УСТАНОВКА МОБИЛЬНАЯ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЮ БУРОВЫХ ШЛАМОВ
DRILLING MUD PROCESSING AND DECONTAMINATION MOBILE PLANT

Предлагаемое изобретение относится к области нефтяной и нефтедобывающей промышленности, в частности к мобильным установкам по переработке и обезвреживанию буровых шламов и отходов бурения, образующихся в результате производственной деятельности нефтяных и буровых компаний.
Известна установка для переработки бурового шлама (RU, патент 90068, МПК C02F 11/00, опубл. 27.12.2009), содержащая, по меньшей мере, один гидроциклон, двухуровневую емкость для бурового шлама, где уровни связаны друг с другом посредством отверстия в дне верхнего уровня, верхний уровень служит для первичной переработки шлама, а нижний соединен с гидроциклоном через насос.
Известна установка для переработки бурового шлама (RU, патент 54036, МПК C02F 11/14), содержащая бункер, смеситель, загрузочный механизм, предназначенный для одновременной подачи в бункер добавки в виде карбамидного пенопласта и бурового шлама, шнековый смеситель и механизм для выгрузки переработанного бурового шлама.
Вышеуказанные установки не позволяют осуществлять обезвреживание отходов бурения.
Известен комплекс промышленных установок и устройств для переработки нефтесодержащих шламов (RU, патент 81444, МПК В03В 9/06, опубл. 20.03.2009), включающий сборники, баковое оборудование, смесители, дозаторы, насосы, соединенные между собой трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой, при этом комплекс оснащен установкой сбора нефти с поверхности бурового амбара, соединенной со сборником нефтепродуктов, узлом откачки водной фазы, имеющей соединение с обогреваемым сборником воды, выход из которого направлен в гидромонитор для размыва и репульпации буровых шламов непосредственно в буровом амбаре, комплекс также оборудован устройством для внесения с поверхности бурового амбара портландцемента, устройством для перемешивания образующейся смеси, системой приема и размещения на производственной площадке обработанных портландцементом буровых шламов, производственная площадка с отвержденными буровыми шламами имеет технологическую связь с транспортными средствами для доставки отвержденных сыпучих буровых шламов на стационарный передел, имеющий расходно-накопительную емкость, соединенную с бункером-дозатором, направленным в смеситель, к которому подсоединен мерник, соединенный с расходным баком известняковой муки, соединенным с установкой дробления и измельчения природного известнякового камня, выход из смесителя направлен во вращающуюся прокалочную печь, снабженную топкой, соединенную со сборником нефтепродуктов, разгрузочное устройство прокалочной печи соединено через транспортный конвейер с дробильно-размолочным отделением, имеющим накопительную емкость, выход из которой посредством расходно-запорной арматуры образует два потока товарного портландцемента, один из которых направлен в дозирующий бункер, технологически соединенный с устройством для внесения на поверхность нефтяного амбара портландцемента, а другой направлен в фасовочную машину.
Комплекс предназначен сбора нефти с поверхности бурового амбара. Известен комплекс для переработки и обезвреживания буровых нефтесодержащих шламов (RU, патент 93304, МПК В03В 9/06, опубл. 15.12.2009), содержащий устройство забора нефти, соединенное с емкостью для нефти, при этом комплекс дополнительно снабжен устройством забора шлама, состоящим из грунтового насоса с фильтром грубой очистки и насоса гидроразмыва, предназначенного для размыва донного осадка в зоне забора бурового шлама, оба насоса расположены на раме, закрепленной на понтонах и с установленной на ней стрелой с изменяющейся геометрией, на которой крепятся трубопроводы насосов, при этом грунтовый насос соединен с гидроциклоном, один выход которого, предназначенный для выхода воды, соединен трубопроводом с устройством обработки и обратной подачи воды, состоящим из питателя, соединенного с емкостью для воды, один выход которой соединен с размывочным насосом, а второй предназначен для окончательного слива воды, при этом второй выход циклона, предназначенный для выхода грунта, соединен с устройством обработки грунта, состоящим из вибролотка и двух питателей, соединенных со смесителем, при этом один из питателей предназначен для подачи коагулянта, а другой для подачи песка, выход смесителя соединен с приемным бункером.
