КОМПОЗИЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ
COMPOSITE BUILDING MATERIAL

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к области охраны окружающей среды при разработке нефтяных и газовых месторождений и предназначено в качестве строительного материала с повышенной прочностью и устойчивостью к ветровой и водяной эрозии для укрепления песчаных откосов технологических объектов (автодорог, факельных хозяйств, оснований кустов нефтегазодобывающих скважин и пр.), а также для замещения минеральных грунтов (песка), использующихся при отсыпке оснований технологических объектов (автодорог, факельных хозяйств, оснований кустов нефтегазодобывающих скважин и пр.)
Известна смесь для получения строительного материала, содержащая буровой шлам, песок, торф, негашеную известь, цемент (Патент РФ №2439018, C04B 28/00, B09B 3/00, C04B 111/20, опубл. 10.01.2012 г.).
Недостатком указанного выше технического решения является отсутствие в составе приготавливаемой смеси эффективных нефтесорбирующих и нефтенейтрализующих компонентов, наличие торфа недостаточно для эффективной нейтрализации токсичных компонентов бурового шлама.
Наиболее близким является композиционный строительный материал, который выполнен из композиции, включающей буровой отход, песок, цемент, негашеную известь, торф. (Патент РФ №2408626, C08L 61/00, C04B 28/04, C04B 16/08, C04B 18/04, E01C 3/04, опубл. 10.01.2011 г.).
Недостатком указанного композиционного материала является отсутствие в составе приготавливаемой смеси эффективных нефтесорбирующих и нефтенейтрализующих компонентов, наличие торфа недостаточно для эффективной нейтрализации токсичных компонентов бурового отхода.
Предлагаемый композиционный строительный материал позволяет исключить, указанные выше недостатки, а также повысить степень защиты окружающей среды при использовании композиционных материалов, полученных на основе отходов бурения, получить экологически безопасный строительный материал с повышенной прочностью и устойчивостью к ветровой и водяной эрозии, связывающий в своей структуре загрязняющие вещества, исключающий их миграцию в окружающую природную среду и укрепляющий откосы автодорог, песчаные обваловки технологических площадок (площадок кустов скважин и т.п.), например, от размыва во время проливных дождей и паводков, укрепляющий строительные площадки, в том числе и с неоднородным, и неустойчивым составом грунта; сократить использование гидронамывного и сухоройного песка, что снизит негативное техногенное воздействие на ландшафты при освоении месторождений углеводородного сырья, для этого Композиционный строительный материал включает буровой отход, цемент в количестве от 10 до 20% от объема бурового отхода, углерод технический от 0,5 до 1% от объема бурового отхода, негашеную известь в количестве от 3 до 5% от объема бурового отхода, торф в количестве от 5 до 10% от объема бурового отхода, песок в количестве от 10 до 30% от объема бурового отхода, при этом дополнительно содержит буровой раствор на углеводородной основе отработанный или неиспользованный с содержанием углеводородов в количестве от 10 до 5 0% от объема бурового отхода.
Буровые отходы включают в себя буровые шламы, буровые сточные воды и т.д.
3
3
Буровые шламы в большинстве своем содержат нефть и нефтепродукты не более 7%, твердую фазу 40-65% и воду. Твердая фаза содержит частицы размером до 500 мкм и имеет плотность от 1, 3 до 1,6 т/м, включает в себя продукты выбуренной породы забоя и стенок скважины, механические примеси в виде продуктов истирания бурового оборудования и обсадных труб, глинистые минералы, отработанный буровой раствор и другое. Например, на 1 м буровых отходов приходится 68 кг загрязняющей органики, не считая нефти и нефтепродуктов и загрязнителей минеральной природы. По данным экспертов при бурении скважины глубиной 2600 метров в амбаре содержится около 65% воды, 30% бурового шлама (выбуренной породы), 5,5% нефти, 0,5% бентонита и 0,5% различных присадок, обеспечивающих оптимальную работу буровой установки.
