СОСТАВ ДЛЯ ИНЕРТИЗАЦИИ ОТХОДОВ БУРЕНИЯ
DRILLING WASTE INERTISATION COMPOSITION

Изобретение относится к охране природной среды при строительстве, эксплуатации и демонтаже нефтегазовых скважин и предназначено для нейтрализации методом отверждения (инертизации) отходов бурения (отработанные глинистые буровые растворы и буровые шламы, а также другие шламы), содержащих нефтепродукты, тяжелые металлы, ПАВ и другие загрязнители.
Известны составы, используемые для нейтрализации методом отверждения всего объема захороняемых отходов бурения. Их основу составляют цементная пыль и отходы гипсового производства (см. патент RU № 2162918, МПК 7 E02D 31/02, D09D 1/00, С09К 7/02 от 10 февраля 2001 г.).
Основными существенными недостатками известного состава являются:
- не решена проблема утилизации соли;
- обязателен амбарный способ накопления отходов бурения;
- трудоемкость процесса перемешивания в амбаре всего объема отходов бурения с консолидирующим материалом.
Известен также и состав для инертизации отходов бурения на основе цемента и с доломитовой мукой (см. патент РФ № 2040633, МПК Е02В 3/16, C09R 7/02 от 25.07.1995 г.).
Основными существенными недостатками известного состава являются:
- необходимость использования амбарного способа накопления отходов бурения;
- трудоемкость процесса перемешивания в амбаре всего объема отходов бурения с консолидирующим материалом;
- необходимость захоронения отвержденного материала в амбарах.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа заявляемого решения, является состав на основе цемента и других материалов (см. SU 1754881 от 15.08.1992, 4 с.).
Основными существенными недостатками использования известного прототипа являются:
- трудоемкость процесса смешения компонентов состава и отходов бурения;
- не решена проблема утилизации соли.
Основной задачей заявляемого технического решения являются снижение трудоемкости приготовления состава для инертизации отходов бурения и высокая эффективность его использования для обезвреживания и утилизации отходов бурения, загрязненных тяжелыми металлами, фенолами, нефтепродуктами и другими загрязнителями.
Поставленная задача решается в изобретением за счет использования в составе для инертизации отходов бурения цемента, дополнительно - природного силикагеля и 20%-ного жидкого стекла при следующем соотношении компонентов, мас.%:
цемент
40-80
природный силикагель
20-60
указанное жидкое стекло
10-20 от сухого отверждаемого
материала
Ни из научной, ни из патентной литературы нам не известно о существовании состава, используемого для инертизации отходов бурения, содержащего компоненты, идентичные предлагаемым.
В качестве цемента используют портландцемент марки М-500 и другие виды цемента.
В качестве природного силикагеля используют опоку - кремнеземистые породы, содержащие до 97% кремнекислоты, аморфного кремнезема (опала) и небольшое количество других примесей (см. сайт http://www.idt-invest.ru/termin4.htm.). Опал представляет собой водосодержащий коллоидальный оксид кремния глобулярного строения (Горная энциклопедия, том 3, М.: Советская энциклопедия, 1987, с.569).
Существенные признаки заявляемого решения в совокупности обладают новизной, и предлагаемый состав соответствует критерию новизны для признания его изобретением. Совокупность существенных признаков, присущих заявленному решению, необходима и достаточна для реализации поставленной изобретением задачи (каждый из признаков необходим, а все вместе достаточны). Таким образом, существенные признаки предлагаемого в качестве изобретения задачи влияют непосредственно на реализацию поставленной задачи. Правомерен вывод о наличии причинно-следственной связи между существенными признаками данного решения и реализуемой задачей, что свидетельствует о том, что заявляемый состав соответствует критерию «изобретательский уровень».
Предлагаемый состав с присущими ему существенными признаками может быть в промышленных условиях реализован многократно с полным решением поставленной задачи.
Отсюда правомерен вывод о соответствии заявляемого решения критерию «промышленная применимость».
Предлагаемый состав для инертизации отходов бурения апробирован в полупроизводственных условиях эксплуатации Астраханского газоконденсатного месторождения, где большая часть отходов бурения отличается высокой минерализацией. Ниже приводятся результаты этой апробации (табл.1, 2, 3).
Пример 1.
3
Отходы бурения поступали на блок инертизации (промышленная установка обезвреживания шламов). Здесь при помощи лопастного смесителя производили механическое перемешивание отходов бурения с консолидирующим материалом «АОРСИТ-ИН» на основе портландцемента марки М 500-40 мас.% и тонкодисперсной (0,01-0,25 мм) активной добавки - опоки - 60 мас.%. В количественном эквиваленте расход отверждающего состава составил примерно 200 кг (цемента - 80 кг, сорбента - 120 кг) на 1 т отходов бурения. Затем добавляли 10% от сухого отверждаемого материала раствор активатора твердения (100 кг на 1 т отходов) 20%-ное натриевое жидкое стекло, представляющее собой густую жидкость и обладающее следующими характеристиками: массовая доля двуокиси кремния - 24,8-34,3; массовая доля окиси железа и окиси алюминия - не более 0,25%; массовая доля окиси кальция - не более 0,12%; массовая доля серного ангидрида - не более 0,07%; массовая доля окиси натрия - 9,0-12,9%; силикатный модуль - 2,7-2,9; плотность - 1,36-1,5 г/см.
