油基岩屑在沥青混凝土路面中的应用研究

发布时间：2020-03-29 15:42

【摘要】：油基岩屑是页岩气钻井开发过程中形成的含油固体废物,含油率高,而矿物油在环境中自然降解困难,故油基岩屑直接排放势必对环境造成严重污染。我国对油基岩屑的处理达不到环保要求的征收高额排污费,管理极其严格。目前国内外对油基岩屑的处理难以从根本上解决环境污染的隐患,同时没有实现废弃物的资源化利用。随着页岩气的大力开采,产生的油基岩屑日益增多,大量堆积的油基岩屑的安全高效处理已成为制约石油企业环保生产的重要问题之一,如何使油基岩屑的资源化利用成为当务之急。基于页岩气钻井开发平台将油基岩屑进行预处理后,本论文研究将预处理后的油基岩屑掺入沥青混凝土混合料中,用于钻前工程沥青路面中,使之既能满足沥青混合料的各项技术指标和路用性能要求,同时达到国家环保标准。通过室内试验和理论分析,进行油基岩屑掺入沥青混凝土中的配合比设计和路用性能研究。测定油基岩屑化学成分和浸出毒性,对环境可能造成的影响进行分析和评估。进行油基岩屑替代矿粉后的沥青混凝土混合料的配合比设计,分析混合料的物理力学指标,确定初始配合比方案。配制不同掺量油基岩屑的沥青混凝土混合料,开展各项路用性能试验,探究油基岩屑掺量对沥青混凝土混合料路用性能的影响规律。结合路用性能试验结果,进行水泥改性沥青混合料试验研究,设计不同水泥掺量掺入到沥青混凝土混合料中,研究不同水泥剂量对混合料路用性能的影响,确定水泥的最佳剂量,确定油基岩屑掺入沥青混凝土的配合比方案。开展马歇尔试验、各路用性能试验和环境影响评估可知,随着油基岩屑替代矿粉比例的增加,沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和低温抗裂性均在降低,究其原因,油基岩屑的性能差于矿粉,形成沥青胶浆的黏聚力降低,导致混合料在恶劣的气候环境中矿料之间粘附力减小。当油基岩屑全部替代矿粉后,混合料的水稳定性已不能满足规范要求,故进行了水泥改性沥青混合料的试验研究,研究表明水泥最佳掺量为2%。最终确定了满足路用性能要求,同时达到国家环保标准的配合比设计方案。通过室内试验和理论分析可知,在加入适量的水泥对沥青混合料进行改性的条件下,油基岩屑可以代替矿粉作为沥青混凝土混合料的填料。针对钻前工程井场道路设计沥青混凝土AC-13混合料,推荐最佳配合比设计为15?10mm碎石、5?10mm碎石、3?5mm碎石、0?3mm砂、水泥、油基岩屑的质量比为28:29:10:23:2:8,最佳沥青用量为4.8%。将页岩气钻井平台预处理后油基岩屑掺入到沥青混凝土混合料中,用于钻前公路沥青路面中,使得既能满足钻前公路的路用性能要求,又可解决对环境污染的问题,为实现油基岩屑的资源化利用提供理论参考和科学依据。源头治理,就地利用,实现油基岩屑的无害化处理和资源化再利用,有利于社会、环境、经济的可持续发展。
【图文】：

2 油基岩屑成分分析及环境影响评价2.1 油基岩屑的产生及预处理油基岩屑是页岩气钻井开发过程中形成的含油固体废物，其含油率可高达15% 25%，矿物油在环境中自然降解困难，故油基岩屑资源化利用之前页岩气钻井平台需对其预处理，达到相关国家规范标准要求，才可用于钻前公路工程。2.1.1 油基岩屑的产生页岩气开采过程中，页岩易吸水膨胀导致坍塌，而油基钻井液含水少且润滑封堵性好，可使井壁稳定保护油气层，，故国内外页岩气钻井开发的造斜段及水平段大量采用油基钻井液。使用油基钻井液钻井的过程中，从地层返至地面的页岩屑中携带部分油基钻井液，这种页岩屑和油基钻井液的混合物形成了油基岩屑。中国的油页岩资源十分丰富，随着油页岩的大力开采，产生的油基岩屑日益增多、大量堆积，据统计我国每年产生的油基岩屑体积高达 23 万 m3[1]。长宁地区国家级页岩气开发示范区某钻井平台如图 2-1 所示，钻井作业现场产生的未处理的高含油率油基岩屑原样如图 2-2 所示。

2 油基岩屑成分分析及环境影响评价2.1 油基岩屑的产生及预处理油基岩屑是页岩气钻井开发过程中形成的含油固体废物，其含油率可高达15% 25%，矿物油在环境中自然降解困难，故油基岩屑资源化利用之前页岩气钻井平台需对其预处理，达到相关国家规范标准要求，才可用于钻前公路工程。2.1.1 油基岩屑的产生页岩气开采过程中，页岩易吸水膨胀导致坍塌，而油基钻井液含水少且润滑封堵性好，可使井壁稳定保护油气层，故国内外页岩气钻井开发的造斜段及水平段大量采用油基钻井液。使用油基钻井液钻井的过程中，从地层返至地面的页岩屑中携带部分油基钻井液，这种页岩屑和油基钻井液的混合物形成了油基岩屑。中国的油页岩资源十分丰富，随着油页岩的大力开采，产生的油基岩屑日益增多、大量堆积，据统计我国每年产生的油基岩屑体积高达 23 万 m3[1]。长宁地区国家级页岩气开发示范区某钻井平台如图 2-1 所示，钻井作业现场产生的未处理的高含油率油基岩屑原样如图 2-2 所示。
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U416.2

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本文编号：2606180