Буровые сточные воды содержат растворенные химические реагенты, нефть и нефтепродукты 600 мг/л, барит 2 кг и механические примеси 600 мг/л.
Используют дополнительно буровые растворы на углеводородной основе отработанные или неиспользованные.
Углерод технический (сажа) представляет собой промышленные отходы, которые с одной стороны, в данном техническом решении утилизируются и с другой стороны обладают сорбирующими свойствами аналогичными сорбирующим свойствам углю активированному.
Углерод технический (сажа) является продуктом неполного сгорания или, термического разложения самых различных углеродсодержащих веществ (по ГОСТ 7885-86) и представляет собой углерод (более 90%) в чрезвычайно дисперсной форме.
Известь негашеная выпускается промышленностью, например, по ГОСТ 4.204-79, и представляет собой порошковидный продукт тонкого измельчения комовой извести, кроме этого негашеная известь способствует образованию хилатных соединений и ее используют для ускорения сроков схватывания смеси.
Цемент используют в качестве отвердителя смеси и представляет собой, например, портландцемент М400 по ГОСТ 4.204-79, выпускается промышленностью, который позволяет использовать его в интервале температур от -30°C до +40°C и приводит к загустению смеси, связыванию компонентов буровых отходов.
Песок используют в качестве минерального наполнителя смеси с размером частиц от 2,7 мм до 3,1 мм.
Торф имеет кислотную характеристику показателя pH, а отходы буровых производств, имеют щелочную среду. Таким образом, торф нейтрализуют щелочную среду бурового отхода. Кроме того, торф содержит углеводородокисляющие микроорганизмы, повышающие эффективность биологической утилизации нефтяных углеводородов, которые способствуют разложению углеводородов нефти и связыванию тяжелых металлов в малоподвижные соединения, например хилатные, и наличие торфа в заданных пределах позволяет сократить использование гидронамывного и сухоройного песка. Торф согласно ТУ0391-001-02069355-2004.
Использование в предлагаемом композиционном строительном материале торфа и углерода технического позволяет использовать как доступный сорбент, который сопбирует подвижные загрязнения в буровом отходе, такие как нефтепродукты, тяжелые металлы, соли, препятствуя тем самым их миграции в почву, и за счет этого улучшается вязкость и качество получаемого материала, кроме этого позволяет дополнительно рекультивировать нефтезагрязненные земли, карьеры и выемки и использовать композиционный строительный материал в качестве почвогрунта для выращивания в нем растительности.
Композиционный строительный материал готовят следующим образом.
Буровой отход берут в расчетном количестве и засыпают в емкость.
После этого засыпают в емкость углерод технический в количестве от 0,5 до 1% от объема бурового.отхода и негашеную известь в количестве от 3 до 5% от объема бурового отхода и все перемешивают смесителем в течение 5-15 минут.
После чего в емкость добавляют торф в количестве от 5 до 10% от объема бурового отхода, цемент в количестве от 10 до 20% от объема бурового отхода и песок в количестве от 10 до 30% от объема бурового отхода все ингредиенты перемешивают смешивающим устройством в течение 5-15 минут.
Затем дополнительно вводят буровой раствор на углеводородной основе отработанный или неиспользованный с содержанием углеводородов в количестве от 10 до 50% от объема бурового отхода.
Полученный композиционный строительный материал вывозят на транспортном средстве, например, самосвале, на объекты, например, обваловку факельного хозяйства, откосы дорог, буровых и внутри промысловых площадок, обваловки оснований площадок скважин, строительные площадки, и разравнивают его известным транспортным средством, например, экскаватором.
Протоколы испытаний полученного материала показали, что полученный композиционный строительный материал имеет повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водяной эрозии, экологически безопасный с повышенными показателями, при этом предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов соответствуют 3-му классу, повышается до 1,3 МПа; предел прочности, при изгибе водонасыщенных образцов повышается до 0,5 МПа; деформативность снижается до 0,5%; морозостойкость составляет не менее 75 циклов.
