Утилизация буровых отходов. Решение проблемы – утилизация отходов бурового шлама
Процесс ликвидации амбара с последующей утилизацией бурового шлама можно условно разделить на следующие технологические стадии:
- - сбор нефтяной пленки с поверхности амбара;
- - очистка жидкой фазы от эмульгированной нефти;
- - доочистка жидкой фазы (степень очистки зависит от дальнейшего использования очищенной воды);
- - обезвоживание и обезвреживание бурового шлама;
- - утилизация бурового шлама;
- - очистка нефтезагрязненного грунта.
Таким образом, весь технологический процесс ликвидации шламового амбара проводится в два этапа:
- 1) очистка и обезвреживание содержимого амбара и
- 2) собственно утилизация бурового шлама.
Принципиальная схема переработки буровых отходов представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Принципиальная схема переработки отходов бурения
нефтедобыча буровой шлам утилизация
Предварительно обезвреженные отходы бурения (буровой шлам) могут использоваться в производстве строительных материалов - кирпича, керамзита, мелкоразмерных строительных изделий и т.п.
Перечислим возможные продукты утилизации отходов бурения (бурового шлама):
Наименование |
Область применения |
Шлакоблоки по ГОСТ 6133-99. Камни бетонные стеновые. Технические условия от 01.01.2002 г. (изм. от 19.07.2010) |
Малоэтажное строительство - для ограждающих и несущих конструкций, подсобных зданий |
Плитка тротуарная по ГОСТ 17608-91. Плиты бетонные тротуарные. Технические условия (с Изменением № 1), утв. Постановлением Госстроя СССР от 03.04.1991 г. № 14 (в ред. от 01.09.2003) |
Устройство сборных покрытий тротуаров |
Бордюрный камень по ГОСТ 6665-91. Камни бетонные и железобетонные бортовые. Технические условия (утв. Постановлением Госстроя СССР от 03.04.1991 г. № 13) |
Отделение проезжей части улиц от тротуаров, газонов, площадок и т.д. |
Связующие смеси по ГОСТ 23558-94. Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия (с Изменениями № 1, 2), утв. Постановлением Госстроя России от 21.07.1994 г. № 18-1 (в ред. от 01.08.2005) |
Устройство оснований и дополнительных слоев оснований автодорог с капитальным, облегченным и переходными типами дорожного покрытия |
Гранулированный заполнитель по ГОСТ 22263-76. Щебень и песок из пористых горных пород. Технические условия (с Изменением № 1), утв. Постановлением Госстроя СССР от 10.12.1976 г. № 200 (в ред. от 04.12.2000) |
В бетонах |
Продукт по ГОСТ 17.1.3.02-77. Охрана природы. Гидросфера. Правила охраны вод от загрязнения при бурении и освоении морских скважин на нефть и газ (с Изменением № 1), утв. Постановлением Госстандарта СССР от 06.07.1977 г. № 1695 (в ред. от 01.05.2002) |
Добавка в промывочную жидкость |
ГОСТ 9757-90. Гравий, щебень и песок искусственные пористые. Технические условия от 01.01.1991 г. (изм. от 19.07.2010) |
Добавка при производстве керамзитного гравия |
При подготовке БО к утилизации во всех случаях производят отстаивание БО в шламовом амбаре в течение 20-40 дней. За этот период происходят основные процессы седиментации и разделение объема БО на жидкую (водную) фазу и гелеобразный осадок. На поверхности водной фазы образуется слой нефтеводяной эмульсии, а в толще воды остаются растворенные (взвешенные) микрокапли нефтепродуктов. Поверхностные нефтеэмульсии откачивают с помощью вакуумных машин или с помощью нефтесборщиков. Остатки нефти локализуют с помощью боновых заграждений и удаляют из амбара . Волоконные боны типа ВИЙ способны производить очистку воды и от растворенных нефтепродуктов. На волокнах этой системы в ряде случаев иммобилизуют микроорганизмы-деструкторы нефтепродуктов, которые используют растворенную в воде нефть в качестве источника углерода и энергии. Очистка этой воды может также проводиться с помощью различных фильтров, наклонных ячеистых структур и гравитационных систем волнистого и циклонного типа.
Хороший эффект достигается с помощью электрообработки нефтесодержащих вод .
Оставшуюся воду осветляют с помощью коагулянтов и флокулянтов, откачивают и подают в систему оборотного водоснабжения в технических целях, в систему для поддержания пластового давления или для приготовления растворов, в том числе буровых. Эта вода может также использоваться для технологий переработки БО при приготовлении смесей. Классификация способов переработки БО может быть произведена по различным критериям (см. рисунок 3).
Рисунок 3 - Классификация способов утилизации БО
По типу воздействия способы могут быть физические, химические, биологические и их комбинации. По месту использования можно выделить технологии, применяемые на буровой установке, в шламовом амбаре на кустовой площадке, на полигоне утилизации отходов, на специальной установке и при транспортировке. С точки зрения стоимости переработки одной тонны БО можно условно сравнивать стоимость переработки БО со стоимостью одной тонны приготовленного БР на конкретном объекте. При стоимости переработки до 0,5 цены приготовленного БР - способы малой стоимости, от 0,5 до 2 - средней, свыше 2 - способы с высокой стоимостью. Областью использования получаемого продукта может быть производство строительных, мелиоративных или рекультивационных материалов. Наиболее распространенные физические методы основаны на центрифугировании, сепарации и воздействии высоких температур и др.
- 1. Отмыв загрязняющих веществ (в основном нефти) из объема БО с помощью горячей воды (70-95°С) и пара. Недостаток метода - высокие энергетические затраты.
- 2. Выпаривание воды с помощью солнечной энергии. Для усиления этого эффекта используется эффект парника.
- 3. Прогрев объема БО путем пропускания через него выхлопных газов Достоинство метода - одновременно с отверждением можно получить вспененный теплоизолирующий материал.
- 4. Центрифугирование БО с возвратом раствора в буровой процесс. Недостаток метода - объем БО после этого снижается всего на 10-15%, а оставшаяся после этого масса подлежит дальнейшей переработке.
- 5. Сепарация с помощью вибросит, пропускание сквозь щели, пористые и волоконные материалы и т.д.