При перемешивании смеси инертизации с отходами бурения происходит связывание токсичных примесей сорбентом. Сорбция токсичных примесей в комплексе протекает до полного обезвреживания (табл.1).
Добавление активаторов твердения (цемента и жидкого стекла) позволяет получить на основе обезвреженного отхода достаточно прочный материал. Образовавшаяся при твердении прочная консервирующая матрица предотвращает растворение токсичных веществ под воздействием компонентов окружающей среды, дополнительно связывает их физически и химически, снижает поверхность контакта с окружающей средой.
Таблица 1
Результаты анализа водной вытяжки, выделенной из отвержденной смеси (буровой шлам + отверждающий состав «АОРСИТ-ИН»)
Наименование
рН
Плотный остаток, %
Оптическая плотность, А
Na<sup>+ </sup>%
Cl<sup>-</sup> %
Ca<sup>2+</sup> %
Mg<sup>2+</sup> %
SO<sub>4</sub> <sup>2-</sup> %
НСО<sub>3</sub> <sup>-</sup> %
СО<sub>3</sub> <sup>2-</sup> %
Буровой шлам
8,89
42,05
0,691
9,94
9,94
1,15
0,05
1,87
0,04
0,24
Отвержденная смесь
11,65
2,88
0,166
0,08
0,05
0,77
0,03
1,02
0,02
3,01
Пример 2.
Отходы бурения поступали на блок инертизации (промышленная установка обезвреживания шламов). Здесь при помощи лопастного смесителя производили механическое перемешивание отходов бурения с консолидирующим материалом «АОРСИТ-ИН» на основе портландцемента марки М 500-60 мас.% и тонкодисперсной (0,01-0,25 мм) активной добавки - опоки - 40 мас.%. В количественном эквиваленте расход отверждающего состава составил примерно 200 кг (цемента - 120 кг, сорбента - 80 кг) на 1 т отходов бурения. Затем добавляли 20% от сухого отверждаемого материала раствор активатора твердения (200 кг на 1 т отходов) 20%-ное натриевое жидкое стекло.
Результаты апробации состава в примере 2 даны в табл.2.
Таблица 2
Результаты анализа водной вытяжки, выделенной из отвержденной смеси (буровой шлам + отверждающий состав «АОРСИТ-ИН»)
Наименование
рН
Плотный остаток, %
Оптическая плотность, А
Na<sup>+ </sup>%
Cl<sup>-</sup> %
Са<sup>2+</sup> %
Mg<sup>2+</sup> %
SO<sub>4</sub> <sup>2-</sup> %
НСО<sub>3</sub> <sup>-</sup> %
СО<sub>3</sub> <sup>2-</sup> %
Буровой шлам
8,89
42,05
0,691
9,94
9,94
1,15
0,05
1,87
0,04
0,24
Отвержденная смесь
11,96
3,35
0,098
0,02
0,15
0,64
0,00
0,85
0,03
4,86
Пример 3.
Отходы бурения поступали на блок инертизации (промышленная установка обезвреживания шламов). Здесь при помощи лопастного смесителя производили механическое перемешивание отходов бурения с консолидирующим материалом «АОРСИТ-ИН» на основе портландцемента марки М 500-80 мас.% и тонкодисперсной (0,01-0,25 мм) активной добавки - опоки - 20 мас.%. В количественном эквиваленте расход отверждающего состава составил примерно 200 кг (цемента - 160 кг, сорбента - 40 кг) на 1 т отходов бурения. Затем добавляли 15% от сухого отверждаемого материала раствор активатора твердения (150 кг на 1 т отходов) 20%-ное натриевое жидкое стекло.
Результаты апробации состава в примере 3 даны в табл.3.
Таблица 3
Результаты анализа водной вытяжки, выделенной из отвержденной смеси (буровой шлам + отверждающий состав «АОРСИТ-ИН»)
Наименование
рН
Плотный остаток, %
Оптическая плотность, А
Na<sup>+ </sup>%
Cl<sup>-</sup> %
Са<sup>2+</sup> %
Mg<sup>2+</sup> %
SO<sub>4</sub> <sup>2- </sup>%
НСО<sub>3</sub> <sup>-</sup> %
СО<sub>3</sub> <sup>2-</sup> %
Буровой шлам
8,89
42,05
0,691
9,94
9,94
1,15
0,05
1,87
0,04
0,24
Отвержденная смесь
11,69
4,32
0,156
0,04
0,10
0,69
0,05
1,14
0,03
3,62
Продуктом обезвреживания отходов бурения в примерах 1, 2, 3 является инертная масса с характеристиками техногенных грунтов, соответствующих IV классу опасности, которая может использоваться в качестве инертного грунта для выравнивания рельефа местности, засыпки освобожденных от шлама амбаров, а также при строительстве дорог.
Предлагаемый состав для инертизации отходов бурения, загрязненных тяжелыми металлами, фенолами, нефтепродуктами, ПАВ и другими загрязнителями, имеет ряд преимуществ перед известными аналогичными решениями, в т.ч. и перед прототипом, а именно:
- полное обезвреживание и утилизация отходов бурения;
- вторичное использование продуктов обезвреживания и утилизации отходов бурения;
- снижение экономических затрат при обращении с отходами бурения.