Полученный композиционный строительный материал обеспечивает повышение степени защиты окружающей среды за счет связывания (капсулизации и сорбции) токсических веществ буровых отходов за счет торфа и углерода, что подтверждается снижением смертности гидробионтов (дафний) в водной вытяжке из проб полученного материала при биотестировании, проведенного по методике в соответствии с приказом МНР РФ от 15.06.2001 №511 показало снижение класса опасности отхода с 3-го до 4-го и с 4-го до 5-го.
Процессы перемешивание, осуществляли известными средствами, различными смесительными установками, например, с помощью экскаватора, за счет движения ковша в продольном или поперечном направлениях. Перемешивание осуществляют до получения гомогенной густой массы. При этом тщательно размалывают сгустки и куски бурового отхода.
Продолжительность процесса перемешивания одного замеса составляет 5-15 минут.
Укладку композиционного строительного материала на объектах осуществляют известной дорожно-строительной техникой, землеройно-транспортными машинами-экскаваторами, автосамосвалами, погрузчиками, бульдозерами, автогрейдерами, фрезами, катками.
Как показали эксперименты, проведенные в ходе выполнения работ на Еты-Пуровском месторождении нефти, полученный материал позволил осуществить рекультивацию загрязненных нефтью земель.
Предлагаемое техническое решения можно проиллюстрировать следующими примерами.
Пример 1.
3
В емкость засыпают буровые отходы, содержащие твердую фазу 50% в виде бурового шлама с размером частиц до 500 мкм и плотностью от 1,3 до 1,6 т/м, нефть, и нефтепродукты 6%, и воду в количестве 600 кг, сажу в количестве 1% от объема бурового отхода, негашеную известь в количестве 5% от объема бурового отхода. Все перемешивают смесителем в течение 10 минут.
После этого в емкость добавляют торф в количестве 10% от объема бурового отхода, портландцемент М400 в количестве 20% от объема бурового отхода и песок в количестве 30% от объема бурового отхода все ингредиенты перемешивают смешивающим устройством в течение 15 минут.
Затем дополнительно вводят буровой раствор на углеводородной основе отработанный или неиспользованный с содержанием углеводородов в количестве 10% от объема бурового отхода.
Полученный композиционный строительный материал вывозят на самосвале на обваловку факельного хозяйства и разравнивают экскаватором.
Через 3 дня на поверхности песчаной обваловки факела образовалась твердая корка, препятствующая разрушению песчаной обваловки факела и имеющая повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водяной эрозии.
Полученный материал экологически безопасный с повышенными показателями:
- предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов соответствуют 3-му классу и равен 1,1 МПа;
- предел прочности при изгибе водонасыщенных образцов равен 0,45 МПа;
- деформативность равна 0,5%;
- морозостойкость составляет 75 циклов.
- снижение класса опасности отхода.
Пример 2.
3
В емкость засыпают буровые отходы, содержащие твердую фазу 45% в виде бурового шлама с размером частиц до 500 мкм и плотностью от 1,3 до 1,6 т/м, нефть, и нефтепродукты 7%, и воду в количестве 600 кг, сажу в количестве 0,5% от объема бурового отхода и негашеную известь в количестве 3% от объема бурового отхода. Все перемешивают известным смешивающим устройством в течение 7 минут.
После смешивания в емкость добавляют торф в количестве 5% от объема бурового отхода, песок в количестве 10% от объема бурового отхода и портландцемент М400 в количестве 10% от объема бурового отхода, все это перемешивают смешивающим устройством в течение 12 минут.
Полученный композиционный строительный материал вывозят на самосвале на обваловку факельного хозяйства и разравнивают экскаватором.
Через 2 дня на поверхности песчаной обваловки факела образовалась твердая корка, препятствующая разрушению песчаной обваловки факела и имеющая повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водяной эрозии.
Полученный материал экологически безопасный с повышенными показателями:
- предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов соответствуют 3-му классу, равен 1,2 МПа;
- предел прочности при изгибе водонасыщенных образцов равен 0,4 МПа;
- деформативность равен 0,44%;
- морозостойкость составляет 80 циклов.
