СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ШЛАМОВОГО АМБАРА В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
METHOD FOR RECULTIVATION OF SLUDGE BARN IN CONDITIONS OF EXTREME NORTH

Изобретение относится к области экологии, в частности к технологиям восстановления нарушенных земель в ходе поведения буровых работ при строительстве скважин в условиях Крайнего Севера.
Известен способ рекультивации накопительного амбара, включающий отсыпку или гидронамыв минерального грунта, сооружение амбара, гидроизоляцию, заполнение отработанным буровым раствором, откачку жидкой фазы, ликвидацию сгустков (Патент RU №2251564, С09К 7/00 от 10.05.2005).
Недостатки этого способа в том, что он очень затратный, так как требуются большое количество минерального грунта для заполнения амбара; техника и оборудование гидронамыва и привоза данного грунта, что влияет на экологическую обстановку, нарушая состояние рек, в которых происходит намыв песка. Кроме того, отсутствие у него подогревателя приточного воздуха в зимнее время, устройств противообмерзания шламового амбара с отходами при перемешивании и теплообменного процесса внутри амбара (образуются большие глыбы-куски смерзшихся отходов).
3
Известен также способ рекультивации земляных амбаров, включающий очистку амбарной воды посредством коагуляции, ее отстаивание и откачку, формирование образовавшегося осадка, вывоз его на откосы кустовых площадок или автодорог, засыпку амбара грунтом с последующим посевом трав, при этом в качестве коагулянта используют цемент в количестве 20-25 кг/м амбарной воды, формирование осадка производят путем его капсулизации с выдержкой не менее 20 ч, а засыпку амбара грунтом осуществляют после его полного освобождения (Патент RU №2347908, Е21С 41/32, Е21С 1/00 от 10.10.2008).
Однако известный способ имеет существенный недостаток, заключающийся в следующем. Необходимо применение большого количества минерального грунта, техники для перевозки полученного раствора на откосы кустовой отсыпки и прилегающих дорог, что загрязняет атмосферу и ухудшает состояние дорожного грунта. Кроме того, в результате загрузки буровых отходов с водой в зимний период года, он замерзает в виде кусков льда и становится непригодным для проведения его перемешивания в жидком (вязком) состоянии; невозможно провести рекультивацию шламового амбара с отходами, а также формирование осадка длительного времени, а затем провести качественную засыпку амбара грунтом, осуществляемым после его полного освобождения. Другим основным недостатком является отсутствие у него подогревателя в зимнее время в виде проточного воздуха, т.е. создание зоны активной конвенции при подаче теплого воздуха от теплоносителя, когда необходимо оснастить вертикальной воздушной напорной трубой вводимой в амбар, армированный водонепроницаемым материалом и расположением на последнем сверху распределительных перфорированных трубопроводов в виде ветвей (разгрузочных лучевых трубопроводов, выполненных перфорированными), т.е. устройств противообмерзания буровых отходов с водой и другими коагулянтами, а также возможность засыпки этих устройств заполнением сверху гранитным щебнем в виде гранул, выполняя роль контакта от шламовых отходов.
Известен способ рекультивации шламовых амбаров в условиях многолетней мерзлоты, включающий очистку жидкой фазы, перемешивание отработанного бурового отхода с торфом, при этом жидкую фазу замораживают, куски льда помещают на дно шламового амбара и закрывают слоем из смеси бурового отхода и торфа (Патент RU №2333360, Е21С 41/32, В09С 1/00 от 10.09.2008).
Однако, хотя способ уменьшает негативное воздействие на экологическую обстановку окружающей среды при рекультивации шламовых амбаров в условиях многолетней мерзлоты, т.е. замещением минерального грунта закристаллизованной в результате минусовых, температур жидкой фазы и использует гидронамыв песка, все же является малоэффективным в результате того, что всегда существует необходимость перемешивание шламовых отходов, и они в зимний период превращаются в куски (глыбы) замерших отходов шлама, и невозможно получить заданную сырую смесь с торфом и другими градиентами, вносимыми в смесь отходов. Таким образом, практически всегда необходимы плюсовые температуры для всего шламовых отходов в условиях зимнего периодов Сибири. В частности этот вопрос не рассматривается в известных аналогах, в результате вырывают яму большой высоты. В результате чего отсутствует у него прогревателя проточного воздуха и других устройств противообмерзания теплообменных поверхностей.
