СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ БУРОВЫХ ОТХОДОВ
METHOD OF DRILLING WASTES RECLAMATION

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к области охраны окружающей среды при разработке нефтяных и газовых месторождений и предназначается для утилизации нефтесодержащих буровых шламов.
Известен Способ обезвреживания нефтесодержащих шламов, включающий смешивание природного торфа в количестве 50-70% и портландцемента в количестве 30-50%, затем в нефтесодержащий буровой шлам при непрерывном или периодическом перемешивании добавляют смесь природного торфа и портландцемента в соотношении к буровому шламу 1:1,25 (Патент РФ №2120456, C09K 7/00, опубл. 20.10.98 г.).
Недостатком вышеуказанный Способ имеет низкую эффективность в нейтрализации токсичных компонентов бурового шлама из-за отсутствия в своем составе достаточного количества эффективных нефтесорбирующих и нефтенейтрализующих компонентов и используемый природный торф, как правило, является верховым слаборазложившимся или переходным со средней степенью разложения растительных остатков, недостаточно эффективен для нейтрализации токсичных компонентов бурового шлама.
Наиболее близким является Способ утилизации буровых шламов, включающий смешивание нефтесодержащего бурового шлама, кальцийсодержащих и органических добавок с последующим смешиванием с цементом и оксидами, при следующим соотношении компонентов, мас.%:
нефтесодержащий буровой шлам - 30-50
карбамидной и/или формальдегидной смола - 2-5
кальцийсодержащие добавки - 2-3
органические добавки - 1-10
цемент - 3-5
оксиды остальное.
(Патент РФ №2323293, E01C 3/04 опубл. 27.04.08 г., прототип).
Недостатком вышеуказанного способа является присутствие в приготавливаемой смеси компонента в виде формальдегидной смолы, обладающей высокой токсичностью и экологической опасностью вследствие выделения в окружающую среду фенольных соединений.
Предлагаемый Способ утилизации буровых шламов позволяет исключить, указанные выше недостатки, повысить степень обезвреживания нефтесодержащих буровых шламов за счет нейтрализации токсичных компонентов буровых шламов и за счет использования не токсичных компонентов, обеспечивает возможность переработки нефтесодержащих буровых шламов в строительный материал с повышенной прочностью, в экологически безопасный грунт, пригодный для компактного складирования или для использования в качестве мелиоранта для мульчирования рекультивируемого участка с улучшенными экологическими свойствами, для этого он предусматривает смешивание бурового шлама с углеродом техническим с последующим смешиванием с негашеной известью, после чего осуществляют последовательное смешивание с торфом, цементом и песком, затем полученную смесь выдерживают в течение 2 или 3 суток при следующем соотношении компонентов, мас.%:
буровой шлам 40-60
углерод технический 2-5
цемент 10-15
песок 10-15
торф 15-20
негашеная известь остальное.
Буровые шламы в большинстве своем содержат нефть и нефтепродукты, которые содержат твердую фазу 40-65%, нефть и нефтепродукты не более 7% и воду, и которые после переработки предлагаемым способом мигрируют в окружающую среду, не загрязняя при этом почву.
Буровой шлам, подлежащий переработке, имеет следующий состав % об.:
выбуренная порода (глинистые минералы, песчаник) - 40-50%,
буровой раствор - 30-40%
нефть или нефтепродукты - 5-7%
вода остальное.
Углерод технический (сажа) представляет собой промышленные отходы, которые в данном техническом решении утилизируют и используют как сорбент со свойствами аналогичными сорбирующим свойствам угля активированного.
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.
3
3
С технической точки зрения углерод технический - это материал, который применяется практически во всех отраслях промышленности. Он состоит в основном из углерода, но всегда содержит примеси других веществ в виде золы, летучих веществ, влаги. Плотность чистых и крупных кристаллов графита 2,23+0,01 г/см. Плотность искусственных графитовых материалов колеблется в пределах 1,5-2,25 г/см. Пониженная плотность объясняется неполной молекулярной упорядоченностью и пористостью графита.
Известь негашеная выпускается промышленностью по ГОСТ 4.204-79 и представляет собой порошковидный продукт тонкого измельчения комовой извести, кроме этого негашеная известь способствует образованию хелатных соединений и ее используют для ускорения сроков схватывания смеси.
