Мониторинг основных нефтяных месторождений Краснодарского края и сравнительная характеристика нефтяных шламов, образующихся в процессе их эксплуатации

- © Г.Г. Попова, В.Т. Панюшкин,

К.Е. Северин, В.Г. Максимович, Д.И. Сахаров, Ю.В. Пономарева, 2012

УДК 504.55.054:662

Г.Г. Попова, В.Т. Панюшкин, К.Е. Северин, В.Г. Максимович, Д.И. Сахаров, Ю.В. Пономарева

МОНИТОРИНГ ОСНОВНЫХ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ И СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕФТЯНЫХ ШЛАМОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ПРОЦЕССЕ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Проблема переработки нефтяных шламов в Краснодарском крае является одной из наиболее актуальных экологических проблем нефтегазовой промышленности региона. Общая производительность предприятий, занимающихся переработкой нефтяных шламов в крае, не удовлетворяет потребностям и не может обеспечить утилизацию объема накопившихся и постоянно образующихся отходов. В этой ситуации возникает острая необходимость повышения эффективности существующих методов переработки нефтяных шламов, внедрения новых подходов, практических рекомендаций по научно обоснованному выбору и особенностям применения тех или иных методов и технологий переработки этих опасных отходов. Данная статья посвящена исследованию составов нефтяных шламов различных месторождений Краснодарского края, а также выработке рекомендаций по повышению эффективности их переработки. Ключевые слова: нефтяное месторождение, смолисто-асфальтеновые вязкие фракции, нефтяной шлам.

В продолжение исследований [1] в настоящей работе приводятся результаты анализа составов шламов основных нефтянык месторождений Краснодарского края. Разработка месторождений ведется на территории десяти районов и в основном сосредоточена на лицензионнык участках ОАО «НК «Роснефть». Все нефтяные месторождения края условно делятся на пять территориальных групп: Хадыженско-Ключевая (Апшеронский и Горячеклю-чевской районы), Ахтырская (Север-ский, Абинский районы), Троицкая (Крымский район), Славянская (Славянский район), Сладковско-Морозовская (Темрюкский район). Отдельно в этом ряду стоят Убеженское и Николаевское месторождения Успенского района.

Нефти всех месторождений отличаются по составу, а также по соотно-

шению легких и тяжелых фракций углеводородов, иногда различия наблюдаются даже в пределах одного месторождения. Идентификационными компонентами нефти, не изменяющимися в процессе ее добычи и подготовки являются тяжелые металлы.

Как известно технология нефтедобывающего производства включает в себя стадии от извлечения нефти из скважин до ее сдачи на транспортировку в систему магистрального трубопроводного, железнодорожного транспорта или на переработку. Нефть, извлекаемая из нефтяного пласта, и нефть, подготовленная для транспортировки, значительно отличаются по составу и характеристикам. Нефть, извлекаемая из пласта, требует предварительной подготовки: отделения нефти от воды, вместе с которой она неизбежно извлекается

на поверхность; удаление из сырой нефти растворенных в ней углеводородных газов; отстаивание механических примесей и т.д. Поэтому в процессе подготовки нефти и транспортировки ее по трубопроводной системе нефтедобывающего предприятия образуются нефтесодержащие отходы разного состава - нефтяной шлам. По характеру образования различают несколько видов нефтяного шлама: шлам от зачистки резервуаров (донные отложения), шлам от зачистки трубопроводов, шлам от пропарки и чистки железнодорожных цистерн, шлам из нефтеловушек и неф-теуловителей, а также грунт, загрязненный нефтью, который собирается при ликвидации разливов.

Основными компонентами фазового состава таких шламов являются: углеводороды (легкие и тяжелые фракции, смолисто-асфальтеновые фракции, ас-фальто-смолопарафиновые отложения), вода, механические примеси (фрагменты выносимых с нефтью горных пород, песок, ржавчина, нерастворимые соли).

Как правило, составы нефтяных шламов, образованных на одних и тех же стадиях производства, имеют схожие характеристики по содержанию воды, механических примесей и т.д. Например, шламы от зачистки трубопроводов, как правило, отличаются повышенным содержанием парафинов, а шламы от зачистки резервуаров отличаются повышенным содержанием механических примесей и смоли-сто-асфальтеновых вязких фракций в составе углеводородной части.

