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(hù)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(yàn)方法
1.1 試驗(yàn)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(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yàn)，課題組認(rèn)為該干渣的使用不宜超過4%。
本試驗(yàn)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(yàn)材料化學(xué)成分(%)
表3 試驗(yàn)配料方案(%)
表4 生料化學(xué)成分(%)
1.2 試驗(yàn)方案
試驗(yàn)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(jìn)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(jìn)行預(yù)燒，然后轉(zhuǎn)入GWL-1600ss-1型高溫（最高溫度達(dá)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(shí)驗(yàn)室煅燒的熟料進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(xì)至350m2/kg±10m2/kg，使其SO?含量達(dá)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(yàn)檢測有限公司檢測，結(jié)果見表6。
由表6可以得出，實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度都比未摻干渣的水泥強(qiáng)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(yàn)過程中，干渣摻入比例在2.0%時，試制的水泥28d抗壓強(qiáng)度最大，隨著干渣摻入比例進(jìn)一步提高，水泥的抗壓強(qiáng)度不斷降低，但均比空白樣的熟料強(qiáng)度有所提高。
圖1 不同比例干渣摻入硅酸鹽水泥抗壓強(qiáng)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(jìn)行放射性檢驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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。
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