- 6. Отстаивание в амбарах с секционированием БО по плотности. Разделительные перемычки из песка при этом используются для фильтрации жидких компонентов и перепускания менее плотных верхних слоев БО.
- 7. Вымораживание отстоявшейся воды при температурах -3-7°С. Полученный лед вывозится на рельеф.
- 8. Седиментация путем нанесения БО на наклонную поверхность. Такой процесс может повторяться многократно. Послойное наращивание с подсушиванием слоев составляет 2-4 см.
- 9. Переработка буровых растворов с использованием метода распылительной сушки. Для получения теплоносителя используется природный или сжиженный газ, мазут, дизельное топливо, нефть. Установка предназначается для обезвреживания шлама, регенерации избыточных объемов бурового раствора, добавочных жидкостей. Буровой раствор, поступающий из скважины, последовательно очищается на выбросите и батарее гидроциклонных песко- и илоотделителей. Установка экономически выгодна лишь при утилизации отработанных БР, а не сточных вод.
- 10. Захоронение в специально отведенном месте с помощью перемешивания БО с привозимым грунтом или песком. Недостаток метода - требуемый объем завозимого песка десятикратно превышает объем перерабатываемых БО.
- 11. Перемешивание с торфом, опилками, навозом и другими органическими веществами-отходами местных производств для получения теплоизоляционного материала. Полученная теплоизолирующая смесь позволяет увеличить срок действия зимника на 3-4 недели.
- 12. Замораживание в зимний период БО с последующим захоронением под слоем теплоизоляции из торфа, опила и др.
- 13. Применение отработанных БР как основу для приготовления тампонажных составов, необходимых при креплении скважин и изоляции зон поглощений .
В качестве вяжущего используют синтетические основы, цемент, гипс и другие материалы. Начало и конец схватывания смеси при различных температурах регулируется оптимальным соотношением компонентов. Достоинство метода отвердевшая пластмасса практически нерастворима в пластовых флюидах, непроницаема и коррозионноустойчива в водных растворах солей одновалентных металлов .
- 14. Технология "реинджекшн" - закачивание БО в затрубное пространство или в специально пробуренную скважину, закачивание в скважину после завершения буровых работ. Основные условия для применения "реинджекшн" - геологическая возможность для закачивания (наличие принимающего пласта, водоупорных пластов над и под принимающим пластом, чтобы предотвратить загрязнение грунтовых вод). Пластовая вода закачивается еще и в эксплуатационные скважины для повышения интенсивности газодобычи. Следует отметить, что бурение поглощающих скважин запрещается в зонах санитарной охраны источников хозяйственно-питьевого водоснабжения. Достоинство метода - возможность изолирования жидких БО глубоко под землей в природных резервуарах .
- 15. Размещение в пустотах строительного мусора, автомобильных покрышек и др. Достоинство метода - одновременное захоронение БО с отходами других видов.
- 16. Заполнение карстовых полостей под железными и автомобильными дорогами. Достоинство метода - в этом случае достаточно удалить из БО нефть, а текучесть даже полезна, так как позволяет создать давление в полости за счет столба жидкости в вертикальной части полости.
- 17. Внесение отработанных БР в почвы. Способ заключается в равномерном распределении содержимого котлована-отстойника по поверхности земли и механическом перемешивании ее с буровыми отходами. Первоначальные результаты, полученные в Канаде, дают основание считать его перспективным с точки зрения повышения плодородности полей при условии, естественно, абсолютного отсутствия в составе БО вредных примесей, оказывающих отрицательное влияние на качественный состав земель. Предпочтительнее применять такой способ в равнинной местности, где уровень грунтовых вод находится достаточно низко от поверхности земли. Достоинства метода - возможность получения плодородного грунта непосредственно в месте размещения БО - в шламовых амбарах; высокая эффективность мелиорации .
- 18. Термическое прокаливание (термодесорбция) с получением грубой строительной керамики (кирпича, керамзита). Термический метод нейтрализации бурового шлама считается наиболее эффективным и практически доступным. При прокаливании шлама при температуре 300°С токсичность его снижается в 10 раз, а при 500°С шлам обезвреживается полностью. В качестве источника тепла используется попутный газ, нефть, уголь, отходы древесины.
При наличии большого объема БО (сотни тысяч тонн в год) целесообразно строительство завода по отжигу БО и производству кирпича или керамзита. Достоинства метода - высокая эффективность обезвреживания, практическая доступность. Химические методы: - химическая нейтрализация с помощью реагентов с получением менее опасных веществ и нейтральных показателей РН (5,6-7,8); - получение теплоизолирующих материалов путем вспенивания с алюминиевой пудрой (при показателе рН БО свыше 10). К биологическим относится деструкция загрязняющих компонентов БО с помощью микроорганизмов. Последние чувствительны к составу БО, действуют селективно на различные виды загрязнений и требуют специальных условий для жизнедеятельности .
Физико-химические технологии основаны на комбинации физических и химических методов:
- 1. Перемешивание БО с сорбентом нефтепродуктов с последующим отделением сорбента от БО (например, с терморасщепленным графитом или вспененной карбамидной смолой, всплывающих за счет малой плотности).
- 2. Получение из БО гидроизолирующего материала. Это достигается введением пластических добавок, в том числе битумов или парафинов, получаемых в ходе пропаривания нефтяной коллекторной трубы.
- 3. Введение 2-5% БО в клиринговую смесь для производства цементов. Стоимость утилизации в этом случае определяется транспортными расходами до цементного завода и стоимостью аналитического контроля за составом смеси.
- 4. Замораживание с дроблением и последующей капсулизацией. На поверхности замороженных кусков БО путем перемешивания образуется твердая оболочка из вяжущего материала, например цемента. Эта оболочка препятствует миграции загрязняющих веществ и частиц БО в окружающую среду даже после оттаивания при положительных температурах. Цемент, применяемый при такой технологии, должен иметь добавки для низких температур, например, марки М-400 Д20.
- 5. Размещение БО в полимерных оболочках с дальнейшим использованием для заполнения объемов отсыпки. Для придания прочностных свойств перед помещением в оболочку масса БО должна быть подсушена. Наиболее технологичным для подсушки является микроволновый прогрев.
