ПЕРЕДВИЖНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ БУРЕНИЯ
MOBILE PLANT FOR DRILLING WASTE PROCESSING

Изобретение относится к безамбарной технологии утилизации отходов бурения и может быть использовано при разработке передвижных установок для переработки отходов бурения нефтегазовых скважин в экологически чистый искусственный камень, который может быть использован в процессе эксплуатации нефтяного месторождения.
При бурении нефтяных скважин образуются отходы, содержащие буровой шлам, отработанный буровой раствор, буровые сточные воды, которые сбрасываются в специальные шламовые амбары. В процессе эксплуатации скважин амбары с отходами бурения заполняются отработанными буровыми и тампонажными растворами, буровыми сточными водами и шламом, пластовыми водами, продуктами испытания скважин, материалами для приготовления и химической обработки буровых и тампонажных растворов, горюче-смазочными материалами, хозяйственно-бытовыми сточными водами и твердыми бытовыми отходами, ливневыми сточными водами.
Амбары с производственно-технологическими отходами бурения занимают большие площади, а их содержимое является постоянным источником загрязнения окружающей среды. По мере заполнения амбаров в них добавляют природный песок и цемент, смесь перемешивают и выгружают на специальную площадку для последующего отвердевания, хранения и/или утилизации. Состав производственно-технологических отходов бурения не позволяет получать из них полезные продукты, поэтому разрабатываются так называемые безамбарные способы, предназначенные для переработки отходов собственно бурения, содержащих буровой шлам, отработанный буровой раствор, буровые сточные воды, и соответственно оборудование для реализации этих способов.
Оборудование для реализации способов переработки отходов бурения разрабатывается с учетом состава отходов бурения, способа переработки, вида и качества полезного продукта, получаемого в результате переработки, а также с учетом стационарности или мобильности. Так, известна передвижная установка для переработки отходов бурения в полезные отходы 5-го класса опасности, которые могут быть использованы при отсыпке дорог, кустовых площадок, рекультивации и т.п. (RU 2450865, опубл. 20.05.2012) [1].
Установка содержит несколько взаимосвязанных между собой технологических блоков: блок промывки твердой фазы, оборудованный виброситом, емкость сбора очищенной воды, 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. Установка дополнительно 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-осмотический мембранный модуль и выпарной аппарат, блоки соединены между собой трубопроводами, оснащены насосами и задвижками.
3
На действующей буровой установке жидкую фазу отходов бурения - буровой шлам - сбрасывают в специальные герметичные стальные полукороба, из которых вакуумными агрегатами закачивают в автоцистерны и транспортируют на известную установку, где порциями объемом до 1,5 мпри помощи фронтального погрузчика подают на решетку блока загрузки. Жидкую фазу отходов бурения - буровой шлам - промывают осветленной и обессоленной водой. Промывную воду, содержащую взвешенные частицы шлама, перемешивают для исключения оседания взвешенных частиц и дополнительно промывают очищенной водой. В результате промывки твердой фазы отходов бурения, имеющей 4-й класс опасности для окружающей среды, получается выбуренная порода, имеющая 5-й класс опасности, которая может использоваться при отсыпке дорог, кустовых площадок, рекультивации и т.п. Таким образом, переработку отходов бурения с помощью известной установки осуществляют промыванием бурового шлама водой. Объем выхода полезного продукта при таком способе переработки не может превышать 20% от массы отходов бурения, при этом требуется большой расход воды, так как промывную воду, содержащую взвешенные частицы шлама, дополнительно промывают очищенной водой.
Известна передвижная установка для переработки отходов бурения (RU 2519861, опубл. 20.06.2014) [2], принятая в качестве прототипа. Установка содержит блок приема, блок грубой механической очистки для разделения твердой и жидкой фаз, оборудованный виброситом, пескоотделителем, илоотделителем, нагнетательные трубопроводы, емкости, насосы и задвижки, а также блок инертизации твердой фазы, блок тонкой механической очистки жидкой фазы, блок осветления жидкой фазы и емкости для приема разделенных фаз, при этом блок инертизации твердой фазы соединен с блоками приема, грубой, тонкой очистки и осветления жидкой фазы.
В частном случае исполнения блок инертизации выполнен в виде смесительного модуля принудительного действия, состоящего из неподвижной металлической емкости и двухвалкового смесителя и оснащенного пультом управления и тензодатчиками для весового дозирования, которые необходимы для инертизации сыпучих реагентов.
В частном случае исполнения блок осветления жидкой фазы содержит промышленный сепаратор и сорбционный фильтр.
Блоки мобильного варианта известной установки могут базироваться на сварной раме двухосного прицепа, который устанавливают на бетонной площадке рядом со шламовым амбаром. Из шламового амбара отходы загружают в двухвальный смеситель, где механически перемешивают с портландцементом и тонкодисперсной активной добавкой. Затем в смеситель добавляют раствор активатора твердения и вновь тщательно перемешивают. Отвержденную смесь выгружают для дальнейшего использования. Устройств (блоков) формования и твердения известная установка не содержит, на ней получают неформованный сыпучий и рыхлый материал.
