油基岩屑残渣自悬浮支撑剂的制备及性能评价

目的为了安全有效地处置和利用页岩气开采过程中产生的油基岩屑残渣,采用其烧结陶粒支撑剂,同时,为提高支撑剂在清水中的悬浮性能、改善支撑剂在裂缝中的分布、简化压裂施工工艺、提高压裂增产效果,进行了自悬浮支撑剂的制备与研究。方法通过聚合反应将聚丙烯胺树脂包覆在支撑剂表面,制得膨胀型自悬浮支撑剂,研究了交联剂用量、单体量、合成温度对自悬浮支撑剂膨胀性能的影响。结果覆膜材料配比(质量比)为:m(陶粒)∶m(丙烯酰胺)∶m(N,N′-亚甲基双丙烯酰胺)∶m(过硫酸铵)∶m(N,N,N′,N′-四甲基乙二胺)=10.000∶2.000∶0.002∶0.020∶0.031时,自悬浮支撑剂性能最佳,其膨胀倍数为4.3,沉降速度为45 mm/s。结论覆膜支撑剂自悬浮功能的实现主要与聚丙烯酰胺树脂的溶胀有关,树脂的体积膨胀和聚丙烯酰胺分子链向外延伸引起溶液黏度的增加,提升了支撑剂在溶液中的沉降阻力。该研究对拓宽油基岩屑烧结支撑剂的应用范围、提高油基岩屑残渣资源化利用产品附加值有十分重要的意义。

油基岩屑热脱附残渣在沥青混凝土路面工程中的应用研究

文章为了考察油基岩屑热脱附残渣作为沥青混合料的各项路用性能,采用西南某页岩气平台油基岩屑热脱附处理后的残渣替代一定比例的填料,分别掺入到AC-20C、AC-13C、SMA-13三种常用的改性沥青混合料中,并基于马歇尔稳定度试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验和低温小梁弯曲试验对不同掺量的油基岩屑改性沥青混合料的路用性能进行研究。研究结果表明:用油基岩屑热脱附残渣替代沥青混合料部分填料后,在一定范围内可以有效提高改性沥青混合料马歇尔稳定度、高温抗车辙性能及水稳定性能,但对改性沥青混合料低温抗开裂性能有一定的不利影响;由于其具备较高的替代填料性价比,可以实现资源化利用,具有良好的应用前景。

油基岩屑脱油残渣制备CaO–Al_(2)O_(3)–SiO_(2)系微晶玻璃的研究

油基岩屑是页岩气开采中产生的主要危险废物,其脱油残渣的高值化利用是近年相关领域的研究热点。本文研究了以油基岩屑脱油残渣为主要原料搭配粉煤灰采用高温烧结法制备CaO–Al_(2)O_(3)–SiO_(2)(CAS)系微晶玻璃的可行性,分析了不同碱度和不同烧结条件对微晶玻璃性能的影响,研究结果表明:碱度为0.62、烧结温度为900℃、烧结速率为5℃/min、晶化时间为2 h时,制得的微晶玻璃试样各项性能最佳,其密度为2.69 g/cm^(3),吸水率为0.05%,显微维氏硬度为5.20 GPa,抗折强度为119.22 MPa,耐酸耐碱腐蚀性分别为97.05%和98.11%,满足JC/T 2097—2011《工业用微晶板材》中的各项要求;油基岩屑脱油残渣引入的适量BaO有利于微晶玻璃的析晶能力;最佳条件下制得的CAS系微晶玻璃主晶相为硅灰石(CaSiO_(3)),晶体呈颗粒状,副晶相为钙长石(CaAl_(2)Si_(2)O_(8)),晶体呈片状,玻璃体内晶相稳定,晶体分布均匀、晶粒排列紧密。

