钻井岩无害化处理及资源化利用工艺和设备的制作方法

本发明涉及钻井辅助技术领域，特别涉及一种钻井岩无害化处理及资源化利用工艺。本发明还涉及一种基于上述工艺的设备。

背景技术：

钻井液是用于钻井的一种循环流体，是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质。钻井液具有携带和悬浮井筒中的岩屑、平衡地层压力、冷却润滑钻头和钻具、保护井壁和油气层以及提高钻井速度等功能，在钻井过程中具有非常重要的作用。

钻井废液(泥浆)是一种多相稳定胶态悬浮体系,含有多种无机盐、有机处理剂、聚合物、表面活性剂等物质，其中所含油类、盐类、钻井液添加剂以及一些可溶性的重金属离子污染土壤、水体，影响动植物生长，危害人类健康，需要及时对钻井废液进行处理。常规的钻井液循环系统仅仅依靠钻井平台循环系统自身的振动筛，除砂器，除泥器以及离心机将从井眼中循环出来的钻井液进行处理。具体地，自井口返出的带有大量岩屑(有害固相)的钻井液，通过井口高架纵横钻井液槽(带有一定坡度)在重力作用下流到第一级净化设备-振动筛的入口，经过振动筛的筛分将较大的有害固相颗粒筛出并排走。当钻井液出现气浸时，通过振动筛得到净化的钻井液净化罐的沉砂罐内，利用除气器真空泵的抽吸作用，在真空罐内造成负压，钻井液在大气压的作用下进入除气器内进行分离，分理出的气体排往井架顶部放空，除气后的钻井液在排空腔转子的驱动下排进钻井液2号罐中。在钻井液不含气体的情况下，可以将除气器作为大功率的钻井液搅拌器使用，保持净化罐内的钻井液不沉淀。通过振动筛得到净化的钻井液进入钻井液罐的沉砂罐内，利用除砂砂泵将钻井液加压进入第二级净化设备-联合清洁器的除砂器内，利用旋流原理进行再次分离，将分离中点d50≥70的有害固相清除。除砂后的钻井液经过除砂器的溢流管线排进钻井液3号罐中。根据钻井液净化系统的总体要求，除砂器的处理量达到正常钻井液循环量的125％以上，使得在净化罐内的钻井液能够得到充分的反复净化，减少钻井液的含沙量。通过除砂器得到净化的钻井液利用除泥砂泵将钻井液加压进入第三级净化设备-联合清洁器的除泥器内，利用旋流原理进行再次分离，将分离中点d50＝36um以上的有害固相清除。除泥后的钻井液经过除泥器的溢流管线排进钻井液4号罐中。除砂器和除泥器排出的底流中含有一定的钻井液，二者的底流会合后进入联合清洁器的振动筛内进行再次筛分，钻井液回收进钻井液罐，砂泥排出。经过三级净化的钻井液中仍含有大量的有害固相，当钻井液为非加重状态时，利用两台离心机并联使用，将钻井液中的大于5um的有害固相进行清除，处理后的钻井液排进钻井液净化罐的第五仓中。

传统的钻井岩无害化处理及资源化利用工艺只能够在钻井平台上述实现泥浆的简单过滤和固液分离，处理能力较低，且处理产生的固相成分在井场中集中堆放，占用井场空间，且无法实现固相成分的再利用。

因此，提供一种钻井岩无害化处理及资源化利用工艺，以期具有较强的固化处理能力，提高资源利用化程度和环保性能，就成为本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种钻井岩无害化处理及资源化利用工艺，以期具有较强的固化处理能力，提高资源利用化程度和环保性能。本发明的另一目的是提供一种基于该工艺的设备。

为解决上述技术问题，本发明提供一种钻井岩无害化处理及资源化利用工艺，包括以下步骤：

取料步骤：在岩屑储存池内提取预设体积的待处理岩屑，每次提取出的预设体积的待处理岩屑为一个体积单元；

破碎步骤：将取料步骤中取出的待处理岩屑破碎成粉末状颗粒；

固化步骤：将预设体积份数的固化剂、水泥和石子分别加入呈粉末状的待处理岩屑，并拌和均匀成混合物；所述混合物的配比为：待处理岩屑占比65％-75％、所述固化剂占比10％-15％、所述水泥占比15％-20％、所述石子占比2％-3％；

