重庆市页岩气钻井岩屑资源化利用技术指南

重庆市页岩气钻井岩屑资源化利用技术指南页岩气钻井岩屑是页岩气勘探开发过程中产生的主要固体废弃物，主要来源于钻井过程中钻头破碎地层产生的岩石碎屑与钻井液混合形成的固液混合物。重庆市作为我国页岩气开发重点区域，随着勘探开发规模扩大，岩屑产生量持续增加。若处理不当，不仅占用土地资源，还可能因重金属迁移、有机物渗漏等对土壤、地下水和生态环境造成潜在风险。推进岩屑资源化利用，是落实“无废城市”建设要求、促进页岩气产业绿色低碳发展的重要举措。结合重庆市地质特征、环境条件及产业基础，形成以下技术指南，涵盖岩屑分类、预处理、资源化路径、污染控制及全流程管理等核心环节。一、岩屑分类与特性分析岩屑资源化利用的前提是精准分类，需结合岩屑来源、成分及物理化学特性制定差异化处理方案。（一）按来源分类重庆市页岩气钻井以水平井为主，岩屑可分为水平段岩屑、直井段岩屑和废弃钻井液混相岩屑三类。水平段岩屑因穿越富有机质页岩层，含油率较高（通常0.5%-3%），黏土矿物（伊利石、蒙脱石）含量可达40%-60%，粒径多在0.1-5mm；直井段岩屑来自地表至目的层以上地层，以砂岩、灰岩为主，含油率低（＜0.5%），粒径较大（2-10mm）；废弃钻井液混相岩屑是钻井液与岩屑混合后的产物，含水率高（40%-70%），成分复杂（含聚合物、重晶石、无机盐等添加剂）。（二）按成分特性分类1.无机岩屑：以硅酸盐矿物为主（占比＞80%），重金属（铅、镉、铬）含量低（浸出浓度＜《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》限值），无明显有机污染特征，适用于建筑材料、路基填料等资源化方向。2.有机污染岩屑：含油率＞0.5%或含有机处理剂（如磺化沥青、聚磺类聚合物），需通过热脱附、生物降解等技术降低有机物含量后再利用。3.重金属污染岩屑：因地层背景值或钻井液添加剂（如含铬降滤失剂）导致重金属浸出浓度超标的岩屑，需采用固化/稳定化技术固定重金属后再利用。（三）特性检测要求岩屑入场前需开展全成分分析，检测指标包括：含水率（重量法）、含油率（红外分光光度法）、pH值（玻璃电极法）、重金属（铅、镉、铬、砷、汞，原子吸收光谱法/原子荧光法）、矿物组成（X射线衍射法）、粒径分布（筛分法）。检测频率按每口井每500m井段采样1次，混合岩屑按每批次500t采样1次执行，确保分类准确性。二、岩屑预处理技术预处理是提升资源化效率的关键环节，重点解决岩屑高含水率、成分不均、粒径差异大等问题，主要包括脱水、破碎、分选及有害成分预处理。（一）脱水技术重庆市气候湿润，岩屑初始含水率普遍在50%-70%，需通过机械脱水与化学调理联合工艺降低含水率至20%以下（建筑材料制备要求）或15%以下（土壤改良要求）。1.机械脱水：优先选用板框压滤机（工作压力1.0-1.6MPa）或离心脱水机（转速3000-4000r/min），处理能力5-20t/h。压滤机滤饼含水率可降至25%-30%，离心机可降至20%-25%。2.化学调理：针对细颗粒（＜0.075mm占比＞30%）岩屑，添加聚丙烯酰胺（PAM）作为絮凝剂（投加量50-200g/t），或聚合氯化铝（PAC）作为助凝剂（投加量200-500g/t），可提高脱水效率10%-15%。（二）破碎与分选1.破碎：对粒径＞10mm的岩屑（主要为直井段粗颗粒），采用颚式破碎机（进料粒度≤300mm，出料粒度5-20mm）或锤式破碎机（出料粒度≤5mm），破碎后粒径控制在2-5mm，满足后续制砖、混凝土骨料等工艺要求。2.分选：通过振动筛（筛孔0.5-2mm）分离粗细颗粒，粗颗粒（＞2mm）用于路基填料，细颗粒（＜2mm）用于制砖或土壤改良；对含油岩屑，采用风力分选机分离轻质有机物（如沥青质）与无机岩屑，有机物收集后焚烧处理（热值＞8MJ/kg时可替代燃料）。（三）有害成分预处理1.有机污染处理：含油率＞1%的岩屑采用低温热脱附技术（温度150-300℃，停留时间30-60min），脱附后岩屑含油率降至＜0.3%；含油率0.5%-1%的岩屑可采用生物堆肥法（接种石油烃降解菌，堆体温度30-40℃，翻堆周期3-5天，处理周期60-90天），降解率可达80%以上。2.重金属稳定化：重金属浸出浓度超标的岩屑，添加石灰（5%-10%）、粉煤灰（10%-15%）或生物炭（3%-5%）作为稳定剂，通过吸附、沉淀反应降低重金属迁移性，处理后浸出浓度需满足《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》筛选值要求。三、资源化利用主要路径根据岩屑特性及区域需求，重庆市岩屑资源化可重点拓展建筑材料制备、土壤改良与生态修复、路基填料及能源化利用四大方向。（一）建筑材料制备1.页岩烧结砖：适用于无机岩屑（含油率＜0.5%，黏土矿物＞30%）。原料配比：岩屑40%-60%、黏土20%-30%、煤矸石10%-20%（提供热值）。成型采用真空挤砖机（挤出压力≥2.0MPa），干燥温度100-120℃（干燥至含水率＜6%），烧结温度1000-1100℃（保温2-3h）。