Недостатком устройства является недостаточно эффективное обезвреживание бурового шлама.
Задачей настоящего изобретения является разработка мобильной более эффективной установки по переработке и обезвреживанию буровых шламов и отходов бурения, позволяющей снизить экологическую нагрузку на окружающую среду.
Разработанная установка мобильная по переработке и обезвреживанию буровых шламов (далее УПОБШ) позволяет в комплексе экологически обезопасить и обезвредить буровой шлам и отходы бурения, образующиеся в результате производственной деятельности нефтяных и буровых компаний. В результате промывки твердой фазы (выбуренной породы) получают отходы 5-го класса опасности, которые могут быть использованы при отсыпке дорог, кустовых площадок, рекультивации и т.п. В результате обезвоживания жидкой фазы с применением реагентов (коагулянтов и флокулянтов) с последующим обессоливанием осветленной воды получают очищенную воду, которая может быть использована для нужд буровой установки либо сброшена в ближайший водный объект. Обезвоженный осадок (кек) и солевой концентрат используют в качестве инертного наполнителя при рекультивации временных шламонакопителей, расположенных на одной промплощадке с буровой установкой.
Технический результат достигается тем, что установка мобильная по переработке и обезвреживанию буровых шламов, включающая блок промывки твердой фазы, оборудованный виброситом, емкость сбора очищенной воды, согласно изобретению, блок промывки твердой фазы содержит пескоотделитель гидроциклонного типа в составе линейного ситогидроциклонного сепаратора, по меньшей мере, одну буферную емкость, причем вибросито и ситогидроциклонный сепаратор оснащены душевыми установками, установленными над сеточными поверхностями, дополнительно установка содержит блок загрузки твердой фазы, оборудованный бункером, соединенным с емкостью сбора очищенной воды и наклонным шнековым конвейером для вывода и транспортировки осажденного шлама из бункера, блок коагуляции жидкой фазы, содержащий паровой теплообменник, соединенный, по меньшей мере, с одной отстойной емкостью, блок обезвоживания осадка, оснащенный центрифугой, емкость сбора фугата, блок термического обессоливания, содержащий обратно-осматический мембранный модуль и выпарной аппарат, блоки соединены между собой трубопроводами, оснащены насосами и задвижками. В верхней части бункера установлена съемная решетка для загрузки и размыва сгустков шлама, при этом над решеткой расположена моющая установка напорного режима с возможностью направления струи на любой участок бункера и сетки. Вибросито и ситогидроциклонный сепаратор имеет сетки с ячеей 0,25 мм и 0,16 мм, соответственно, и оборудованы козырьком для направления отмытого шлама в контейнер для сбора. Душевая установка выполнена в виде брызгал. Буферная и отстойная емкости, оборудованы механическими перемешивателями. Блок коагуляции жидкой фазы содержит винтовой дозировочный насос, а блок обезвоживания осадка снабжен винтовым насосом с заборным патрубком. Блок термического обессоливания дополнительно содержит механический фильтр.
Буровой шлам принадлежит к IV классу опасности для окружающей природной среды (согласно Критериям отнесения отходов к классу опасности для окружающей природной среды, утвержденным приказом МПР России от 15.06.2001 №511).
Компонентный состав твердой фазы отходов бурения представлен в таблице 1.
Таблица 1
№ п/п
Наименование компонента
Содержание компонентов, %
1
Оксид кремния
50,5
2
Оксид алюминия
39
3
Оксид железа
1,0
4
Вода
6,9
5
Калия хлорид
1,0
6
Ксантановая смола
0,1
7
Целлюлоза
1,0
8
Каустическая сода
0,2
9
Полиакрилат натрия
0,3
ИТОГО:
100,00
Жидкая фаза отходов бурения, которая представляет собой слабо- и среднеминерализованный раствор со следующими основными показателями:
Таблица 2
№№ п/п
Наименование показателя
Ед. изм.