Качественный состав углеводородной части нефтяного шлама имеет прямую зависимость от химического состава добываемой нефти. Некоторые компоненты нефти практически без изменения количественного состава переходят в нефтяной шлам (тяжелые металлы, тяжелые фракции углеводородов, механические примеси). Такие компоненты нефтяного шлама как тяжелые металлы, алифатические углево-

дороды, циклические алканы, ароматические соединения соответствует аналогичным компонентам в нефти.

В результате проведенных исследований нами получена качественная характеристика нефтяных шламов разных месторождений Краснодарского края по следующим показателям:

• фракционный состав: содержание легких углеводородов, тяжелых углеводородов, воды, механических примесей и др.;

• содержание тяжелых металлов: никеля, цинка, меди, марганца, хрома, ванадия, свинца.

Данные по содержанию компонентов в нефтяных шламах месторождений Краснодарского края представлены в табл. 1.

По данным табл. 1 построены диаграммы компонентного состава неф-тешламов месторождений Краснодарского края, представленные на рис. 1.

В ходе анализа приведенных выше данных выявлены некоторые особенности компонентного состава шламов разных месторождений. Так, анализ диаграмм (рис. 1) показывает, что наибольшее содержание минеральных составляющих наблюдается в нефтяных шламах месторождений Крымского района и Ханьковской площади, а наименьшее в шламах Абино-Украинского месторождения; наибольшее содержание воды наблюдается в шламах Новодмитриевского месторождения (Северский район), наименьшее в шламах Крымского района и Ханьковской площади. Качественный состав углеводородной составляющей нефтяных шламов также различен по всем месторождениям. Так наибольшее содержание легких фракций углеводородов наблюдается в шламах месторождения Зыбза Глубокий Яр, наименьшее в шламах Ново-дмитриевского месторождения. Содержание тяжелых фракций углеводородов в большем количестве наблюдается в шламах месторождения Зыбза Глубокий Яр, наименьшее — в шламах Троицкой площади. Полученные результаты характеризуют неоднородность фазового состава нефтесо-

Таблица 1

Сравнительная характеристика компонентного состава нефтяных шламов месторождений Краснодарского края

Месторождение / группа месторождений

к

1 "

2 *

¡18"

а

! £ 13

Состав нефтяного шлама, содержание %

а д о

ВО

2

я

вля

2 9)

" 5 о Э

с

Содержание тяжелых металлов

N1

Zn Си

Мп

Сг

V Ре РЬ

Хадыженско-Ключевая группа Убеженское, Николаевское Новодмитриев-ское месторождение

Зыбза Глубокий Яр

Абино-

Украинское месторождение Ахтырско-Бугундырское Месторождения Крымского района

Площадь Хань-ковская

Площадь Троицкая

Северо-Нефтяное месторождение (Темрюкский район)_

9,8 9,8 9,4

18,6 16,9

14,7

14.7

15.1

10.8

11.2

6,9

14,1 17,3

17,7 7,7

11,06 8,2 8,6

32,8 32,8 37,2

30.2 34,6

27.3 22,1

23,8 33

26.4

48,6 48,6 46,5

37.1

31.2

40.3 55,5

49,5 48 53,8

0,015 0,015 0,01

0,03 0,02

0,016 0,018

0,04 0,01 0,008

0,019 0,019 0,03

0,02 0,03

0,011 0,015

0,04 0,03 0,02

0,014 0,014 0,009

0,01 0,007

0,001 0,005

0,016 0,005 0,013

0,12 0,12 0,026

0,05 0,07

0,05 0,1

0,09 0,036 0,04

0,024 0,024 0,006

0,01 0,01

0,013 0,011

0,01 0,008 0,008

0,008 0,008 0,01

0,02 0,02

0,009 0,011

0,02 0,01 0,009

10,1 10,1 3,3

3,5

4.5

3

5.3

3.4 3,3

3.6

0,002

0,007 0,003

0,006 0,003 0,003

держащих шламов месторождений в пределах южной части территории Краснодарского края.

Изучение не только фракционного состава нефтяных шламов, но и химического состава их углеводородной составляющей необходимо для научного обоснования технологического процесса переработки нефтяных шламов.

Основными методами переработки нефтяных шламов являются: механический (отделение воды, механических примесей), термический (сжигание неф-тешлама в печах различной конструк-

ции), микробиологический (деструкция углеводородных компонентов нефтеш-лама нефтеокисляющими микроорганизмами). Однако практическая реализация данных методов применительно к нефтяным шламам конкретного состава затруднена.

