【摘要】：油基鉆屑是頁巖氣開采過程中產(chǎn)生的含油固體廢物,其中主要是頁巖氣開采過程中產(chǎn)生的油泥、油砂等。油基鉆屑因其具有(1)含油率高,除油困難;(2)產(chǎn)生量大、可綜合利用方式少;(3)含水率高,處理難度大;(4)含有重金屬離子、苯系物、酚類化合等有毒物質(zhì),已被明確列為危險廢物,亟需對其進行無害化處置。本文利用機械力化學(xué)法對油基鉆屑進行降解處理,并以降解后的油基鉆屑樣品為原材料制備免燒陶粒,實現(xiàn)了油基鉆屑的無害化處置和資源化利用。首先,本論文在油基鉆屑、固硫灰和粉煤灰基本特性分析的基礎(chǔ)上,開展了機械力化學(xué)法降解油基鉆屑的實驗。研究了Ca O、Ca O+固硫灰、Ca O+粉煤灰的摻比對油基鉆屑中石油類物質(zhì)降解效果的影響。研究結(jié)果表明:固定球磨頻率600 r/min和球料比3:1,以Ca O和Ca O+固硫灰為添加劑時對油基鉆屑降解效果優(yōu)于Ca O+粉煤灰;當(dāng)Ca O的摻比為60%時,可使含油率降到2.05%;當(dāng)以Ca O+固硫灰為添加劑時,油基鉆屑的摻量為50%時,球磨后樣品含油率為1.92%,油基鉆屑摻量為40%時,測定含油率達到最低值0.927%。在機械力化學(xué)作用下油基鉆屑中的苯環(huán)結(jié)構(gòu)逐漸斷裂,氯原子開始脫落,但油基鉆屑樣品中的官能團未發(fā)生明顯改變,且石油烴中的長碳鏈仍然存在,表明機械力化學(xué)作用下部分油類污染物和有機物已經(jīng)發(fā)生降解。其次,在機械力化學(xué)法降解油基鉆屑的基礎(chǔ)上,開展了機械力化學(xué)法活化固硫灰降解固化油基鉆屑的實驗,并與水泥固化進行對比,并通過固化體的抗壓強度和抗浸出性能表征油基鉆屑的固化效果。研究結(jié)果表明:固化體的抗壓強度隨著油基鉆屑摻量的增加而減小,固硫灰組固化體的抗壓強度均高于水泥組固化體的抗壓強度;固化體浸出液中含油率隨油基鉆屑的增加而增加,水泥固化體浸出液中的含油率均高于固硫灰固化體浸出液中的含油率,當(dāng)油基鉆屑固化量為50%和60%時,水泥固化體樣品中石油類含量超出國家標準值。通過粒徑分析、XRD、FT-IR和SEM分析機械力化學(xué)法對油基鉆屑的降解機制和固化機制。研究表明:(1)機械力化學(xué)處理油基鉆屑過程中存在顆粒團聚效應(yīng)。(2)機械力化學(xué)球磨產(chǎn)生的高溫、晶格缺陷和化學(xué)鍵斷裂能夠誘發(fā)油基鉆屑中的油類物質(zhì)和有機污染物降解。(3)固硫灰基固化體與水泥基固化體在水化過程中均生成了鈣礬石和C-S-H凝膠,但固硫灰基固化體的結(jié)構(gòu)較水泥基固化體的結(jié)構(gòu)更加緊湊致密且固硫灰基固化體中的C-S-H凝膠和鈣礬石的分布比水泥基固化體中的分布更均勻。最后,在機械力化學(xué)法降解和固化油基鉆屑的基礎(chǔ)上,利用油基鉆屑制備免燒陶粒,對制得的免燒陶粒產(chǎn)品進行堆積密度、比表面積、吸水率和筒壓強度等性能的檢測。結(jié)果表明:固硫灰免燒陶粒的各性能均優(yōu)于水泥免燒陶粒;固硫灰免燒陶粒的最優(yōu)加水量為95 m L、最佳養(yǎng)護溫度為60oC、養(yǎng)護時間為12 h,水泥免燒陶粒的最優(yōu)加水量為70 m L、最佳養(yǎng)護溫度為60oC、養(yǎng)護時間為12 h;水泥免燒陶粒的表面粗糙不平整,而固硫灰免燒陶粒的表面分布均勻,且固硫灰免燒陶粒中大量的C-S-H凝膠和鈣礬石成簇交織,分布比水泥免燒陶粒更加均勻。本研究從環(huán)境安全的角度出發(fā),利用機械力化學(xué)法降解固化處置油基鉆屑。同時,利用新型免燒工藝制備油基鉆屑免燒陶粒,所制得的免燒陶粒具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能,在建筑材料、路基材料、過濾材料等方面具有較大的應(yīng)用前景,實現(xiàn)了油基鉆屑的無害化處置和資源化利用。
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ174.46
【圖文】：

圖 2-1 頁巖氣鉆井平臺Fig. 2-1 Shale gas drilling Platform圖 2-2 油基鉆屑原樣Fig. 2-2 Original picture of oil-drilling cuttings

圖 2-2 油基鉆屑原樣Fig. 2-2 Original picture of oil-drilling cuttings2.2 油基鉆屑化學(xué)成分分析通過 XRF 分析油基鉆屑原樣的化學(xué)成分，具體分析結(jié)果如表 2-2 所示，從表中可以得出以下結(jié)論：（1）結(jié)合 XRD 分析可知油基鉆屑中的主要化學(xué)成分為 BaSO4，即重晶石。在鉆井過程中加入重晶石可以有效緩解比重問題[67]，一般鉆井泥漿、粘土比重為 25 左右，水的比重為 1，由于泥漿比重較低，有時不能與地下油、氣壓力平衡，造成井噴事故。因此在地下壓力較高的情況下，需要增加泥漿比重，往泥漿中加入重晶石粉，從而導(dǎo)致油基鉆屑中重晶石含量較高。（2）油基鉆屑中含有大量硅鋁成份，與周圍碎頁巖的化學(xué)成份相似，其

西南科技大學(xué)安全工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 第 14 頁3 機械力化學(xué)法降解油基鉆屑的最佳工藝參數(shù)研究3.1 研究材料及研究設(shè)備3.1.1 實驗材料粉煤灰來自河南省鄭州市鞏義市二電廠，呈灰色，含少量水分，如圖 3-1所示。循環(huán)流化床燃煤固硫灰（簡稱固硫灰）是含硫煤和脫硫劑（石灰石或石灰）在 900oC 左右的循環(huán)流化床鍋爐中混合燃燒過程中從尾部煙道中收集到的固體廢物[69]。本論文所用的固硫灰取自四川白馬循環(huán)流化床示范電站有限責(zé)任公司，如圖 3-2 所示。

【參考文獻】

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本文編號：2793902