大港油田免燒磚技術(shù)研究與應(yīng)用

董慶梅 王云鵬

（1.中國石油大港油田第一采油廠；2.中國石油大港油田質(zhì)量安全環(huán)保處）

0 引 言

隨著油氣田開發(fā)的進(jìn)行，鉆井廢物產(chǎn)生量逐年增加。目前國外水基鉆井廢物處理技術(shù)主要有5大類：回注、固化、填埋、土地處理、生物處理。傳統(tǒng)的固化填埋方法對土壤和地下水存在污染隱患，隨著新環(huán)保法和新土壤法等環(huán)保法律法規(guī)的實施，極易面臨法律制裁和巨額罰款。國內(nèi)水基鉆井廢物處理技術(shù)主要有4大類：固化、廢液廢水一體化處理、生物處理、隨鉆不落地處理等。綜合國內(nèi)外先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，免燒磚生產(chǎn)技術(shù)較為符合我國國情和環(huán)保形勢，目前已建成及在建的生產(chǎn)線已有上百條之多，在海南福山、吉林、四川等油氣田企業(yè)均已得到應(yīng)用［1-5］。

1 大港油田鉆井廢物主要污染物分析

按照GB 36600—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》，大港油田所轄土地為城市建設(shè)中的二類用地。對廢鉆井液處理后的產(chǎn)物（干燥）進(jìn)行了土壤污染風(fēng)險的全項檢測，污染物檢測數(shù)值均在第二類用地管制值或篩選值范圍內(nèi)。檢測結(jié)果見表1。

2 免燒磚制備實驗研究

目前制磚行業(yè)普遍采用石屑、砂子、水泥等原料。與行業(yè)制磚不同，石油行業(yè)免燒磚原料中增加了廢水基鉆井液達(dá)標(biāo)處理后的泥餅，即松散膨潤土，泥餅的塑性指數(shù)比較高，且含有一定量有機(jī)物，不易同水泥整體固化，建筑行業(yè)普遍認(rèn)為混凝土中土的比例大于3%會影響水泥的硬化強(qiáng)度，直接影響到成品磚強(qiáng)度指標(biāo)，因此需添加輔助干化劑。干化劑的作用是絡(luò)合重金屬離子，固定游離態(tài)重金屬離子、沉淀、封固磚內(nèi)有機(jī)物、輔助水泥提高整磚強(qiáng)度［6］。

表1 廢鉆井液處理后（干燥）污染物檢測結(jié)果 mg／kg

大港油田公司遵循所制出的免燒磚其檢測結(jié)果在符合國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上最大量消耗泥餅的原則開展室內(nèi)實驗，對不同配比的免燒磚參照J(rèn)C／T 422—2007《非燒結(jié)垃圾尾礦磚》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項性能指標(biāo)的對比。

1）主料比例的最佳配比

在實驗室將不同比例的泥餅、干化劑、水泥進(jìn)行混合再加入砂、石等輔料，泥餅中干化劑的添加量最佳為6%左右，水泥最佳添加量為20%。

2）免燒磚實驗

對不同比例泥餅的免燒磚進(jìn)行實驗，免燒磚的強(qiáng)度隨著其中泥餅含量的增加而減小，當(dāng)泥餅含量達(dá)到70%以上時，免燒磚強(qiáng)度不能滿足JC／T 422—2007《非燒結(jié)垃圾尾礦磚》的最低要求，如需提升強(qiáng)度要求，需要提高相應(yīng)干化劑的添加量，而干化劑價格是免燒磚其他原料的幾十倍，成本隨之大幅上升。

3）最佳混料比

不同比例泥餅含量的免燒磚與JC／T 422—2007《非燒結(jié)垃圾尾礦磚》中的指標(biāo)逐一對比，在實驗室對不同混料比例含量的不同形式免燒磚，分別進(jìn)行各項指標(biāo)檢測實驗，從而得出最佳混料比例。

4）物料消耗與壓縮率

由于泥餅松散具有一定壓縮性，將壓制后磚體積與所有原料的體積比定義為壓縮系數(shù)。室內(nèi)實驗同時記錄不同配比含量磚的壓縮系數(shù)。通過實驗數(shù)據(jù)可以得出鉆井液含量越高體積壓縮系數(shù)越大，即泥餅含量越大單方泥餅生產(chǎn)磚的數(shù)量越少。