油基岩屑脱油残渣特性分析及制备免烧砖技术

以海上油基岩屑脱油残渣为基本原料制备免烧砖。对脱油残渣进行了表征,考察了脱油残渣掺加量对免烧砖性能的影响,并对免烧砖浸出液污染物进行了分析。实验结果表明:脱油残渣的元素组成以Si、Al、Fe、Ca和Ba为主,矿物组成以石英(SiO_(2))、高岭土(Al_(2)O_(3)·2SiO_(2)·2H_(2)O)和重晶石(BaSO_(4))为主,粒径为1.58~50.63μm;在脱油残渣、水泥、细集料、粗集料、石膏和聚乙烯醇的质量分数分别为20.0%,20.0%,47.5%,8.0%,4.0%,0.5%,水固(质量)比为14%的条件下,制得的免烧砖的抗压强度为15.69 MPa,吸水率为10.44%,软化系数为0.83,抗冻性能良好,建材性能满足《非烧结垃圾尾矿砖》(JC/T 422—2007)中MU15强度等级。脱油残渣作为掺加原料制备免烧砖,可以替代部分细集料,解决了油基岩屑脱油残渣上岸后的末端处置问题。

海上油基岩屑脱油残渣与偏高岭土混掺对混凝土性能影响研究

为解决海上钻井油基岩屑上岸后热解脱油残渣堆积及潜在环境风险问题,研究了残渣与偏高岭土混掺制备混凝土的可行性。考察了残渣基本性能及不同掺量、养护龄期下混凝土力学性能与耐久性能变化情况,并探究了混凝土强度形成机理及环境特性。结果表明:单掺残渣对混凝土性能具有较大的负效应,在最佳掺量10%时可达到设计强度(30 MPa)。偏高岭土可有效改善混凝土性能,提升残渣掺量。混凝土主要矿物相为二氧化硅、钙钒石、氢氧化钙和水化硅酸钙等,这些水化产物在体系内共同作用赋予混凝土基本强度。混凝土浸出液COD、重金属离子等指标可达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级排放限值,环境安全性良好。该研究为海上油气田油基岩屑回收上岸后热解残渣的资源化处置提供参考。

不同聚乙烯醇纤维掺量对油基岩屑热解残渣水稳基层的性能影响

油气勘探开采过程中不可避免地会产生油基岩屑,油基岩屑热解残渣的科学处理和高效利用是制约油气绿色高效开发的一个难点。为了解决油基岩屑热解脱油残渣(以下简称残渣)堆积及潜在环境风险问题,充分资源化利用残渣,基于残渣制备井场公路路面基层可行性研究基础上,分析了不同残渣掺量下水泥稳定碎石基层(以下简称基层)力学与耐久性能,研究了不同聚乙烯醇(以下简称PVA)纤维掺量对基层性能优化情况,并探究了基层强度形成机理。研究结果表明:①残渣中重金属含量和多环芳烃含量均未超过国家相关标准限值,且残渣具有替代基层中细集料的潜能;②残渣掺量的增加对基层无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度和抗冻融性能均具有一定的负效应,残渣掺量高于30%时基层强度不能满足国家相关标准;③PVA纤维的适量添加对基层力学与耐久性能均具有增强作用,掺入0.15%PVA纤维时,可提升残渣掺量至40%;④基层主要矿物为钙钒石、氢氧化钙、石英和重晶石,其在体系内共同作用赋予基层基本强度,同时PVA纤维具有“增强加韧”作用,进一步提高了基层性能;⑤基层中重金属和多环芳烃的致癌风险值和非致癌物危害商分别低于10-6和1,环境风险在可接受水平内。结论认为,研究结果为残渣的资源化利用提供了技术参考,必将助力油基钻井液更广泛地使用,将保障更多油气的高效勘探和开发。

油基岩屑脱油残渣制备复合胶凝材料研究

针对油基岩屑脱油残渣末端处置难题,以脱油残渣作为辅助胶凝材料开展了制备复合胶凝材料的可行性研究。考察了不同原料配比对复合胶凝材料性能的影响,确定了最佳配比,探究了复合胶凝材料的水化过程。脱油残渣对复合胶凝材料基本性能具有负效应,在最佳配比条件下(熟料∶石膏∶脱油残渣∶矿渣=71∶4∶7.5∶17.5),复合胶凝材料性能满足GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》P·C 32.5R等级要求。脱油残渣中硅铝质物质在熟料水化产生的OH-和Ca^(2+)作用下发生二次水化反应形成部分C-S-H凝胶以及钙矾石,进而与熟料水化形成的产物相互交错生长,赋予力学性能。利用脱油残渣制备复合胶凝材料有效解决脱油残渣末端处置问题,从而为脱油残渣的资源化处置提供参考。