【摘 要】
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随着页岩气的大规模开发油基钻井液被普遍使用,钻井过程中产生大量的具有难降解、生物毒性等特点的油基钻井液固废（简称OSDC）。目前主要采取“固控分离+油水分离+热解析+水泥回转窑”等方法处理,但受处理效率、经济指标和环保要求的限制,难以达到国家对含油污泥3R（资源化、减量化和无害化）处置的要求。为此,论文从OSDC热处理改性出发,以其作为外掺料配制固井水泥浆,采用XRF、XRD、SEM等测试方法对O
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随着页岩气的大规模开发油基钻井液被普遍使用,钻井过程中产生大量的具有难降解、生物毒性等特点的油基钻井液固废（简称OSDC）。目前主要采取“固控分离+油水分离+热解析+水泥回转窑”等方法处理,但受处理效率、经济指标和环保要求的限制,难以达到国家对含油污泥3R（资源化、减量化和无害化）处置的要求。为此,论文从OSDC热处理改性出发,以其作为外掺料配制固井水泥浆,采用XRF、XRD、SEM等测试方法对OSDC和水泥石微观性能进行分析,通过“等效模拟+力学测试+μCT可视化成像”的综合评价体系对水泥石力学完整性进行表征,同时,开展经济测算和环保评价,研究OSDC在固井水泥浆中资源化利用的前景。论文取得了如下主要研究成果:（1）研究发现OSDC主要矿物成分与水泥矿物成分具有较好地一致性,据此提出OSDC作为外掺料应用于油井水泥浆体系,形成材料来自地层并还原于地层的环保技术思路。（2）开展了不同掺量OSDC对水泥浆、水泥石常规性能和力学性能的影响规律研究,优选出满足行业标准要求的水泥浆配方。考虑水泥浆和水泥石性能、节能以及工艺实现的难易程度,推荐600℃热处理工艺制备固井水泥浆掺料基材。（3）当OSDC掺量35%时水泥浆和水泥石性能良好,提高了钻屑作为外掺料资源化应用比例,突破了传统水泥窑烧制处理OSDC量小（3%～10%）的局限,该发现对促进页岩作为水泥浆外掺料的研究有重要的社会意义和经济价值。（4）对经600℃热处理改性后的OSDC水泥浆在80℃条件下养护,应用XRD、XRF、SEM、TG、EDS等微观分析手段,就固化产物的孔径变化、物相演变、热重变化等微观性能深入研究,揭示了不同加量条件下抗压强度发展和物相演变的微观机理。研究发现,经过600℃、800℃热处理后,OSDC中产生了活性SiO2和Al2O3,其与矿物中K+生成更稳定的钾霞石KAlSiO4,为水泥浆提供了 SiO44-离子,与体系中游离的Ca2+离子在水环境下结合,促进了 C-S-H凝胶的生成,有利于水泥石早期强度的提高。（5）提出采用“μ CT测试技术+力学完整性装置”联合表征水泥环孔隙率、裂纹展布情况的思路,为水泥环力学完整性评价提供“等效模拟+力学测试+可视化成像”相结合的三位一体新型评价手段,测试验证了围压30MPa条件下OSDC水泥石基本能够满足套管内压50.01MPa后续生产要求,建议应用于页岩气井或常规油气井表层套管和技术套管固井。（6）通过经济与环保评价,以四川南部页岩气井WY××井为例,采用“热解析+OSDC水泥浆”资源化处置方式,单井可节约费用128.5万,按照年处理500 口井计算,具有年6.43亿的市场价值空间,且能达到环保要求,具有广阔的市场前景。论文研究成果可为OSDC在固井水泥浆中资源化利用提供理论参考和技术支撑,有利于降低油基泥浆钻井的环保压力和页岩气建井成本,同时也可为含油钻屑、水基钻屑的资源化应用提供有益借鉴,具有重大的现实意义和应用价值。
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