Количество
1
Содержание хлоридов
тыс. мг/дм<sup>3</sup>
8-22
2
Плотность при 20°С
г/см<sup>3</sup>
1,10-1,14
3
Водородный показатель pH
Ед.
8-12
4
КВЧ
мг/дм<sup>3</sup>
200-300
На чертеже 1 представлена технологическая схема УПОБШ.
В состав оборудования УПОБШ входит несколько взаимосвязанных между собой технологических блоков.
Блок загрузки твердой фазы.
Блок промывки твердой фазы.
Блок коагуляции жидкой фазы.
Первая отстойная емкость, снабженная перемешивателем механическим ПМ - 2 шт.
3
Вторая отстойная емкость, 40 м.
Блок обезвоживания осадка.
3
Емкость сбора фугата, 40 м.
Блок термического обессоливания.
3
Емкость сбора очищенной воды, 40 м.
Блок загрузки твердой фазы включает бункер 1, соединенный посредством трубопровода с емкостью сбора очищенной воды 17. В верхней части бункера 1 установлена съемная решетка (не показано) для загрузки и размыва сгустков шлама. Над решеткой расположена моющая установка напорного режима с возможностью направления струи на любой участок бункера и сетки, например брандспойт. Для вывода и транспортировки осажденного шлама из бункера 1 блок загрузки содержит наклонный шнековый конвейер 2 (КШ).
Блок промывки твердой фазы 2 включает:
- вибросито 3 (ВС-1) с ячеей 0,25 мм, оборудованное козырьком (не показано) для направления отмытого шлама в контейнер для сбора;
- пескоотделитель 4 гидроциклонного типа ПГ в составе линейного ситогидроциклонного сепаратора (вибросита) 5 (ВС-2), имеющего сетку с ячеей 0,16 мм, оборудованного козырьком (не показано) для направления отмытого шлама в контейнер для сбора;
- буферные емкости 6 (БЕ-1) и 7 (БЕ-2), объемом 20 м, оборудованные механическими перемешивателями 8 (ПМ);
- одну или несколько секционных душевых установок 9, которые установлены над сеточной поверхностью вибросита 3 (ВС-1) и 5 (ВС-2), например в виде брызгал (Бр);
- насос НЦ-1 для подачи промывной воды в пескоотделитель 4;
- насосы НЦ-5 и задвижки для подачи и регулировки моющего раствора на установки 9;
- насос НЦ-2 для подачи жидкости в блок коагуляции.
Блок коагуляции жидкой фазы включает:
- центробежный насос НЦ-3, снабженный всасывающим патрубком для подачи жидкой фазы бурового шлама в блок коагуляции;
- паровой теплообменник 10 (ТО);
- винтовой дозировочный насос НВ-1;
- задвижки для регулировки скоростного потока смешиваемых жидкостей.
Первая 11 и вторая 12 отстойная емкости снабжены перемешивателями механическими 8 (ПМ).
Блок обезвоживания осадка включает:
- винтовой насос НВ-2 с заборным патрубком;
- центрифугу 13 (ЦФ);
- регулировочные задвижки.
Емкость сбора фугата снабжена центробежным насосом НЦ-4 для подачи очищенной воды в блок термического обессоливания.
Блок термического обессоливания включает:
- обратно-осматический мембранный модуль 14 (MM);
- выпарной аппарат 15 (ВА);
- механический фильтр 16 (МФ).
Емкость сбора очищенной воды 17 снабжена центробежным насосом НЦ-5.
Установка работает следующим образом.
На действующей буровой происходит сброс жидкой фазы отходов бурения в специальные герметичные стальные емкости, откуда они закачиваются вакуумными агрегатами на автомобильном шасси в автоцистерны и транспортируются на установку УПОБШ. Сброс твердой фазы отходов бурения осуществляется в специальные стальные полукороба, откуда они при помощи автопогрузчика транспортируются на установку УПОБШ. Техника, применяемая для транспортировки отходов бурения, должна иметь герметичную запорную арматуру на цистернах, чтобы не допускать утечки буровых отходов.