- 6. Отверждение (солидификацию) с последующим захоронением под слой минерального грунта или использованием в хозяйственной деятельности. Глиноподобная отвердевшая масса служит как строительный материал или, после помола, как удобрение. Для отверждения отходов бурения их обрабатывают активирующими добавками. Цель считается достигнутой, если прочность отвердевшей смеси через 3 сут. составляет 0,1 МПа (грунт с такой прочностью выдерживает массу автомашины или трактора). В качестве отвердителей применяют любые крепители: полимеры, формальдегидные смолы, гипс, жидкое стекло и др. Наиболее доступен портландцемент, добавка которого должна составлять не менее 10% по объему от отверждаемой массы. Для ускорения сроков схватывания его содержание увеличивают или вводят полиэлектролиты (поваренная соль, хлористый кальций, кальцинированная сода).
- 7. Электролизное разделение компонентов БО. Образующиеся вблизи электродов скопления тяжелых металлов, галогенов и других загрязняющих веществ отводятся с дополнительной утилизацией.
- 8. Электрокоагуляция с осаждением коагулированного осадка. Этим методом производится быстрое осаждение (1-2 часа) коллоидных частиц и очистка от органических загрязнителей при ее содержании до 2 мг/л. При этом на поверхности БО образуется слой воды, подлежащий откачке. Достоинство метода - осветленную воду можно использовать для водоснабжения буровой. Недостатки - невозможность транспортировки установки без ее демонтажа; замену отработанного электрода можно производить только при наличии грузоподъемного устройства; не решена проблема пассивации электродов: не обеспечивается сохранение постоянного зазора между ними, что влечет за собой по мере растворения анода перерасход электроэнергии.
Другие методы переработки и утилизации БО.
- 1. Прогрев буровых отходов с помощью электрических матов для бетонов. Данный метод может использоваться после извлечения из буровых отходов загрязняющих веществ.
- 2. Электрический микроволновый метод прогрева и прокаливания буровых отходов. При этом излучатель СВЧ размещается над транспортером, перемещающим БО. Достоинство метода - коэффициент полезного действия этого метода наиболее высок среди остальных, использующих электроэнергию.
- 3. Выращивание в объеме БО или на прилегающих грунтах трав и деревьев (лесная рекультивация). Достоинство метода - повышение плодородности почвы (при условии, естественно, абсолютного отсутствия в составе БО вредных примесей) .
- 4. Рекультивация нефтезагрязненных земель. Наносимые на нефтезагрязненные земли БО разрушают пленку из нефти и выдавливают нефть в микропонижения, что стимулирует процессы биоразложения.
- 5. Рекультивация песчаных сухо-ройных и торфяных карьеров и других нарушенных земель.
Исходя из вышеизложенного, следует, что все перечисленные технологии направлены на нейтрализацию рН; устранение из объема БО загрязняющих веществ; ликвидацию текучести отхода. Выбор метода утилизации БО производится с учетом множества факторов, при этом рассматриваются: технология бурения, оборудование и техника на кустовой площадке, местные условия, наличие и удаленность карьеров песка, сапропеля, торфа, ближайшие производства и отходы, наличие электроэнергии и топлива, конструкция шламового амбара, требования природоохранных органов.
Как правило, используется не одна, а несколько технологий. Если в южных регионах для утилизации БО достаточно более тщательно производить центрифугирование и сепарацию, а получаемый продукт вывезти на сельскохозяйственные земли для мелиорации, то в других случаях этот процесс связан с большими затратами и техническими сложностями. Однако, несмотря на все проблемы, в практику внедряются новые способы утилизации БО, совершенствуются старые, проверенные методы. Целый ряд научно-исследовательских и проектных организаций участвуют в разработке регламентов по утилизации отходов бурения. Таким образом, только комплексное применение различных способов позволяет добиться максимальной эффективности утилизации БО. Каждый из указанных выше способов утилизации БО требует детального изучения с исследованиями закономерностей технологических процессов и аналитическим контролем получаемого продукта.
Масштабы проблемы таковы, что повышение эффективности утилизации БО даже на единицы процентов принесет значительные прибыли. Наиболее перспективным, экологически чистым и часто единственно возможным способом удаления остаточных количеств загрязнения среды БО является применение биологических технологий, основанных на использовании микробных биопрепаратов, изготовленных из активной биомассы микроорганизмов-деструкторов. Источники загрязнения при бурении скважин условно можно разделить на постоянные и временные .
К первым относятся фильтрация и утечки жидких отходов бурения из шламовых амбаров.
Ко второй группе принадлежат источники временного действия - поглощение бурового раствора при бурении; выбросы пластового флюида на дневную поверхность; нарушение герметичности зацементированного заколонного пространства, приводящее к межпластовым перетокам и заколонным проявлениям; затопление территории буровой вследствие паводка в период весеннего половодья или интенсивного таяния снегов и разлив при этом содержимого шламовых амбаров (рисунок 3).
Вывоз и утилизация бурового шлама – услуга необходимая и востребованная. В ней нуждаются буровые и геологоразведочные компании. А также строительно-монтажные управления и дорожные службы в процессе разработки котлованов, глубоких траншей, пробивки туннелей. При производстве глубинных земляных работ часто встречаются проблемные участки, требующие бурения скважин, отработку из которых надо удалять и перерабатывать.
Особенности буровых отходов
Отходы от бурения скважин различного назначения представляют опасность для окружающей среды в физическом и экологическом плане. Отработка может содержать:
- токсичные вещества;
- тяжелые металлы;
- нафтеновые углеводороды.
Любой из перечисленных компонентов представляет реальную угрозу экологии, поскольку легко вступает в реакцию с другими элементами, загрязняя почву, воздух, водоемы. Согласно действующим нормативам буровой шлам относится к 4 классу опасности.
Правила утилизации
Существует несколько способов утилизации буровых шламов:
- заполнение подземных пустот, образовавшихся после добычи нефти, смесью измельченных твердых и жидких отходов;
- применение безвредной твердой отработки в производстве строительных материалов;
- вывоз на спецполигоны для захоронения.
Твердые отходы, независимо от выбранного метода утилизации, подлежат предварительной тщательной очистке. Для этого разработаны различные методики приведения шламовых масс в состояние, которое позволяет использовать или ликвидировать отходы бурения. Основные из них:
- Термический способ. Отработку обжигают в специальных печах с получением на выходе продукта, не содержащего органические примеси.