Полученный композиционный строительный материал обеспечивает повышение степени защиты окружающей среды, что подтверждает снижение класса опасности.
Пример 3.
3
В емкость засыпают буровые отходы, содержащие твердую фазу 60% в виде бурового шлама с размером частиц до 500 мкм и плотностью от 1,3 до 1,6 т/м, нефть, и нефтепродукты. 6,5%, и воду в количестве 600 кг, сажу в количестве 0,75% от объема бурового отхода, негашеную известь в количестве 4% от объема бурового отхода. Все перемешивают известным смешивающим устройством в течение 5 минут.
После смешивания в емкость добавляют торф в количестве 7,5% от объема бурового отхода, песок в количестве 20% от объема бурового отхода и портландцемент М 400 в количестве 15% от объема бурового отхода, все это перемешивают смешивающим устройством в течение 10 минут.
Полученный композиционный строительный материал вывозят на самосвале на обваловку автодороги, покрытой дорожными плитами на песчаной подушке и разравнивают экскаватором.
Через 3 дня на поверхности песчаного откоса автодороги образовалась твердая корка, препятствующая разрушению песчаного откоса водно-эрозионными процессами и имеющая повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водяной эрозии.
Полученный материал экологически безопасный с повышенными показателями:
- предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов соответствуют 3-му классу, равен 1,3 МПа;
- предел прочности при изгибе водонасыщенных образцов равен 0,4 МПа;
- деформанивность равна 0,3%;
- морозостойкость составляет 79 циклов.
Полученный композиционный строительный материал обеспечивает повышение степени защиты окружающей среды, что подтверждает снижение класса опасности отхода.
Пример 4.
Емкость заполняют буровыми отходами в виде буровых сточных вод, содержащих растворенные химические реагенты, нефть и нефтепродукты 600 мг/л, барит 2 кг и механические примеси 600 мг/л в количестве 500 кг, сажу в количестве 1% от объема буровых сточных вод, негашеную известь в количестве 5% от объема буровых сточных вод и все перемешивают смесителем в течение 10 минут.
После этого в емкость добавляют торф в количестве 10% от объема буровых сточных вод, портландцемент М 400 в количестве 20% от объема буровых сточных вод и песок в количестве 30% от объема буровых сточных вод. Все ингредиенты перемешивают смешивающим устройством в течение 12 минут.
Затем дополнительно вврдят буровой раствор на углеводородной основе отработанный или неиспользованный с содержанием углеводородов в количестве 10% от объема буровых сточных вод.
Полученный композиционный строительный материал вывозят на самосвале на откосы дороги и разравнивают экскаватором.
Через 3 дня на поверхности откосов дорог образовалась твердая корка, препятствующая разрушению откосов дорог и имеющая повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водяной эрозии.
Полученный материал экологически безопасный с повышенными показателями:
- предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов соответствуют 3-му классу, равен 1,14 МПа;
- предел прочности при изгибе водонасыщенных образцов равен 0,35 МПа;
- деформативность равна 0,35%;
- морозостойкость составляет 82 цикла.
Полученный композиционный строительный материал обеспечивает повышение степени защиты окружающей среды, что подтверждает снижение класса опасности отхода.
Пример 5.
Емкость заполняют буровыми отходами в виде буровых сточных вод, содержащих растворенные химические реагенты, нефть и нефтепродукты 600 мг/л, барит 2 кг и механические примеси 600 мг/л в количестве 500 кг, сажу в количестве 0,5% от объема буровых сточных вод и негашеную известь в количестве 3% от объема буровых сточных вод и перемешивают известным смешивающим устройством в течение 7 минут.
После смешивания в емкость добавляют торф в количестве 5% от объема буровых сточных вод, песок в количестве 10% от объема буровых сточных вод и портландцемент М400 в количестве 10% от объема буровых сточных вод, все это перемешивают смешивающим устройством смешивающим устройством в течение 12 минут.
Полученный композиционный строительный материал вывозят на самосвале на обваловку основания площадки скважины и разравнивают экскаватором.