3
3
Твердая фаза отходов бурения - буровой шлам (далее по тексту шлам), порциями объемом до 1,5 м при помощи фронтального погрузчика подаются на решетку с размером ячеи 50×50 мм бункера 1 блока загрузки. Промывка грунта производится осветленной и обессоленной водой из емкости объемом 40 м сбора очищенной воды 17. Насосом НЦ-5 вода подается на блок загрузки, где оператор при помощи брандспойта размывает порцию шлама, лежащую на решетке блока загрузки. Подача раствора регулируется задвижкой.
Размытый шлам сквозь ячеи решетки попадает в бункер 1, откуда наклонным шнековым конвейером 2 (КШ) подается в блок промывки на вибросито 3 (ВС-1) с ячеей 0,25 мм. Производительность шнекового конвейера 2 регулируется четырехступенчатой коробкой передач на приводной станции. Проходящий по поверхности сеток вибросита 3 (ВС-1) шлам промывается очищенной водой через два ряда брызгал 9 (Бр). Подача моющего раствора на брызгала 9 осуществляется насосом НЦ-5 и регулируется задвижками.
3
Промывная вода, содержащая взвешенные частицы шлама фракцией до 0,25 мм, прошедшая через сетку вибросита 3 (ВС-1), попадает в буферную емкость 6 (БЕ-1) объемом 20 м блока промывки. Буферная емкость 6 для исключения оседания взвешенных частиц оборудована механическим перемешивателем 8 (ПМ). Из буферной емкости 6 (БЕ-1) промывная вода насосом НЦ-1 подается в пескоотделитель 4 гидроциклонного типа ПГ в составе линейного ситогидроциклонного сепаратора 5 (ВС-2), имеющего сетку с ячеей 0,16 мм.
Проходящий по поверхности сеток вибросита 5 (ВС-2) шлам дополнительно промывается очищенной водой через один ряд брызгал 9 (Бр). Подача моющего раствора на брызгала 9 осуществляется насосом НЦ-5 и регулируется задвижкой.
Отделенный на виброситах 3 (ВС-1) и 5 (ВС-2) промытый шлам (выбуренная порода 5-го класса опасности) сбрасывается в короба, расположенные под виброситами, и по мере их наполнения, при помощи фронтального погрузчика вывозится на площадку, предусмотренную для его промежуточного складирования.
3
Промывная вода, содержащая взвешенные частицы шлама фракцией 0-0,16 мм, прошедшая через сетку вибросита 5 (ВС-2), поступает в буферную емкость 7 (БЕ-2), объемом 20 м. Буферная емкость 7 для исключения оседания взвешенных частиц оборудована механическим перемешивателем 8 (ПМ).
Из буферной емкости 7 (БЕ-2) промывная вода насосом НЦ-2 подается в блок коагуляции.
Жидкая фаза бурового шлама (далее ЖБШ), доставленная на установку, насосом центробежным НЦ-3 блока коагуляции скачивается через сливной патрубок цистерны вакуумной машины при помощи напорно-всасывающего рукава, соединенного с всасывающим патрубком насоса. С буровой, на площадке которой размещается установка, также возможна прокладка трубопровода до всасывающего патрубка насоса центробежного НЦ-3.
ЖБШ насосом центробежным НЦ-3 или промывная вода из буферной емкости 7 (БЕ-2) блока промывки насосом центробежным НЦ-2, через паровой теплообменник 10 (ТО) подается в одну из отстойных емкостей 11 или 12 установки. При прохождении через теплообменник 10 происходит нагрев жидкости до температуры 15-20°С.
Выработка водяного пара осуществляется при помощи серийно выпускаемого парогенератора или передвижной промысловой паровой установки на автомобильном шасси типа ППУА.
