一种利用油基岩屑制备支撑剂生产原料的方法与流程

本发明涉及固废处理技术领域，更具体的说是涉及一种利用油基岩屑制备支撑剂生产原料的方法。

背景技术：

页岩气井水平段钻进时为维持井壁稳定性，往往采用油基钻井液体系，由此产生的岩屑为油基岩屑。据统计，川南地区页岩气单井油基岩屑产生量约为130～300m³，每年新增油基岩屑超过20×10⁴t。油基岩屑中的重金属及烃类有机物对生态环境影响严重。围绕油基岩屑中烃类有机物降解衍生出了坑内填埋法、热解析处理、焚烧处理、生物降解处理、地层回注、等一系列方法，在处理过程中堆放油基岩屑会占用大面积的土地，处理成本高、资源化利用程度低且存在二次污染的风险。

另一方面，支撑剂作为水力压裂的关键材料需求量巨大，其成本是页岩气井开发成本中的重要一环。传统陶粒支撑剂以高品位铝矾土或高岭土为原材料。随着非常规油气开发难度增加及高品位铝矾土资源量减少，油气行业对支撑剂生产成本及性能提出了更高的需求，如何提供一种降本增效的利用油基岩屑制备支撑剂生产原料的方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种能够降低油基岩屑污染环境的风险及支撑剂生产成本并实现油基岩屑无害化处理及资源化利用的利用油基岩屑制备低密度支撑剂生产原料的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种利用油基岩屑制备支撑剂生产原料的方法，包括如下步骤：

(1)油基岩屑组分确定及定量化表征

测定油基岩屑中的sio2含量、al2o3含量、baso4含量、caco3含量、含水量及含油量；

(2)重质组分baso4的分离及收集

将油基岩屑进行旋振筛分分离，分离出baso4并回收，得到油基岩屑余料ⅰ，备用；

(3)重质组分磁性矿物的分离及收集

将油基岩屑余料ⅰ进行磁选分离，分离出重质组分磁性矿物，得到油基岩屑余料ⅱ，备用；

(4)骨架物料补充

根据步骤(1)中sio2和al2o3含量测定结果，在油基岩屑余料ⅱ中补充骨架物料sio2和al2o3至质量比为(0.8-1):(1.2-1.5)后，得到油基岩屑余料ⅲ，备用；

(5)成孔剂添加

根据步骤(1)中caco3含量测定结果，在油基岩屑余料ⅲ中补充成孔剂caco3，得到油基岩屑余料ⅳ；

(6)球磨混料

将油基岩屑余料ⅳ进行湿法球磨，得到所述的支撑剂生产原料。

本发明的有益效果：本发明将钻井固废油基岩屑处理成为生产低密度支撑剂的原料，实现了油基岩屑的无害化处理及资源化利用，其中，先对油基岩屑中各种组分的含量进行定量化表征，为后续的骨架物料及成孔剂添加提供数据支撑，然后通过旋振分离工艺回收baso4，磁选分离工艺除去油基岩屑中的重质组分磁性矿物，接着根据定量化表征结果，向油基岩屑中补充骨架物料和成孔剂，以保证利用该原料能生产出多孔的sic弥散增强含莫来石相的支撑剂，形成高强度的同时还能够通过多孔结构降低其视密度，最后通过球磨混料，获得低密度支撑剂的混合物料。

优选地，步骤(1)中，所述测定的方法为x射线衍射、蒸馏法和索氏提取差量法。

优选地，步骤(2)中，所述旋振采用三元旋振筛，其中，采用的筛网为亲水性质筛网，所述筛网目数为200-600目。

采用上述技术方案的有益效果：筛网为亲水材质的子母网结构，通过旋振筛的水平、垂直、倾斜三次元运动及子母网中的球体拍击，可实现不同密度及粒径湿物料(油基岩屑)的筛分分离。