成型步骤：将所述固化步骤中形成的混合物压制成预设体积的砌块。

进一步地，在所述破碎步骤与所述固化步骤之间还包括筛分步骤，所述筛分步骤为将待处理岩屑破碎形成的粉末状颗粒进行筛分，得到小于或者等于预设颗粒值的粉末物料。

进一步地，在固化步骤中，所述混合物的配比为：待处理岩屑占比70％、所述固化剂占比13％、所述水泥占比15％、所述石子占比2％。

进一步地，还包括养护步骤：将在成型步骤中形成的砌块进行蒸汽养护。

本发明还提供一种钻井岩无害化处理及资源化利用设备，包括：

取料单元：在岩屑储存池内提取预设体积的待处理岩屑，每次提取出的预设体积的待处理岩屑为一个体积单元；

破碎单元：通过第一传输单元与所述取料单元相连通，并将所述取料单元中取出的待处理岩屑破碎成粉末状颗粒；

固化单元：通过第二传输单元与所述破碎单元相连接，将预设体积份数的固化剂、水泥和石子分别加入呈粉末状的待处理岩屑，并拌和均匀成预设配备的混合物；

成型单元：通过第三传输单元与所述固化单元相连接，并将所述固化单元中形成的混合物压制成预设体积的砌块。

进一步地，还包括筛分单元，所述筛分单元将待处理岩屑破碎形成的粉末状颗粒进行筛分，得到小于或者等于预设颗粒值的粉末物料。

进一步地，还包括养护单元，所述养护单元将砌块进行蒸汽养护。

进一步地，所述第一传输单元、所述第二传输单元和所述第三传输单元均为皮带输送机。

进一步地，所述破碎单元和所述筛分单元集成为破碎筛分装置，所述破碎筛分装置包括料斗、与所述料斗的出料口通过绞龙相连通的滚筒筛、与所述滚筒筛的细料出料口连通的第一传送带，和与所述滚筒筛的粗料出料口连通的第二传送带；

所述第一传送带的出料端与破碎机的下端储料仓相连通，所述第二传送带的出料端与所述破碎机的进料口相连通；

所述料斗包括斗体、弹簧和振动板，所述弹簧沿进料方向布置于所述斗体与所述振动板之间。

进一步地，所述养护单元包括蒸汽发生器和可折叠式养护棚，所述蒸汽发生器的进水口经过进水管路与水源相连通，其出汽口通过出汽管路接入所述可折叠式养护棚，在成型单元中制成的砌块在所述可折叠式养护棚中接受蒸汽养护。

发明所提供的钻井岩无害化处理及资源化利用工艺包括以下步骤：

取料步骤：在岩屑储存池内提取预设体积的待处理岩屑，每次提取出的预设体积的待处理岩屑为一个体积单元；

破碎步骤：将取料步骤中取出的待处理岩屑破碎成粉末状颗粒；

固化步骤：将预设体积份数的固化剂、水泥和石子分别加入呈粉末状的待处理岩屑，并拌和均匀成混合物；所述混合物的配比为：待处理岩屑占比65％-75％、所述固化剂占比10％-15％、所述水泥占比15％-20％、所述石子占比2％-3％；

成型步骤：将所述固化步骤中形成的混合物压制成预设体积的砌块。

这样，经固液分离后的固相成分在上述工艺下，经过与预定配比的固化剂等原料的作用形成混合物，并通过压制形成砌块，实现了固相泥浆到建材的转变，具有较强的固化处理能力，提高了资源利用化程度和环保性能。

附图说明

图1为本发明所提供的钻井岩无害化处理及资源化利用工艺一种具体实施方式的流程图；

图2为本发明所提供的钻井岩无害化处理及资源化利用设备一种具体实施方式的结构框图；

图3为图2所示设备中养护单元一种具体实施方式的结构示意图；

图4为图2所示设备中破碎筛分装置一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种钻井岩无害化处理及资源化利用工艺，以期具有较强的固化处理能力，提高资源利用化程度和环保性能。本发明的另一核心是提供一种基于该工艺的设备。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明所提供的钻井岩无害化处理及资源化利用工艺一种具体实施方式的流程图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的钻井岩无害化处理及资源化利用工艺包括以下步骤：

