СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ БУРОВОГО ШЛАМОВОГО АМБАРА
RECLAMATION METHOD OF DRILLING SLUDGE PIT

Изобретение относится к области рекультивации шламовых амбаров, производства искусственных грунтовых смесей на основе бурового шлама и может быть использовано в горной и нефтедобывающей отраслях промышленности.
Известны способы переработки бурового шлама в грунт путем смешивания с добавками, в качестве которых используют предварительно измельченный карбамидный пенопласт в количестве 5-20% от массы бурового шлама (RU 2298567, 2007), золу-унос и алюмосиликатную породу при определенном соотношении компонентов (RU 2084417, 1997), модифицированный торф моховой группы с водопоглощающей способностью не менее 600 мас.% и безводную окись кальция (RU 2187531, 2002). Недостаток данных способов заключается в низком качестве грунта, связанном с наличием в последнем недопустимых концентраций нефтяных составляющих.
Известен способ рекультивации бурового шламового амбара, который включает освобождение амбара от жидкой фазы отработанного бурового раствора, ликвидацию текучести его коагуляционных сгустков, засыпку оставшихся отходов бурения минеральным грунтом, планировку территории. При этом перед освобождением определяют концентрации загрязняющих веществ в отработанном буровом растворе, доводят содержание загрязняющих веществ в растворе до значений ниже предельно допустимых концентраций, а освобождение производят путем выпуска жидкой фазы через проем обвалования шламового амбара на рельеф болотистой местности. Недостаток способа также заключается в низком качестве получаемого грунта. Кроме того, выпуск жидкой фазы на рельеф болотистой местности не может не привести к ухудшению экологических показателей.
Более близким к изобретению является способ рекультивации бурового шламового амбара, включающий отсыпку или гидронамыв минерального грунта, сооружение амбара, гидроизоляцию амбара и заполнение его отработанным буровым раствором, откачку жидкой фазы, ликвидацию текучести коагуляционных сгустков. При этом после ликвидации текучести коагуляционных сгустков шлам отбуренных в прошлом скважин прикрывают шламом, привезенным из кустовых площадок, где ведется бурение скважин. Отсыпку этого шлама производят до уровня ниже края амбара на глубину формирования плодородного слоя, которую заполняют смесью торфа и песка (RU 2251564, 2005).
Недостаток указанного способа заключается в том, что использование бурового шлама из бурящихся скважин в качестве технологического сырья для рекуперации шламового амбара приводит к низким показателям качества получаемого грунта и, соответственно, к неполной рекультивации шламового амбара. Кроме того, откачка жидкой фазы непосредственно от исходного бурового раствора обусловливает получение неутилизируемых токсичных отходов.
Таким образом, данный способ рекультивации накопительного амбара недостаточно эффективен.
Задачей изобретения является повышение эффективности способа рекультивации бурового шламового амбара.
Поставленная задача достигается описываемым способом рекультивации бурового шламового амбара, заключающимся в последовательном сборе жидкой нефти, затем битуминизированной нефти с водной поверхности амбара, откачке водной фазы из амбара, создании разрезающих отсыпок, сборе битуминизированной нефти с поверхности бурового шлама, сборе битуминизированной нефти, сборе нефтешлама и нефтезагрязненного грунта с поверхности обваловки бурового шламового амбара, смешении полученного бурового шлама с торфом и песком в соотношении, об.%:
шлам буровой
не более 75,0
торф
не менее 18,0
песок
не менее 7,0
при общем содержании компонентов, равном 100 об.% в объемах, обеспечивающих получение грунта, выполняющего функцию почвообразующей породы, с последующим контролем качества грунта, армированием его поверхности, созданием плодородного слоя и посадкой растительности, причем суммарное значение объема грунта, выполняющего функцию почвообразующей породы, объема материала для создания разрезающих полос, объема материала для армирования поверхности грунта, объема материала для создания плодородного слоя выбирают из условий равенства или не превышения объема бурового шламового амбара.
Целесообразно в случае наличия в буровом шламе повышенного содержания хлоридов предварительно, перед смешением его с торфом и песком, проводят промывку шлама водой и откачку воды после промывки.
