改良水基钻屑的方法及利用水基钻屑制得的人工土壤技术

本发明专利技术涉及页岩气钻井固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种采用腐熟秸秆改良水基钻屑的方法以及利用所述水基钻屑制得的人工土壤。本发明专利技术的水基钻屑改良方法包括将水基钻屑淋洗、过筛以及与经过筛的腐熟秸秆混合等步骤，所述改良方法可有效改善水基钻屑的质地性能和理化性质，尤其显著改善土壤阳离子交换量和渗透性能，可用于处理油气开采产生的水基钻屑。本发明专利技术的水基钻屑改良方法可有效克服现有技术处理方法中存在的成本高、操作复杂、处理剂来源受限以及改良土壤质地性能不令人满意等问题。满意等问题。

【技术实现步骤摘要】
改良水基钻屑的方法及利用水基钻屑制得的人工土壤


[0001]本专利技术涉及页岩气钻井固体废弃物资源化利用
，具体而言，本专利技术涉及一种改良水基钻屑的方法及利用水基钻屑制得的人工土壤。

技术介绍

[0002]据测算和统计，我国每年油气田开采产生的水基钻屑约为上千万立方。页岩气已成为能源领域的一种重要的接替资源，其巨大的发展潜力已成为全球多元化能源格局中一个不容忽视的组成部分。然而，在石油和页岩气开采钻井过程中会产生大量的水基钻屑固体废物。如何处理水基钻屑成为一个重大的环境问题。
[0003]特别是近年来，随着我国页岩气开发的力度加大，页岩气水基钻屑产生量也随之大量增多。以陕西延长页岩气田为例，当地共42口井，共产生约42000m3水基钻屑。如此大量水基钻屑产生以及逐年堆存，如果不加以利用，会形成对环境的潜在威胁，然而与水基钻屑逐年增加相对应的，对其资源化的利用却鲜有进展，成为油气开采行业的主要污染源。
[0004]水基钻屑不宜采取固化填埋处置方式，因固化填埋存在占用土地、固化体渗滤液随长期降雨可能渗出进而污染周边土壤及水体的潜在环境风险等问题。资源化利用是减少环境风险、彻底消纳水基钻屑的上策。
[0005]目前，水基钻屑资源化利用主要集中在建材利用、水泥窑协同处置方面，水基钻屑土壤化的利用研究相对较少。水基钻屑建材利用，掺量有限，建材产品量大，消纳途径受阻；水泥窑协同处置水基钻屑污染物去除较为彻底，但仅限于页岩气工区附近有大型的水泥厂，否则增加运距，处置成本较高，经济可行性较差。水基钻屑土壤化利用则成为研究方向之一。
[0006]CN113079732A公开了一种利用页岩气田水基钻屑改良复绿盐渍土壤的方法，该方法采用在盐渍土壤下设置水基钻屑隔层和秸秆隔层的复合隔层，并施加加腐殖酸和脱硫石膏。然而，该方法涉及操作较复杂且成本明显过高，难以大规模推广利用。
[0007]CN109266353A公开了一种水基钻屑培植土改良剂及改良方法，该方法通过收集、脱稳、分离，采用加入污染物固结剂、调质剂、营养剂、pH调理剂等措施，将水基钻屑改良为适宜植物生长的培植土。这种方法仍不够经济，在改善土壤质地方面也效果有限。
[0008]CN112167004A公开了一种页岩气水基钻屑土壤化的制作方法，其采用添加水基钻屑质量的20％
‑
40％的土壤和20％
‑
50％的牛粪发酵产物以及2％
‑
5％的微生物菌剂的方法。该方法虽效果较好但添加辅料量明显过高，水基钻屑的用量减少且没有成本优势。
[0009]CN108812184B公开了一种以页岩气水基钻屑和污泥发酵产物配制人工土壤的方法，该方法可显著改善土壤质地，但是仍存在污泥来源受限、有可能造成二次污染以及适用水基钻屑类型有限的问题。
[0010]总体而言，现有技术对水基钻屑的处理方法存在成本高、操作复杂以及受处理剂来源所限等问题，而且，目前上述处理方法往往只重视改善营养性能，而忽视改善水基钻屑本身的质地性能，尤其是土壤阳离子交换量(CEC)和渗透性能均较差的问题。
[0011]土壤阳离子交换量是土壤胶体所能吸附各种阳离子的总量。土壤胶体以其巨大的比表面积和带电性而具有吸附性。CEC的大小，基本上代表了土壤可能保持的养分数量，即保肥性的高低。阳离子交换量是土壤缓冲性能的主要来源，是改良土壤和合理施肥的重要依据。水基钻屑常具有较低的CEC值，保肥性差。
[0012]渗透性是另一个重要的土壤质地特征。水基钻屑往往因含有较多粘性粒子而导致渗透性不能令人满意。渗透性差时，水会因表层粘性过高而难以入渗。一方面，土壤渗透性差，土壤因地表径流而流失的损失量就相应增多；另一方面，入渗性差也不利于降低土壤根层盐分含量。
[0013]综上所述，现有技术仍迄需一种更为有效、经济、适合大规模推广的且能有效改善水基钻屑质地性能的水基钻屑改良方法。

