CN115196711A - 一种岩心钻探泥浆废液循环处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种岩心钻探泥浆废液循环处理方法，创新用前处理剂和后处理剂对岩心钻探泥浆废液进行分步处理，前处理剂中非离子聚丙烯酰胺与改性活性炭颗粒协同作用，对泥浆废液中的油质残渣、重金属颗粒物及大分子化学物质进行包裹吸附絮凝，最终形成上层“清液”和下层“浊液”，将上层“清液”抽取回岩心钻探施工循环利用，下部“浊液”抽入静置固化池中，利用后处理剂中的酰胺基胺类的污泥固化剂和经碱化处理后的蒿草类草植物协同作用对“浊液”进行固化处理，使得“浊液”形成固体废弃物，体积为原泥浆废液体积的5％‑8％，方便回收处理，提高废液回收利用率且较大的减少了泥浆废液对环境的污染，处理成本低廉，操作简便，具有重要的转化应用价值。

Description

一种岩心钻探泥浆废液循环处理方法
技术领域
本发明属于地质钻探工程领域，涉及钻探泥浆废液处理技术，尤其是一种岩心钻探泥浆废液循环处理方法。
背景技术
岩心钻探泥浆在钻探工程中起到冷却钻头、维护孔壁、携带岩屑以及平衡地层压力等重要作用。因需要发挥上述功能，岩心钻探泥浆中一般添加有：膨润土、降失水剂、羧甲基纤维素、植物胶、腐殖酸钾、磺化沥青、高粘堵漏剂以及烧碱等化工用品。为维持岩心钻探泥浆的性能需要不断添加、更换泥浆，此过程中会产生大量泥浆废液，废液中包含细粒泥沙质，油质残渣，重金属颗粒物，以及原钻探泥浆中含有的大分子化学物质(如植物胶分子、磺化沥青分子等)和包裹了泥沙质、油质及重金属颗粒物等胶体类的大分子聚合物等。这些废物残渣均与泥浆废液混溶在一起，无法妥善处理利用，而且处置不当(如随意排放)会对环境会造成较大污染。
岩心钻探施工位置普遍地处山地及丘陵地带，大量的泥浆废液无法妥善处理，现有技术中通常需要耗费大量的人力、物力及财力进行转运处理，不够经济环保，使得泥浆废液的处理长期得不到高效的妥善处理。因此，提供一种价格低廉、实施简单的泥浆废液处理方法尤为重要，在行业内也有巨大的转化推广应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不便之处，提供一种岩心钻探泥浆废液循环处理方法，可以高效实用的应用于固体矿产勘查领域，主要对泥浆废液中的油质残渣进行吸附絮凝，并对其中的重金属颗粒物、大分子化学物质进行沉淀絮凝，最终将形成上层“清液”和下层“浊液”，将上层“清液”抽取回岩心钻探施工循环利用，下部“浊液”抽入静置固化池中，经过固化剂处理后凝固成块状的固体废弃物，进而方便处理，经济环保。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种岩心钻探泥浆废液循环处理方法，包括如下方法步骤：
⑴在施工现场周边，准备一个沉淀处理池和静置固化池，底部及***均使用防水材料进行包裹；
⑵将岩心钻探废液泥浆注入沉淀处理池中，测试待处理的泥浆废液A-Ph值，根据A-Ph 值的范围加入前处理剂，充分混合搅拌后，静置12-24h；Ph值在8.0-8.5之间或小于8.0的情况下，处理每立方泥浆废液需放入20-25L前处理剂水溶液；A-Ph值在8.5-9.0之间或大于9.0的情况下，处理每立方泥浆废液需放入15-20L前处理剂水溶液；
⑶沉淀处理池内加入前处理剂后静置分层，形成上层“清液”和下层“浊液”，将上层“清液”抽取回岩心钻探施工循环利用，下部“浊液”抽入静置固化池中；
⑷前处理完成后，当泥浆废液进入静置固化池中，按每立方米泥浆废液泼洒按质量份数计5-10份后处理剂进行处理，充分混合搅拌后，静置3-5d，最终形成块状“固化层”，为原泥浆废液体积的5％-8％，之后可将“固化层”的固体废弃物进行回收处理。
所述的前处理剂包括质量份数计的以下各组分：
非离子聚丙烯酰胺8-10份；
氧化钙2-3份；
改性活性炭颗粒4-5份，
所述前处理剂的制备方法包括：将前处理剂的各组分加入研磨机中研磨，之后过100目筛，得到前处理剂固体混合物；使用时，将前处理剂水溶液进行配置：每立方米纯水，加入 10kg前处理剂固体混合物，充分搅拌后得到前处理剂水溶液。