- Метод физико-химического воздействия предполагает использование реагентов с целью изменения свойств отходов.
- Физический способ предусматривает фильтрование отработки под высоким давлением, либо с применением центробежных аппаратов.
- Биологический метод подразумевает поэтапное разложение обрабатываемой массы в месте консервации при помощи микроорганизмов.
Шлам, освобожденный от вредных примесей, часто используют в производстве неответственных строительных конструкций (тротуарной плитки, бордюров), низкомарочных бетонов, растворов.
Преимущества сотрудничества с нашей компанией
Нежелание многих руководителей нести затраты на профессиональную утилизацию бурового шлама приводит к печальным последствиям. Это предписания контролирующих органов, огромные штрафы за загрязнение ОС.
Наша компания готова взять на себя решение данной проблемы на взаимовыгодных условиях:
- организуем вывоз и утилизацию бурового шлама с оформлением всех сопутствующих документов;
- задействуем собственные автомобили, спецтехнику и ликвидационное оборудование;
- при необходимости предоставим емкости под отходы;
- обеспечим оперативное выполнения заказа в кратчайший срок при должном качестве;
- цена услуги от 5000 рублей за тонну шлама.
Обращайтесь по контактам, указанным на сайте. Мы работаем с предприятиями любого масштаба и формы собственности.
Балаба В.И. Обеспечение экологической безопасности строительства скважин на море//Бурение и нефть. - 2004. - № 1. - С. 18-21. Актуальность проблемы. При строительстве морских скважин основными видами воздействия на окружающую среду являются выбросы в атмосферу, сбросы в морскую среду, ее тепловое и шумовое загрязнения. Объем и интенсивность техногенного воздействия на окружающую среду зависит от реализуемой технологии строительства скважины. Выбросы в атмосферу и шумовое загрязнение можно существенно снизить за счет природоохранных мероприятий, а тепловое загрязнение и сброс веществ в морскую среду исключить (концепция “нулевого сброса”). Технологические отходы бурения. К технологическим отходам бурения относятся буровой шлам, отработанные буровые технологические жидкости и буровые сточные воды. Они образуются в технологическом процессе промывки скважины. Буровой шлам. В процессе углубления скважины на забое образуется выбуренная порода. При гидротранспорте промывочной жидкостью с забоя скважины на поверхность порода под воздействием техногенных факторов превращается в буровой шлам. Поэтому на средствах очистки циркуляционной системы буровой установки из промывочной жидкости отделяют не выбуренную породу, а буровой шлам, отличающийся по объему и, что особенно важно с экологической точки зрения, по физико-химическим свойствам. Объем выбуренной породы равен объему ствола скважины. При проектировании объем бурового шлама приближенно принимается больше объема выбуренной породы на 20% . Можно выделить четыре фактора, обусловливающих увеличение объема бурового шлама по сравнению с выбуренной породой: Бурение скважин осуществляется большей частью в осадочных отложениях, в которых наиболее распространенными являются глинистые породы. Их доля составляет 65-80%. Выбуренные частицы глинистых или скрепленных глинистым цементом пород в процессе гидротранспорта с забоя скважины на поверхность пропитываются фильтратом промывочной жидкости и набухают. Продолжительность нахождения частиц породы в промывочной жидкости с глубиной скважины возрастает и может достигать нескольких часов. Чем дольше они находятся в промывочной жидкости, тем больше их набухание. Происходит адгезионное присоединение к ней частиц твердой фазы преимущественно коллоидных размеров из промывочной жидкости. На изменение физико-химических свойств частиц выбуренной породы при превращении их в буровой шлам влияет пропитка дисперсионной средой промывочной жидкости. Поры и трещины частиц породы заполняются дисперсионной средой промывочной жидкости, поверхность глинистых частиц модифицируется, на внешней и внутренней поверхности частиц выбуренной породы адсорбируются вещества различной природы из дисперсионной среды промывочной жидкости. Минералогический состав бурового шлама определяется литологическим составом разбуриваемых пород и может существенно изменяться по мере углубления скважины. Химический состав бурового шлама зависит как от его минерального состава, так и свойств промывочной жидкости. Гранулометрический состав бурового шлама определяется типом и диаметром породоразрушающего инструмента, механическими свойствами породы, режимом бурения, свойствами промывочной жидкости и эффективностью ее очистки. В табл. 1 показаны фракционный состав бурового шлама и скорость его осаждения в водной среде при бурении скважин на северо-восточном шельфе Сахалина (Проект Сахалин-1) по данным .
Размер частиц, мкм | Скорость осаждения, |
|
Фракционный состав бурового шлама и скорость его осаждения
в водной среде при бурении скважин на северо-восточном шельфе
Сахалина
Как следует из анализа таблицы, фракционный состав бурового шлама изменяется в широких пределах. Важно подчеркнуть, что примерно 40% массы шлама представлено частицами размером менее 44 мкм. Вследствие этого возникают минимум две проблемы.
Во-первых, такие мелкие частицы трудно удалить из промывочной жидкости средствами механической очистки.
При повторном гидротранспорте частиц бурового шлама через скважину они еще больше диспергируются. Для удаления мелких фракций необходима эффективная химическая очистка.
Во вторых, с уменьшением размера частиц замедляется скорость их осаждения в водной среде (табл. 1). Следовательно, при сбросе промывочной жидкости или шлама в морскую среду ее мутность будет сохраняться длительное время.
Таким образом, при оценке экологической безопасности строительства скважин необходимо анализировать свойства бурового шлама, а не выбуренной породы.
Отработанные буровые технологические жидкости.
В процессе бурения, помимо промывочной, применяются и другие технологические жидкости, например, буферные, перфорационные. После использования они полностью или частично переходят в категорию отработанных. Больше всего образуется отработанной буровой промывочной жидкости (ОБПЖ). Ее объем соответствует объему промывочной жидкости на момент окончания бурения скважины. Однако в процессе бурения может образовываться избыток промывочной жидкости, например, за счет наработки в глинистых отложениях, при замене одного типа промывочной жидкости на другой. В этом случае ОБПЖ образуется непосредственно в процессе бурения.При оценке воздействия на окружающую среду предметом рассмотрения, как правило, являются только отработанные промывочные жидкости, что методически неправильно.