Достигаемый технический результат заключается в получении грунта, выполняющего функцию почвообразующей породы - компонента природной среды, имеющего повышенные качественные характеристики за счет оптимизации как качественного, так и количественного содержания используемых ингредиентов в описываемой регламентации последовательности проводимых операций по рекультивации амбара.
Описываемый способ проводят следующим образом.
Для получения грунта используют буровой шлам, соответствующий требованиям таблицы 1.
Таблица 1
Требования к свойствам бурового шлама
№ п/п
Наименование показателей
Единица измерения
Количество
Методы испытаний
1
Нефтепродукты свежие
г/кг
<65
ПНДФ 16.1:2.2.22-98 Г1НДФ 16.1.38-02 ПНДФ 16.1.41-2004
2
Нефтепродукты старые
г/кг
<130*
2.1
Соотношение алканов C<sub>≤18</sub>/C<sub>≥18</sub>
безразмерная величина
<1,0**
2.2
группа алканов C<sub>≤14</sub>
% от общей массы нефтепродуктов
<1,0**
2.3
одноядерные ароматические углеводороды
<2,0**
3
Хлорид-ион
г/кг
<25***
ГОСТ 26425
4
Класс опасности
единицы
от 3 до 5
Приказ МПР России от 15 июня 2001 г. №511
5
Кобальт (подвижная форма)
мг/кг
<5,0
ГОСТ Р 50687-94 ГОСТ Р 50683-94 ФР. 1.31.2002.00594 РД 52.18.289-90 СанПиН 42-128-4433-87 ПНДФ 16.1:2.3:3.11-98
6
Марганец (подвижная форма)
мг/кг
<400,0
ГОСТ Р 50685-94 ГОСТ Р 50682-94 ФР. 1.31.2002.00594 РД 52.18.289-90 ПНДФ 16.1:2.3:3.11-98
7
Медь (подвижная форма)
мг/кг
<3,0
ГОСТ Р 50683-94 ФР. 1.31.2002.00594 РД 52.18.289-90 ПНДФ 16.1:2.3:3.11-98
8
Никель (подвижная форма)
мг/кг
<4,0
ФР. 1.31.2002.00594 РД 52.18.289-90 ПНДФ 16.1:2.3:3.11-98
9
Свинец (подвижная форма)
мг/кг
<6,0
ФР. 1.31.2002.00594 РД 52.18.289-90 ПНДФ 16.1:2.3:3.11-98
10
Хром трехвалентный (подвижная форма)
мг/кг
<6,0
ФР. 1.31.2002.00594 РД 52.18.289-90 ПНДФ 16.1:2.3:3.11-98
11
Цинк (подвижная форма)
мг/кг
<23,0
ГОСТ Р 50686-94 ФР. 1.31.2002.00594 РД 52.18.289-90 ПНДФ 16.1:2.3:3.11-98
* - требование применяется при условии соблюдения условий пунктов 2.1-2.3 таблицы 1
** - показатели контролируются при необходимости обоснования возможности содержания нефтепродуктов <130 г/кг.
*** - возможно выше указанной величины.
При осуществлении описываемого способа проводят:
- а) сбор жидкой нефти (нефтяной эмульсии) с водной поверхности бурового шламового амбара.
Для ее сбора перед откачкой могут быть использованы любые имеющиеся в наличии нефтесборщики. Для более тщательного сбора, особенно при очень тонком слое нефти, целесообразно использовать нефтесборщики - накопители, устанавливаемые на поверхности воды на понтонах. Для откачки при значительной толщине слоя нефти, в качестве насосного агрегата могут быть использованы цементировочные агрегаты ЦА-320, насосные машины ППЦ-6606 или КО-518 или другое оборудование, пригодное для откачки нефти.
Собранную жидкую нефть (нефтяную эмульсию) откачивают в нефтяной коллектор до появления твердой фракции отходов.
Для ускорения процесса очистки поверхности бурового шламового амбара от отдельных пятен нефти на поверхности амбара, в зоне, наиболее удаленной от точки установки нефтесборного оборудования, монтируют малые гибкие секционные боновые заграждения с длиной, достаточной для «перегораживания» бурового шламового амбара (изготавливаются из специальной ткани, обладающей высокой прочностью, стойкостью к воздействию кислот, щелочей, нефти и нефтепродуктов) или другие приспособления, пригодные для данной цели. Боны устанавливают по периферии нефтяного пятна и затем перемещают в необходимом направлении.
