СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ СТРОИТЕЛЬСТВА ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК И СКВАЖИН
METHOD OF RECOVERY OF MINE WORKING AND WELL CONSTRUCTION

Заявляемое изобретение «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин» относится к способам переработки и утилизации отходов горных выработок и скважин и может найти применение в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, а именно при строительстве дорог и обустройстве кустовых площадок.
Известен способ ликвидации земляного амбара - накопителя отходов бурения, по которому снимают плодородный слой почвы, накапливают отходы в земляном амбаре, территорию буровой площадки покрывают слоем гравия, в котловане возводят противофильтрационный глинистый экран, осветленную жидкую фазу отходов равномерно распыляют над буровой площадкой до возврата плодородного слоя почвы, отверждают загущенную фазу отходов и на верхний твердый слой наносят непроницаемый экран, перед засыпкой загущенной фазы грунтом на экран наносят дренажное покрытие (см. патент на изобретение РФ №2123574, кл. Е21В 21/06, С09К 7/02, 1998).
Недостатком способа является трудность обеспечения герметичности котлована и существующая опасность попадания загрязняющих веществ в окружающую среду (в гидросферу).
Известен также способ утилизации бурового шлама, включающий отверждение отработанного бурового раствора (ОБР), реализуемое с помощью специальных составов или добавок (см. Булатов А.И. и др. «Актуальные проблемы охраны окружающей среды при бурении скважин». Нефтяное хозяйство, 1988, №6, с.5-8). Обезвреживающий эффект достигается за счет превращения ОБР или бурового шлама (БШ) в инертную консолидированную массу, в структуру которой связываются основные загрязнители. Недостатком известного способа является высокая себестоимость и невостребованность в районах бурения.
Данный недостаток обусловлен тем, что компоненты удобрений и питательных биогенных элементов являются дорогими составляющими, кроме того, доставках их к месту производства требует больших транспортных расходов, а полученный строительный материал с компонентами удобрений и питательными биогенными элементами не всегда приемлем в районах складирования бурового шлама, кроме того, наличие компонентов удобрений и питательных биогенных элементов способствует прорастанию попавших в строительный материал семян и разрушению созданных из этого материала дорог, фундаментов, откосов и т.д.
Известен также принятый за прототип способ утилизации отходов бурения (см. патент на изобретение РФ №2242493, МПК7 С09К 7/02, С04В 33/00, опубликовано: 2004.12.20), включающий перемешивание отходов бурения с суглинком, термическую обработку полученной сырьевой смеси, когда в качестве отходов бурения используют твердую фазу от разделения на жидкую и твердую фазы бурового шлама и отработанного бурового раствора при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанная твердая фаза 30-60, суглинок 40-70, причем термическую обработку осуществляют во вращающейся барабанной печи при температуре не более 1100°С, а перед указанной термической обработкой осуществляют грануляцию сырьевой смеси, при этом жидкую фазу используют повторно для приготовления бурового раствора, для указанной термической обработки используют попутный нефтяной газ, на выходе вращающейся барабанной печи улавливают пылегазовую смесь, из пылегазовой смеси выделяют пыль, последнюю дополнительно вводят в сырьевую смесь.
Недостатком известного способа является высокая себестоимость.
Данный недостаток обусловлен тем, что термическая обработка требует соответствующего оборудования, кроме того, использование твердой фазы от разделения на жидкую и твердую фазы бурового шлама и отработанного бурового раствора требует дополнительного оборудования и дополнительных рабочих ресурсов, которые не всегда присутствуют в районах горных выработок и бурения скважин.
Техническим результатом заявляемого изобретения «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин» является снижение себестоимости получения дешевого инертного строительного материала, сбалансированного по составу из отходов, загрязняющих окружающую среду, содержащего минеральные компоненты, которые удобно применять, хранить, а также возможно транспортировать на различные расстояния.
