Минеральный грунт и способ его изготовления
MINERAL SOIL AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Область техники.
Заявляемая группа изобретений относится к области восстановления загрязненной выбуренной породы и предназначена для вовлечения в полезное использование отходов бурения и/или выбуренной породы с элементами бурового раствора, образующихся в ходе бурения разведочных, поисковых или эксплуатационных скважин.
Уровень техники.
Известен, например, композиционный строительный материал «Гумиком» (патент РФ на изобретение № 2575950, МПК C04B18/00, C04B28/00, B09B3/00, опуб. 27.02.2016, [1]). Указанный материал [1] содержит буровой шлам и от веса бурового шлама в качестве минеральной добавки - песок (20-30 вес. %) и гуматы (0,01-0,05 вес. %).
Строительный материал [1] также содержит в качестве осушителя - перлит (до 5 вес. %), в качестве ускорителя - формиат кальция (до 2,5 вес. %), в качестве отвердителя - цемент (2,5-5,0 вес. %), и дополнительно – глауконит (2,0-2,5 вес. %) и дрожжи (0,05-0,1 вес.%). Глауконит добавлен в качестве агента, сорбирующего тяжелые металлы и нефтепродукты.
Известна смесь почвенная шламово-грунтовая (ГШС) для рекультивации карьеров и нарушенных земель (патент РФ на изобретение № 2631391, МПК B09B1/00, опуб. 21.09.2017, [2]), содержащая торфопесчаную смесь, буровой шлам, активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки. Для связывания токсикантов смесь содержит торфогуминовое удобрение в количестве 100-1000 г/т.
При этом содержание компонентов в смеси составляет, мас.%: буровой шлам - 35-50, песок или супесчаный грунт - 25-30, торф марки А, Б - 25-30.
Также известен техногенный грунт (патент РФ на изобретение № 2631681, МПК B09C1/08, опуб. 26.09.2017, [3]). Указанный аналог [3] содержит буровой шлам, песок в количестве 25% от объемной доли бурового шлама, фосфогипс, гуминовый препарат в количестве 200-400 л/га и минеральный сорбент глауконит.
Фосфогипс добавлен в количестве 3-5% от массы бурового шлама, глауконит в количестве 5-10% от объемной доли бурового шлама. В качестве гуматов использован препарат «Росток».
Указанный аналог [3] является по совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом того же назначения к заявляемому минеральному грунту. Поэтому он принят в качестве прототипа.
Из аналога [1] известен способ получения строительного материала «Гумиком». При производстве строительного материала [1] обработку шламового амбара производят на месте его расположения. В буровой шлам добавляют песок и реагенты: песок (20-30 вес. %), гуматы (0,01-0,05 вес. %), перлит (до 5 вес. %), формиат кальция (до 2,5 вес. %), цемент (2,5-5,0 вес. %), глауконит (2,0-2,5 вес. %) и дрожжи (0,05-0,1 вес.%). Перемешивание содержимого амбара и вводимых в него добавок производят экскаватором. Полученная смесь схватывается в течение суток.
В способе, известном из аналога [2] при производстве ГШС подготавливают площадку для обработки бурового шлама. На рабочую площадку выгружают компоненты смеси: буровой шлам - 35-50%, песок или супесчаный грунт - 25-30% и торф марки А, Б - 25-30 %. Затем перемешивают упомянутые компоненты смеси.
В качестве прототипа к заявляемому способу выбран аналог [3]. При производстве техногенного грунта по способу [3] подготавливают шламовый амбар или временный накопитель. В накопителе предварительно размещают буровой шлам. В буровой шлам добавляют песок и реагенты: фосфогипс в количестве 3-5% от массы бурового шлама, гуминовый препарат в количестве 200-400 л/га и минеральный сорбент глауконит в количестве 5-10% от объемной доли бурового шлама. Механически перемешивают смесь до получения однородной массы.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении или использовании группы технических решений является необходимость оптимизации состава компонентов минерального грунта и способа его получения в зимний период.