优选地，步骤(3)中，还包括干燥，具体操作如下：将油基岩屑余料ⅰ在温度为150℃-180℃的条件下干燥处理1-2h，然后进行磁选分离。

优选地，步骤(3)中，所述重质磁性矿物为含cr、fe、mn和cu离子的矿物；

所述磁选分离的次数为2-4次。

优选地，步骤(4)中，所述骨架物料sio2和al2o3均为粒径小于0.0374mm的粉体。

优选地，步骤(5)中，所述成孔剂caco3为粒径小于0.0374mm的粉体。

优选地，步骤(6)中，所述湿法球磨的具体操作为：在油基岩屑余料ⅳ中加入酒精在380-420r/min的速度下球磨1-2h。

优选地，所述酒精与油基岩屑余料ⅳ的体积比为(1-1.5):1；其中，酒精的浓度≥95％。

采用上述技术方案的有益效果：采用乙醇作为分散剂进行湿磨使物料即混合均匀，又可以把物料磨细且粒径均匀。

优选地，步骤(6)所述的低密度支撑剂生产原料各组分质量百分比含量为：油类10％-20％、sio220％-30％、al2o325.4％-38％、caco320％-25％、粘土矿物10％-44％、余量为mg及fe元素的化合物和水。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种利用油基岩屑制备支撑剂生产原料的方法，本发明中突破以去除油基岩屑烃类有机物为主要目的的油基岩屑处理方式，保留烃类有机物将其作为低密度支撑剂的碳源并充分利用油基岩屑中的sio2、al2o3、caco3组分，处理得到低密度支撑剂生产原料并回收baso4，降低了低密度支撑剂的生产成本，实现油基岩屑的无害化处理和资源化利用；而且，本发明中的原料来源广易得到，本发明中的制备方法简单，易操作，更加适用于大工业化生产。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

利用油基岩屑制备支撑剂生产原料的方法，包括如下步骤：

(1)油基岩屑组分确定及定量化表征

通过x射线衍射测定油基岩屑中sio2含量、al2o3含量、baso4含量、caco3含量，通过蒸馏法和索氏提取差量法测定油基岩屑中含水量、含油量；

(2)重质组分baso4的分离及收集

将油基岩屑放入三元旋振筛进行湿物料的筛分分离，旋振30min后分离出baso4并回收，得到油基岩屑余料ⅰ，备用；其中，三元旋振筛的筛网为亲水性质筛网，筛网目数为200目；

(3)重质组分磁性矿物的分离及收集

将油基岩屑余料ⅰ放入到温度为150℃的烘箱中干燥处理2h，然后放入磁选机中进行磁性矿物的磁选分离2次，筛选分离出重质组分磁性矿物，得到油基岩屑余料ⅱ，备用；其中，磁性矿物为含cr、fe、mn和cu离子的矿物；

(4)骨架物料补充

根据步骤(1)中sio2、al2o3含量测定结果，在油基岩屑余料ⅱ中补充骨架物料sio2和al2o3至质量比为1:1.27后，备用；其中，骨架物料sio2及al2o3为小于0.0374mm的粉体；

(5)成孔剂添加

根据步骤(1)中caco3含量测定结果，在步骤(4)处理后的油基岩屑中补充成孔剂caco3至其含量为20％；其中，成孔剂caco3为小于0.0374mm的粉体。

(6)球磨混料

将油基岩屑余料ⅳ投入到行星式球磨机中，按照酒精量与油基岩屑余料ⅳ的体积比为1:1，加入酒精进行湿法球磨，在速度为380r/min条件下球磨2h后，取出获得低密度支撑剂生产原料；其中，酒精的浓度≥95％。

实施例2

利用油基岩屑制备支撑剂生产原料的方法，包括如下步骤：

(1)油基岩屑组分确定及定量化表征

通过x射线衍射测定油基岩屑中sio2含量、al2o3含量、baso4含量、caco3含量，通过蒸馏法和索氏提取差量法测定油基岩屑中含水量、含油量；(2)重质组分baso4的分离及收集

