Система управления буровыми шламами в нефтегазовых компаниях

Размещено на http://allbest.ru

Система управления буровыми шламами в нефтегазовых компаниях

Введение

буровой шлам утилизация экологический

Актуальность дипломной работы

Одно из первых мест по уровню отрицательного воздействия на окружающую среду занимает нефтяная и газовая промышленность, оказывая интенсивную техногенную нагрузку, приводящую к нарушениям равновесия в экосистемах.

Проблема обеспечения экологической безопасности при обращении с буровыми отходами нефтедобычи является актуальной во всем мире, но особенно остро проявляется в России практически в каждом нефтедобывающем регионе.

Важность проблемы определяется не только значительным количеством, но и негативным воздействием нефтеотходов практически на все компоненты природной среды. В результате их воздействия происходит существенное изменение природного состояния геоэкологической среды, снижение естественной защищенности подземных вод, активизация геохимических и геомеханических процессов, смена естественного микробиоценоза. Угрожающий рост накапливаемых ежегодно опасных нефтеотходов при отсутствии необходимых масштабов их утилизации приводит к изъятию земельных ресурсов на длительные сроки. В то же время нефтеотходы относятся к вторичным материальным ресурсам и по своему химическому составу и полезным свойствам могут быть использованы в народном хозяйстве вместо первичного сырья.

Потенциальная опасность нефтедобывающей промышленности для окружающей среды в силу специфики своей деятельности обусловлено токсичностью добываемых углеводородов и сопутствующих им веществ, образующих при их применении в технологических процессах отходы производства 3-4 классов опасности.

Одним из существенных источников загрязнения окружающей среды являются буровые шламы. В процессе эксплуатации нефтяных месторождений неизбежно их образование. Они представляют собой стойкие водонефтяные эмульсии, свойства которых переменны во времени и зависят от множества факторов: газосодержания и обводненности нефтяных скважин, минерализации пластовых вод, способа добычи, компонентного состава, физико-химических и коллоидно-химических свойств нефтей и их природных стабилизаторов, наличия частиц механических примесей и их состава, температуры и т.д. Устойчивость таких систем сильно возрастает при их длительном хранении в открытых амбарах и прудах. Происходит это вследствие «старения» эмульсий, уплотнения и упрочнения во времени бронирующих оболочек на каплях воды, испарения легких фракций, осмоления нефтепродуктов, увеличения механических примесей за счет атмосферной пыли и т.д.

Накопление и хранение буровых шламов осуществляется в шламовых амбарах различной конструкции. В связи с возрастающими требованиями к охране окружающей среды проблема утилизации буровых шламов и ликвидации шламовых амбаров из года в год приобретает все большее значение.

В настоящее время бурно развивается направление в области исследований углеводородсодержащих отходов и разработки эффективных способов их обезвреживания и утилизации, что приводит не только к снижению техногенной нагрузки на биосферу, но и к экономической выгоде для предприятий нефтегазовой отрасли. Тем не менее, проблема негативного влияния на окружающую среду буровых шламов остается актуальной. В результате миграции вредных веществ происходит загрязнение окружающей среды. Предприятия зачастую вынуждены накапливать отходы и платить за их хранение на своей территории из-за недостатка в полигонах, предназначенных для приема нефтесодержащих отходов, и отсутствия установок по их утилизации. В связи со сложным компонентным составом нефтесодержащих отходов выбор способа переработки затруднен. Наметилась тенденция по раздельной их переработке в зависимости от условий образования, глубины залегания и срока хранения в шламовых амбарах. Такой подход соответствует рациональному использованию отходов в качестве вторичных материальных ресурсов. В связи с этим исследования компонентного состава загрязнений и поиск эффективных способов обезвреживания отходов для снижения негативного воздействия на компоненты природной среды являются актуальными.

Применяемые основные методы утилизации буровых шламов недостаточно технологичны, энергоемки и требуют значительных капитальных вложений, поэтому объемы утилизации отстают от объемов их образования и к уже накопленным объемам добавляются новые.

В нефтедобывающих регионах России и стран СНГ, а также на предприятиях нефтепереработки проблема создания высокоэффективных и экологически безопасных технологий утилизации буровых шламов и ликвидации шламовых амбаров весьма актуальна и требует оперативного решения.

Цель и задачи настоящей работы

Цель настоящей работы состояла в исследовании научных основ, практических способов и технических средств предотвращения отрицательного воздействия буровых шламов на компоненты природной среды, состава и свойств буровых шламов для определения оптимальных условий их обезвреживания и утилизации.

Достижение поставленной цели потребовало выполнения следующих задач:

· Выявить условия образования буровых шламов и изучить их физико-химические и эколого-токсикологические свойства;

· Определить характер воздействия содержимого шламовых амбаров на атмосферный воздух, почву, подземные и поверхностные воды, объекты растительного и животного мира;

· Провести анализ существующих методов и технологий утилизации буровых шламов и выбрать базовые;

· Рассмотреть классификацию, содержание и обоснование выбора природоохранных мероприятий в достижении экологически безопасного (нормативного) качества окружающей среды при строительстве скважин, в целях создания объективных предпосылок прогноза техногенного воздействия на компоненты природной среды, формирования и поиска оптимальных вариантов природоохранной деятельности нефтедобывающих предприятий при обращении с буровыми шламами;

· Рассмотреть действующую нормативно-правовую базу Российской Федерации в области обращения с буровыми отходами.

