СОБЫТИЯ

Журнал «Нефть и Газ Сибири» стал участником выставки в Казани

6-8 сентября в столице Татарстана прошла 24-я международная специализированная выставка «Нефть, газ. Нефтехимия» в рамках Татарстанского нефтегазохимического форума. «Нефть, газ. Нефтехимия» — ведущая отраслевая ...

В отеле InterContinental представляетсяаналитика по модернизации нефтегазоперерабатывающих производств до 2020 года

12 сентября в отеле InterContinental (Москва, Тверская, 22) состоится седьмая ежегодная конференция «Модернизация производств для переработки нефти и газа»(Нефтегазопереработка-2017). Участникам будут представлены аналитические ...

ЛУКОЙЛ, РуссНефть, Зарубежнефть встретятся с участниками нефтесервисного рынка

17 октября в отеле InterContinental (Москва, улица Тверская, 22) состоится двенадцатая ежегодная конференция «Нефтегазовый сервис в России» (Нефтегазсервис-2017). На конференции выступают кураторы нефтесервисного блока ВИНК и ...

Роснефть стала лидером среди крупнейших налогоплательщиков России

По итогам 2016 года ПАО «НК «Роснефть» признана крупнейшим налогоплательщиком в РФ. Лидирующую позицию нефтяная компания занимает уже четвертый год подряд. Об этом свидетельствуют данные рейтинга, составленного РБК. Согласно ...

17 октября в отеле InterContinental АО «Зарубежнефть» собирает поставщиков оборудования

17 октября в отеле InterContinental (Москва, Тверская, 22) состоится двенадцатая ежегодная конференция «Нефтегазовый сервис в России» (Нефтегазсервис-2017). На конференции выступают кураторы нефтесервисного блока ВИНК и руководители ...

К вопросу о современных методах переработки и утилизации отходов бурения

 

 

Матвиенко В.В., канд. химико­биологических наук,

Кузнецов В.А., канд.технических наук

Цеханский М.В.

 

 

Необходимость решения задач по переработке  буровых отходов параллельно с процессом бурения ствола скважины уже давно стоит в повестке дня всех буровых компаний и по мере ужесточения экологических требований со стороны государственных служб актуальность проблемы будет неуклонно возрастать.

 

 

Постановлением Правительства РФ № 236 от 17.02.1994 г. «Об утилизации, обезвреживании и захоронении токсичных отходов производства» и Приказа Министерства природных ресурсов РФ № 511 от 15.06.2001 г. «Об утверждении критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей среды» контролирующие природоохранные органы предъявляют повышенные требования к предприятиям, ведущим разработку месторождений, особенно в водоохранных зонах.

 В связи с этим перед предприятиями встает вопрос о переработке и утилизации опасных отходов, связанных с добычей углеводородного сырья, в частности бурового шлама (БШ).

Рассмотрим условия, при которых решение задачи становится выполнимо. Для лучшего понимания проблемы специалистами различных служб генерального заказчика – владельца недр, приведем терминологию, применяемую в данной статье.

Буровой шлам – общее понятие, относящееся к выбуренной породе, смоченной буровым раствором, а также смесь выбуренной породы с технологическими жидкостями и буровым раствором, применяемыми при строительстве скважины.

Технологические отходы бурения – в первую очередь, это буферные жидкости, используемые в процессе тампонажных работ и часть тампонажного раствора в смеси с буровым раствором. При освоении скважины часто применяют технологические жидкости на основе водных растворов хлористого калия, натрия и кальция. В аварийных ситуациях возможно применение кислот и других технологических жидкостей.

Пульпа – все, что поступает с выходного шнека очистной системы буровой установки при нормальной работе всех четырех ступеней очистки и минимальном расходе промывной воды, обеспечивающей этот процесс. Понятие «пульпа» используется при работе буровой установки в стационарном, безамбарном режиме.

Грунт холодного отверждения – капсулированный буровой шлам, получаемый на выходе из установки по переработке бурового шлама.