Буровые сточные воды.
Главные источники поступления буровых сточных вод (БСВ) - обмыв буровой площадки и оборудования, система охлаждения оборудования. Сокращение объема БСВ достигается путем повторного их использования в технологическом процессе (например, для приготовления промывочной жидкости) после осветления на блоках химической и механической очистки. В этом случае сокращаются объемы водопотребления и водоотведения.В процессе бурения избыточную промывочную жидкость, а также отработанную буровую промывочную жидкость разделяют на твердую и жидкую фазы, что позволяет утилизировать последнюю в составе БСВ. Поэтому суммарный объем БСВ включает жидкую фазу избыточной и отработанной промывочной жидкости.
Технологические отходы испытания скважины.
Это отработанные жидкости для вызова притока и глушения скважины, а также флюиды (пластовая вода, нефть, газ), полученные в процессе испытания. Газ, выходящий из скважины, сжигается в факеле.Экологичность бурового шлама.
Экологическая опасность бурового шлама определяется: токсическим воздействием; повышением мутности воды, что нарушает жизнедеятельность молоди рыб, планктонных и бентоносных организмов-фильтраторов; физическим воздействием на донные организмы.Один из серьезных аспектов проблемы - токсическое воздействие на организмы. В настоящее время при оценке экологичности бурового шлама основное внимание обращается на валовое содержание минеральных компонентов. Однако важно знать, в какой химической форме минеральные компоненты присутствуют в шламе. Доказано, что наиболее опасными являются подвижные формы химических веществ, которые определяют степень токсичности и опасности бурового шлама. Они устанавливаются в ацетатно-аммонийном буферном экстракте (рН = 4,8).
Достаточно распространенной является точка зрения, что “... следовые металлы в шламах находятся в нерастворимой форме (обычно в структуре кристаллической решетки минералов) и их содержание (за исключением бария) варьирует в пределах природной изменчивости геохимического фона микроэлементов в донных осадках” .
В табл. 2 представлены результаты исследований водного и буферного экстрактов бурового шлама (БШ) из скважины № П-1 Южно Песцовского газоконденсатного месторождения Тюменской области, проведенных в НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды РАМН им. А.Н. Сысина [З]. Установлено, что в буферных экстрактах имеется значительное превышение предельно допустимой концентрации для почвы по основным металлам хрому - в 71 раз, марганцу - в 33, кобальту - в 3, никелю - в 11, меди - в 14, цинка - в 84, свинца - в 122 раза.
В водном экстракте | В буферном экстракте |
|
Алюминий | ||
Бериллий | ||
Вольфрам | ||
Марганец | ||
Молибден | ||
Стронций | ||
Количественный элементный анализ водного и буферного экстрактов
бурового шлама
В табл. 3 представлены результаты исследования содержания подвижных форм тяжелых металлов в БШ нефтяных месторождений Нижневартовского района Тюменской области по данным . Были изучены образцы шлама, захороненного в шламовых амбарах в 1970-1995 и 1996-1999 годах. Как видно из данных таблицы содержание подвижных форм тяжелых металлов С пф, превышает предельно допустимую концентрацию для водоемов рыбо-хозяйственного назначения (ПДКр.х.). Важно отметить, что содержание тяжелых металлов в БШ 1970-1995 годов выше, чем в более позднем (1996-1999 гг.). Это свидетельствует о том, что происходит вымывание из шлама подвижных форм веществ и буровой шлам является источником вторичного загрязнения. Помимо тяжелых металлов, в исследованных образцах БШ содержались нефтепродукты - 10600-147400 мг/кг в образцах 1970-1995 годов и 77-5950 мг/кг в образцах 1996-1999 годов.
Компонент | Образцы БШ | Образцы БШ |
||
С пф, мг/кг | С пф /ПДК р.х. | С пф, мг/кг | С пф /ПДК р.х. |
|
Марганец | ||||
не определяли | не определяли |
Безусловно, приведенные результаты исследований важны для анализа последствий воздействия кислотных осадков при захоронении бурового шлама на суше. Однако предполагать полную инертность шлама, сброшенного на морское дно, без достаточного обоснования, по нашему мнению, не следует. Необходимо также учитывать, что буровой шлам может содержать радионуклиды.
Таким образом, буровой шлам является потенциально опасным для окружающей природной среды, поскольку содержит подвижные формы тяжелых металлов, которые при длительном воздействии на него морской воды могут вымываться, создавая концентрации токсикантов, превышающие ПДКр.х.
Правовые аспекты сброса технологических отходов бурения в морскую среду.
Экологическое законодательство крайне противоречиво в отношении регулирования загрязнения морской среды. Его основные требования по охране качества водной среды, изложенные в Водном кодексе РФ, сводятся к запрещению сброса в водные объекты неочищенных в соответствии с установленными нормативами сточных вод, в том числе, содержащих вещества, для которых не установлены ПДК.Федеральным Законом “О внутренних морских водах, территориальном море и прилежащей зоне Российской Федерации” запрещены захоронение отходов и других материалов, а также сброс вредных веществ. Однако в нем содержится некорректная формулировка сброса вредных веществ или стоков, содержащих такие вещества. Исключается из запрета выброс вредных веществ, происходящий вследствие разведки, разработки и связанных с ними процессов обработки в море минеральных ресурсов внутренних морских вод и территориального моря.
Допускают сброс вредных веществ в море и нормативные документы, принятые до введения указанных федеральных законов.
Полный запрет на сброс даже очищенных сточных вод устанавливается в целях охраны от загрязнения и других негативных последствий хозяйственной деятельности морских акваторий, имеющих особую рыбохозяйственную ценность - нереста и зимовки ценных охраняемых видов рыб, а также места обитания занесенных в Красную книгу видов животных и растений.
Несмотря на это, Государственная экологическая экспертиза не считает сброс технологических отходов бурения нарушением законодательства.
Следует отметить, что в соответствии с федеральными законами “О континентальном шельфе Российской федерации” и “О внутренних морских водах, территориальном море и прилежащей зоне Российской Федерации” любое преднамеренное удаление отходов и других материалов с судов и иных плавучих средств, установок и сооружений квалифицируется как захоронение.