Возможно закачивание в буровой шламовый амбар дополнительного объема воды (при отсутствии или толщине слоя воды в шламовом амбаре менее 30-50 см) для обеспечения нормальных условий использования нефтесборного оборудования и малых подвижных боновых заграждений для стягивания пятен нефти.
- б) сбор битуминизированной нефти (в виде корки), отдельно плавающей на водной поверхности бурового шламового амбара. Сбор проводят концентрированном пятен битуминизированной нефти в одном месте, для чего используют боновые заграждения. Собранную битуминизированную нефть вывозят на специализированные объекты.
- в) откачку водной фазы из бурового шламового амбара. Воду из бурового шламового амбара откачивают оборудованием, предназначенным для этих целей, и закачивают в нефтесборный коллектор.
Откачку проводят до тех пор, пока есть возможность откачать всю свободную от взвешенных механических частиц воду.
- г) создание разрезающих отсыпок в виде полос. Для выполнения работ по изъятию битуминизированной нефти в виде корки, нефтешлама с поверхности бурового шлама и переработки бурового шлама в грунт отсыпают разрезающие отсыпки в виде полосы для возможности выполнения работ по всей площади бурового шламового амбара. Буровой шламовый амбар разбивают на секции. Разрезающие полосы отсыпают методом, включающим в себя отодвигание шлама, заполненного материалом для создания разрезающих полос (например, вскрышные и вмещающие породы, соответствующие группе природных пород) с параллельным высыпанием материала на место отодвинутого шлама. Материал отсыпают только на поверхность, полностью очищенную от шлама. Разрезающие полосы строят по очереди для предотвращения выдавливания шлама из бурового шламового амбара. Вскрышные и вмещающие породы завозят к буровому шламовому амбару и загружают в буровой шламовый амбар. Разрезающие отсыпки (полосы) имеют вид технологического проезда в виде насыпи трапециевидной формы с шириной верхнего основания не менее 4 м и уклоном 1:1. Расчет объема вскрышных и вмещающих пород, необходимых для создания разрезающей полосы проводят с учетом глубины бурового шламового амбара и усадки пород.
- д) сбор битуминизированной нефти (корки) с поверхности бурового шлама, сбор битуминизированной нефти (корки), нефтешлама, нефтезагрязненного грунта с поверхности обваловки бурового шламового амбара.
Небольшие пятна битуминизированной нефти собирают вручную. В случае больших объемов битуминизированной нефти и нефтешлама возможна их срезка. Отходы собирают в специально оборудованное транспортное средство, снабженное специальными знаками, и вывозят на специализированные объекты.
- е) промывку бурового шлама от солей (хлоридов). Промывку проводят в случае содержания хлоридов в буровом шламе свыше 25 г/кг. Для этого в буровой шламовый амбар подают воду, затем перемешивают и оставляют на 10 суток для отстаивания. Осветленную водную фазу откачивают в коллектор. Промывку повторяют до достижения содержания хлоридов в буровом шламе 25 г/кг и менее.
- ж) откачку воды после промывки бурового шлама от солей (хлоридов) из бурового шламового амбара.
- з) переработку очищенного бурового шлама в грунт проводят путем перемешивания шлама с выбранными ингредиентами в оптимальных соотношениях, обеспечивающих получение грунта, выполняющего функцию почвообразующей породы. Ингредиенты для перемешивания с буровым шламом - торф и песок выгружают непосредственно в буровой шламовый амбар на поверхность бурового шлама равномерно в каждую секцию. После чего буровой шлам тщательно перемешивают с торфом и песком до достижения состояния визуальной однородности.
По окончании переработки бурового шлама в грунт поверхность земельного участка, нарушенного в связи с созданием бурового шламового амбара, может иметь превышение над окружающим рельефом местности не более чем на 0,5 м.
- и) контроль качества продукции.
По окончании переработки бурового шлама в грунт, выполняющий функции почвообразующей породы, проводят контроль качества продукции в соответствии с требованиями к готовому продукту, приведенными в таблицах 2, 3, 4, 5.