所述的改性活性炭颗粒制备方法如下：
⑴将粉末状活性炭颗粒在H2O2溶液中浸泡10-12h，每2h间隔进行均匀搅拌处理，后抽取过滤得到处理后的过氧化活性炭颗粒；
⑵将过氧化处理后的活性炭颗粒，在60-80wt％NaOH强碱溶液中浸泡10-12h，每2h间隔进行均匀搅拌处理，后抽取过滤得到处理后的改性活性炭颗粒，其比表面积为1625.33-1695.16m2/g、孔隙率为55-57％，相比于市售的普通活性炭(比面积为1200-1400m2/g、孔隙率为45-50％)有显著改进。
所述的后处理剂包括酰胺基胺类的污泥固化剂和经碱化处理后的蒿草类草植物，污泥固化剂与蒿草类草植物按1:0.5混合配置。
所述的酰胺基胺类的污泥固化剂包括质量份数计的以下各组分：
乙二胺二琥珀酸20-25份；
聚羧酸减水剂25-30份；
液体环氧树脂15-20份，
具体地，上述酰胺基胺类的污泥固化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取乙二胺二琥珀酸、聚羧酸减水剂、液体环氧树脂；
(2)将乙二胺二琥珀酸和液体环氧树脂混合均匀，升温至150-170℃后搅拌反应2-4h；
(3)再加入聚羧酸减水剂，并升温至150-170℃后搅拌反应2-4h；
(4)将步骤(3)混合物降温至混合物的温度≤40℃，搅拌均匀后出料，即得酰胺基胺类的污泥固化剂。
蒿草类草植物优选黄花蒿，碱化处理方法包括：将蒿草类植物打碎至1-2mm的秸秆状，在10-20wt％NaOH溶液中混合浸泡10-12h，每2h间隔进行均匀搅拌处理，8-10h后可得到处理后的蒿草类草植物。
蒿草类草植物在固化作用过程中，起到：“桥接”作用、加速固化作用以及固化后块体稳定性增强的作用；同时，蒿草类草植物与固化剂配合使用，可以适当减少固化剂的使用量，使得化学试剂与植物效用共同配合起到协同作用效果，一定程度上实现了加速固化，减少固化处理的同时具有积极的环保作用。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明方法中的前处理剂中使用价格低廉的非离子聚丙烯酰胺与改性后的活性炭协同作用泥浆废液，絮凝泥浆废液中的泥沙质、重金属颗粒物残渣等废物，并于其他大分子化学物质进行包裹絮凝，通过改性后的活性炭增加对重金属大颗粒物质以及油质类残渣废物的吸附效果；同时，氧化钙一方面遇水放热，加速处理反应的进行，另一方面遇水后生成的氢氧化钙可以中和泥浆废液中的少量游离酸及酸性盐物质、并于废液中的金属离子形成不溶于水的沉淀物，进一步分离泥浆废液，加速泥浆废液的分离及吸附絮凝。
2、本发明方法中的后处理剂的主要作用机理是，通过酰胺基胺类的污泥固化剂建立离子交换吸附机制，从而使“浊液”达到快速失水和固结作用，同时加入经碱处理后的蒿草类草植物，蒿草类微细秸秆对残渣物质的固化起到“架桥”作用，进一步加速“浊液”固化反应。
3、本发明设计科学合理，创新用前处理剂和后处理剂对岩心钻探泥浆废液进行分步处理，前处理剂中非离子聚丙烯酰胺与改性粉末合成材料活性炭颗粒协同作用，对泥浆废液中的油质残渣、重金属颗粒物以及大分子化学物质进行沉淀絮凝，最终将形成上层“清液”和下层“浊液”，将上层“清液”抽取回岩心钻探施工循环利用，下部“浊液”抽入静置固化池中，后处理剂中酰胺基胺类的污泥固化剂和经碱化处理后的蒿草类草植物协同作用对“浊液”进行固化处理，使得“浊液”加速形成固体废弃物，体积为原泥浆废液体积的5％-8％，方便回收处理，提高废液回收利用率且较大的减少了泥浆废液对环境的污染。
附图说明
图1为本发明中沉淀处理池和静置固化池结构示意图；
图2为图1中两级处理池中加入前处理剂和后处理剂后效果示意图；
图3为本发明处理方法使用效果图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
本发明方法在内蒙古包头乌拉山地区金矿资源勘查基地进行试验，主要的工作方法为地质岩心钻探，其钻探泥浆是钻井过程中必不可少的流体材料。但此过程中，泥浆在经过使用后，形成的难处理的废液。
本发明提供一种岩心钻探泥浆废液循环处理方法，包括如下方法步骤：