В бурении различают два понятия – «выбуренная порода» и «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 как по составу (за счет компонентов бурового раствора), так и по объему и, что особенно важно с экологической точки зрения, по физико­химическим свойствам от выбуриваемой породы.

 

 

Объем выбуренной породы, в принципе, равен объему ствола скважины. При проектировании объем бурового шлама приближенно принимается больше объема выбуренной породы примерно на 20% . Для практических целей при определении объема бурового шлама, образовавшегося при строительстве скважины, рекомендуется наряду с объемом выбуренной породы учитывать объем химреагентов и материалов, использованных при проводке скважины. Ведь в конечном итоге практически весь буровой промывочный раствор вместе с выбуренной породой оказывается в шламовом амбаре.

Можно выделить четыре фактора, обусловливающих увеличение объема бурового шлама по сравнению с выбуренной породой:

• разуплотнение частиц шлама в результате снижения действия на них внешнего давления;

• образование и расширение трещин в выбуренной породе;

• набухание глинистых частиц, слагающих шлам;

• привнесение с промывочной жидкостью компонентов, используемых для его приготовления;

• адгезионное налипание на поверхность шлама частиц коллоидных размеров из промывочной жидкости.

Бурение скважин осуществляется большей частью в осадочных отложениях, в которых (для условий Западной Сибири) наиболее распространенными являются глинистые породы (их доля составляет 65 – 80%), перемежающиеся песчаниками. 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 физико­химических 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 изменяется 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.

Учитывая все вышесказанное, становится понятно, что создание универсального, перерабатывающего буровой шлам, комплекса весьма проблематично и поэтому необходимо определить область применения. Наибольший объем бурения пока приходится на Западную Сибирь, а применяемые типы буровых растворов – пресные или калиевые.

В настоящее время проблема переработки и утилизации промышленных отходов производства остается весьма актуальной. В полной мере это относится и к отходам бурения. Общеизвестен процесс самоочищения природных экосистем, однако эта способность перерабатывать большие объемы загрязнения не безгранична. Вода рек и озер, в поймах коих ведется бурение добывающих скважин, иначе говоря, в водоохранных зонах Крайнего Севера и приравненных к ним районах, по сравнению с водой умеренных и южных широт, слабо насыщена кислородом, и органическая жизнь в них не столь многообразна и обильна. Поэтому, если в районах средней полосы вода рек и озер может самоочищаться на участках 200 – 300 км,
то для самоочищения воды в северных широтах часто оказывается недостаточно даже 1500 – 2000 км [1]. Такая низкая эффективность процесса самоочищения рек и озер в условиях Крайнего Севера ограничивает сброс в водоемы буровых отходов. В загрязненной почве резко меняется соотношение между углеродом и азотом, что ухудшает азотный режим почвы и нарушает корневое питание растений. При углеводородных загрязнениях почвы из нее выделяется кислород, почва теряет продуктивность и плодородный слой долго не восстанавливается. Самоочищение почв происходит очень медленно. Строительство на буровой амбаров­накопителей практически заключается в выемке определенного объема грунта и обвалования полученного котлована. Гидроизоляция дна и стенок амбара, как правило, не производится. При такой конструкции избежать фильтрации жидкой фазы и попадания ее на окружающий ландшафт практически невозможно [ 2 ]. Свойства образующегося бурового шлама обусловлены минералогическим составом выбуренной породы, пластовых флюидов и остатками бурового раствора. За счет адсорбции на поверхности частиц шлама химических реагентов, используемых для обработки буровых растворов, проявляет ярко выраженные загрязняющие свойства. Воздействие отходов бурения на природные объекты не обязательно может проявляться в токсическом эффекте на биосферу, а способно выражаться в нарушении равновесия биотопов различных трофических уровней при их взаимодействии с абиотической средой, носящей механизм функциональных повреждений экосистем [ 3 ].