Готовый продукт представляет собой однородную грунтоподобную смесь от текуче-пластичной до рыхлой консистенции в зависимости от влагосодержания исходного сырья. Влажность получаемого материала не подлежит контролю.
Таблица 2
Контролируемые показатели допустимого остаточного содержания в грунте
№ п/п
Наименование показателей
Единица измерения
Количество
Метод испытания
1
Нефтепродукты свежие
г/кг
<50
ПНДФ 16.1:2.2.22-98, ПНДФ 16.1.38-02, ПНДФ 16.1.41-2004
2
Нефтепродукты старые
г/кг
<100*
2.1
соотношение алканов C<sub>≤18</sub>/C<sub>≥18</sub>
Безразмерная величина
<1,0**
2.2
группа алканов C<sub>≤14</sub>
% от общей массы нефтепродуктов
<1,0**
2.3
одноядерные ароматические углеводороды
<2,0**
* - требование применяется при условии соблюдения условий пунктов 2.1-2.3 таблицы 2
** - показатели контролируются при необходимости обоснования возможности содержания нефтепродуктов <100 г/кг
Таблица 3
Контролируемые химические показатели грунта
Наименование показателя
Единица измерения
Предельная концентрация
Метод испытания
pH водной суспензии
Единицы pH
5,0-8,2
ГОСТ 26423
Хлорид-ион
г/кг
<20
ГОСТ 26425
Таблица 4
№ п/п
Наименование показателей
Единица измерения
Количество
Метод испытания
1
Относительная деформация набухания
%
0-2,4
ГОСТ 25100 ГОСТ 518
2
Относительная деформация просадочности
%
0-0,024
3
Класс опасности
Единицы
от 4 до 5
Приказ МПР России от 15 июня 2001 г. №511
Таблица 5
Контролируемые показатели радиационной безопасности грунта
№ п/п
Наименование показателей
Единица измерения
Количество
Метод испытания
1
Удельная эффективная активность естественных радионуклидов (А эфф)
БК/кг
<1500
«Методика выполнения измерений удельной активности радионуклидов радия - 226, тория - 232, калия - 40, цезия - 137, стронция - 90 в пробах продукции промышленных предприятий, предприятий сельского хозяйства и объектов окружающей среды»
Получаемый описываемым способом грунт не оказывает негативного воздействия на компоненты природной среды, не препятствует протеканию процессов почвообразования, а также заселению и произрастанию растительности, имеет достаточную несущую способность для выдерживания механической нагрузки от почвенного слоя и древесной растительности.
- к) армирование поверхности полученного грунта материалом для армирования поверхности грунта, например, хворостяной подушкой и порубочными остатками для предотвращения выдавливания бурового шлама из бурового шламового амбара.
- л) создание плодородного слоя и посадку растительности.
Плодородный слой создают на рекультивируемой поверхности высотой не менее 20 см. Для создания плодородного слоя используют такие материалы, как, например, вскрышные и вмещающие породы, соответствующие группе природных пород для биологического этапа рекультивации по ГОСТ 17.5.1.03-86; плодородный слой почвы, снятый при производстве земляных работ в соответствии с ГОСТ 17.5.3.06-85; торф нейтрализованный, соответствующий ГОСТ Р 51661.4-2000.
После создания плодородного слоя проводят фрезерование на 20 см с одновременным внесением расчетных доз удобрений.
Посадку травянистой и древесной растительности на земельном участке проводят для закрепления поверхности плодородного слоя. В качестве многолетних трав целесообразно использовать смесь различных по биологическим особенностям трав, что обеспечивает более надежное и долговечное закрепление площадки. Основным посадочным древесным материалом являются черенки ивы.
Проводят расчет следующих параметров:
РП
Г
ПОП
АРМ
КС
а) объем материала для формирования разрезающих полос (V); б) объем торфа и песка для смешения с буровым шламом (V); в) объем образующегося грунта, выполняющего функции почвообразующей породы (V); г) объем материала, армирующего поверхность грунта (V); д) объем материала для досыпки грунта, выполняющего функции почвообразующей породы, до дневной поверхности амбара в случае нехватки объема полученного грунта для заполнения объема амбара (Vдос); е) объем материала для формирования плодородного слоя (корнеобитаемого слоя) для посадки высших растений, применяемого на биологическом этапе рекультивации (V).