Наиболее близким, принятым за прототип, является способ рекультивации земляных амбаров, включающий гидроизоляцию стенок и дна, заполнение ОБР, откачку жидкой фазы и засыпку торфом и минеральным грунтом, жидкую фазу предварительно локализуют в амбаре и очищают, минеральный грунт, торф и отработанный раствор перемешивают и перемещают на откосы кустовой отсыпки и прилегающих дорог, на откосах высевают траву, которую поливают очищенной жидкой фазой (Патент RU №2273736, Е21С 41/32 от 10.04.2006).
Недостатком способа является неэффективная рекультивация земляных амбаров из-за миграции загрязняющих веществ под действием атмосферных осадков и поверхностных грунтовых вод, что ухудшает экологическую обстановку. Другим основным недостатком является то, что при перемешивании буровых отходов в зимний период он быстро остывает и превращается в куски глыб, а значит, неэффективен для перемещения его на откосы и дальнейшего его использования для выращивания трав. Кроме того, отсутствие у него подогревателя в зимний период Севера для приточного теплого воздуха, устройств противообмерзания теплообменных поверхностей и поддержания требуемых параметров тепла при перемешивании буровых отходов с вводимыми в него градиентами коагуляции, создает трудности рекультивации земляных амбаров в целом, т.е. отсутствует необходимый дополнительный подогрев отходов при перемешивании отработанного бурового отхода с торфом и т.д. в холодный период в различных климатических зонах страны, например, Сибири, где данный период значительно удлинен.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание условий, как объекту изобретения, благодаря раскрытию функционированию рекультивации шламового амбара в условиях зимнего периода в различных климатических зонах, и особенностях его конструкции, что улучшает состояние окружающей среды при рекультивации шламовых амбаров.
Технический результат заключается в повышении качества технической рекультивации земляных амбаров при снижении материальных затрат и улучшения экологической обстановки; расширяется область применения способа, появляется возможность обеспечить подогрев воздуха для функционирования рекультивации шламового амбара и предотвращает создание больших кусков глыб отходов в зимний период времени.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что способ рекультивации шламового амбара в условиях крайнего севера, включающий очистку жидкой фазы, перемешивание отработанного бурового отхода с торфом, согласно изобретения твердую влажную фазу подогревают, шламовый амбар снабжают водонепроницаемым материалом, уложенным на дно и стенки амбара, и фиксируют в земле, при этом сверху водонепроницаемого материала укладывают распределительные перфорированные трубопроводы в виде ветвей с выпускными патрубками, которые снабжают выпускными головками с перекрытыми сверху защитными сетчатыми распылителями, выполненными куполообразной формы и начало распределительных полиэтиленовых трубопроводов соединяют с распределительным устройством снабженного конфузором и диффузором, размещенным на дне амбара, и оснащают вертикальной воздушной трубой для подачи сжатого теплого воздуха, ввод вертикальной воздушной трубы подсоединяют к нагнетательному устройству в виде теплоносителя, из которого теплый сжатый воздух подают в вертикальную воздушную напорную трубу с обратным клапаном, установленным в начале вертикальной воздушной напорной трубы, кроме того, поверху распределительных перфорированных уложенных трубопроводов с выпускными патрубками и с выпускными головками заполняют гранитным щебнем в виде послойно размещенных мелкозернистой и крупнозернистой фракций в виде гранул, выполняющих роль защитного слоя при заполнении отработанного шламового бурового отхода со смесью, при этом распределительные перфорированные трубопроводы выполняют из износостойкого полиэтиленового материала.
Кроме того, используют автоматическую систему управления для трубы-впуска теплого воздуха от теплоносителя.
Кроме того, распределительные перфорированные трубопроводы и патрубки укладывают на глубине внутри амбара не менее глубины промерзания.