 

 

При бурении скважин задача очистки шламов от экологически опасных буровых отходов является наиболее актуальной. Однако унифицированного способа переработки буровых отходов с целью его обезвреживания с последующей утилизацией пока не существует. Все известные технологии переработки бурового шлама подразделяются на следующие виды: термический, химический, физико­химический и биологический.

Термический метод предусматривает, по мнению одних авторов, обезвоживание буровых растворов и сточных вод с помощью бездымных горелок; в других случаях происходит сжигание бурового шлама в цементных печах при Т=1200­1500оС в присутствии воздуха (USA & Indonesia Cases), в третьих – термическая переработка с использованием сушильно­обжиговых барабанов (Промышленные технологии, Москва).

Химический метод переработки шлама предусматривает, в одном случае, смешивание активной добавки для нейтрализации рН + добавки в виде сорбентов «Сойлекс» и «Деградойлас» для обеззараживания ( патент Тюменского архитектурно­строительного института); в другом случае буровой шлам смешивается с измельченным карбамидным пенопластом и сорбентами типа «Пеноизол» и «Юнипор» (патент Тюменского нефтегазового университета). Северный филиал «ВНИИСТнефть» для очистки буровых сточных вод в качестве коагулянта использовал композицию сернокислого алюминия с хлорным железом. «ТатНИПИнефть» разработал систему очистки бурового шлама с помощью коагулянтов (соли аммония или железа) в сочетании с флокулянтом (полиакриламид).

Физико­химический метод предусматривает применение специально подобранных реагентов, изменяющих физико­химические свойства с последующей обработкой на специальном оборудовании. При физико­химическом методе, в одном случае, производится предварительное высушивание смеси в потоке газа при Т=50­60оС с вводом фосфорсодержащих минеральных удобрений и безводной окись кальция. Полученный композиционный материал запахивается в основной грунт (патент Дальневосточного центра аварийно­экологических операций) [4]. НГДУ «Туймазынефть», применяя оборудование по переработке отходов бурения немецкой фирмы Maiken, первоначально производит нагревание шлама в печах до Т= 700оС дальнейшей обработкой деэмульгатором [5]. АНК «Башнефть» в НГДУ «Октябрьскнефть» использовала технологию по переработке буровых шламов, предложенной ООО «Техномехсервис» (г. Краснодар). Установка снабжена виброситом для отделения основной массы твердых частиц, трехфазной центрифугой и сепаратором для доочистки с центрифуги [6]. Среди физико­химических методов переработки отходов бурения с целью их утилизации (центрифугирование, экстракция, гравитационное уплотнение и т.д.) наиболее перспективным является центрифугирование с использованием флокулянтов и коагулянтов. Центрифугированием достигается эффект извлечения нефтепродуктов на 85 – 87% и мехпримесей – до 95 – 97%. [7]. При реагентной обработке шлама повышается водоотдача, облегчается выделение нефтепродуктов, что, в свою очередь, снижает класс опасности бурового шлама [8].

Британская фирма Мi­SWACO на месторождениях ОАО «Роснефть» использует метод утилизации закачкой бурового раствора в пласт [9]. Следует отметить, что данный метод сопряжен с риском потери приемистости скважины, герметичностью гидравлической трещины, а также с возможными помехами при бурении и добыче.

Биологический метод переработки бурового шлама основан на очистке буровых сточных вод через центрифугу с добавлением штаммов. Обезвоженный осадок применяется в качестве стройматериала [10].

 

Рассмотрим способы переработки БШ, применяемые в настоящее время в Западно­Сибирском регионе

Так, на м/р «Приобское» ОАО «РН­Юганскнефтегаз» применяется термический способ переработки БШ с помощью сушильно­обжиговых барабанов. Шлам доставляется автотранспортом с 4 буровых установок на специально отведенную площадку для приема и переработки БШ. Далее скреперными лебедками шлам подается в сушильную камеру барабана, проходит стадию обжига при Т= 170оС (рис. 1­1а), ссыпается в специально вырытый ров и далее вывозится на строительство внутрипромысловых автодорог.