Поставленный технический результат достигается тем, что в известном способе утилизации отходов строительства горных выработок и скважин, согласно изобретения, образующиеся в результате производства буровых работ указанные отходы - выбуренную породу - шлам, отработанный технологический раствор и сточные буровые воды смешивают в течение 3-5 минут с минеральными добавками - местным строительным материалом - суглинком или песком, осушителем - торфом или минеральной ватой и/или шлаковатой, и/или волокнами целлюлозы, и/или силикагелем, и/или пеноизолом, формирователем структуры -карбоксиметилцеллюлозой КМЦ и/или поливинилацетатом ПВА и/или жидким стеклом, ускорителем - техническим хлористым кальцием, и/или техническим хлористым натрием, и/или пинотексом П.М.П., полученную смесь в течение 5-10 мин при температуре 40-85°С смешивают с отвердителем - негашеной известью и/или зольной пылью, и/или отходами обжигового производства, и/или отходами доменного производства, и/или цементом, до получения однородной пластично-вязкой массы, после чего осуществляют формовку и формирование прочной структуры с получением строительной продукции, причем указанные отходы смешивают с добавками и полученную смесь с отвердителем в смесителе, а указанную формовку - на линии формовки.
Между отличительными признаками и достигнутым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
Утилизация производственно-технологических отходов строительства горных выработок и скважин, а именно утилизация выбуренной породы-шлама и дальнейшее, в полном объеме без разделения на составные части, смешение ее в смесителе в течение 3-5 минут с отработанным технологическим раствором и сточными буровыми водами, образующимися в результате производства буровых работ, и с наполнителями в виде минеральных добавок, осушителя, формирователя прочностной структуры, ускорителя, и отвердителем, в качестве которого используют негашеную известь, и/или зольную пыль, и/или отходы обжигового производства, и/или отходы доменного производства, и/или полимеры, и/или цемент, позволяет быстро получить дешевый строительный материал и, одновременно, очистить от производственно-технологических отходов строительства горных выработок и скважин окружающую среду, улучшает экологическую обстановку на территориях промысловых регионов. Совокупность дешевых составляющих компонентов наполнителя, в качестве которого применяют минеральные добавки, осушитель, формирователь структуры и ускоритель обеспечивает при реализации заявляемого способа получение дешевого инертного строительного материала, сбалансированного по составу из отходов, загрязняющих окружающую среду. Дальнейшее перемешивание полученной композиции с отвердителем, в качестве которого используют негашеную известь, и/или зольную пыль, и/или отходы обжигового производства, и/или отходы доменного производства, и/или полимеры, и/или цемент, в течение 5-10 минут до получения пластично-вязкой однородной массы и последующая подача ее на линию формовки, обеспечивает быстрое, дешевое, безотходное производство строительной продукции в виде кирпичей, гранул, блоков, панелей, которые удобно применять, хранить, транспортировать. Следует также учесть, что использование в качестве осушителя минеральной ваты, и/или шлаковаты, и/или волокон целлюлозы, и/или силикогеля, и/или пеноизола позволяет не только капсулизировать и устранить текучесть полученного при реализации способа материала, но и превращать буровой шлам в инертный композиционный материал, связывающий в своей структуре загрязняющие вещества, исключающий их миграцию в окружающую природную среду. Использование формирователя прочностной структуры, в качестве которого применяют карбоксиметилцеллюлозу КМЦ, и/или поливинилацетат ПВА, и/или жидкое стекло, повышает качество и прочность полученного строительного материала, кроме того, применение в качестве ускорителя, соответственно, технического хлористого кальция, и/или натрия, и/или пинотекса П.М.П, в совокупности с формирователем прочностной структуры арбоксиметилцеллюлозой КМЦ, и/или поливинилацетатом ПВА, и/или жидким стеклом, также снижает загрязнение окружающей среды, и одновременно себестоимость полученного заявляемым способом материала, поскольку упомянутые компоненты завозят в начальный период бурения скважины в значительном количестве и, чаще всего небольшие остатки этих составляющих остаются после окончания бурения невостребованными и идут в отбросы, загрязняя окружающую среду, а использование их в заявляемом способе ускоряет процесс формирования полученной смеси, облегчает ее перемешивание до однородной пластично-вязкой массы и, кроме того, исключается нанесение урона окружающей среде. Использование отвердителя, в качестве которого применяют не только цемент, как в объекте-прототипе, но и негашеную известь, и/или дополнительно цемент, и/или зольную пыль, и/или отходы обжигового производства, и/или отходы доменного производства, и/или полимеры, значительно сокращает процесс производства по времени, температура при процессе смешивания повышается до 70-85°С, в зависимости от состава отходов и объема химреагентов, что в значительной степени ускоряет процесс затвердевания получаемого продукта, что одновременно повышает качество готового продукта, снижает или исключает применение дорогостоящего цемента, что в значительной степени снижает себестоимость заявляемого способа, в отличие от объекта-прототипа.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного способа утилизации отходов строительства горных выработок и скважин. По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемого изобретения «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин» не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна". Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемом способе утилизации отходов строительства горных выработок и скважин, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин» соответствует критерию"новизна".
Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа утилизации отходов строительства горных выработок и скважин. Результаты поиска показали, что заявленный способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин» соответствует критерию "изобретательский уровень".
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа утилизации отходов строительства горных выработок и скважин совокупности условий в том виде, как заявляемый способ охарактеризован в формуле изобретения, т.е. подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке примеров. Средства, воплощающие заявленный способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин при его осуществлении, способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно, производства строительного материала при утилизации отходов горных выработок и/или бурения, следовательно, заявленное изобретение «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин» соответствует условию "промышленная применимость".
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин», может быть многократно использована в технологически нетрудоемком производстве строительных материалов с получением технического результата, заключающегося в получении дешевого инертного строительного материала, сбалансированного по составу из отходов, загрязняющих окружающую среду, содержащего минеральные и органические компоненты, которые удобно применять, хранить, а также возможно транспортировать на различные расстояния.
Сущность заявляемого изобретения «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин» поясняется примерами конкретного выполнения.
ПРИМЕР 1. Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин, основанный на утилизации отходов, образующиеся в результате производства буровых работ, осуществляли следующим образом. Образующиеся в результате производства буровых работ указанные отходы - выбуренную породу - шлам, отработанный технологический раствор и сточные буровые воды утилизировали в полном объеме. Выбуренной породой - шламом, отработанными технологическими растворами и сточными буровыми водами, образующимися в результате производства буровых работ заполняли двухвальный смеситель «Крок-30», которой входит в состав используемой специализированной установки, где их смешивали в течение четырех минут с минеральными добавками - местным строительным материалом - суглинком, осушителем - торфом и волокнами целлюлозы, формирователем структуры - карбоксиметилцеллюлозой КМЦ, ускорителем -техническим хлористым кальцием. Применение в качестве осушителя волокон целлюлозы в сочетании с торфом, позволяет не только капсулизировать и устранить текучесть полученного при реализации способа материала, но и превращать буровой шлам в инертный композиционный материал, связывающий в своей структуре загрязняющие вещества, исключающий их миграцию в окружающую природную среду. Затем в полученную смесь засыпали отвердитель и в качестве отвердителя использовали негашеную известь и цемент и в течение восьми мин смешивали вышеупомянутую полученную смесь с негашеной известью и цементом при температуре 70°С, до получения однородной пластично-вязкой массы, однородность которой определяли визуально. Процесс производства по времени при этом значительно сокращался, поскольку температура при процессе смешивания упомянутой полученной выше смеси с негашеной известью с цементом повышалась до 70°С, что в значительной степени ускоряло процесс затвердевания получаемого продукта, что, одновременно, повышало качество готового продукта и, одновременно, снижало, в значительной степени, себестоимость заявляемого способа, поскольку исключало большое применение дорогостоящего цемента М400 Д20, т.е. сводило его применение до минимума. После всего этого производили формовку и формирование прочностной структуры с получением строительной продукции для чего полученную однородную пластично-вязкую массу подавали из смесителя на линию формовки, где осуществляли формовку и формирование прочной структуры с получением строительной продукции, в частности, строительных блоков - дешевого инертного строительного материала, сбалансированного по составу из отходов, загрязняющих окружающую среду, содержащий дешевые минеральные компоненты, которые удобно применять при обустройстве кустовых площадок, хранить и транспортировать на различные расстояния.
