含油钻屑热脱附残渣资源化用于免烧砖初探

王茂仁 1,2 时汉峰 2 黄启飘 2

1 克拉玛依市金鑫科技有限公司， 新疆 克拉玛依 834000

2克拉玛依金鑫油田环保工程有限公司， 新疆 克拉玛依 834000

摘要：每年产生大量的含油钻屑热脱附残渣亟待资源化利用，解决最终去向问题，在对热脱附残渣粒径分布及组分分析基础上，将其与水泥、骨料等以不同掺混量混合制作免烧砖。结果表明：热脱附残渣掺混量50%-80%，其抗压强度可达到MU5-MU15，浸出液均达标，原料配比、制作工艺等对免烧砖强压、抗折强度影响较大。初步实验结果显示，含油钻屑热脱附残渣具有资源化用于制免烧砖的可行性，仍需要进一步研究。

关键词：含油钻屑、热脱附、残渣、掺混量、强度

油基钻井液因润滑性、防塌性、储层保护等性能明显优于水基钻井液，且能提高机械钻速、降低复杂率，近年来应用越来越广泛。然而，油基钻井液使用过程中产生大量的含油钻屑，被列入《国家危险废物名录》（2021版）。尽管SY/T7300-2016《陆上石油天然气开采含油污泥处置及污染控制规范》及DB65/T3997-2017《油气田钻井固体废物综合利用污染控制要求》提出了残渣资源化利用途径及污染控制标准，但相比油田生产过程中残渣的产生量，现场资源化方式的消耗量仍有限，需探寻更多的资源化方法。

利用残渣制作免烧砖等建筑材料，既实现了残渣资源化，又进一步降低环境风险，通过添加水泥等凝结材料，形成晶体结构和化学键连接，进一步固化稳定，降低残渣浸出液中的污染物含量。含油钻屑热脱附残渣作为原料，配合骨料、水泥及其他添加材料，可以满足免烧砖抗侧压强度、抗折强度、吸水率等关键指标要求。以 GB/T8239-2014《普通混凝土小型砌块》中强度等级为评价指标，制作尺寸小型免烧砖，探索原料配比、制作工艺及疏水材料的影响，为含油钻屑热脱附残渣进一步研究提供参考。

1 实验材料与方法

（1）含油钻屑热脱附残渣

来自于克拉玛依金鑫公司，呈粉灰色粉末状（见图1），含油率可小于0.3%，以长链烷烃为主^[1]，重金属含量均低于DB65/T3997-2017综合利用标准。

图1 含油钻屑热脱附残渣图片

用20目筛网筛除大颗粒后，热脱附残渣的中位径（D50）为26.55μm（见图2），体积平均径为39.56μm，面积平均径11.02μm,长度平均径2.41μm，比表面积272.1m²/kg。残渣组分主要为BaO、SO₃、SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃等^[2]，主要来源于油基钻井液中的重晶石和地层中的石英、碳酸钙，平均密度2.65g/cm³。热脱附残渣为主要原料，综合考虑实验中掺混量50%-80%。

图2 含油钻屑热脱附残渣粒径分布曲线图

其他材料：骨料为1mm-10mm砂石，水泥为425型，均来自于新疆某建筑工地。疏水材料，来自于疏科纳米疏水科技(嘉兴)有限公司。

（2）试验方法

将热脱附残渣、骨料、水泥、疏水材料按不同质量比配比，制作60m×120mm×240mm长方体小型免烧砖（见图3），每一个配比制作3-5个平行样，在自然条件（环境温度15℃-30℃）下养护28天，然后测量抗压抗折强度。

图3 含油钻屑热脱附残渣制作的免烧砖实验样品照片

选取养护后的免烧砖样品，破碎，20目筛分后，取过筛物100g于2000ml的烧杯中，添加1000ml蒸馏水，振荡8h，自然条件养护24h后按DB65/T3997-2017要求方法测量浸出液相关控制指标。