技术实现思路

[0014]本专利技术人在研究中意外发现，采用腐熟秸秆处理，可以有效改善水基钻屑的质地性能和理化性质，促进其向可利用土壤的方向转变。尤其出乎意料的是，本专利技术的方法能够显著改善水基钻屑的CEC(土壤阳离子交换量)和渗透性能。
[0015]基于此发现，在第一方面，本专利技术提供了一种改良水基钻屑的方法，包括以下步骤：
[0016]S1：将待处理的水基钻屑淋洗以降低盐分含量；
[0017]S2：将淋洗过的水基钻屑过2mm筛；
[0018]S3：将腐熟秸秆过2mm筛；和
[0019]S4：将S2步骤得到的经过筛水基钻屑与S3步骤得到的经过筛腐熟秸秆混合，得到改良的水基钻屑的混合物。
[0020]在一个优选的方面，在S4步骤中所述经过筛水基钻屑与所述经过筛腐熟秸秆按照(8
‑
12)：(0.5
‑
1)的质量比进行混合。在一些具体的实施方案中，所述质量比为8:0.5，8:1，9:0.5，9:1，10:0.5，10:1，11:0.5，11:1，12:0.5或12:1。
[0021]在本专利技术的方法中，上述质量比均是指物料干重的质量比。因此，腐熟秸秆的用量是按腐熟后干燥的秸秆计。
[0022]在本专利技术的方法中，优选另外加入土壤处理水基钻屑。所述土壤可以与过筛后的水基钻屑和腐熟秸秆一起混合。更优选地，先将过筛的水基钻屑与腐熟秸秆混合，然后再与添加的经过筛(优选过2mm筛)的土壤混合。
[0023]因此，在一个优选的方面，在本专利技术的改良水基钻屑的方法中，包括在S4步骤后将所述改良的水基钻屑的混合物与土壤进一步混合的步骤，优选地，所述改良的水基钻屑的混合物与土壤的质量比为(8.5
‑
13)：(1
‑
4)。其中所述质量比均是指物料干重的质量比。
[0024]在一个特别优选的方面，本专利技术的待处理的水基钻屑具有以下特征：pH9.3
‑
10.1；电导率450
‑
650μS/cm；全盐量为6
‑
14g/kg；有机质含量为15
‑
25g/kg；全氮为0.50
‑
1.15g/kg；全磷为50
‑
90g/kg；全钾为200
‑
500g/kg；阳离子交换量(CEC)为1.0
‑
3.0cmol/kg。特别优选地，所述水基钻屑取自西北地区；在一个具体的实施方案中，所述水基钻屑取自陕西延长县。
[0025]本专利技术的改良方法中，所用的土壤优选黄绵土。所述黄绵土优选具有以下特征：pH
为7.0
‑
8.0，电导率为90
‑
120μS/cm，全盐量为0.5
‑
1.5g/kg，有机质含量为50
‑
60g/kg，碱解氮为70
‑
95mg/kg，速效磷为7
‑
11.5mg/kg，阳离子交换量CEC为4.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改良水基钻屑的方法，包括以下步骤：S1：将待处理的水基钻屑淋洗以降低盐分含量；S2：将淋洗过的水基钻屑过2mm筛；S3：将腐熟秸秆过2mm筛；和S4：将S2步骤得到的经过筛水基钻屑与S3步骤得到的经过筛腐熟秸秆混合，得到改良的水基钻屑的混合物。2.根据权利要求1所述的改良水基钻屑的方法，其中在S4步骤中所述经过筛水基钻屑与所述经过筛腐熟秸秆按照(8
‑
12)：(0.5
‑
1)的质量比进行混合。3.根据权利要求1或2所述的改良水基钻屑的方法，还包括在S4步骤后将所述改良的水基钻屑的混合物与黄绵土进一步混合的步骤，优选地，所述改良的水基钻屑的混合物与黄绵土的质量比为(8.5
‑
13)：(1
‑
4)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的改良水基钻屑的方法，其中所述待处理的水基钻屑具有以下特征：pH 9.3
‑
10.1；电导率450
‑
650μS/cm；全盐量为6
‑
14g/kg；有机质含量为15
‑
25g/kg；全氮为0.50
‑
1.15g/kg；全磷为50
‑
90g/kg；全钾为200
‑
500g/kg；速效氮为30
‑
65mg/kg；速效磷为12
‑
18mg/kg；阳离子交换量(CEC)为1.0
‑
3.0cmol/kg。5.根据权利要求3至4中任一项所述的改良水基钻屑的方法，其中所述黄绵土具有以下特征：pH为7.0
‑
8.0，电导率为90
‑
120μS/cm，全盐量为0.5
‑
1.5g/kg，有机质含量为50
‑
60g/kg，碱解氮为70
‑
95mg/kg，速效磷为7
‑
11.5mg/kg，阳离子交换量(CEC)为4.0
‑
5.0cmol/kg。6.根据权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：于妍，费存彪，张玉国，叶楠，贾建丽，金梦野，竹涛，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：