Через 2 дня на поверхности обваловки основания площадки скважины образовалась твердая корка, препятствующая разрушению обваловки основания площадки скважины и имеющая повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водяной эрозии.
Полученный материал экологически безопасный с повышенными показателями:
- предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов соответствуют 3-му классу, равен 1,3 МПа;
- предел прочности при изгибе водонасыщенных образцов равен 0,5 МПа;
- деформативность равен 0,42%;
- морозостойкость составляет 90 циклов.
Полученный композиционный строительный материал обеспечивает повышение степени защиты окружающей среды, что подтверждает снижение класса опасности отхода.
Пример 6.
Емкость заполняют буровыми отходами в виде буровых сточных вод, содержащих растворенные химические реагенты, нефть и нефтепродукты 600 мг/л, барит 2 кг и механические примеси 600 мг/л в количестве 500 кг, сажу в количестве 0,75% от объема буровых сточных вод, негашеную известь в количестве 4% от объема буровых сточных вод и перемешивают известным смешивающим устройством в течение 5 минут.
После смешивания в емкость добавляют торф в количестве 7,5% от объема буровых сточных вод, песок в количестве 20% от объема буровых сточных вод и портландцемент М 400 в количестве 15% от объема буровых сточных вод, все это перемешивают смешивающим устройством в течение 10 минут.
Полученный композиционный строительный материал вывозят на самосвале на откосы автодороги, покрытой дорожными плитами на песчаной подушке и разравнивают экскаватором.
Через 3 дня на поверхности песчаного откоса автодороги образовалась твердая корка, препятствующая разрушению песчаного откоса водно-эрозионными процессами и имеющая повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водяной эрозии.
Полученный материал экологически безопасный с повышенными показателями:
- предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов соответствуют 3-му классу, равен 1,13 МПа;
- предел прочности при изгибе водонасыщенных образцов равен 0,41 МПа;
- деформативность равна 0,39%;
- морозостойкость составляет 85 циклов.
Полученный композиционный строительный материал обеспечивает повышение степени защиты окружающей среды, что подтверждает снижение класса опасности отхода.
Пример 7.
3
В емкость засыпают буровые отходы в виде бурового шлама, содержащего твердую фазу 50% с размером частиц до 500 мкм и плотностью от 1,3 до 1,6 т/м, и буровых сточных вод, содержащих растворенные химические реагенты, нефть и нефтепродукты 600 мг/л, барит 2 кг и механические примеси 600 мг/л в количестве 600 кг, сажу в количестве 1% от объема бурового отхода, негашеную известь в количестве 5% от объема бурового отхода. Все перемешивают смесителем в течение 10 минут.
После этого в емкость добавляют торф в количестве 10% от объема бурового отхода, портландцемент М400 в количестве 20% от объема бурового отхода и песок в количестве 30% от объема бурового отхода все ингредиенты перемешивают смешивающим устройством в течение 12 минут.
Затем дополнительно вводят буровой раствор на углеводородной основе отработанный или неиспользованный с содержанием углеводородов в количестве 10% от объема бурового отхода.
Полученный композиционный строительный материал вывозят на самосвале на строительную площадку и разравнивают экскаватором.
Через 3 дня на поверхности строительной площадки образовалась твердая корка, препятствующая разрушению поверхности строительной площадки и имеющая повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водяной эрозии.
Полученный материал экологически безопасный с повышенными показателями:
- предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов соответствуют 3-му классу, равен 1,3 МПа;
-
предел прочности при изгибе водонасыщенных образцов равен 0,5 МПа;
- деформативность равна 0,42%;
- морозостойкость составляет 95 циклов.
Полученный композиционный строительный материал обеспечивает повышение степени защиты окружающей среды, что подтверждает снижение класса опасности отхода.
Пример 8.