У аналогов [1, 2] и прототипа [3] неизвестно как осуществляют способ в зимнее время. При этом аналог [1] в качестве сорбирующего агента содержит только компонент глауконит в количестве 2,0-2,5 вес. %, который обладает невысокой нефтеемкостью. В составе аналога [2] отсутствуют мелиорант и агент, сорбирующий тяжелые металлы и нефтепродукты. Прототип [3] в качестве сорбентов содержит в больших количествах фосфогипс и глауконит, что приводит к удорожанию смеси. При этом сорбционная способность упомянутых сорбентов недостаточна.
Раскрытие заявляемого технического решения.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой группой технических решений, является повышение эффективности сорбции токсичных элементов.
Другими техническими результатами являются повышение эффективности способа изготовления минерального грунта и обеспечение возможности проведения способа в зимний период.
Сущность заявленного технического решения состоит в том, что минеральный грунт содержит отходы бурения, песчаный или почвенный грунт в количестве 10-50 % от объёма отходов бурения, фосфогипс и глауконит. Отличается тем, что содержит торф, количество которого не превышает 5-15% от объёма отходов бурения, при этом содержание остальных компонентов смеси составляет, % от массы отходов бурения: фосфогипс - 1,5, глауконит- 0,5, гумат калия до 0,1.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата «повышение эффективности сорбции токсичных элементов».
Сущность заявленного способа состоит в том, что перемешивают в накопителе отходы бурения и песчаный или почвенный грунт в количестве 10-50 % от объёма отходов бурения, фосфогипс и глауконит. Отличается тем, что
- со смесью дополнительно перемешивают торф, количество которого не превышает 5-15% от объёма отходов бурения, и остальные компоненты, количество которых в смеси составляет, % от массы отходов бурения: фосфогипс - 1,5, глауконит- 0,5, гумат калия до 0,1;
- в зимний период перед смешиванием компонентов отходы бурения накрывают пологом, затем в объем отходов бурения вводят пар, кроме того после смешения компонентов укрывают полученную смесь пологом и подают пар в полость между пологом и поверхностью минерального грунта.
В частных случаях заявленный способ осуществляют следующим образом.
В начале работ подготавливают накопитель, который может представлять собой три примыкающих друг другу приямка. При этом первый приямок используют для отходов бурения, второй – для приема жидкой фазы из первого приямка, третий – для перемешивания.
В начале работ подготавливают накопитель, который может представлять собой обвалованную площадку со сборным гидроизолированным приямком.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного способа, обеспечивающих достижение всех заявленных технических результатов.
Авторами технических решений заявленной группы изготовлены опытные образцы этих решений, испытания которых подтвердили достижение технических результатов.
Краткое описание чертежей.
На фигуре показан накопитель с компонентами грунта до перемешивания.
Осуществление технического решения.
Минеральный грунт применяется для вовлечения в полезное использование отходов бурения и представляет собой однородную по цвету и составу грунтоподобную смесь от текуче-пластичной до рыхлой консистенции. В состав минерального грунта входят перемешанные в накопителе (1), компоненты: отходы бурения (2), песчаный или почвенный грунт (3), торф (4), фосфогипс (5) и мелиорирующие добавки (6).
3
Отходы бурения (2) представляют собой совокупность бурового шлама, отработанного бурового раствора и буровые сточные воды. Буровой шлам является преимущественно твердой фазой отходов бурения. Плотность бурового шлама составляет до 2,2 кг/дм.
Песчаный или почвенный грунт (3) является структурообразователем, повышает прочностные свойства и снижает сжимаемость. Количество песчаного или почвенного грунта (3) составляет 10-50 % от объёма отходов бурения.
Торф (4) является сорбентом и составляет 5-15% от объёма отходов бурения (2).
Фосфогипс (5) является химическим мелиорантом и нейтрализует щелочную среду отходов бурения. Количество фосфогипса (5) составляет 1,5% от массы отходов бурения.