Применение механических методов переработки затруднено по следующим причинам: нефтяной шлам представляет собой устойчивую коллоидную эмульсионно-суспензионную систему, трудно поддающуюся разделению; оборудование для механиче-

__|<^|НКИ1С.1ЬН«

С- \«аст>сневское

зкп

млы

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ МЕСГОРО'АДЕН И Я

нефтяные- --• ^гфгенроволы

нсфте1азовые --- шанраволы

гв!овые н гаюкаидеис^тные

КОМ [ЮНЕКГН ЫЙ СОСТА В 13 ЫИТЯ Н Ш. ¡АЧОВ

Рис. 1. Компонентный состав нефтяных шламов месторождений Краснодарского края

Ma.iopiKCHHCh'KK

. ]<№. IИ Ы С К i

» РКЗП

вкв

s„"i Одна riMtf

V/ЛЧН

1(«-краслвгкчк

Кочср!

MniiKvucK'Ui:

-Чамлыисмм X. >í

Щ| Ьл-ЧлШгжнн \ X, tçiu-.ta jmiikkúv

V- icÍmi. injiiuii'i

Wa .i |,1Гы1 « w с км ftj! Itinij nmicvJH.

1s«. pu -Ц« 1С

Пригнбскос

р-Ннра

С-Прибрсжили ПрибрС/Ккпм

ЖсС1СрОИС

Г-ЧОДупгщ

Гслснджикская

> В-Бсликш VII !1С II скос О.Заи-Кр

С- Нефтяное ^ ^С!^/1 с '^Н 11С КОС

Ю||>С.1ЬЧП11СМ Бел ый Хутор

'Джш инскос

'Кул п ко- К  ю I <

го

Дбипо-Украннско ^^^кпк-шк

00*0 олм - 1 соЛронцко.

о.вм-- 4

о.то _ 0001 И к I

!

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

С   ^ нефтяные --- нефтепроводы

-- > нефтегазовые -о-о- газопроводы

с - -- -_> газовые и газокондеисатные

Ссв-Ксрчсискос

Ч Е Р Н IV! О Р

О

Е

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В СОСТАВЕ ШЛАМА | ] Никель | "й-.Ъ> 1 Медь. Хром | Соинец

| - - ] Цинк Марганец | Ванадий

Рис. 2. Содержание тяжелых металлов в нефтешламах месторождений Краснодарского края

Грсчпннн

Зап-Брюховсцкая

МПЛИШШСКЙК

АЛСКСССВСКО!

Дпсмронскос

Мнлоросспнскос

Дядьковская

Митроф

2 С-Лпдожскня

Ссв-Ладожскос

лноронско«

1 Ссверо-

¡СНОДЙ рск'й и

.»убратскос

ЮбИЛ СНИОС

Лиложскос

11 с кр» со и с кос

©.1С РАС II ОДА Р

у /^62

Пош^кукайская

В-Лфпискаи

Шснджийская

^С-Нонпдми1-риснскан

110В0ЛМН'Г ЦИрЦСКОС с Калужское. \

"ужорск!

Манкоискпс

Ключевой

Кура-Цсмс

ыжсискос Воскопап Гор

0« И 0«0А"И- гри«»ско«

0ъ<) ««1 в.«1 1 1 ЕЕ

Рис. 2 (Продолжение). Содержание тяжелых металлов в нефтешламах месторождений Краснодарского края

ского разделения чувствительно к твердости механических примесей и вязкости нефтяной фракции, что сильно ограничивает применение ме-то да; отделенные такими методами механические примеси также являются опасным отходом из-за присутствия в них нефтепродуктов и концентрирования токсичных примесей.

Термические способы достаточно энергозатратны, требуют установки дорогого оборудования, транспортировки большого количества опасных отходов к месту переработки, а также представляют опасность для окружающей среды в связи с образованием токсичных продуктов сгорания, которые выбрасываются в атмосферу.

Микробиологические способы переработки эффективны при небольших концентрациях нефтепродуктов, преимущественно легких фракций, а также при значительной концентрации микроорганизмов. Метод чувствителен к температурному режиму внешней среды, эффективность переработки наблюдается преимущественно в теплое время года. В то же время нефтяные шламы содержат в составе высокомолекулярные соединения и тяжелые металлы, которые замедляют или угнетают метаболизм микроорганизмов.

В процессе биодеструкции неф-тешлама происходит аэробное окисление железа и окисление серосоде-ращих соединений до сульфатов. Эту функцию выполняют железоокис-ляющие и сероокисляющие колонии микроорганизмов. Соединения серы и железа оказывают влияние на процессы микробиологического окисления нефтепродуктов, так как являются стабильными соединениями, а также железо как катализатор повышает интенсивность протекания побочных реакций.