产品需满足《烧结页岩砖和砌块》（GB/T2542-2012）要求，抗压强度≥15MPa，抗冻性（-15℃冻融15次）质量损失＜5%。2.混凝土骨料：适用于粒径2-10mm的砂岩、灰岩岩屑（压碎指标＜25%，含泥量＜3%）。替代天然骨料比例≤30%（C30以下混凝土）或≤20%（C30以上混凝土）。需检测岩屑碱活性（采用砂浆棒法），膨胀率＜0.10%时可直接使用，膨胀率0.10%-0.20%时需添加粉煤灰（替代水泥20%-30%）抑制碱骨料反应。（二）土壤改良与生态修复1.耕地土壤改良：针对重庆市丘陵地区酸性土壤（pH＜5.5），选用含钙镁矿物（方解石、白云石）含量＞20%的岩屑（重金属浸出浓度符合《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》），破碎至＜2mm后与有机肥按1:1比例混合，施用量5-10t/亩，可提高土壤pH值0.5-1.0单位，增加钙镁含量100-200mg/kg。2.矿山生态修复：用于废弃矿山边坡绿化基质，岩屑（粒径＜5mm）与泥炭土、保水剂（聚丙烯酸钾）按6:3:1比例混合，基质容重1.2-1.4g/cm³，持水率≥30%。播种狗牙根、黑麦草等草种（播种量20-30g/m²），覆盖无纺布保墒，3个月内植被覆盖率可达80%以上。（三）路基填料适用于含水率＜20%、粒径＜150mm的无机岩屑（硫酸盐含量＜0.25%，有机质含量＜2%）。作为路堤填料时，分层压实（每层厚度20-30cm，压实度≥93%）；作为路床填料时，需破碎至＜50mm，压实度≥95%。需检测CBR值（加州承载比），路床填料CBR≥8%，路堤填料CBR≥5%。（四）能源化利用含油率＞3%的岩屑（热值＞10MJ/kg）可作为辅助燃料，与煤按1:5-1:10比例混合入炉燃烧（锅炉温度≥850℃），需配套布袋除尘器（除尘效率≥99%）和脱硫脱硝装置（SO2排放浓度＜100mg/m³，NOx＜300mg/m³）。燃烧灰渣（占比30%-40%）可作为水泥掺合料（需检测放射性比活度，IRa≤1.0，Ir≤1.3）。四、污染控制技术要求资源化过程中需严格防控二次污染，重点关注粉尘、废气、废水及噪声污染。（一）粉尘控制预处理车间、破碎分选工序需设置密闭罩，配套布袋除尘器（过滤风速0.8-1.2m/min），排放浓度＜10mg/m³（《大气污染物综合排放标准》限值）。运输过程采用密闭罐车或篷布覆盖，装卸时喷淋抑尘（水喷淋量0.5-1.0L/m²）。（二）废气控制热脱附、焚烧等工序产生的废气需经“冷凝+活性炭吸附”处理（有机废气去除率≥90%），或“催化燃烧”处理（温度300-400℃，去除率≥95%）。烧结砖窑废气采用“旋风除尘+湿法脱硫”工艺（除尘效率≥98%，脱硫效率≥80%），排放浓度满足《砖瓦工业大气污染物排放标准》（GB29620-2013）要求（SO2≤300mg/m³，NOx≤200mg/m³）。（三）废水控制脱水压滤液、设备冲洗水经“调节池（停留时间8-12h）+混凝沉淀（PAC投加量200-500mg/L，PAM投加量5-10mg/L）+砂滤”处理，COD≤100mg/L、SS≤70mg/L后，回用于喷淋抑尘或设备冲洗，不外排。（四）噪声控制破碎机、压滤机等设备需安装减震基座（减震效率≥30%），车间墙体采用吸声材料（吸声系数≥0.5），厂界噪声≤65dB（昼间）、55dB（夜间）（《工业企业厂界环境噪声排放标准》2类标准）。五、监测与评估体系建立全流程监测与评估机制，确保资源化利用安全可控、高效可行。（一）过程监测1.入场监测：每批次岩屑检测含水率、含油率、重金属浸出浓度，留存检测报告（保存期≥5年）。2.工艺监测：热脱附设备需实时监测温度、停留时间；压滤机监测滤饼含水率；烧结窑监测窑温、废气排放浓度，数据接入企业环保监控平台。3.产品监测：建材产品每批次检测抗压强度、放射性；土壤改良剂检测重金属浸出浓度、pH值；路基填料检测压实度、CBR值，检测频率按每500t/批次执行。（二）效果评估1.环境效益：计算资源化率（资源化量/岩屑产生总量），目标值≥90%；污染物减排量（与填埋相比，减少COD、重金属排放量）。2.经济效益：核算处理成本（预处理、运输、资源化）与产品收益（建材销售、土地节约费用），目标成本≤200元/t，收益率≥15%。3.社会效益：评估对“无废城市”建设的贡献度，统计就业岗位增加量（每10万t岩屑处理可提供20-30个就业岗位）。六、管理保障措施（一）制度建设依据《固体废物污染环境防治法》《重庆市固体废物污染环境防治条例》，制定《重庆市页岩气钻井岩屑资源化利用技术规范》，明确分类标准、处理工艺、污染控制及监测要求，将岩屑纳入工业固体废物管理信息系统，实现“产生-运输-处理-利用”全链条可追溯。（二）责任划分页岩气开发企业为岩屑管理第一责任人，需落实“谁产生、谁治理”要求，委托有资质的单位处理岩屑（需核查处理单位的营业执照、危险废物经营许可证（若涉及）、污染防治设施验收报告）；生态环境部门负责监督执法，定期开展岩屑产生量、处理量比对（偏差≤5%）；经济信息部门负责推动资源化产品认证（如绿色建材标识），鼓励政府工程优先采购