Цемент используют в качестве отвердителя смеси и представляет собой, например, портландцемент, который выпускается промышленностью, например, по ГОСТ 4.204-79, ГОСТ 10178-85, и который позволяет использовать его в интервале температур от -30°С до +40°С, что приводит к загустению смеси, связыванию компонентов буровых шламов.
Песок используют в качестве минерального наполнителя смеси с размером частиц от 2,7 мм до 3,1 мм.
Торф согласно ТУ 0391-001-02069355-2004.
Использование в предлагаемом Способе торфа и углерода технического позволяет, полученную смесь применять в качестве почвогрунта для рекультивировации нефтезагрязненных земель, карьеры и выемки и использовать в качестве почвогрунта для выращивания в нем растительности, так как торф является органическим удобрением, а углерод технический является дешевым и доступным сорбентом, который сорбирует подвижные загрязнения в буровом шламе, такие как нефтепродукты, тяжелые металлы, соли, препятствуя тем самым их миграции в почву, и за счет этого обеспечивают нейтрализацию токсичного действия бурового шлама на почвенную биоту и растительность.
Предлагаемый Способ утилизации буровых шламов осуществляют следующим образом.
Для этого берут буровой шлам в количестве от 40% до 60% смешивают в емкости с углеродом техническим в количестве от 2% до 5%. Затем в эту смесь вводят негашеную известь в количестве от 3% до 5% перемешивают известным устройством для смешивания, например, движущимися почвенными фрезами.
После чего добавляют торф в количестве от 15% до 20%, цемент в количестве от 10% до 15% и песок в количестве от 10% до 15%. Весь состав тщательно перемешивают 5-15 минут.
После смешивания всех ингредиентов смесь выдерживают в течение 2 или 3 суток на месте приготовления.
Полученную смесь вывозят на автотранспортном средстве, например, на самосвале, на место размещения, например, на обваловку факельного хозяйства, на обваловку автодороги, покрытой дорожными плитами на песчаной подушке, затем разравнивают транспортным средством, например, ковшом экскаватора или грейдерными агрегатами и где через 2-3 дня на поверхности образуется твердое покрытие в виде твердой корки, препятствующее разрушению песчаной обваловки факела, песчаного откоса водно-эрозионными процессами, или вывозят на место проведения рекультивационных земляных работ, затем разравнивают транспортным средством, образуя мелиративный мульчирующий слой на поверхности рекультивируемого участка.
Способ утилизации буровых шламов предусматривает внесение негашеной извести осуществлять перед добавлением торфа, что позволяет предотвратить гибель углеводородкисляющей естественной микрофроры, содержащейся в торфе. При внесении негашеной извести происходит повышение щелочности смеси, что способствует раскислению торфяного компонента.
Как показали эксперименты, проведенные в ходе выполнения работ на Еты-Пуровском месторождении в 2011 году, углерод технический позволил значительно сократить вредное воздействие на окружающую среду.
В то же время высокая относительная поверхность углерода технического повышает ее сорбционные способности по отношению таких загрязнителей, как нефть.
Введение негашеной извести приводит к снижению влияния глинистых составляющих бурового шлама, снижающие цементирующие способности.
Торф способен в незначительной степени сорбировать подвижные загрязнения в буровом шламе, такие как нефтепродукты, тяжелые металлы, соли, препятствуя тем самым их миграции в почву, и за счет этого снижают вредное воздействие на окружающую среду.
Также торф имеет кислотную характеристику показателя рН, а шламы буровых производств, имеют щелочную среду. Таким образом, торф нейтрализуют щелочную среду бурового шлама. 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.
Как показывает практика, использование торфа в предлагаемом способе позволяет снизить вредное воздействие на окружающую среду за счет стимулирования биологического окисления нефтепродуктов, частичной адсорбции токсичных компонентов бурового шлама и как органическое удобрение при рекультивационных земельных работах.
Песок позволяет повысить рыхлость смеси, избежать чрезмерного отверждения смеси в спошной монолит и придать смеси гранулировнно-пастообразное состояние.
Полученная в результате утилизации буровых шламов смесь малотекуча, что позволяет перевозить ее в открытых транспортных средствах без герметизации кузова и тем самым снизить расходы на ее транспортировку и исключить загрязнение окружающей среды в процессе ее транспортировки.