В ходе исследования содержания железа в нефтяных шламах месторождений Краснодарского края было выявлено его значительное содержание по каждому месторождению, которое колеблется в пределах от 3 до 10,1 %. Наибольшим содержанием железа отличаются шламы Хадыжен-ско-Ключевой группы месторождений, а также шламы Убеженского и Николаевского месторождений (Успенский район), наименьшее содержание железа отмечено в нефтяных шламах Ахтырско-Бугундырского месторождения (рис. 1).

Важную роль при выборе способа утилизации нефтешламов играет качественное и количественное содержание тяжелых металлов. Нами также исследовано содержание тяжелых металлов (никель, цинк, медь, марганец, хром, ванадий, свинец) в нефтешла-мах вышеперечисленных месторождений (рис. 2).

Известно, что такие металлы как никель, ванадий являются идентификаторами состава нефти определенного месторождения, их содержание в процессе добычи и переработки в сравнении с содержанием в нефти практически не изменяется. Однако, при анализе диаграмм (рисунок 2) выявлено повышенное содержание марганца в нефтяных шламах всех месторождений, а также цинка в шламах Ханьковской площади.

Аномально высокое содержание марганца наблюдается также и в породах зон аэрации. В настоящее время нет единых для всей территории страны рекомендаций по качественному составу индикаторов нефтяных загрязнений. В результате проведенных исследований целесообразно включить марганец в перечень элементов-индикаторов нефтяных загрязнений территории Краснодарского края.

Данное исследование может стать основой для разработки и уточнения способов переработки и утилизации нефтяных шламов, разработки практических рекомендаций по применению различных методов перера-

1. Ксандопуло С.Ю. Геохимический мониторинг процессов влияния накопителей нефтесодержащих отходов / С.Ю. Ксандопуло, Г.Г. Попова, А.С. Каськов, Я.Ю. Моисеева, С.М. Литвинова // ГИАБ (в печати).

2. Жаров O.A. Современные методы переработки нефтешламов / О.А. Жаров,

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

ботки нефтешламов для каждого отдельного месторождения, а также наглядно показывает зависимость состава нефтесодержащих отходов от географии нефтяных месторождений.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

В.А. Лавров // Экология производства. -2004. — №5. - С. 43—51.

3. Ягафарова Г.Г. Биотехнологический способ очистки нефтешлама / Г.Ш. Ягафарова, Е.Г. Ильина, Э.М. Гатауллина, В.Б. Барахнина // Нефтепеработка и нефтехимия. - 2000. — №7. - С. 51-55. 530

Попова Г.Г. - кандидат химических наук, доцент, Панюшкин В.Т. - доктор химических наук, профессор, Северин К.Е. - аспирант, Максимович В.Г. - соискатель КубГУ,

Кубанский государственный технологический университет, е-шаИ: GalaGeya@mail.ru, Сахаров Д.И. - главный механик ООО «РН-Краснодарнефтегаз»,

Пономарева Ю.В. - кандидат технических наук, начальник отдела охраны окружающей среды ООО «РН-Краснодарнефтегаз».

- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ

ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ

ОБОСНОВАНИЕ РАСЧЕТНЫХ МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ

РЕШЕНИЙ ПО КРЕПЛЕНИЮ МОНТАЖНЫХ КАМЕР

Синяускас С.В., ассистент кафедры «Технология и комплексы горных, строительных и металлургических производств», е-mail: s.stepan0303@gmail.com.

Титов Н.В., доктор технических наук, профессор.

Шахтинский институт (филиал) государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)».

Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). — 2012. — № 1. — 20 с.— М.: издательство «Горная книга».

Приведены результаты лабораторных и натурных исследований взаимодействия двухуровневой анкерной и комбинированной крепи с породами кровли, позволяющими обосновать методику расчета крепей монтажных камер.

Ключевые слова: анкерная крепь, комбинированная крепь, смешение пород, отпор крепи.

GROUDING CALCULATION METHODS AND TECHNICAL

SOLUTIONS ON MOUNTING CHAMBERS SETTING

Sinyauskas S.V., Titov N.V.

The results of laboratory investigations and ones made on location of interaction of two-level anchor and combined setting with roof rocks of mounting chambers are given in this work.

Keywords: anchor set, combined set, rocks displacement, set repuls.