Метод термической переработка БШ производится и в ТПП «Лангепаснефтегаз» установкой УЗГ­1М на полигоне твердых бытовых и промышленных отходов ранее накопленного бурового шлама силами подрядной организации (рис. 2).

Установка стационарная, под нее требуется землеотвод и дополнительная отсыпка территории. Кроме того, применение такой установки не снимает вопрос о строительстве амбаров с последующей технической и биологической рекультивацией, что в итоге приносит предприятию дополнительные расходы. На месторождениях ОАО «Роснефть»,
г. Ханты­Мансийск, применяется оборудование и централизованный комплекс британской фирмы Мi­SWACO по закачке буровых отходов в пласт (вибросито, центрифуги, емкость для готовой пульпы, установка подготовки пульпы, вибросито установки для закачки БШ, насос высокого давления и скважина для утилизации) (рис. 3).

На м/р «Каменное» ТПП «Урайнефтегаз» ООО «ЛУКОЙЛ­Западная Сибирь» переработка отходов бурения осуществляется химическим методом непосредственно в теле кустовой площадки в специально отведенных амбарах (используется гашеная известь, портландцемент и обезвреживающий сорбент) (рис. 4).

Отходы бурения – буровые сточные воды (БСВ), БШ и отработанный буровой раствор (ОБР) – накапливаются в оборудованных амбарах, расположенных каскадно в теле кустовой площадки, один ниже другого, амбары разделены перегородками.

Перегородки оснащены заслонками, позволяющими производить сток отстоявшейся воды с верхнего уровня в нижний. В результате переработки отходов образуются обезвреженный консолидированный прочный БШ и обезвреженная осветленная БСВ.

Обезвреживание бурового шлама сорбентами позволяет снизить ПДК акриловых полимеров, анионактивных ПАВ и полиакриламидов, входящих в состав буровых растворов, при возможном попадании их в почву и поверхностные воды после утилизации шлама.

Аналогичным способом переработка буровых отходов проводилась в 2001 г. в СП «Ватойл», г. Когалым, с последующим применением обезвреженного и отвержденного шлама в качестве композитного материала при укладке дорожного полотна (рис. 6). Проведен 3 летний мониторинг природных экосистем в местах размещения композитного продукта на основе бурового шлама. Получено положительное заключение государственной экологической экспертизы на утилизацию бурового шлама в качестве композитного материала при строительстве внутрипромысловых автодорог 5­й категории на Вать­Еганском м/р.

Способы химической переработки, применяемые на открытой площадке, имеют ряд недостатков, связанных в основном с низкими температурными условиями Западной Сибири, при этом переработка с последующей утилизацией БШ ведется только в весенне­летне­осенний период времени (около 5 мес. в году) при температуре окружающей среды не ниже +5оС. В связи с чем появилась необходимость усовершенствовать данный способ переработки шлама с помощью крытых мобильных установок с подогревом, обеспечивающих круглогодичную переработку.

Химический метод переработки бурового шлама был усовершенствован с применением мобильной установки, разработанной ООО «СПКТБ Нефтегазмаш», г. Уфа.

 

 

Условиями для работы Установки являются:

I. Система очистки бурового раствора на буровой установке должна состоять из 4 ступеней очистки. Проводка скважины ведется в режиме «безамбарного» бурения.

II. Наличие площадки для отсыпки под промышленную площадку на кустовой площадке или отсыпка внутрипромысловых автодорог 5­й категории.

Комплекс состоит из трех блоков, два из которых выполнены на полуприцепных автомобильных платформах.