2 实验结果与讨论
（1）热脱附残渣掺混量对抗压抗折强度的影响

分别取50%、60%、70%、80%热脱附残渣与10%水泥混合，其余为填充料，制作的免烧砖抗压抗折强度测试结果见表1。

表1热脱附残渣掺混量对免烧砖抗压抗折性能的影响

序号	热脱附残渣掺混比例，%	抗压强度，MPa		备注
		实测值	GB/T8239-2014
1	50	12.5	MU10，≥10	制砖机制作
2	50	8.2	MU7.5，≥7.5	自制模具制作
3	60	7.4	MU5，≥5	自制模具制作
4	70	6.6	MU5，≥5	自制模具制作
5	80	6.3	MU5，≥5	自制模具制作

由表1可以看出，随着热脱附残渣掺混量的增加，免烧砖的抗压强度增加下降。添加50%热脱附残渣经制砖机制作的免烧砖，抗压强度达到MU10标准，自制模具制作掺混量达到50%-80%时，只能达到MU5标准。自制模具因未能有制砖机相同的挤压作用力和过程，抗压强度明显偏低，制作过程对免烧砖的强度也有较大影响。

（2）疏水材料对免烧砖的影响

在60%热脱附残渣、10%水泥、30%骨料比例的基础上，添加以上总质量的5%疏水材料，制作疏水型免烧砖（见图4），相比图3免烧砖，表面明显光滑，疏水材料的加入，可以提高免烧砖内部胶结能力，抗压强度16.5MPa, 达到GB/T8239-2014标准中MU15标准。

图4：疏水型免烧砖图片

（3）浸出液环保指标测试结果

浸出液实验测试结果见表2，热脱附残渣掺混量60%-80%后制作的免烧砖浸出液各项指标均达到DB/T3997-2017要求，随着掺混量的增加，pH、COD、六价铬、镉、含水率变化影响不大，其余含量略增加。

表2 免烧砖浸出液环保指标测试结果表

项目	标准值	60%掺混量	70%掺混量	80%掺混量
pH	2-12.5	10.89	10.63	10.81
六价铬（mg/kg）	≤13	＜2	＜2	＜2
铜（mg/kg）	≤600	20.2	23.9	25.9
锌（mg/kg）	≤1500	58.6	57.9	58.1
镍（mg/kg）	≤150	15.9	19.4	21.2
铅（mg/kg）	≤600	14.7	16.7	16.1
镉（mg/kg）	≤20	＜0.3	＜0.3	＜0.3
砷（mg/kg）	≤80	17.2	14.7	23.6
苯并[α]芘（mg/kg）	≤0.7	0.28	0.294	0.326
含油率（%）	≤2	0.13	0.16	0.21
COD（mg/L）	≤150	64	70	81
含水率（%）	≤60	9.23	9.2	8.7

3 结论与建议

含油钻屑热脱附残渣产生量大，颗粒小，可以用于制作免烧砖的原料，掺混量50%-80%，自制模型做的免烧砖抗压强度只能达到MU5级别，制砖机制作的免烧砖抗压强度可达到MU10级别，添加了5%疏水材料的免烧砖，抗压强度可达到16.5MPa。免烧砖的浸出液检测各项指标都低于DB/T3997-2017要求。初步实验结果显示，含油钻屑热脱附残渣可以满足一般强度要求不高的应用场合，具有资源化利用技术可行性。

后续需要针对各种材料的不同配比、制作工艺等深入研究，进一步分析热脱附残渣中污染物特征及迁移规律，实现安全的资源化利用^[3]。

参考文献

[1]陈明燕，周盈，刘宇程，等.新疆某油田油基钻屑热脱附残渣污染物筛查[J].石油与天然气化工，2021，50（2）：111-114.

[2] 姚晓，蔡浩，王高明，等.热解油基钻屑资源化利用(Ⅱ):掺渣水泥浆体系性能[J].钻井液与完井液，2018, 35（1）:94-100.

[3] 刘宇程，王茂仁，吴建发，等. 油基岩屑热脱附处理技术研究进展[J].天然气工业，2020，40（2）：140-148.

作者简介：王茂仁（1982— ），男，高级工程师，主要从事油田化学和油田固液废弃物环保治理工作，新疆克拉玛依。