Вопрос с захоронением технологических отходов бурения однозначно решен лишь применительно к скважинам на континентальном шельфе. Согласно “Правилам безопасности при разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений на континентальном шельфе” выбуренная порода должна утилизироваться в соответствии с проектом на строительство скважины и требованиями охраны окружающей среды. Это представляется не вполне обоснованным, поскольку экологически оправданным и экономически целесообразным может быть и захоронение отходов (подземное или на суше) Вызывает также сомнение существование различных подходов к охране морской среды в территориальном море и на континентальном шельфе
Вопрос правового регулирования загрязнения морской среды в настоящее время актуален в связи с принятием Федерального закона “О техническом регулировании”, в рамках которого предусмотрена разработка специальных технических регламентов, в том числе, по вопросам экологической безопасности.
Технические аспекты сброса технологических отходов бурения в морскую среду.
Для выполнения требований экологического законодательства циркуляция промывочной жидкости в процессе бурения должна быть организована по замкнутому циклу. В этом случае обращение промывочной жидкости и технологических отходов бурения ограничено циркуляционной системой буровой установки и системой размещения технологических отходов бурения. Для организации замкнутого цикла циркуляции на этапе бурения под направление на устье скважины устанавливают водоотделяющую колонну, например, забивную и бурение ведут с циркуляцией промывочной жидкости внутри водоотделяющей колонны.Однако при бурении скважин на сахалинском шельфе и в Каспийском море применяется способ бурения под направление без создания замкнутой системы циркуляции. В этом случае отработанная промывочная жидкость и буровой шлам при бурении под направление (примерно 50-100 м) сбрасываются в морскую среду.
В действительности же промывка скважины только морской водой не ограничивается. Нефтяные и газовые скважины имеют сложную конструкцию с номинальным диаметром первого интервала ствола, как правило, 914,4 мм. Верхний интервал сложен неустойчивыми породами, которые при промывке скважины морской водой разрушаются с образованием каверн. Поэтому фактический диаметр ствола больше номинального примерно на 15-25 %. В стволе такого большого диаметра трудно создать условия для эффективного гидротранспорта бурового шлама на поверхность. Для этого нужно повышать скорость восходящего потока промывочной жидкости, либо увеличивать удерживающую способность промывочной жидкости, иначе говоря, загустить ее.
Применение первого способа ограничено максимальной производительностью буровых насосов. Как правило, скорость восходящего потока промывочной жидкости в открытом стволе не превышает 0,1 м/с. Применение второго способа означает отказ от промывки морской водой. Поскольку при отсутствии водоотделяющей колонны это невозможно, так как противоречит
п. 4.2 ГОСТ 17.1.3.02 77, то в рабочем проекте на строительство скважины указывается, что промывка осуществляется морской водой, а периодически (как правило, через 10 м проходки) с целью очистки ствола скважины от шлама прокачивается порция (пачка) вязкой жидкости. Итак, для промывки скважины используется комбинированная промывочная жидкость, состоящая из последовательно закачиваемых в скважину порций морской воды и вязкой жидкости.
При бурении скважин в Каспийском море используют глинистую суспензию, на шельфе Охотского моря - глинистую суспензию, загущенную полимером (примерно 75 кг/м
3 глинопорошка и 3 кг/м 3 полимера). В этом случае из скважины в морскую среду сбрасываются тонкодисперсные глинистые частицы и полимер.При строительстве скважин в Каспийском море объем пачки вязкой жидкости составляет 20 м
3 . Следовательно, при бурении под направление длиной 50 м за четыре прокачки в море будет сброшено 80 м 3 промывочной жидкости со шламом. Используемая промывочная жидкость состоит из бентонитового глинопорошка 70 кг/м 3 (по ОСТ 39-202-86 может содержать свободной соды от 1,0 до 5,0 г/100 г и М g О от 2,5 до 8,0 %), соды каустической и кальцинированной по 1 кг/м 3 и барита 113 кг/м 3 . Таким образом, в сброшенных в море 80 м 3 промывочной жидкости, помимо шлама, содержатся 5600 кг тонкодисперсной глины, 160 кг каустической и кальцинированной соды и 9040 барита. Промывка осуществляется при суммарной производительности буровых насосов до 80 л/с.Сброс технологических отходов бурения продолжается и на этапе крепления скважины направлением. Чтобы обеспечить спуск и последующее цементирование направления, ствол скважины заполняют промывочной жидкостью. Так, при строительстве скважин в Каспийском море ствол заполняют глинистой промывочной жидкостью, утяжеленной баритом до плотности
1160 кг/м
Таким образом, сброс (захоронение) технологических отходов бурения имеет место на всех этапах бурения и крепления первого интервала скважины и его следует учитывать при оценке воздействия на окружающую среду строительства морских скважин.
Литература
1. Инструкция по охране окружающей среды при бурении скважин на нефть и газ на суше (РД 39-133-94). - М.: Роснефть, 1994.
2. Патин С.А. Нефть и экология континентального шельфа. - М.: ВНИРО, 2001.
3. Балаба В.И., Колесов А.И., Коновалов Е.А. Проблемы экологической безопасности использования веществ и материалов в бурении. - М.: ИРЦ Газпром
, 2001.4. Михайлова Л.В., Рыбина Г.Е., Акатьева Т. Г. Экологическая опасность отходов бурения в нефтедобывающих районах Тюменской области//Охрана водных биоресурсов в условиях интенсивного освоения нефтегазовых месторождений на шельфе и внутренних водных объектах Российской Федерации/Сборник материалов Международного семинара. - М.: Экономика и информатика, 2000.
При современном уровне производства лидерами выступают предприятия, которые связаны с нефтедобычей и с нефтепереработкой. При добыче нефтепродуктов остро встает проблема утилизации отходов, так как бурение скважин несет за собой большое количество таких отходов, в которых содержатся примеси.
Утилизация и захоронение бурового шлама
Предотвращение загрязнения окружающей среды продуктами нефтедобычи и нефтепереработки – одна из самых сложных и многоплановых проблем, которая требует и значительных средств и требует постоянного контроля. Именно этот продукт считается самым опасным, так как применим во многих сферах и распространен на больших территориях по всей стране. Этот источник загрязнения лидер по величине нагрузок на природную среду.