5）產(chǎn)品無害化分析

產(chǎn)品原料主要有泥餅、干化劑、水泥、石子。其中泥餅為廢鉆井液處理后的產(chǎn)物，滿足GB 36600—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》。干化劑為經(jīng)過MSDS（化學(xué)品安全技術(shù)說明書）檢測的產(chǎn)品，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，并且其制磚產(chǎn)品已經(jīng)通過了環(huán)保檢測。水泥、石子為常見的原材料，沒有污染性。故而免燒磚產(chǎn)品污染大大降低，滿足國家對免燒磚產(chǎn)品的要求。

3 免燒磚制備工藝

大港油田免燒磚生產(chǎn)線主要配套設(shè)備是免燒磚機(jī)，即俗稱的壓磚機(jī)或制磚機(jī)，主要分為轉(zhuǎn)盤機(jī)、真空擠出機(jī)和全自動液壓成型機(jī)。大港油田免燒磚生產(chǎn)線見圖1。免燒磚生產(chǎn)線對比國內(nèi)外同類技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：一是環(huán)保效果好于同類產(chǎn)品，制磚材料60%以上為鉆井廢物，過程不產(chǎn)生二次污染；二是該制磚生產(chǎn)線自動化程度高、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單、維護(hù)方便，全過程僅需一人即可操作；三是制磚效果好，滿足JC／T 422—2007《非燒結(jié)垃圾尾礦磚》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，符合行業(yè)常規(guī)環(huán)保要求。

大港油田免燒磚制備工藝流程見圖2。

圖1 大港油田免燒磚生產(chǎn)線

圖2 大港油田免燒磚制備工藝流程

工藝流程主要包括制料、混料、機(jī)械攪拌、傳送、機(jī)械壓制、堆放、貯存、運(yùn)輸、養(yǎng)護(hù)等。

1）制料。將泥餅和干化劑混合，通過悶料、篩分等環(huán)節(jié)得到可用于制磚的原料。

2）混料。根據(jù)原料配比的要求自動完成泥餅及其他原料的配料程序。通常由儲料斗、稱量系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等部分組成。結(jié)構(gòu)形式有“一”字形結(jié)構(gòu)，“品”字形結(jié)構(gòu)。供料方式分為氣動閥門和皮帶輸送。配料機(jī)具有結(jié)構(gòu)形式多樣、組合方式靈活、稱量精度高、操作簡便、自動化程度高等特點(diǎn)。

3）機(jī)械攪拌。按照加料配比直接進(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌周期控制在30～60 s。通過料斗提升設(shè)備將原料直接提升至攪拌罐內(nèi)進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，保障磚坯壓制過程中的整體質(zhì)量，此外攪拌器內(nèi)配置有進(jìn)水口，以控制混合后的含水率在15%左右。

4）傳送。攪拌后的混料通過斜角傳送帶輸送至磚機(jī)料斗，此過程中可以對配料情況人為控制，清理不必要的雜物，保障磚機(jī)在壓制過程中不易損壞。

5）壓制。按照免燒磚的規(guī)格可選擇對應(yīng)的模具壓制成磚。

6）貯存和運(yùn)輸。免燒磚按不同規(guī)格和強(qiáng)度等級分別堆放，堆垛上設(shè)標(biāo)志，堆置高度不超過2 m，堆放場地平整，堆垛之間保持適當(dāng)?shù)耐ǖ?，并設(shè)有防雨及排水措施。養(yǎng)護(hù)期內(nèi)免燒磚的垂直運(yùn)輸宜采用吊運(yùn)或板車裝卸。

7）養(yǎng)護(hù)。泥餅免燒磚養(yǎng)護(hù)方式與一般免燒磚要求相同，根據(jù)大港油田的氣候特點(diǎn)，養(yǎng)護(hù)周期在10 d左右。

4 市場需求

大港北部油田每年新增油井約150口，平均每個新建井場需鋪設(shè)井場道路面積為450 m2。大港油田管理29個大型集輸聯(lián)合站，平均投用年限已超過20年，針對各個老舊場站每年地面的更新維護(hù)，用磚面積都在1 000 m2以上，對免燒磚均有較大需求。初步估算僅大港油田內(nèi)部平均每年的用磚需求折合泥漿土使用量已超6萬m3，所以免燒磚具有一定的市場需求。

5 結(jié)束語

通過免燒磚技術(shù)，可以實現(xiàn)廢鉆井液資源化利用，高壓制磚具有抗凍融性能優(yōu)良、強(qiáng)度高、施工效率高等特點(diǎn)。該免燒磚技術(shù)為油田的鉆井廢物處理處置找到了一條比較環(huán)保的出路，社會效益和環(huán)保效益顯著。