取料步骤S1：在岩屑储存池内提取预设体积的待处理岩屑，每次提取出的预设体积的待处理岩屑为一个体积单元；具体地，采用可移动式“橇装化”设备，到各井场上对分布于其中的岩屑进行资源化利用处理，不需拉运岩屑，不需建设站场，每处理完成一个井场后就再进入下一个井场处理。

破碎步骤S2：将取料步骤中取出的待处理岩屑破碎成粉末状颗粒；由于待处理岩屑存在干湿程度不同、粒径大小不同的问题，通过破碎将干化的岩屑处理成粉状，破碎时间和破碎程度应根据原料的干湿程度、粒径规格以及破碎后粒径要求等要求确定。

固化步骤S3：将预设体积份数的固化剂、水泥和石子分别加入呈粉末状的待处理岩屑，并拌和均匀成混合物；所述混合物的配比为：待处理岩屑占比65％-75％、所述固化剂占比10％-15％、所述水泥占比15％-20％、所述石子占比2％-3％；由于岩洞岩屑中含有大量坂土成分，利用常规制砖原料及配比难以有效产生强度，为此需添加专用的固化剂才能解决这一问题，同时也解决了环保指标问题。

成型步骤S4：将所述固化步骤中形成的混合物压制成预设体积的砌块。

这样，经固液分离后的固相成分在上述工艺下，经过与预定配比的固化剂等原料的作用形成混合物，并通过压制形成砌块，实现了固相泥浆到建材的转变，具有较强的固化处理能力，提高了资源利用化程度和环保性能。

为提高颗粒均匀性，还可以在所述破碎步骤与所述固化步骤之间还包括筛分步骤S2-1，所述筛分步骤为将待处理岩屑破碎形成的粉末状颗粒进行筛分，得到小于或者等于预设颗粒值的粉末物料。

具体地，在固化步骤中，所述混合物的配比为：待处理岩屑占比70％、所述固化剂占比13％、所述水泥占比15％、所述石子占比2％。经试验证明，该配比的混合物制成的标准砖和沿路石强度和硬度较高，能够更好地满足使用需要。

进一步地，在成型步骤之后还可以包括养护步骤S5：将在成型步骤中形成的砌块进行蒸汽养护，经养护后的标准砖和沿路石再行转运出厂，结构性能更加稳定。

从使用角度来讲，井场遗存岩屑经处理后，其环保指标和强度指标均达到要求，可替代红土铺设井场和井场道路。岩屑与红土按1:1配比施工，铺设的路面优点明显：结合了固化和粘土的优点，既有刚性(下雨不起泥)，又有粘性(干燥不起土)，该项资源化利用已通过中国环境科学研究院的风险评估，可以铺路应用。经评估其耐压强度指标大于3.5MPa，即承载40吨工程车，处理规模：100方/天。制成的免烧砖和路沿石具体为标准砖规格为240mm×115mm×53mm，路沿石：规格为400mm×200mm×200mm和600mm×200mm×200mm。可根据用户要求调整模具尺寸；抗压强度指标：大于15MPa，根据投入成本，可以达到不同强度要求。

除了上述钻井岩无害化处理及资源化利用工艺，本发明还提供一种与该工艺配套使用的钻井岩无害化处理及资源化利用设备。

如图2所示，在一种具体实施方式中，本发明所提供的钻井岩无害化处理及资源化利用设备包括：

取料单元1：在岩屑储存池内提取预设体积的待处理岩屑，每次提取出的预设体积的待处理岩屑为一个体积单元；具体地，采用可移动式“橇装化”设备，到各井场上对分布于其中的岩屑进行资源化利用处理，不需拉运岩屑，不需建设站场，每处理完成一个井场后就再进入下一个井场处理。

破碎单元2：将取料单元1中取出的待处理岩屑破碎成粉末状颗粒；由于待处理岩屑存在干湿程度不同、粒径大小不同的问题，通过破碎将干化的岩屑处理成粉状，破碎时间和破碎程度应根据原料的干湿程度、粒径规格以及破碎后粒径要求等要求确定。