Эти механические примеси имеют высокий класс опасности, вредны для окружающей среды, и поэтому проблема утилизации отходов выходит на первый план. Особую опасность представляют вырубленные породы, которые образуются при добыче нефтедобыче, таким образом, именно такие породы называются буровым шламом.
Основными клиентами, пользующимися услугами по утилизации, являются буровые компании, которые занимаются горизонтально-направленным бурением и некоторые строительные организации, которые осуществляют рытье котлованов. Дорожные службы часто нуждаются в услугах компании, цель которой – утилизация бурового шлама, так как при рытье туннелей и проведении других работ могут оказаться специфические участки породы.
Буровой шлам включает в свой состав 4 вида отходов:
- Отработанный бетонит;
- Жидкий грунт;
- Осадок в виде глины;
- Грунтовые воды.
Грамотная утилизация бурового шлама является задачей, которая должна решаться в кротчайшие сроки и с высокой эффективностью, так как от этого зависит состояние окружающей среды не только России, но и сего мира в целом. Существует несколько вариантов утилизации бурового шлама, но универсального способа обработки и утилизации нефтешлаков не существует. Многие спорят, какой из методов лучше, но к единому мнению специалисту до сих пор не пришли.
Методы утилизации
Термический
Суть метода состоит в том, что отходы сгорают в специальных печах с высокой температурой горения или в открытых амбарах. При их сжигании получаются битумные остатки.
Биологический
В этом способе широко применяется метод, при котором материал разлагается при помощи особых микроорганизмов и под воздействием определенной температуры. После такого воздействия на отходы остается вещество, которое впоследствии можно захоронить, не нанося вред окружающей среде. Можно проводить мероприятия непосредственно в месте захоронения, там, где происходит биотермическое разложение.
Физический
При этом методе отработанные при бурении растворы будут поделены на техническую воду и шлам, помогут в этом флокулянты и коагулянты. Утилизация бурового шлама путем центрифугирования и фокуляции на сегодняшний день оптимальный способ избавиться от опасных отходов.
Химический
Применяется способ экстрагирования, при котором используются растворители, идет отвердение с применением, например, глины, цемента, жидкого стекла. Также есть вариант с применением органических добавок, например, такие, как эпоксидная смола, полиуретаны и некоторые другие компоненты.
Физико-химический
Этот способ основан на применении реагентов, которые специально разработаны и подобраны для этого процесса. При их применении меняются физико-химические свойства отходов, и после этих изменений все обрабатывается на специальном оборудовании.
Проблемы утилизации бытового шлама
Помимо утилизации есть еще несколько моментов, которые при определенных обстоятельствах необходимо решать. Востребованы услуги по очистке контейнеров, устранение проблемы при розливе части отходов и их оперативное устранение. При помощи мощного илоотсоса все эти мероприятия выполняются качественно, так как применяют при производстве таких работ механизированное оборудование. Мощные насосы позволяют выполнить поставленную задачу оперативно и качественно.
Необходимо обращаться к услугам проверенной и надежной компании, которая достаточно по времени занимается решением этой важной экологической проблемой. Правильный выбор гарантирует, что работа будет выполнена в срок и, действительно, на высоком уровне. Авторитетная и надежная компания привлекает и свой автотранспорт, и оборудование, способна выполнить заказы любой сложности. Она должна нести ответственность за результат и при утилизации, и при последующем захоронении отходов.
На данный момент разрабатываются новейшие технологические решения, которые после испытаний будут внедрены в производство.
Компания, которая занимается вывозом и утилизацией отходов должна соблюдать все технические и экологические нормы, и проводить ее в специально отведенном месте с соблюдением всех мер безопасности. Поэтому стоит отнестись к выбору исполнителя с ответственностью.
Есть вариант использования продуктов утилизации. Например, такие продукты можно применить при изготовлении шлакоблоков, тротуарной плитки, бордюрного камня и некоторых других строительных материалов. Широко применяются отходы при строительстве дорог, как наполнитель слоев оснований, и при изготовлении бетона.
Переработка отработанного бурового шлама, видео-обзор:
Буровой шлам. Понятие «буровой раствор»
Нефтедобыча -- подотрасль нефтяной промышленности, отрасль экономики, занимающаяся добычей природного полезного ископаемого -- нефти. буровой шлам обезвреживание мелиорированный
Нефтедобыча -- сложный производственный процесс, включающий в себя геологоразведку, бурение скважин и их ремонт, очистку добытой нефти от воды, серы, парафина и многое другое (Булатов В.И., 2004).
Процесс бурения представляет собой процесс образования горной выработки, преимущественно круглого сечения, путем разрушения горных пород главным образом буровым инструментом с удалением продуктов разрушения (Вадецкий Ю.В. , 2003).
При бурении и эксплуатации скважин происходит нарушение и загрязнение ландшафтов, прилегающих к буровым площадкам. Основными источниками воздействия выступают строительно-монтажные работы, а также отходы бурения:
- · буровые и сточные воды (БСВ)
- · отработанные буровые растворы (ОБР)
- · буровой шлам (БШ)
Проведение буровых работ оказывает значительную техногенную нагрузку на все компоненты окружающей среды. Наибольшему техногенному воздействию подвергаются природные экосистемы на территориях складирования отходов бурения, что является следствием несовершенства технологий бурения и утилизации буровых шламов. Размещение же в объектах природной среды отходов бурения, содержащих токсичные вещества, являются основными причинами прогрессирующего ухудшения качества окружающей среды в районах ведения буровых работ.
В настоящее время только на территории Западной Сибири образуется более 100 тысяч тонн бурового шлама в год. Расходы предприятий топливно-энергетического комплекса на обезвреживание и утилизацию буровых шламов, рекультивацию шламовых амбаров ежегодно составляют миллиарды рублей.
Буровой шлам - водная суспензия, твердая фаза которой представлена продуктами разрушенных горных пород забоя и стенок скважины, продуктами истирания бурового снаряда и обсадных труб, глинистыми минералами (при промывке глинистым раствором).