Кроме того, теплоноситель имеет камеру сгорания, и камера сгорания в поперечном сечении имеет, по крайней мере, один отражатель в зоне максимального расширения воспламенения газовой смеси, выполненной в виде обечайки пустотелого усеченного конуса и соединенный с внутренней стенкой камеры сгорания, а один конец обечайки пустотелого усеченного конуса свободен и размещен под углом к стенке камеры сгорания в сторону движения горения газовой смеси, при этом камера сгорания на входе имеет распределительный узел в виде смесительного патрубка с входными каналами, отверстия которых подсоединены к нагнетательному устройству в виде импеллера, холодный сжатый воздух которого подается в распределительный узел и газ, имеющий свечу зажигания, при этом камеру сжигания снабжают дополнительно экраном в виде тарелки, установленной в пространстве соосно выходному уменьшающемуся отверстию усеченного конуса, причем свободное пространство под тарелкой сообщено посредством выходного патрубка с зоной нагретого воздуха, расположенной в зоне вентилятора, соединенного корпусом через второй патрубок с вертикальной воздушной напорной трубой, при этом для регулирования зоны нагретого воздуха, размещенное после вентилятора во втором патрубке выполняют струенаправляющую систему в виде горизонтальных жалюзи с возможностью управления ими с помощью тяги с поворотной ручкой, выполненной с наружи патрубка с горизонтальной рейкой в виде зубчатых выступов.
Кроме того, узлы теплоносителя, коммутируемые со смесительным патрубком, который связан с камерой сгорания, сообщены с ним через обратные клапаны.
Кроме того, внутренняя поверхность экрана со стороны касания пламени покрыта пластиной из полированного жаропрочного антикоррозионного материала.
Реализация отличительных признаков способа обусловливает появлению важных новых свойств объекта. Благодаря тому, что позволяет прямоточное снабжать источником (теплоносителем) сжатым теплым воздухом в толщу шламовых отходов, вследствие чего выпускные патрубки с выпускными головками с перекрытием сверху защитными сетчатыми распылителями засыпанные сверху воздухопроницаемым щебнем в виде гранул в такой среде, как шламовые отходы настраивают до требуемой температуры и управляют поступлением системой управлением теплоносителя в область распределительного устройства. Все это вместе взятое обеспечит в амбаре поступление теплого сжатого воздуха (газовоздушной смеси) по трубопроводам, распространяясь в его толще, а пузырьки газовоздушной смеси (теплого воздуха), всплывая к поверхности, продолжают процесс подогрева шламовых отходов в холодный период времени (в зимний период отсутствуют образования замерших кусков шламовых отходов, что дает возможность его перемешивание с другими градиентами), при этом улучшает
рекультивацию шламовых амбаров в наиболее холодный период года при минусовой температуре воздуха, когда осуществляется дополнительный подогрев приточным воздухом (газовоздушной смеси). При этом отсутствует миграция загрязненных веществ при рекультивации земляных амбаров ограждающим дно и откосы гибким креплением из водонепроницаемого материала. Кроме того, это позволяет по длине подводящих трубопроводов подачу от источника теплого воздуха (газовоздушной смеси) в виде теплоносителя через короткие участки эжектора в распределительное устройство с конфузором и диффузором, к которому подсоединяют распределительные трубопроводы в виде ветвей с элементами распыления теплого сжатого воздуха, проходящего через воздухопроницаемый гранитный щебень в виде гранул по всей площади акватории амбара, при этом концы этих трубопроводов заглушены.
Кроме того, повышенная надежность и гибкость самих трубопроводов и распределительной из полиэтиленового материала, применяемых в современной технологии их изготовления в промышленности, позволяет делать широкий выбор таких гибких и прочных стенок узлов сооружения амбаров. Срок службы такой арматуры не менее 50 лет. Все это в целом расширяет возможность подачи теплого сжатого воздуха (газовоздушной смеси) от теплоносителя в зимний период времени регулировании температурного режима, а сам процесс регулирования подачи теплого воздуха позволяет создать контролируемую систему процессов подачи сжатого теплого воздуха от теплоносителя или другого аналогичного устройства.