Задача настоящего изобретения заключается в создании передвижной установки для переработки отходов бурения в готовый прочный сыпучий формованный строительный материал.
Предложена передвижная установка по переработке отходов бурения, содержащая функциональные модули, включающие комплекс устройств, соединенных в технологической последовательности насосами и конвейерами, при этом установка содержит модуль загрузки и подготовки отходов, модуль фильтрования, модуль смешения и прессования, модуль предварительного твердения и выгрузки брикетов, при этом модуль загрузки и подготовки отходов содержит приемно-буферную емкость с мешалкой, приемные бункеры природного песка, сорбента и пластификатора, соединенные шнековыми дозаторами с приемно-буферной емкостью, модуль фильтрования содержит шламовый насос, с помощью которого приемно-буферная емкость соединена с фильтр-прессом, фильтр-пресс соединен с емкостью слива фильтрата, насосами и фильтром очистки фильтрата, а ленточными конвейерами - с двухвальным смесителем, модуль смешения и прессования содержит бункеры цемента и ускорителя твердения, соединенные шнековыми дозаторами с двухвальным смесителем, в котором бункер выгрузки смеси обезвоженных отходов бурения, цемента и ускорителя твердения ленточным транспортером соединен с загрузочным бункером брикетировочного пресса, модуль предварительного твердения и выгрузки брикетов содержит ленточный перегрузочный и ленточный штабелирующий транспортеры для передачи брикетов на твердение, соединенные с брикетировочным прессом из модуля смешения и прессования, при этом приемно-буферная емкость из модуля загрузки и подготовки отходов шламовым насосом соединена с фильтр-прессом из модуля фильтрования.
Модульный принцип компоновки оборудования в заявленной установке предложен для повышения мобильности установки и снижения транспортных расходов. Каждый из базовых 4-х модулей содержит комплекс устройств, соединенных в технологической последовательности: в модуле загрузки и подготовки отходов получают подготовленный шлам; в модуле фильтрования - обезвоженные отходы бурения в виде кека, в модуле смешения и прессования - смесь для брикетирования; в модуле предварительного твердения и выгрузки брикетов - брикеты, из которых в последующем получают прочный искусственный камень. Такая технологическая последовательность размещения оборудования позволяет большую часть операций по переработке отходов осуществлять в модулях перемещаемого контейнера, при этом модуль загрузки и подготовки отходов бурения, содержащий приемно-буферную емкость, может находиться на кустовой площадке, а модуль предварительного твердения и выгрузки брикетов - на крытом складе под навесом.
Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении мобильности установки и снижении транспортных расходов установки для переработки отходов бурения в готовый прочный сыпучий формованный строительный материал - искусственный камень.
Изобретение иллюстрируется чертежом, где представлена технологическая схема установки.
В состав установки входят 4 базовых модуля: I - модуль загрузки и подготовки отходов бурения; II - модуль фильтрования; III - модуль смешения и прессования; IV - модуль предварительного твердения и выгрузки брикетов. В зависимости от специфики технологических задач в состав установки могут быть добавлены дополнительные функциональные модули.
Модуль загрузки и подготовки отходов содержит приемно-буферную емкость с мешалкой 1, приемный бункер природного песка 2, приемный бункер сорбента 3, приемный бункер добавки-пластификатора 4, соединенные шнековыми дозаторами с приемно-буферной емкостью 1, насос подачи воды 5. Модуль фильтрования содержит шламовый насос 6, соединенный с фильтр-прессом 7, который соединен с системой очистки фильтрата, включающей емкость для слива фильтрата 8, насос подачи фильтрата 9, насосы откачки фильтрата 10 и 11, фильтр для очистки фильтрата 12, а также с помощью ленточного конвейера 13 - с двухвальным смесителем 14. Модуль смешивания и прессования содержит приемный бункер цемента 15 и приемный бункер ускорителя твердения 16, соединенные шнековыми дозаторами с двухвальным смесителем 14, имеющим бункер выгрузки смеси обезвоженных отходов бурения, цемента и соды 17, который ленточными транспортерами 18 и 19 соединен с загрузочным бункером 20 брикетировочного пресса 21. Модуль выгрузки и предварительного твердения брикетов содержит ленточный 22 и штабелирующий 23 транспортеры для передачи брикетов на твердение, соединенные с брикетировочным прессом 21, при этом приемно-буферная емкость 1 шламовым насосом 6 соединена с фильтр-прессом 7.