Состав шлама в значительной степени зависит от типа горных пород, через которые проходит скважина. В шламах находятся грубые и крупные частицы минералов и горных пород с размерами до нескольких сантиметров. При оценке токсичности шламов решающую роль играет присутствие в нем нефтяных углеводородов, токсичных компонентов буровых растворов и тяжелых металлов.
Присутствие в шламах нефти неизбежно при использовании буровых растворов на нефтяной основе. Концентрация нефтяных углеводородов в таких шламах составляет до 100 г/кг. Шламы, полученные при работе с водяными буровыми растворами, содержат следовые количества нефти.
Повышенное по сравнению с фоном содержание тяжелых металлов возникает в результате введения в буровые растворы барита с примесями металлов и некоторых компонентов, содержащих железо и хром.
Загрязняющие свойства бурового шлама обусловлены минеральным составом выбуренной породы и остающимися в ней остатками бурового раствора. Анализ фазового, фракционного и компонентного состава шлама, а также его физико-химических свойств показывает, что за счет адсорбции на поверхности частиц шлама химических реагентов, используемых для обработки буровых растворов и входящих в его состав, он проявляет ярко выраженные загрязняющие свойства. Также выбуренная порода накапливает в процессе бурения нижних горизонтов сырую нефть и ее фракции. Таким образом, в его составе отмечается значительное содержание нефтепродуктов, органических соединений, опасных для объектов природной среды, растворимых минеральных солей. Всё перечисленное предопределяет высокую экологическую опасность отходов бурения.
В настоящее время отсутствует убедительные данные по оценке уровня
загрязненности отходов бурения. Загрязняющий потенциал отходов бурения
обусловлен, главным образом, используемыми материалами и химическими реагентами. Номенклатура и ассортимент материалов и химреагентов достаточно велик (см. табл. 1.1). В связи с тем, что практически полностью химические реагенты и материалы переходят в отходы бурения, становится понятной высокая экологическая опасность отходов. Так, в среднем, на 1 м 3 отходов, как показывают расчеты, приходится до 68 кг токсичных органических соединений, не считая нефтепродуктов и загрязнителей минеральной природы.
Таблица 1.1. Примерные объемы (тыс.т.) ежегодного поступления в объекты природной среды некоторых материалов и химреагентов с отходами бурения
Материалы и химические реагенты |
||||
КМЦ и его аналоги |
||||
Акриловые полимеры (М-14, Метас, НР-5 и др.) |
||||
Кремнийорганические жидкости (ГКЖ-10, ГКЖ-11, Петросил-2м) |
||||
Комплексоны (НТФ) |
||||
Сода кальцинированная |
||||
Сода каустическая |
||||
Лигносульфонаты (окзил, ФХЛС) |
||||
Полиакриламид и аналоги |
||||
Гуматные реагенты |
||||
Нефть и её производные |
||||
Другие реагенты |
Понятие "буровые растворы" охватывает широкий круг жидких, суспензионных и аэрированных сред, назначением которых является обеспечение безопасности ведения работ при высокой скорости бурения и выполнение заключительных операций по выводу и консервации скважины.
Буровой раствор, прежде всего, должен:
- · удалять выбуренную породу (шлам) из-под долота, транспортировать ее вверх по кольцевому пространству между бурильной колонной и стволом скважины и обеспечивать ее отделение на поверхности;
- · удерживать частицы выбуренной породы во взвешенном состоянии при остановке циркуляции раствора;
- · охлаждать долото и облегчать разрушение породы в призабойной зоне;
- · создавать давление на стенки скважины для предупреждения водо-, нефте- и газопроявлений;
- · оказывать физико-химическое воздействие на стенки скважины, предупреждая их обрушение;
- · передавать энергию гидравлическому забойному двигателю
- · обеспечивать сохранение проницаемости продуктивного пласта при его вскрытии (Вадецкий Ю.В., 2003)
Обязательным компонентом любого бурового раствора всегда является бентонит (монтриморилонитовая глина). Действие этого компонента объясняется особенностями его физико-химической природы, взаимодействием с дисперсной средой с образованием в ней устойчивых коллоидных систем. В химическом отношении глина представляет собой водные алюмосиликаты, содержащие окислы железа, щелочных металлов (натрия, калия), алюминия, щелочно-земельных металлов кальция, магния. Аномально высокие пластовые давления, встречающиеся при бурении в осложненных геологических условиях, зачастую превышают гидростатическое давление бурового раствора. Поэтому буровой раствор необходимо утяжелять. Применяется баритовый утяжелитель.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) относятся к реагентам, снижающим поверхностное натяжение на трехфазной границе "пласт -вода - нефть". Главным назначение ПАВ является поддержание естественной проницаемости коллекторов. Проникновение в последние буровых растворов и их фильтратов резко снижает продуктивность скважин и значительно растягивает сроки их освоения. В качестве ПАВ используются различные вещества: сульфанол, дисолван, карбозолин, стеа-рокс, азолят и различные оксиэтилированные спирты. Недостатком ПАВ является интенсивная адсорбция их на твердой фазе буровых растворов.
Для дегазации буровых растворов используют реагенты-пеногасители: соасток, гарболинеум, сивушное масло, полиметилсилосалы, солидол, синтетические жирные кислоты.
Для поддержания постоянной плотности бурового раствора используют реагенты-понизители водоотдачи (углещелочной реагент, карбоксиметилцеллюлоза, конденсированная сульфит-спиртовая барда, гидролизованный полиакриламид), и понизители вязкости (феррохромлигносульфонат, нитролигнин, сунил, игетан).
Кроме того применяются вещества - термостабилизаторы, струк-турообразователи, смазочные добавки, эмульгаторы и другие компоненты. В качестве регулятора щелочности применяется - каустическая сода.
Каустическая сода (NaOH) - бесцветная кристаллическая масса, хорошо растворимая в воде с выделением большого количества тепла. Небольшие добавки щелочи вызывают временное диспергирование частиц глины, увеличение электрокинетического потенциала и, как следствие этого, снижение вязкости и водоотдачи бурового раствора.
В целом, состав бурового раствора зависит от его назначения, типа пород и метода бурения. Различают аэрированные, меловые, известковые, карбонатно-глинистые, сульфитные, минерализованные, гипсовые, амолинатные, каливые и другие виды буровых растворов (Вадецкий Ю.В., 2003).