Указанные величины рассчитывают по следующим формулам:
РП
3
V - объем грунта для создания разрезающих полос, м;
q - количество разрезающих полос рассчитывается с учетом следующих требований:
- количество разрезающих полос должно быть минимально;
СЭ
СЭ
- расстояние между разрезающими полосами не менее 2L, где L - длина стрелы экскаватора, применяемого для переработки бурового шлама;
- использование возможности перемешивания бурового шлама с борта бурового шламового амбара, на который может быть установлена техника;
dL - длина разрезающей полосы, которая определяется шириной шламового амбара, м;
L - толщина разрезающей полосы (не менее 4 м для возможности прохождения техники), м.
ha - мощность разрезающей полосы (равна глубине амбара), м;
ИСТ
ρ - истинная плотность материала, используемого для формирования разрезающих полос;
НАС
ρ - насыпная плотность материала, используемого для формирования разрезающих полос.
Г
3
V - суммарный объем торфа и песка для переработки бурового шлама в грунт, м;
БШ
3
V - объем бурового шлама в буровом шламовом амбаре, м;
поп
3
V - объем грунта, выполняющего функции почвообразующей породы, м;
3
Vг - суммарный объем торфа и песка для переработки бурового шлама в грунт, м;
АРМ
3
V - объем материала для армирования поверхности грунта, м;
АРМ
h - мощность материала, армирующего поверхность переработанного бурового шлама, м;
2
Sa - площадь бурового шламового амбара, м;
3
Vдос - объем грунта, необходимого для досыпки до дневной поверхности амбара, в случае нехватки объема полученного грунта для заполнения объема амбара, м;
БША
3
V - объем бурового шламового амбара, м;
3
Vпоп - объем грунта, выполняющего функции почвообразующей породы, м;
РПУС
3
V - объем материала для создания разрезающих полос после усадки, м;
3
Vрп - объем материала для создания разрезающих полос, м;
ρист - истинная плотность материала, используемого для формирования разрезающих полос;
ρнас - насыпная плотность материала, используемого для формирования разрезающих полос;
КС
3
V - объем материала для формирования корнеобитаемого слоя (плодородного слоя) для посадки высших растений, применяемого на биологическом этапе рекультивации, м;
0,2 - мощность корнеобитаемого слоя, равная не менее 20 см.
поп
АРМ
KC
БША
При проведении описываемого способа величина суммарного объема грунта, выполняющего функцию почвообразующей породы (V), объема материала для создания разрезающих полос (Vрп), объема материала для армирования поверхности грунта (V), объема материала для создания плодородного слоя (V) должна быть равна или не превышать объем бурового шламового амбара (V).
Описываемый способ иллюстрируется примером, не ограничивающим его применение.
Пример.
Качественная характеристика исходного бурового шлама приведена в таблице 6.
Таблица 6
№ п/п
Наименование показателей
Единица измерения
Количество
Методы испытаний
1
Нефтепродукты свеж.
г/кг
60
ПНДФ 16.1:2.2.22-98 ПНДФ 16.1.38-02
2
Нефтепродукты стар.