Увеличение количества бурового шлама свыше 60% в предлагаемом способе приводит к ухудшению экологических свойств смеси, полученной в результате утилизации буровых шламов, а использование бурового шлама менее 40% экологически и экономически не выгодно.
Для осуществления предлагаемого Способа утилизации буровых шламов использовались известные технические устройства, в том числе и транспортные.
Суть предлагаемого решения можно проиллюстрировать следующими примерами.
Пример 1.
Для этого берут нефтесодержащий буровой шлам, содержащий твердую фазу 55% и нефть 7%, в количестве 60 кг (60%), углерод технический 2 кг (2%) и засыпают в емкость, смешивая их перемешивающим устройством в течение 5 минут.
Затем в эту смесь вводят негашеную известь 3 кг (3%) и перемешивают устройством для смешивания в течение 10 минут.
Затем засыпают торф 15 кг (15%), портландцемент 10 кг (10%) и песок в количестве 10 кг (10%) и состав перемешивают устройством для смешивания в течение 15 минут.
После смешивания всех ингредиентов смесь выдерживают в течение 3 суток.
Полученную смесь вывозят на самосвале на место использования - на обваловку факельного хозяйства, затем разравнивают экскаватором.
Через 3 дня на поверхности образуется твердая корка, препятствующая разрушению песчаной обваловки факела.
Пример 2.
Для этого берут нефтесодержащий буровой шлам содержащим твердую фазу 45% и нефть 5%, в количестве 40 кг (40%), углерод технический 5 кг (5%) и засыпают в емкость, смешивая их перемешивающим устройством в течение 5 минут.
Затем в эту смесь вводят негашеную известь 5 кг (5%) и перемешивают устройством для смешивания в течение 15 минут.
Затем засыпают торф 20 кг (20%), портландцемент 15 кг (15%) и песок в количестве 15 кг (15%) и состав перемешивают устройством для смешивания в течение 10 минут.
После смешивания всех ингредиентов смесь выдерживают в течение 3 суток.
Полученную смесь вывозят на самосвале на место использования в карьер для рекультивации, затем разравнивают транспортным средством, например экскаватором.
Через 3 дня на поверхности образуется рекультивируемый слой.
Пример 3.
Для этого берут нефтесодержащий буровой шлам содержащим твердую фазу 45% и нефть 5%, в количестве 50 кг (50%) и углерод технический 3,5 кг (3,5%) засыпают в емкость и смешивают перемешивающим устройством в течение 9 минут.
Затем в эту смесь вводят негашеную известь 4 кг (4%) и перемешивают устройством для смешивания в течение 10 минут.
Затем засыпают торф 17,5 кг (17,5%), портландцемент 12,5 кг (12,5%) и песок в количестве 12,5 кг (12,5%) и состав перемешивают устройством для смешивания в течение 7 минут.
После смешивания всех ингредиентов смесь выдерживают в течение 2 суток.
Полученную смесь вывозят на самосвале на место использования - на обваловку автодороги, покрытой дорожными плитами на песчаной подушке, затем разравнивают транспортным средством, например экскаватором.
Через 2 дня на поверхности образуется твердая корка, препятствующая разрушению песчаного откоса водно-эрозионными процессами.
В процессе эксплуатации смеси, полученной в результате утилизации буровых шламов, отсутствовала миграция загрязняющих веществ из нее в почву.
Предлагаемый Способ утилизации буровых шламов позволил утилизировать буровой шлам. Утилизированный по предлагаемому способу буровой шлам совместим с окружающей средой, не подвергается эрозии и выщелачиванию из него нефтепродуктов, экологически безопасен.
Применение заявленного Способа утилизации буровых шламов позволяет использовать обезвреженный буровой шлам как вторичное сырье универсальную смесь в виде строительного материала с повышенной прочностью для использования в дорожном строительстве или мелиоранта для мульчирования рекультивируемого участка с улучшенными экологическими свойствами.
Проведенные работы по заявленному Способу утилизации буровых шламов показали, что универсальная смесь с повышенной степенью обезвреживания за счет нейтрализации токсичных компонентов буровых шламов и за счет использования не токсичных компонентов, которые улучшили экологические свойства пригодна в качестве строительного материала с повышенной прочностью, в качестве экологически безопасного грунта, пригодного для компактного складирования или в качестве мелиоранта, пригодного для мульчирования рекультивируемого участка с улучшенными экологическими свойствами.