将油基岩屑放入三元旋振筛进行湿物料的筛分分离，旋振45min后分离出baso4并回收，得到油基岩屑余料ⅰ，备用；其中，三元旋振筛的筛网为亲水性质筛网，筛网目数为400目；

(3)重质组分磁性矿物的分离及收集

将油基岩屑余料ⅰ放入到温度为165℃的烘箱中干燥处理1.5h，然后放入磁选机中进行磁性矿物的磁选分离3次，筛选分离出重质组分磁性矿物，得到油基岩屑余料ⅱ，备用；其中，磁性矿物为含cr、fe、mn和cu离子的矿物；

(4)骨架物料补充

根据步骤(1)中sio2、al2o3含量测定结果，在油基岩屑余料ⅱ中补充骨架物料sio2和al2o3至质量比为1:1.27后，备用；其中，骨架物料sio2及al2o3为小于0.0374mm的粉体

(5)成孔剂添加

根据步骤(1)中caco3含量测定结果，在步骤(4)处理后的油基岩屑中补充成孔剂caco3至其含量为23％；其中，成孔剂caco3为小于0.0374mm的粉体；

(6)球磨混料

将油基岩屑余料ⅳ投入到行星式球磨机中，按照酒精量与油基岩屑余料ⅳ的体积比为1:1，加入酒精进行湿法球磨，在速度为400r/min条件下球磨1.5h后，取出获得低密度支撑剂生产原料；其中，酒精的浓度≥95％。

实施例3

利用油基岩屑制备支撑剂生产原料的方法，包括如下步骤：

(1)油基岩屑组分确定及定量化表征

通过x射线衍射测定油基岩屑中sio2含量、al2o3含量、baso4含量、caco3含量，通过蒸馏法和索氏提取差量法测定油基岩屑中含水量、含油量；

(2)重质组分baso4的分离及收集

将油基岩屑放入三元旋振筛进行湿物料的筛分分离，旋振60min后分离出baso4并回收，得到油基岩屑余料ⅰ，备用；其中，三元旋振筛的筛网为亲水性质筛网，筛网目数为600目；

(3)重质组分磁性矿物的分离及收集

将油基岩屑余料ⅰ放入到温度为180℃的烘箱中干燥处理1h，然后放入磁选机中进行磁性矿物的磁选分离4次，筛选分离出重质组分磁性矿物，得到油基岩屑余料ⅱ，备用；其中，磁性矿物为含cr、fe、mn和cu离子的矿物；

(4)骨架物料补充

根据步骤(1)中sio2、al2o3含量测定结果，在油基岩屑余料ⅱ中补充骨架物料sio2和al2o3至质量比为1:1.27后，备用；其中，骨架物料sio2及al2o3为小于0.0374mm的粉体；

(5)成孔剂添加

根据步骤(1)中caco3含量测定结果，在步骤(4)处理后的油基岩屑中补充成孔剂caco3至其含量为25％；其中，成孔剂caco3为小于0.0374mm的粉体

(6)球磨混料

将油基岩屑余料ⅳ投入到行星式球磨机中，按照酒精量与油基岩屑余料ⅳ的体积比为1:1，加入酒精进行湿法球磨，在速度为420r/min条件下球磨1h后，取出获得低密度支撑剂生产原料；其中，酒精的浓度≥95％。

产品含量测定

通过x射线衍射、索氏提取差量法测定实施例1-3制备得到的支撑剂生产原料各组分质量百分数，测试结果如下表1：

表1实施例1-3制得的支撑剂生产原料各组分质量百分数

对照组1-3利用废体材料为原料制备陶粒支撑剂的原料成分如下表2，所示：

表2对照组1-3制备陶粒支撑剂的原料成分

由上述表格中的数据可见，本发明与现有技术中的技术方案相比较，本发明中制得的用于生产支撑剂的原料有效成分更全面。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。