г/кг
120*
2.1
соотношение алканов C<sub>≤18</sub>/C<sub>≥18</sub>
безразмерная величина
0,8**
ПНДФ 16.1.41-2004
2.2
группа алканов  С<sub>≤14</sub>
% от общей массы нефтепродуктов
0,75**
2.3
одноядерные ароматические углеводороды
1,7**
3
Хлорид-ион
г/кг
30
ГОСТ 26425
4
Класс опасности
единицы
4
Приказ МПР России от 15 июня 2001 г. №511
5
Кобальт (подвижная форма)
мг/кг
1,0
ГОСТ Р 50687-94 ГОСТ Р 50683-94 ФР. 1.31.2002.00594 РД 52.18.289-90 СанПиН 42-128-4433-87 ПНДФ 16.1:2.3:3.11-98
6
Марганец (подвижная форма)
мг/кг
100,0
ГОСТ Р 50685-94 ГОСТ Р 50682-94 ФР. 1.31.2002.00594 РД 52.18.289-90 ПНДФ 16.1:2.3:3.11-98
7
Медь (подвижная форма)
мг/кг
2,0
ГОСТ Р 50683-94 ФР. 1.31.2002.00594 РД 52.18.289-90 ПНДФ 16.1:2.3:3.11-98
8
Никель (подвижная форма)
мг/кг
3,0
ФР. 1.31.2002.00594 РД 52.18.289-90 ПНДФ 16.1:2.3:3.11-98
9
Свинец (подвижная форма)
мг/кг
2,0
ФР. 1.31.2002.00594 РД 52.18.289-90 ПНДФ 16.1:2.3:3.11-98
10
Хром трехвалентный (подвижная форма)
мг/кг
3,0
ФР. 1.31.2002.00594 РД 52.18.289-90 ПНДФ 16.1:2.3:3.11-98
11
Цинк (подвижная форма)
мг/кг
18,0
ГОСТ Р 50686-94 ФР. 1.31.2002.00594 РД 52.18.289-90 ПНДФ 16.1:2.3:3.11-98
Проводят сбор последовательно жидкой нефти и битуминизированной нефти в виде корки с водной поверхности амбара. Затем откачивают водную фазу из бурового шламового амбара и проводят создание разрезающих отсыпок в виде полос. После этого буровой шлам промывают от солей и откачивают воду после промывки. Затем осуществляют сбор битуминизированной нефти в виде корки с поверхности бурового шлама, далее сбор битуминизированной нефти в виде корки, нефтешлама и нефтезагрязняющего грунта с поверхности обваловки бурового шламового амбара. Полученный буровой шлам после проведения вышеописанных операций смешивают с торфом и песком в соотношении, об.%: шлам буровой - 75, торф - 18,0, песок - 7,0. Проводят контроль качества полученного грунта. Затем осуществляют армирование поверхности грунта. Данные по остаточному содержанию загрязняющих компонентов приведены в таблице 7.
Таблица 7
№ п/п
Наименование показателей
Единица измерения
Количество
Метод испытания
1
Нефтепродукты свеж.
г/кг
5,0
ПНДФ 16.1:2.2.22-98, ПНДФ 16.1.38-02, ПНДФ 16.1.41-2004
2
Нефтепродукты стар.
г/кг
12,0*
2.1
соотношение алканов C<sub>≤18</sub>/C<sub>≤18</sub>
Безразмерная величина
0,4**
2.2
группа алканов C<sub>≤14</sub>
% от общей массы нефтепродуктов
0,5**
2.3
одноядерные ароматические углеводороды
1,0**
Грунт имеет также следующие показатели: pH водной суспензии составляет 6,5 ед., содержание хлорид-иона составляет 10 г/кг, относительная деформация набухания составляет 0,9%, относительная деформация просадочности составляет 0,01%, класс опасности - 4 ед., удельная эффективная активность естественных радионуклидов составляет 700 ед.
Плодородный слой создают на рекультивируемой поверхности высотой не менее 20 см. При этом полученный грунт смешивают с вскрышными и вмещающими породами, плодородным слоем почвы, снятым при производстве земляных работ и торфом нейтрализованным, взятыми в количестве, мас.% 70, 10, 10, 10, соответственно.
После создания плодородного слоя проводят фрезерование на 20 см и одновременно вносят необходимое количество минеральных удобрений. Затем проводят посадку травянистой и древесной растительности на земельном участке для закрепления поверхности плодородного слоя. В качестве многолетних трав используют смесь трав: тимофеевка луговая, овсяница луговая, костер безостый, клевер красный, в качестве древесного материала используют черенки ивы. После проведения описываемого способа проводят мониторинг состояния растительности, в частности таких показателей, как сплошность травяного покрова, отпад древесной растительности. Сплошность травяного покрова, отпад древесной растительности составляют 95% отн. и 5% отн. от планируемых, соответственно. При этом суммарное значение объема грунта, выполняющего функцию почвообразующей породы, объема материала для создания разрезающих полос, объема материала для армирования поверхности грунта, объема материала для создания плодородного слоя равно объему бурового шламового амбара.
Из вышеприведенных данных следует, что способ согласно изобретению позволяет получить грунт, выполняющий функцию почвообразующей породы - компонента природной среды, что приводит к улучшению состояния растительности на рекультивированном земельном участке и повышению экологических показателей региона, в котором проводят описываемый способ.