浸出特性的基础上，以消石灰和粉煤灰作为复合矿物改良材料，开展PODCR路基填料性能研究，为PODCR大规模资源化利用提供了参考。 1 PODCR理化性能分析 研究使用的PODCR取自四川省页岩气区块，油基钻屑来源地层为志留系龙马溪组，深度约3 000 m，油基钻井液体系主要成分为白油、有机土、乳化剂、降滤失剂、增黏剂、堵漏剂和重晶石等，钻屑热解时采用无氧或缺氧环境，热解温度为240～300 ℃，其主要理化特性分析如下。 1.1 理化性质分析 PODCR的主要物理性质和化学组成分别如表1、表2所列，矿物组成如图1所示。从表1可以看出，通过高温热解处理后的油基钻屑残渣的含油率已低于1%；但由于PODCR的出厂温度较高，为了保护橇装处理设备，需对PODCR加水冷却处理，且含水状态易受储存堆放条件的影响，这导致PODCR含水率较高。由表2和图1可知，PODCR的矿物组成以硅铝酸盐为主，即石英(SiO2)、石灰石(CaCO3)和白云石(CaMg(CO3)2)等，同时还存在重晶石(BaSO4)矿物，这是由于在页岩气钻井时加了重晶石加重剂所导致。原材料筛分试验结果显示(见图2)，计算可知细度模数为2.80，属于中砂的范畴，钻屑颗粒中细颗粒(粒径 表1 PODCR的主要物理性质密度/(g·cm-3)含油率w/%含水率w/%pH值颗粒(粒径 表2 PODCR的主要化学组成质量分数/%Na2OMgOAl2O3SiO2SO3ClK2OCaOFe2O3TiO2BaO烧失量0.543.156.3730.506.151.011.2213.702.180.2213.1721.49 1.2 浸出特性 PODCR原材料浸出试验参照HJ/T 299-2007《固体废物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》和HJ 557-2010《固体废物浸出毒性浸出方法 水平振荡法》进行，其中HJ/T 299-2007模拟酸性降水(简称酸浸)，HJ 557-2010模拟地表水或地下水(简称水浸)，对浸出液分别参照HJ 766-2015《固体废物 金属元素的测定 电感耦合等离子体质谱法》和HJ 702-2014《固体废物 汞、砷、硒、铋、锑的测定 微波消解/原子荧光法》进行各金属含量测试。其中，汞、砷和硒的含量采用AFS-930型原子荧光光度计进行测定，其他金属离子采用NexION 350X型电感耦合等离子体质谱仪对其含量进行分析，试验结果如表3所列，其中Ba、Ni、Mn、As、Zn离子在酸浸时相对浸出值较高。 表3 PODCR浸出液金属含量质量浓度/(mg·L-1)浸出方式HgMnBaAsCd总CrCuNiPbSeBeZn酸浸0.000 020.134 0 8.320 00.030 8ND0.017 80.044 00.235 0 0.003 90.