2
4
3
3
Одновременно с подачей ЖБШ или промывных вод в выкидную линию теплообменника 10 винтовым дозировочным насосом НВ-1 подается 20%-ный раствор коагулянта (сульфата алюминия Аl(SO)) в количестве от 1 до 3 кг на 1 м ЖБШ.
При этом происходит смешение раствора коагулянта с ЖБШ и промывными водами. Подача раствора коагулянта (производительность НВ-1) и подача ЖБШ (производительность НЦ-2 или НЦ-3) должны быть согласованы таким образом, чтобы расчетное количество раствора коагулянта было равномерно распределено на весь объем ЖБШ. Подача винтового насоса регулируется при помощи вращения маховика на вариаторе по показаниям стрелки гравитационного датчика. Подача насосов НЦ-2 или НЦ-3 регулируется при помощи задвижки на напорном трубопроводе.
После наполнения емкости 11 и/или 12 при поддержании температуры 20°С в течение не менее двух часов происходит процесс коагуляции взвешенных частиц, в результате которого они оседают на дно емкости.
С помощью пробоотборника определяется высота слоя осадка в емкости 11 и/или 12. Заборный патрубок всасывающего рукава насоса винтового (НВ-2) блока обезвоживания устанавливается на высоте, равной двум высотам донного осадка. Осветленная вода из емкости 11 и/или 12 насосом (НВ-2) перекачивается в емкость сбора фугата 18.
После перекачки осветленной воды, для снижения удельного веса оставшегося в емкости 11 и/или 12 осадка перед подачей в центрифугу 13, осадок при помощи перемешивателей механических 8 смешивается с оставшимся объемом осветленной воды.
Взвешенный осадок из емкости 11 и/или 12 винтовым насосом (НВ-2) подается в двухфазную горизонтальную осадительную центрифугу 13 (декантер) (ЦФ), где происходит обезвоживание осадка. Подача раствора регулируется при помощи механического вариатора винтового насоса.
Отделившийся в центрифуге 13 обезвоженный осадок выводятся в расположенный под блоком контейнер (не показано), а очищенная от взвешенных частиц вода поступает в емкость сбора фугата 18.
По мере наполнения контейнера для сбора обезвоженного осадка его содержимое вывозится и выгружается во временный шламонакопитель при буровой установке для последующей литификации.
Из емкости сбора фугата 18 очищенная от взвешенных частиц вода насосом НЦ-4 через механический фильтр 16 подается в блок термического обессоливания.
В блоке термического обессоливания происходит двухстадийная очистка осветленной воды:
- глубокая очистка и обессоливание осветленной воды методом обратного осмоса на обратно-осмотическом мембранном модуле 14 (MM);
- выпаривание концентрата обратного осмоса в 3-ступенчатом выпарном аппарате 15 (ВА).
Солевой концентрат из блока термического обессоливания направляются во временный шламонакопитель при буровой установке для последующей литификации.
Обессоленная вода из блока термического обессоливания подается в емкость сбора очищенной воды 17, откуда насосом НЦ-3 может подаваться для повторного использования на буровую установку либо сбрасываться в ближайший водный объект (ручей, реку) в соответствии с Проектом нормативов допустимых сбросов.
В результате промывки твердой фазы отходов бурения, имеющей 4-й класс опасности для окружающей среды, получается выбуренная порода, имеющая 5-й класс опасности (согласно Критериям отнесения отходов к классу опасности для окружающей природной среды, утвержденным приказом МПР России от 15.06.2001 №511), которая может использоваться при отсыпке дорог, кустовых площадок, рекультивации и т.п.
Обезвоженный осадок (кек) и солевой концентрат, имеющие 3-й класс опасности для окружающей среды, используются в качестве инертного наполнителя при рекультивации временных шламонакопителей, расположенных на одной промплощадке с буровой установкой. При этом обезвреживание твердой фазы (обработка отверждающими составами) происходит непосредственно на рекультивируемой площади, т.е. в самом временном котловане в теплое время года.
Вода может быть использована для нужд буровой установки либо сброшена ближайший водный объект.