Первый блок – состоит из двух обогреваемых приемных емкостей с гидроцилиндрами объемом по 5 м3 каждый, оборудованных поворотным приемным лотком и позволяющим попеременно наполнять их пульпой, поступающей с выходного конца шнека буровой установки; активатора цемента, состоящего из дробилки и собственно активатора; загрузочного бункера; трех бункеров для сыпучих продуктов; системы пневмотранспорта для их раздельной доставки в зону перемешивания; фрезы –
перемешивателя; ленточного транспортера; кабины оператора; гидростанции. Доставка цемента, извести и сорбентов из бункеров в смесительную емкость осуществляется пневмотранспортом.

Второй блок – накопительный, состоит из 40м3 емкости с дном, обеспечивающим полный слив из нее вязкого глинистого раствора; двух шламовых насосов.

Дополнительное оборудование. Установка транспортная специальная – УТС, обес­печивающая разгрузку 1 т мягких контейнеров с автомобилей, подвоз их к УБШ­1,5, загрузку их в питатель (или сверху или вакуумником), погрузку полусухой формовой смеси с УБШ­1,5 и транспортировку смеси в пределах 3 – 10 км.

Описание организации работ с применением комплекса. Комплекс состоит из двух полуприцепов и одного транспортного средства и транспортируется на объект работы до начала бурения.

 

 

Монтаж блоков заключается в планировании площадки под блоки, фиксировании полуприцепов выдвижными опорами, обеспечивающими разгрузку ходовой подвески, соединение блоков между собой двумя гибкими трубопроводами (напорным и подающим), обвязке блоков электроснабжением от буровой установки. Производится завоз и разгрузка извести, цемента и сорбента в приемные бункеры и на площадку временного хранения. Разгрузка и погрузка в бункеры производится УТС, входящим в комплекс. Прием пульпы с очистного оборудования буровой установки производится в приемные емкости УБШ­1,5 поочередно. В номинальном режиме после набора 3 кубов пульпы производится перевод лотка во 2­ю емкость. С помощью манипулятора в 1­ю емкость опускается фреза, а в зону фрезы при помощи пневмотранспорта компрессором из бункеров поступают известь, цемент и сорбент в 1­ю емкость для перемешивания. Пульпа загущается за счет отбора влаги и процессов схватывания вяжущих материалов, но благодаря активному постоянному перемешиванию образующиеся связи разрушаются и создания монолитной массы не происходит. В зависимости от скорости поступления пульпы процесс перемешивания может продолжаться до 2 часов. После чего фреза­перемешиватель гидроманипулятором перемещается во вторую приемную емкость, а готовый отсыпной грунт высыпается путем поднятия приемной емкости гид­
роцилиндром на транспортер и отгружает в кузов УТС. УТС транспортирует массу к месту захоронения, разравнивает ее и уплотняет, тем самым создавая все условия для продолжения процесса твердения и упрочнения массы. Полученная отсыпная масса предназначается для отсыпки оснований под промышленные площадки или для отсыпки внутрипромысловых дорог 5­й категории.

Так как сырьем для работы комплекса являются технологические отходы бурения, то их поступление тесно связано с технологическим процессом проводки ствола скважины.

При цементировании направления происходит замещение промывочной жидкости тампонажным раствором, но т. к. раствора немного, то избытка не образуется, а излишняя цементная смесь не попадает в промывочную жидкость, т. к. будет сброшена на УБШ­1,5. Объем сброса не превысит 10 м3.

 

 

Технологический перерыв в поступлении сырья на УБШ­1,5 связан с периодом затвердения цемента, сменой компоновки бурового инструмента, монтажом устьевой воронки и составляет примерно 14 часов. Времени достаточно для переработки разового сброса.

При цементировании кондуктора продавка цементного раствора, как правило, производится водой и к тому же происходит смена типа раствора. Разовый сброс будет представлен в виде цементного раствора, перемешанного с глинистым раствором в объеме до 10 кубов и 10 – 20 кубов бурового раствора с повышенным содержанием пес­
ка (источник образования – очистка циркуляционной системы грубой очистки (ЦСГО) и основной рабочей емкости).

