大港油田免燒磚技術研究與應用

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量安全環保處）

0 引 言

隨著油氣田開發的進行，鉆井廢物產生量逐年增加。目前國外水基鉆井廢物處理技術主要有5大類：回注、固化、填埋、土地處理、生物處理。傳統的固化填埋方法對土壤和地下水存在污染隱患，隨著新環保法和新土壤法等環保法律法規的實施，極易面臨法律制裁和巨額罰款。國內水基鉆井廢物處理技術主要有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。綜合國內外先進生產技術，免燒磚生產技術較為符合我國國情和環保形勢，目前已建成及在建的生產線已有上百條之多，在海南福山、吉林、四川等油氣田企業均已得到應用［1-5］。

1 大港油田鉆井廢物主要污染物分析

按照GB 36600—2018《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》，大港油田所轄土地為城市建設中的二類用地。對廢鉆井液處理后的產物（干燥）進行了土壤污染風險的全項檢測，污染物檢測數值均在第二類用地管制值或篩選值范圍內。檢測結果見表1。

2 免燒磚制備實驗研究

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

表1 廢鉆井液處理后（干燥）污染物檢測結果 mg／kg

大港油田公司遵循所制出的免燒磚其檢測結果在符合國家、行業標準的基礎上最大量消耗泥餅的原則開展室內實驗，對不同配比的免燒磚參照JC／T 422—2007《非燒結垃圾尾礦磚》標準進行各項性能指標的對比。

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行實驗，免燒磚的強度隨著其中泥餅含量的增加而減小，當泥餅含量達到70%以上時，免燒磚強度不能滿足JC／T 422—2007《非燒結垃圾尾礦磚》的最低要求，如需提升強度要求，需要提高相應干化劑的添加量，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《非燒結垃圾尾礦磚》中的指標逐一對比，在實驗室對不同混料比例含量的不同形式免燒磚，分別進行各項指標檢測實驗，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。室內實驗同時記錄不同配比含量磚的壓縮系數。通過實驗數據可以得出鉆井液含量越高體積壓縮系數越大，即泥餅含量越大單方泥餅生產磚的數量越少。

5）產品無害化分析

產品原料主要有泥餅、干化劑、水泥、石子。其中泥餅為廢鉆井液處理后的產物，滿足GB 36600—2018《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》。干化劑為經過MSDS（化學品安全技術說明書）檢測的產品，滿足國家標準要求，并且其制磚產品已經通過了環保檢測。水泥、石子為常見的原材料，沒有污染性。故而免燒磚產品污染大大降低，滿足國家對免燒磚產品的要求。

3 免燒磚制備工藝

大港油田免燒磚生產線主要配套設備是免燒磚機，即俗稱的壓磚機或制磚機，主要分為轉盤機、真空擠出機和全自動液壓成型機。大港油田免燒磚生產線見圖1。免燒磚生產線對比國內外同類技術有以下優點：一是環保效果好于同類產品，制磚材料60%以上為鉆井廢物，過程不產生二次污染；二是該制磚生產線自動化程度高、結構緊湊、操作簡單、維護方便，全過程僅需一人即可操作；三是制磚效果好，滿足JC／T 422—2007《非燒結垃圾尾礦磚》行業標準，符合行業常規環保要求。

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、機械攪拌、傳送、機械壓制、堆放、貯存、運輸、養護等。

1）制料。將泥餅和干化劑混合，通過悶料、篩分等環節得到可用于制磚的原料。

2）混料。根據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、供料系統、電控系統等部分組成。結構形式有“一”字形結構，“品”字形結構。供料方式分為氣動閥門和皮帶輸送。配料機具有結構形式多樣、組合方式靈活、稱量精度高、操作簡便、自動化程度高等特點。

3）機械攪拌。按照加料配比直接進行機械攪拌，攪拌周期控制在30～60 s。通過料斗提升設備將原料直接提升至攪拌罐內進行充分攪拌，保障磚坯壓制過程中的整體質量，此外攪拌器內配置有進水口，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，保障磚機在壓制過程中不易損壞。

5）壓制。按照免燒磚的規格可選擇對應的模具壓制成磚。

6）貯存和運輸。免燒磚按不同規格和強度等級分別堆放，堆垛上設標志，堆置高度不超過2 m，堆放場地平整，堆垛之間保持適當的通道，并設有防雨及排水措施。養護期內免燒磚的垂直運輸宜采用吊運或板車裝卸。

7）養護。泥餅免燒磚養護方式與一般免燒磚要求相同，根據大港油田的氣候特點，養護周期在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井場道路面積為450 m2。大港油田管理29個大型集輸聯合站，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，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 結束語

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