Оригинальность и простота указанного способа для шламовых амбаров свидетельствует, что эксплуатация его в условиях регулирования температурного режима в его толще с наполнением отходов в холодное (зимнее) время находится в гарантированном происходящим процессе, выполняя функцию снижения опасности отработанного бурового раствора, например, в условиях Сибири в целом, а значит использование его на откосах с последующим прорастанием травы на откосах с получением искусственных ландшафтов, которые отвечают эстетическим и экологическим требованиям.
Компактное, рациональное конструирование нового способа рекультивации шламового амбара имеет практическое применение для амбаров, и он вписывается в рельефно-климатические зоны разных регионов страны (например, Севера), где проводятся буровые работы при строительстве скважин.
Следует обратить особое внимание на размещение на дне водонепроницаемого материала, на котором размещают распределительные устройства, формы его с распределительными перфорированными трубопроводами в виде ряда ветвей с патрубками, головками и распылителями, прикрытыми сверху воздухопроницаемым щебнем в виде гранул.
Итак, анализ выявленной информации о существующем уровне техники в данной области и сущность предложенного изобретения показали, что последнее отвечает критерию патентоспособности «новизна».
Именно совокупность существенных отличительных признаков позволяет получить новый технический результат - повышение эффективности работы и расширение эксплуатационных возможностей в необходимой степени подогрева отработанных отходов амбаров и экологической гармонии с природной средой.
Следовательно, предлагаемое изобретение обладает критерием патентоспособности, как «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется с помощью чертежей.
На фиг. 1 изображен общий вид способа рекультивации шламового амбара в плане; на фиг. 2 - распределительное устройство и перфорированный трубопровод с вертикальной воздушной трубой подачи сжатого теплого воздуха; на фиг. 3 - теплоноситель в плане с разрезом по камерам для шламового амбара; на фиг. 4 - защитный сетчатый распылитель теплого воздуха, засыпаемого сверху гранитным щебнем в виде гранул.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
Подготовительные работы ведут при плюсовых температурах. Шламовый амбар 1 (земляной) разделяют отвалом из песка и глины 2 с буровыми отходами: часть секции 3 земляного амбара, где производится перемешивание твердой фазы буровых отходов с торфом и минеральным грунтом, и часть секции 4 земляного амбара, где производится очистка жидкой фазы методом отстаивания.
При строительстве кустовых площадок производится отсыпка минеральным грунтом (не показано), в объеме которой устраивается земляной амбар 1, дно и стенки которого гидроизолируются с помощью водонепроницаемого материала, например, полиэтиленовой пленки с фиксацией ее в земле. Сверху на водонепроницаемый материал размещают распределительное устройство 5 на дне секции 3 амбара 1 с короткими соплами диффузора 6 и конфузора 7. За расширяющейся частью конфузора 7 с рабочей полостью, образованной воздухонагнетательным распределительным устройством 5, установлены распределительные перфорированные полиэтиленовые трубопроводы в виде ряда ветвей 8, обеспечивающие подачу сжатого теплого воздуха (газовоздушной смеси) через выпускные полиэтиленовые (облегченные) патрубки 9, к которым крепятся выпускные головки 10 с перекрытыми сверху защитными сетчатыми распылителями 11, выполненными куполообразной формы. Объем и давление теплого воздуха зависит от соединенных трубопроводов в виде вертикальной воздушной трубы 12 и горизонтальной трубы 13 с источником сжатого теплого воздуха от теплоносителя 14 и подачи воздуха (газовоздушной смеси) в толщу отходов секции 3 амбара 1 в районе его заполнения, где трубопроводы 8, патрубки 9 с головками 10 с распылителями 11 засыпаются сверху завезенным воздухопроницаемым щебнем в виде гранул (не показано), при этом пузырьки воздуха через выпускные головки 10 с распылителями 11, всплывая над воздухопроницаемом щебнем в виде гранул, продолжают процесс теплообмена в массе перемешивания твердой фазы буровых отходов с торфом и минеральным грунтом в секции 3 земляного амбара 1. Теплоноситель 14 связан с вертикальной воздушной трубой 12 и горизонтальной трубой 13, последний соединяют с распределительным устройством 5. Источник сжатого теплого воздуха (газовоздушная смесь) подают под напором, например, с помощью вентилятора 15. При этом сам теплоноситель 14 имеет внутреннюю поверхность стенки камеры сгорания 16 снабженную в сторону максимального расширения воспламенения газовоздушной смеси с расположенным участком из отражателя 17, при этом свободные концы его расположены под углом в стенке камеры сгорания 16 в сторону движения горения газовой смеси и имеют вид обечайки пустотелого усеченного конуса, т.е. по внутренней поверхности (окружности) камеры сгорания 16. При этом с внутренней стороны (со стороны пламени) поверхность стенки отражателя 17 покрывают пластиной из полированного жаропрочного антикоррозионного материала.