固化单元3：将预设体积份数的固化剂、水泥和石子分别加入呈粉末状的待处理岩屑，并拌和均匀成混合物；所述混合物的配比为：待处理岩屑占比65％-75％、所述固化剂占比10％-15％、所述水泥占比15％-20％、所述石子占比2％-3％；由于岩洞岩屑中含有大量坂土成分，利用常规制砖原料及配比难以有效产生强度，为此需添加专用的固化剂才能解决这一问题，同时也解决了环保指标问题。

成型单元4：将所述固化单元3中形成的混合物压制成预设体积的砌块。

这样，经固液分离后的固相成分在上述设备下，经过与预定配比的固化剂等原料的作用形成混合物，并通过压制形成砌块，实现了固相泥浆到建材的转变，具有较强的固化处理能力，提高了资源利用化程度和环保性能。

为提高颗粒均匀性，该钻井岩无害化处理及资源化利用设备还包括养护单元6，所述养护单元6将砌块进行蒸汽养护。

具体地，如图3所示，该养护单元6包括蒸汽发生器11和可折叠式养护棚12，所述蒸汽发生器11的进水口通过进水管路与水源相连通，其出汽口通过出汽管路13接入所述可折叠式养护棚12，在成型单元4中制成的砌块在所述可折叠式养护棚12中接受蒸汽养护。在养护过程中，水源中的水通过进水管路经进水口进入蒸汽发生器11，蒸汽发生器11产生的水蒸气经出汽口通过出汽管路13接入可折叠式养护棚12，并实现养护棚12中砌块的蒸汽养护；这样，通过蒸汽发生器11产生的蒸汽进行蒸汽养护，相比于传统的锅炉养护方式结构更为简单，转场方便，养护效果较好，且成本较低；同时，养护棚12的设置能够挡住水蒸气，避免水蒸气散失，提高了养护效率，节约了生产成本；该养护棚12为可折叠式结构，便于收纳。

上述出汽管路13可以设置多条，通过预定要求在棚内实现管线布置，出汽管路13上设置多个蒸汽喷出口，各蒸汽喷出口均朝向标准砖或沿路石。图3中，养护棚12内管线上箭头方向为蒸汽喷出方向，养护棚12内除管线位置其他为砌块摆放区域。

具体地，上述第一传输单元、所述第二传输单元和所述第三传输单元可以均为皮带输送机，亦可以为滚筒式输送机等。

为了提高物料的颗粒均匀性和细密性，该钻井岩无害化处理及资源化利用设备还包括筛分单元5，所述筛分单元5将待处理岩屑破碎形成的粉末状颗粒进行筛分，得到小于或者等于预设颗粒值的粉末物料。

进一步地，为了提高结构合理性，实现单元集成化，所述破碎单元2和所述筛分单元5集成为破碎筛分装置，如图4所示，所述破碎筛分装置包括料斗101、与所述料斗101的出料口通过绞龙102相连通的滚筒筛103、与所述滚筒筛103的细料出料口连通的第一传送带104，和与所述滚筒筛103的粗料出料口连通的第二传送带105；其中，所述第一传送带104的出料端与破碎机106的下端储料仓相连通，所述第二传送带105的出料端与所述破碎机106的进料口相连通；所述料斗101包括斗体1011、弹簧1012和振动板1013，所述弹簧1012沿进料方向布置于所述斗体1011与所述振动板1013之间。

在工作过程中，物料通过弹簧1012抖动均匀进入料斗101，而后通过料斗101下方的绞龙102推入滚筒筛103，在滚筒筛103内的筛板作用下筛分为颗粒大小满足要求的细料和颗粒较大的粗料，细料通过筛板上的筛眼并落入细料出料口下方的第一传送带104上，在第一传送带104的带动下直接进入破碎机106的下端储料仓中，粗料留在筛板上并经粗料出料口落入第二传送带105，在第二传送带105的带动下进入破碎机106，经破碎机106的进一步破碎后形成较小颗粒物料，并进入下端储料仓与之前进入的细料汇合，从而保证了物料的规格满足使用要求。

需要指出的是，文中所述“第一、第二、第三”等序数词，是为了区分相同名称的不同结构，仅为了描述方便，不表示某种顺序，更不应理解为任何限定。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。