Мелиорирующие добавки (6) необходимы для детоксикации и нормализации отходов бурения (2). Компонентами упомянутых добавок (6) являются:
- сорбент глауконит в количестве 0,5 % от массы отходов бурения;
- сорбент и стимулятор роста полезной почвенной микрофлоры гумат калия, количество которого составляет до 0,1% от массы отходов бурения.
Применение фосфогипса (5) совместно с глауконитом в указанных количествах обеспечивает сорбцию токсичных элементов и тяжелых металлов за короткий промежуток времени и соответственно снижает поступление токсикантов в окружающую среду.
Применение глауконита совместно с торфом (4) в указанных количествах, для ремидиации почв, грунтов, буровых шламов обеспечивает связывание тяжелых металлов в труднорастворимые комплексы и детоксикацию отходов бурения.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. В качестве песчаного грунта (3) использован песок по ГОСТ 8736-93.
Пример 2. В качестве торфа (4) использован торф по ГОСТ Р 51661.3-2000.
Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенными выше примерами.
Порядок изготовления.
В начале работ подготавливают накопитель (1). Затем в накопителе (1) размещают отходы бурения (2). По поверхности отходов бурения (2) послойно распределяют песчаный или почвенный грунт (3), торф (4), фосфогипс (5) и мелиорирующие добавки (6). После этого многократно перемешивают смесь в накопителе (1) до полной гомогенизации массы. Перемешивание осуществляют экскаватором (7). Выдерживают полученный минеральный грунт в течение суток.
В зимний период отходы бурения (2) накрывают пологом, например, бурукрытием. Затем в объем отходов бурения (2) вводят пар и прогревают участок. После прогрева полог убирают и по поверхности отходов бурения (2) распределяют песчаный или почвенный грунт (3), торф (4), фосфогипс (5) и мелиорирующие добавки (6). Затем осуществляют перемешивание. После этого укрывают полученный минеральный грунт и подают пар в полость между укрытием и поверхностью минерального грунта.
Осуществление способа.
При изготовлении минерального грунта в начале работ подготавливают накопитель (1), который может представлять собой:
- выемку (шламовый амбар) в теле площадки для строительства скважины, либо в открытом грунте;
- три примыкающих друг другу приямка, при этом первый приямок используют для отходов бурения, второй – для приема жидкой фазы из первого приямка, третий – для перемешивания;
- обвалованную площадку со сборным гидроизолированным приямком;
- быстросборные емкости.
Затем в накопителе (1) размещают утилизируемые отходы бурения (2). Затем по поверхности отходов бурения (2) распределяют:
- структурообразующий песчаный или почвенный грунт (3) в количестве 10-50 % от объёма отходов бурения (2);
- сорбент торф (4) в количестве 5-15% от объёма отходов бурения;
- химический мелиорант фосфогипс (5) в количестве 1,5% от массы отходов бурения;
- мелиорирующие добавки (6) для детоксикации и нормализации отходов бурения (2).
Компонентами упомянутых добавок (6) являются:
- сорбент глауконит в количестве 0,5 % от массы отходов бурения (2);
- сорбент и стимулятор роста полезной почвенной микрофлоры гумат калия, количество которого составляет до 0,1% от массы отходов бурения (2).
Затем многократно перемешивают смесь в накопителе (1) до полной гомогенизации массы. Перемешивание осуществляют экскаватором (7). Выдерживают полученный минеральный грунт в течение суток.
В зимний период отходы бурения (2) накрывают пологом, например, бурукрытием. Затем в объем отходов бурения (2) вводят пар и прогревают участок. После прогрева полог убирают и по поверхности отходов бурения (2) распределяют песчаный или почвенный грунт (3), торф (4), фосфогипс (5) и мелиорирующие добавки (6). Затем осуществляют перемешивание. После этого укрывают полученную смесь пологом и подают пар в полость между пологом и поверхностью минерального грунта.
Промышленная применимость.
Заявляемая группа технических решений реализована с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов и найдет широкое применение в нефтегазовой отрасли при утилизации отходов бурения.