⑴如图1所示，在施工现场周边，准备一个沉淀处理池和静置固化池，底部及***均使用防水材料进行包裹；
⑵将岩心钻探废液泥浆注入沉淀处理池中，测试待处理的泥浆废液A-Ph值，根据A-Ph 值的范围加入前处理剂，充分混合搅拌后，静置12-24h；Ph值在8.0-8.5之间或小于8.0的情况下，处理每立方泥浆废液需放入20-25L前处理剂水溶液；A-Ph值在 8.5-9.0之间或大于9.0的情况下，处理每立方泥浆废液需放入15-20L前处理剂水溶液；
⑶沉淀处理池内加入前处理剂后静置分层，形成上层“清液”和下层“浊液”，将上层“清液”抽取回岩心钻探施工循环利用，下部“浊液”抽入静置固化池中；
⑷前处理完成后，当泥浆废液进入静置固化池中，按每立方米泥浆废液泼洒按质量份数计5-10份后处理剂进行处理，充分混合搅拌后，静置1-2d，最终形成块状“固化层”，为原泥浆废液体积的5％-8％，之后可将“固化层”的固体废弃物进行回收处理，两级处理池中加入前处理剂和后处理剂后效果示意图如图2所示，。
本发明创新研发前处理剂和后处理剂分别对钻探泥浆废液进行处理，所述的前处理剂包括质量份数计的以下各组分：非离子聚丙烯酰胺8-10份；氧化钙2-3份；改性粉末合成材料活性炭颗粒4-5份，该前处理剂的制备方法包括：将前处理剂的各组分加入研磨机中研磨，之后过100目筛，得到前处理剂固体混合物；使用时，将前处理剂水溶液进行配置：每立方米纯水，加入10kg前处理剂固体混合物，充分搅拌后得到前处理剂水溶液。
本发明对普通的活性炭粉末进行了改性，具体改性制备方法如下：
⑴将粉末状活性炭颗粒在H2O2溶液中浸泡10-12h，每2h间隔进行均匀搅拌处理，后抽取过滤得到处理后的过氧化活性炭颗粒；
⑵将过氧化处理后的活性炭颗粒，在60-80wt％NaOH强碱溶液中浸泡10-12h，每2h间隔进行均匀搅拌处理，后抽取过滤得到处理后的改性活性炭颗粒，其比表面积为1625.33-1695.16m2/g、孔隙率为55-57％，相比于市售的普通活性炭(比面积为1200-1400m2/g、孔隙率为45-50％)有显著改进。
后处理剂包括酰胺基胺类的污泥固化剂和经碱化处理后的蒿草类草植物，污泥固化剂与蒿草类草植物按1:0.5混合配置。所述的酰胺基胺类的污泥固化剂包括质量份数计的以下各组分：乙二胺二琥珀酸20-25份；聚羧酸减水剂25-30份；液体环氧树脂15-20份，具体地，上述酰胺基胺类的污泥固化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取乙二胺二琥珀酸、聚羧酸减水剂、液体环氧树脂；
(2)将乙二胺二琥珀酸和液体环氧树脂混合均匀，升温至150-170℃后搅拌反应2-4h；
(3)再加入聚羧酸减水剂，并升温至150-170℃后搅拌反应2-4h；
(4)将步骤(3)混合物降温至混合物的温度≤40℃，搅拌均匀后出料，即得酰胺基胺类的污泥固化剂。
蒿草类草植物优选黄花蒿，碱化处理方法包括：将蒿草类植物打碎至1-2mm的秸秆状，在10-20wt％NaOH溶液中混合浸泡10-12h，每2h间隔进行均匀搅拌处理，8-10h后可得到处理后的蒿草类草植物。
蒿草类草植物在固化作用过程中，起到：“桥接”作用、加速固化作用以及固化后块体稳定性增强作用；同时，蒿草类草植物与固化剂配合使用，可以适当减少固化剂的使用量，使得化学试剂与植物效用共同配合起到协同作用效果，一定程度上实现了加速固化，减少固化处理的同时具有积极的环保作用。并且，蒿草类草植物在内蒙地区广泛发育，其花粉引起多数地区人们的过敏性反应，本发明通过对其进行碱化处理后，可以作为利用物在固化剂领域进行应用，具有重要的实用价值。
本发明对未处理废液和处理后的废液进行了对比，具体对比结果见图3，同时进行了指标测定，具体测定对比结果如下表所示：
Figure BDA0003711668290000051
综上，经本发明专利申请方法处理后的“清液”污泥量、悬浮物、油类大幅减少，透光率增大，符合钻探泥浆的循环使用；经处理后的“浊液”污泥量、悬浮物、油类、金属离子、化学需氧量等均不同程度增大，透光率减小。