Приемно-буферная емкость отходов 1 имеет решетку для отделения посторонних крупных предметов от загружаемых в бункер экскаватором отходов бурения, которая расположена над бункером. Шламовый насос 6 имеет максимальное давление на выходе в напорном патрубке - 12 бар. Приемный бункер природного песка 2 оснащен виброситом и общей крышкой. Приемный бункер сорбента 3 оснащен растаривателем биг-бегов и общей верхней крышкой с уплотнением. Приемный бункер добавки-пластификатора 4 имеет крышку.
Фильтр-пресс 7 характеризуется давлением фильтрования и отжима - 0,8 и 1,6 МПа. Насос подачи суспензии - мощностью 15 кВт. Приемный бункер цемента 15 оснащен растаривателем биг-бегов и общей верхней крышкой с уплотнением. Приемный бункер ускорителя твердения 16 оснащен верхней крышкой с уплотнением. Двухвальный смеситель 14 оснащен верхней крышкой с патрубками подвода компонентов и приемником для подводящего конвейера. Брикетировочный пресс 21 - валковый с прокаткой в формующих бандажа с автоматической разгрузкой брикетов (под собственным весом) на ленточный конвейер. Максимальное усилие прижима валков 50-60 МПа. Установка содержит ленточные конвейеры со скоростью ленты до 0,8 м/с.
2
Металлические конструкции изготовлены из стандартного металлопроката из стали обыкновенного качества. Модули фильтрования отходов бурения, смешивания и прессования, разгрузки искусственного камня размещены в контейнере, представляющем собой мобильное здание, оснащенное металлическими опорными конструкциями типа «салазки» или иной конструкции, обеспечивающими устойчивость на основаниях с допустимым удельным давлением 20 т/м.
Установку размещают на площадке для переработки отходов бурения на подготовленное выровненное основание из щебня, песчано-гравийной смеси, песка и т.п. Из шламового амбара отходы бурения с помощью экскаватора подают в приемно-буферную емкость 1. Песок природный экскаватором загружают в приемный бункер 2, который далее через шнековый дозатор порционно поступает в приемно-буферную емкость. В приемные бункеры 3 и 4 загружают соответственно сорбент и добавку-пластификатор, которые через шнековые дозаторы также поступает в приемно-буферную емкость 1. При необходимости для снижения концентрации шлама в емкость насосом 5 подают определенное количество воды. Приемно-буферная емкость оснащена перемешивающим устройством, с помощью которого отходы бурения, песок, сорбент, пластификатор и вода смешиваются с образованием однородной смеси. Из приемно-буферной емкости 1 полученную смесь шламовым насосом 6 подают на фильтр-пресс 7, с помощью которого из отходов удаляют часть воды. Частично обезвоженный кек с помощью ленточного конвейера 13 подают в двухвальный смеситель 14.
Фильтрат из фильтр-пресса поступает в сборную емкость 8, из которой с помощью центробежного насоса 9 может подаваться на разжижжение отходов бурения в приемно-буферную емкость 1 или насосом 10 на очистку в фильтр 12. Часть фильтрата из фильтр-пресса попадает на ленточный транспортер 13, собирается и насосом 11 перекачивается в сборную емкость 8. Очищенный таким образом и не использованный фильтрат собирается в емкости для хранения (не показана).
В приемный бункер 15 загружают цемент, а в приемный бункер 15 - добавку-ускоритель твердения. Из бункеров цемент и ускоритель твердения через шнековые дозаторы поступают в двухвальный смеситель 14, где они перемешиваются с кеком до однородной полусухой массы. Из смесителя 14 через бункер выгрузки смеси 17 полученную смесь ленточными транспортерами 18 и 19 дозированно подают в загрузочный бункер 20 валкового брикетировочного пресса 21, с помощью которого из смеси формируются брикеты. Спрессованные брикеты падают вниз на перегрузочный ленточный транспортер 22, затем поступают на радиально-штабелирующий ленточный конвейер 23, с помощью которого транспортируются на специальную площадку для предварительного твердения, крытую навесом, который предотвращает попадание на брикеты дождевых осадков. Затвердевшие брикеты в виде пресс-щебня с помощью автопогрузчика транспортируются на открытый склад для хранения, где они приобретают требуемую прочность.
Конструкция заявленной установки обеспечивает ее перемещение вслед за движением буровой установки от скважины к скважине при минимальной трудоемкости не более чем за 1 сутки. Полученный на установке искусственный камень в виде пресс-щебня имеет следующие характеристики:
3
- насыпная плотность - 900-1100 кг/м;
- гранулометрический состав: размер кусков 40-70 мм в количестве не менее 80%, остальное - пропрессованные зерна размером менее 40 мм;
- марка по прочности на сжатие - 400-1200;
- истираемость - И-IV;
- морозостойкость - F10-F25;
- водопоглощение - не более 30% по массе.
Заявленная передвижная установка позволяет с высокой степенью мобильности перерабатывать отходы бурения в готовый прочный сыпучий формованный строительный материал - искусственный камень.