3
В емкость засыпают буровые отходы в виде бурового шлама, содержащего твердую фазу 45% с размером частиц до 500 мкм и плотностью от 1,3 до 1,6 т/м, и буровых сточных вод, содержащих растворенные химические реагенты, нефть и нефтепродукты 600 мг/л, барит 2 кг и механические примеси 600 мг/л в количестве 600 кг, сажу в количестве 0,5% от объема бурового отхода и негашеную известь в количестве 3% от объема бурового отхода и перемешивают известным смешивающим устройством в течение 7 минут.
После смешивания в емкость добавляют торф в количестве 5% от объема бурового отхода, песок в количестве 10% от объема бурового отхода и портландцемент М400 в количестве 10% от объема бурового отхода, все это перемешивают смешивающим устройством смешивающим устройством в течение 12 минут.
Полученный композиционный строительный материал вывозят на самосвале на откосы внутри промысловой площадки и разравнивают экскаватором.
Через 2 дня на поверхности откосов внутри промысловой площадки образовалась твердая корка, препятствующая разрушению поверхности откосов внутри промысловой площадки и имеющая повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водяной эрозии.
Полученный материал экологически безопасный с повышенными показателями:
- предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов соответствуют 3-му классу, равен 1,23 МПа;
- предел прочности при изгибе водонасыщенных образцов равен 0,33 МПа;
- деформативность равна 0,39%;
- морозостойкость составляет 89 циклов.
Полученный композиционный строительный материал обеспечивает повышение степени защиты окружающей среды, что подтверждает снижение класса опасности отхода.
Пример 9.
3
В емкость засыпают буровые отходы в виде бурового шлама, содержащего твердую фазу 65% с размером частиц до 500 мкм и плотностью от 1,3 до 1,6 т/м, и буровых сточных вод, содержащих растворенные химические реагенты, нефть и нефтепродукты 600 мг/л, барит 2 кг и механические примеси 600 мг/л в количестве 600 кг, сажу в количестве 0,75% от объема бурового отхода, негашеную известь в количестве 4% от объема бурового отхода и перемешивают известным смешивающим устройством в течение 5 минут.
После смешивания в емкость добавляют торф в количестве 7,5% от объема бурового отхода, песок в количестве 20% от объема бурового отхода и портландцемент М 400 в количестве 15% от объема бурового отхода, все это перемешивают смешивающим устройством в течение 10 минут.
Полученный композиционный строительный материал вывозят на самосвале на обваловку автодороги, покрытой дорожными плитами на песчаной подушке, и разравнивают экскаватором.
Через 3 дня на поверхности обваловки автодороги, покрытой дорожными плитами на песчаной подушке образовалась твердая корка, препятствующая разрушению поверхности обваловки автодороги, покрытой дорожными плитами на песчаной подушке, водно-эрозионными процессами и имеющая повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водяной эрозии.
Полученный материал экологически безопасный с повышенными показателями:
- предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов соответствуют 3-му классу, равен 1,09 МПа;
- предел прочности при изгибе водонасыщенных образцов равен 0,48 МПа;
- деформативность равна 0,46%;
- морозостойкость составляет 76 циклов.
Полученный композиционный строительный материал обеспечивает повышение степени защиты окружающей среды, что подтверждает снижение класса опасности отхода.
Для приготовления композиционного строительного материала, его транспортировки, укладки и т.п.используют известные транспортные средства и оборудование.
В процессе эксплуатации экологически безопасного композиционного строительного материала отсутствовала миграция загрязняющих веществ из него в почву за счет эффективной нейтрализации токсичных компонентов бурового отхода, что позволило повысить степень защиты окружающей среды.
Применение композиционного строительного материала позволило повысить степень защиты окружающей среды и осуществить укрепление строительных площадок, в том числе и с однородным и неустойчивым составом грунта, укрепление откосов дорог, буровых площадок и т.п., препятствует разрушению песчаного откоса водно-эрозионными процессами, песчаной обваловки факела экологически безопасным строительным материалом с повышенной прочностью и устойчивостью к ветровой и водяной эрозии, связывающий в своей структуре загрязняющие вещества, исключающий их миграцию в окружающую природную среду, а также позволило осуществить утилизацию токсичного отхода бурения-бурового отхода.