ПРИМЕР 2. Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин, основанный на утилизации отходов, образующиеся в результате производства буровых работ, осуществляли следующим образом. Образующиеся в результате производства буровых работ указанные отходы - выбуренную породу - шлам, отработанный технологический раствор и сточные буровые воды утилизировали в полном объеме. Выбуренной породой - шламом, отработанными технологическими растворами и сточными буровыми водами, образующимися в результате производства буровых работ заполняли двухвальный смеситель «Крок-30», которой входит в состав используемой специализированной установки, где их смешивали в течение 4х минут с минеральными добавками - местным строительным материалом - песком, осушителем - минеральной ватой и шлаковатой, формирователем структуры поливинилацетатом ПВА и жидким стеклом, ускорителем -техническим хлористым натрием. Применение в качестве осушителя минеральной ваты и шлаковаты, позволяет не только капсулизировать и устранить текучесть полученного при реализации способа материала, но и превращать буровой шлам в инертный композиционный материал, связывающий в своей структуре загрязняющие вещества, исключающий их миграцию в окружающую природную среду. Затем в полученную смесь засыпали отвердитель, в качестве отвердителя использовали негашеную известь и зольную пыль и в течение 8и мин смешивали упомянутую вышеполученную смесь с негашеной известью и зольной пылью при температуре 80°С, до получения однородной пластично-вязкой массы. Однородность пластично-вязкой массы определяли визуально. Процесс производства по времени при этом значительно сокращался, поскольку температура при процессе смешивания упомянутой полученной выше смеси с негашеной известью с цементом повышалась до 80°С, что в значительной степени ускоряло процесс затвердевания получаемого продукта, что, одновременно, повышало качество готового продукта и, одновременно, снижало, в значительной степени, себестоимость заявляемого способа, поскольку исключало применение дорогостоящего цемента М400 Д20. После этого производили формовку и формирование прочностной структуры с получением строительной продукции для чего полученную однородную пластично-вязкую массу подавали из смесителя на линию формовки, где осуществляли формовку и формирование прочной структуры с получением строительной продукции, в частности, строительных панелей - дешевого инертного строительного материала, сбалансированного по составу из отходов, загрязняющих окружающую среду, содержащий дешевые минеральные компоненты, которые удобно применять при строительстве дорог и обустройстве кустовых площадок, хранить и транспортировать на различные расстояния.
ПРИМЕР 3. Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин, основанный на утилизации отходов, образующихся в результате производства буровых работ, осуществляли следующим образом. Образующиеся в результате производства буровых работ указанные отходы - выбуренную породу - шлам, отработанный технологический раствор и сточные буровые воды утилизировали в полном объеме. Выбуренной породой - шламом, отработанными технологическими растворами и сточными буровыми водами, образующимися в результате производства буровых работ заполняли двухвальный смеситель «Крок-30», которой входит в состав используемой специализированной установки, где их смешивали в течение 4х четырех минут с минеральными добавками - местным строительным материалом - песком, осушителем - волокнами целлюлозы, и силикагелем, формирователем структуры карбоксиметилцеллюлозой КМЦ и поливинилацетатом ПВА, ускорителем - техническим хлористым натрием и пинотексом П.М.П. Применение в качестве осушителя волокон целлюлозы, и силикагеля позволяет не только капсулизировать и устранить текучесть материала, полученного при реализации способа, но и превращать буровой шлам в инертный композиционный материал, связывающий в своей структуре загрязняющие вещества, исключающий их миграцию в окружающую природную среду. Затем в полученную смесь засыпали отвердитель, в качестве отвердителя использовали негашеную известь и отходы обжигового производства и в течение 8и минут смешивали упомянутую вышеполученную смесь с негашеной известью и отходами обжигового производства при температуре 75°С, до получения однородной пластично-вязкой массы. Однородность пластично-вязкой массы определяли визуально. Процесс производства по времени при этом значительно сокращался, поскольку температура при процессе смешивания упомянутой полученной выше смеси с негашеной известью с цементом повышалась до 75°С, что в значительной степени ускоряло процесс затвердевания получаемого продукта, что, одновременно, повышало качество готового продукта и, одновременно, снижало, в значительной степени, себестоимость заявляемого способа, поскольку исключало применение дорогостоящего цемента М400 Д20. После этого производили формовку и формирование прочностной структуры с получением строительной продукции для чего полученную однородную пластично-вязкую массу пропускали через формовочную насадку на выходном отверстии смесителя с отверстиями диаметром 25 мм для производства гранул - дешевого инертного строительного материала, сбалансированного по составу из отходов, загрязняющих окружающую среду, содержащий дешевые минеральные компоненты, которые удобно применять при строительстве дорог и обустройстве кустовых площадок, хранить и транспортировать на различные расстояния.
Технологический процесс смешения и формовки при выполнении способа утилизации отходов строительства горных выработок и скважин выполняли с использованием упомянутой специализированной установки, в состав которой входит двухвальный смеситель «Крок-30» (изготовитель АОЗТ Завод «Красный Октябрь» г.Харьков) с формовочной насадкой на выходном отверстии смесителя с отверстиями диаметром 25 мм.
Использование предложенного изобретения «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин» позволяет получить дешевый инертный строительный материал, сбалансированный по составу из отходов, загрязняющих окружающую среду, содержащий дешевые минеральные компоненты, которые удобно применять при строительстве дорог и обустройстве кустовых площадок, хранить, а также транспортировать на различные расстояния.