Основной, неизбежный, разовый сброс происходит при цементировании эксплуатационной колонны, когда объема емкостей на буровой установке не хватает для приема вытесненного цементным раствором бурового раствора. Прием раствора производится в дополнительную 40м3 емкость, входящую в состав комплекса. Данный раствор или используется при проводке следующей скважины, или перерабатывается во время ОЗЦ и передвижке бурового станка.

Расчет объемов выбуренной породы при строительстве одной эксплуатационной скважины по безамбарной технологии производился по методике [10].

Экологические вопросы. При получении разрешения на применение УБШ­1,5 потребуется выполнить исследование по подбору нескольких рецептур для капсулирования пульпы. Эти исследования вызваны неоднородностью пульпы в процессе проводки ствола скважины. Полученные образцы должны быть исследованы на прочностные характеристики с учетом временного фактора, а также надежности иммобилизации загрязняющего материала в капсулах на органолептические свойства воды, в которой выдержаны образцы.

 

 

Перечень необходимых лабораторных анализов и измерений

I. Для оценки качества обезвреженных и отвержденных БШ:

– предел прочности на сжатие, МПа;

– рН водной вытяжки из отвержденного БШ;

– сухой остаток водной вытяжки, мг/л;

– содержание нефтепродуктов в водной вытяжке, мг/л.

 

II. Для оценки качества очищенных БСВ:

– содержание взвешенных веществ, мг/л;

– рН;

– содержание нефтепродуктов, мг/л;

– содержание хлоридов, мг/л;

– содержание сульфатов, мг/л;

– сухой остаток, мг/л.

 

 

 

Вывод

Разработан комплекс, позволяющий перерабатывать буровые отходы на месте строительства скважин (для условий Западной Сибири и идентичных с ней разрезов разбуриваемых пород). Подготовлены регламенты на использование грунта холодного отверждения. Составлен перечень контрольных показателей качества обезвреживания и качества грунта холодного отверждения. Получены сертификаты.

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА:

1. Боровский Н.А. Изменение гидродинамических показателей воды при попадании буровых компонентов. – Газовая промышленность. № 6. 1990. С.30­38.

2. Булатов А.И., Левшин В.А. Методы и техника очистки и утилизации отходов бурения. – М.: ВНИИОЭНГ. 1989. 56 с.
(Серия: борьба с коррозией и защита окружающей среды).

3. Бобович Б.Б., Девяткин В.В. Переработка отходов производства и потребления. М.: «Интенмет Инжиринг». 2000.

4. Мельников И.И., Гнездилов В.П. Способ переработки бурового раствора.– Патент 2187531. Дальцентр аварийно­экологических операций.

5. Король В.В., Позднышев Г.Н., Манырин В.Н. Утилизация отходов бурения скважин. Экология и промышленность России. № 1. 2005. С. 40 – 42

6. Абдуллин В.Р., Мавлютов М.Р. Пат. РФ № 899840.– Устройство для регенерации компонентов бурового раствора.  Бюлл. № 29. 282 с.

7. Танатаров М.А. Опыт утилизации отходов бурения ЛПДС «Черкассы» //Промышленные и бытовые отходы. Проблемы и решения: Мат. Конф. Ч. 1. Уфа. 1996.

8. Митрофанов Н.Г., Ольков В.Н. Композиция для рекультивации карьеров и нарушенных земель. Пат. 2293103. ТюмГАСУ. 2006.

9. Ягафарова Г.Г., Мавлютов М.Р. Биотехнологический способ утилизации буровых отходов и нефтешламов.– Горный вестник. № 4. 1998. С. 43 – 46.

10. Методика расчета объемов образования эмиссий от бурения скважины. –
Утверждена министром охраны окружающей среды РК от 03.05.2012 г. №129­е.

 11. Bansal K.M., Sugiarto Р. Exploration and Production Operation. – West Management A Corporaion Ovtrview. – US & Indonesia Cases. – SPT 54345.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НГС 3 (28) август 2017 


Категория статьи: Наука и образование

К содержанию журнала
Яндекс.Метрика