Экран 18 в виде тарелки закрепляют в пространство камеры сгорания 16 соосно (по центру) выходному отверстию усеченного конуса 17 (отражателя), направляющего пламя на экран 18, и со стороны касания пламени также перекрывают поверхность пластиной из полированного жаропрочного антикоррозионного материала. При этом диаметр экрана 18 равен или больше диаметра выходного отверстия усеченного конуса выполненного отражателем 17. Подачу подогретого теплого воздуха через второй патрубок 19 в свою очередь регулируют струенаправляющей системой в виде горизонтальных жалюзи 20 (пластин), соединенных через тягу с поворотной ручкой 21 с горизонтальной рейкой в виде зубчатых выступов (не показано). Второй выходной патрубок 19 после вентилятора 15 работает как подача сжатого теплого воздуха (газовоздушная смесь), соединенного с вертикальной воздушной трубой 12 и горизонтальной трубой 13, при этом второй выходной патрубок 19 может быть закрыт струенаправляющей системой 20. Распределительный узел теплоносителя 14 включает патрубок 22, в стенках которого выполнены отверстия 23, соединенные с каналами связи с дистанционно управляемыми запорными кранами 24, обратными клапанами 25, предохранительными клапанами 26, подачей газа 27, импеллера 28 для нагнетания атмосферного воздуха, одновременно включается свеча зажигания 29.
Камера сгорания 16 на входе имеет распределительный узел в виде смесительного патрубка 22 с входными каналами связи, отверстия 23 которых присоединены к нагнетательному устройству в виде импеллера 28, холодный сжатый воздух которого подается в распределительный узел.
Управление исполнительными механизмами импеллера 28 обеспечивается автоматическими приборами блок-схемами, которые не приводятся, так как не относятся к существу заявляемого предложения. Обратные клапаны, используемые в конструкции импеллера. Не отличаются от конструкции известных, их рабочие характеристики должны соответствовать режимам работы импеллера. Таким образом, форсунка, снабженная аппаратурой для регулирования количества газа, поступившего на горение и к приборам подачи газа при нарушении процесса горения, управляется каналом связи блок-схемы. Насадок перед вентилятором 15 снабжают предохранительным клапаном 30. Все это в целом при подаче сжатого теплого воздуха (газовоздушной смеси) в шламовый амбар 1 секции 3, представляет единую систему способа рекультивации шламового амбара. Таким образом, обеспечивается экологическая безопасность при рекультивации шламового амбара.
Следует дополнительно отметить, что интерес сконструированного теплоносителя может быть выполнен как передвижная установка и для других амбаров по подаче не только сжатого теплого воздуха, но также и по термической обработке шлама. В целом можно отметить, что такая топка обеспечивает некоторое удаление углеводородов, и определенного влияния на отсутствие органических соединений в шламе.
Получают рекультивируемый амбар, на дне которого находится водонепроницаемый материал с уложенными полиэтиленовыми трубопроводами в виде ветвей, патрубок с головками с сетчатыми распылителями, сверху закрытыми воздухопроницаемым щебнем в виде послойно размещенных мелкозернистых и крупнозернистых фракций в виде гранул, выполняющих роль защитного слоя при заполнении отработанного шламового бурового отхода со смесью песка и торфа. После завершения работ амбар, покрытый минеральным грунтом, высевают растительность.
Использование предлагаемого изобретения позволяет улучшить экологическую обстановку в условия Крайнего севера и не требует больших материальных затрат.