从图3也可以直观的观察到本专利申请方法中将岩心钻探过程中未处理的泥浆废液，经过本申请上述步骤的处理后，达到了明显的“清液”和“浊液”的分离效果，其中“清液”可以循环利用，“浊液”经过静置及固化处理后形成固体状的固体废弃物，体积为原泥浆废液体积的5％-8％，之后可将“固化层”的固体废弃物进行回收处理，方便回收，较大的减少了泥浆废液对环境的污染。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。

Claims (7)

1.一种岩心钻探泥浆废液循环处理方法，其特征在于：包括如下方法步骤：
⑴在施工现场周边，准备一个沉淀处理池和静置固化池，底部及***均使用防水材料进行包裹；
⑵将岩心钻探泥浆废液注入沉淀处理池中，测试待处理的泥浆废液A-Ph值，根据A-Ph值的范围加入前处理剂，充分混合搅拌后，静置12-24h；
⑶沉淀处理池内泥浆废液加入前处理剂后静置分层，形成上层“清液”和下层“浊液”，将上层“清液”抽取回岩心钻探施工循环利用，下部“浊液”抽入静置固化池中；
⑷前处理完成后，当泥浆废液进入静置固化池中，按每立方米泥浆废液泼洒按质量份数计5-10份后处理剂进行处理，充分混合搅拌后，静置3-5d，最终形成块状“固化层”，为原泥浆废液体积的5％-8％，之后可将“固化层”的固体废弃物进行回收处理，
所述的前处理剂包括质量份数计的以下各组分：
非离子聚丙烯酰胺8-10份；
氧化钙2-3份；
改性活性炭颗粒4-5份，
所述的后处理剂包括酰胺基胺类的污泥固化剂和经碱化处理后的蒿草类草植物，污泥固化剂与蒿草类草植物按1:0.5混合配置，
所述的酰胺基胺类的污泥固化剂包括质量份数计的以下各组分：
乙二胺二琥珀酸20-25份；
聚羧酸减水剂25-30份；
液体环氧树脂15-20份。
2.根据权利要求1所述的一种岩心钻探泥浆废液循环处理方法，其特征在于：Ph值在8.0-8.5之间或小于8.0的情况下，处理每立方泥浆废液需放入20-25L前处理剂水溶液，A-Ph值在8.5-9.0之间或大于9.0的情况下，处理每立方泥浆废液需放入15-20L前处理剂水溶液。
3.根据权利要求1所述的一种岩心钻探泥浆废液循环处理方法，其特征在于：所述前处理剂的制备方法包括：将前处理剂的各组分加入研磨机中研磨，之后过100目筛，得到前处理剂固体混合物；使用时，将前处理剂水溶液进行配置：每立方米纯水，加入10kg前处理剂固体混合物，充分搅拌后得到前处理剂水溶液。
4.根据权利要求1所述的一种岩心钻探泥浆废液循环处理方法，其特征在于：所述的改性活性炭颗粒制备方法如下：
⑴将粉末状活性炭颗粒在H2O2溶液中浸泡10-12h，每2h间隔进行均匀搅拌处理，后抽取过滤得到处理后的过氧化活性炭颗粒；
⑵将过氧化处理后的活性炭颗粒，在60-80wt％NaOH强碱溶液中浸泡10-12h，每2h间隔进行均匀搅拌处理，后抽取过滤得到处理后的改性活性炭颗粒，其比表面积为1625.33-1695.16m2/g、孔隙率为55-57％。
5.根据权利要求1所述的一种岩心钻探泥浆废液循环处理方法，其特征在于：所述酰胺基胺类污泥固化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取乙二胺二琥珀酸、聚羧酸减水剂、液体环氧树脂；
(2)将乙二胺二琥珀酸和液体环氧树脂混合均匀，升温至150-170℃后搅拌反应2-4h；
(3)再加入聚羧酸减水剂，并升温至150-170℃后搅拌反应2-4h；
(4)将步骤(3)混合物降温至混合物的温度≤40℃，搅拌均匀后出料，即得酰胺基胺类的污泥固化剂。
6.根据权利要求1所述的一种岩心钻探泥浆废液循环处理方法，其特征在于：所述蒿草类草植物碱化处理方法包括：将蒿草类植物打碎至1-2mm的秸秆状，在10-20wt％NaOH溶液中混合浸泡10-12h，每2h间隔进行均匀搅拌处理，8-10h后可得到处理后的蒿草类草植物。
7.根据权利要求1或6所述的一种岩心钻探泥浆废液循环处理方法，其特征在于：所述蒿草类草植物优选黄花蒿。
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