随着常规油气资源日益匮乏,页岩气等非常规油气资源逐渐成为全球新能源开发的热点。页岩气井水平钻井过程中通常需要使用油基钻井液,导致了大量油基钻屑的产生。油基钻屑因其含有石油烃类、化学添加剂和少量的重金属离子等污染物,已被列入《国家危险废物名录》,若不妥善处置,会对生态环境造成严重危害。目前油基钻屑处理技术存在多种弊端,例如能耗高、产生二次污染、处理周期长等,且油基钻屑热解吸等技术处理后产生的残渣仍存在一定的环境污染,故油基钻屑的安全环保处置是当前迫切需要解决的问题。 本文以粉煤灰、活性增强材料等工业废渣为主要原材料,复配水泥及界面改性剂KX作为固化材料固化处理油基钻屑,通过对油基钻屑固化体强度特性、抗污染物浸出特性及微观机理进行分析研究,制备出一种有效的页岩气井油基钻屑固化剂CS,实现油基钻屑无害化处置。同时研究利用废渣基固化剂CS固化热解油基钻屑,并尝试研究利用热解油基钻屑制备免烧砖,进一步实现油基钻屑的资源化利用。 以四川长宁区块页岩气井油基钻屑(含油率7.32%)为研究对象,在对其基本性质、污染特征进行测定和分析的基础上,提出利用无机胶凝材料辅以界面改性剂KX对其进行固化处理。通过单因素及响应面试验考察了PC32.5水泥、粉煤灰和活性增强材料对固化效果的综合影响,并利用X射线衍射分析仪、扫描电镜和压汞仪等测试方法探索了固化剂对油基钻屑的作用机制。结果表明:油基钻屑固化剂CS最佳质量比为水泥∶粉煤灰∶活性增强材料=39.91∶27.55∶32.54;确定了油基钻屑固化配方为:油基钻屑+20%CS+2.2%KX,处理后油基钻屑固化体浸出液成分均符合GB8978-1996Ⅰ级标准;油基钻屑固化体中生成了大量C-S-H凝胶,使其结构更致密,降低了油基钻屑中污染物的浸出。 以土工性能和污染物浸出性为指标,评价了CS固化剂对热解油基钻屑的固化效果,并制备热解油基钻屑基免烧砖,探究了细骨料种类和掺量、CS掺量、水固比和成型压力对免烧砖性能的影响。同时利用XRD、SEM和MIP等测试方法探索了固化剂对热解油基钻屑的作用机制。结果表明:CS作为固化剂固化热解油基钻屑在强度特性上优于水泥;掺10%CS的热解油基钻屑固化体饱水1d、3d、5d后的水稳系数分别为:0.96、0.94和0.91,15次冻融循环后抗压强度损失率和质量损失率分别为:4.0%和0.8%,均优于掺水泥的热解油基钻屑固化体,具有更好的水稳性和抗冻性;浸出试验结果显示CS掺量为6%~15%时,处理后固化体浸出液成分均符合GB8978-1996Ⅰ级标准;热解油基钻屑固化体中生成了大量C-S-H凝胶和少量钙矾石,使其结构更致密,明显提高固化体抗压强度、水稳性和抗冻性,同时有效抑制热解油基钻屑中污染物的浸出;热解油基钻屑制备的免烧砖最佳配比为钻屑∶细骨料∶CS固化剂=58∶30∶12,水固比0.12,成型压力为20 MPa,标准养护28 d,所制备的免烧砖各项性能满足JCT422-2007中MU15标准的要求。