Целесообразность настоящей работы

Научная новизна полученных результатов заключается в основных положениях теоретического, методологического и технологического характера определения оптимальных с эколого-токсикологической и технико-экономической точек зрения способов обезвреживания и утилизации буровых шламов.

Ожидаемые результаты от настоящей работы

· Обзор действующей нормативной правовой и нормативно-технической документации по вопросам обезвреживания и утилизации буровых шламов.

· Формирование комплексной классификации способов обезвреживания и утилизации буровых шламов.

· Системный обзор и определение оптимальных с эколого-токсикологической и технико-экономической точек зрения способов обезвреживания и утилизации буровых шламов.

· Предложения по выбору природоохранных мероприятий в целях снижения негативного воздействия буровых отходов на компоненты природной среды.

1. Литературный обзор

1.1 Определение. Источники образования. Классификация

Согласно определению Отраслевого стандарта ОСТ 51.01-06-85 буровой шлам - это измельченная выбуренная порода, загрязненная остатками бурового раствора (ОБР). Это является одним из видов отходов, образующихся в процессе бурения нефтяных и газовых скважин

Выбуренная порода содержит компоненты отработанного бурового раствора и породы, слагающей разрез (песчаник, глина, и др.) [1].

Буровые отходы (БО) образуются следующим образом. В процессе бурения в скважину подается буровой раствор, который смазывает и охлаждает инструмент, выводит на поверхность выбуренную породу, компенсирует внутрискважинное давление, снижает интенсивность образования и укрепляет стенки скважины. В результате на поверхности образуются буровые сточные воды, отработанный буровой раствор и загрязненная выбуренная порода (буровой шлам). Все эти три составляющие БО в различных пропорциях содержат воду, частицы выбуренной породы, нефть и компоненты бурового раствора. Нефть попадает в буровые отходы при прохождении нефтеносных пластов и при использовании ее в буровом растворе. [2] Высочайшую опасность для объектов природной среды представляют производственно-технологические отходы бурения, которые накапливаются и хранятся непосредственно на территории буровой. В своем составе они содержат широкий спектр загрязнителей минеральной и органической природы, представленных материалами и химреагентами, используемыми для приготовления и обработки буровых растворов. На 1 м³ отходов приходится до 68 кг загрязняющей органики, не считая нефти и нефтепродуктов и загрязнителей минеральной природы. [3]

В бурении различают два понятия - «выбуренная порода» и «шлам буровой». В процессе углубления скважины, в забое образуется выбуренная порода. При гидротранспорте промывочной жидкостью с забоя скважины на поверхность порода под воздействием техногенных факторов (например, смешения с буровым раствором) превращается в буровой шлам.

Бурение скважин осуществляется в осадочных отложениях, в которых наиболее распространенными являются глинистые породы. Их доля составляет 65-80%. Выбуренные частицы глинистых или скреплённых 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 сильнее их набухание. Происходит адгезионное присоединение к частицам твёрдой фазы частиц, 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 компонентного состава промывочной жидкости.

Минералогический состав бурового шлама определяется литологическим составом разбуриваемых пород и может существенно изменяться по мере углубления скважины. Гранулометрический состав бурового шлама определяется типом и диаметром породоразрушающего инструмента, механическими свойствами породы, режимом бурения, свойствами промывочной жидкости и изменяется в широких пределах. [4]

Шлам буровой - преимущественно твёрдый отход бурения, вместе с выбуренной породой включает все химические соединения, которые используются для приготовления буровых растворов, его потенциальное загрязняющее действие на окружающую среду в основном обусловлено токсичными, большей часть малоопасными, свойствами компонентов бурового раствора, как правило, имеющими IV класс опасности, пластовыми флюидами и в меньшей степени выбуренной породой, которая и составляет основную массу отхода. Наибольшее потенциальное воздействие на окружающую среду могут оказывать содержащиеся в шламе хлориды и сульфаты, меньше нефтепродукты, ещё меньше другие загрязняющие вещества. Незначительное общее загрязнение нефтепродуктами отходов бурения, в том числе, твёрдой фазы отходов бурения происходит при прохождении скважин наклонно-горизонтальных участков непосредственно в теле нефтеносного пласта и в среднем составляет около 200 мг/кг.

Шлам буровой представляет собой текучую пастообразную массу, тёмно-серого с металлическим оттенком цвета, маслянистую на ощупь и имеющий смешанный запах. Плотность бурового шлама определяется плотностью бурового раствора, выбуренной породы и влажностью.

Брутто-состав бурового шлама: выбуренная порода - 75-85%; органические вещества - 5-10%; водорастворимые соли - 5-10%; утяжелители и бентониты - 5-10%.

Основной компонент буровых шламов - выбуренная порода состоит из глинистых частиц и в меньшей степени песка, которые определяют его механические свойства. При подсыхании (около 20% влажности) шлам представляет собой твёрдые прочные куски. При дальнейшем высыхании куски растрескиваются и рассыпаются. Увлажнение приводит к быстрому размягчению кусков или порошка и переходу массы в вязкопластичное, а далее текучее состояние.

Гранулометрический состав, в котором подавляющая часть частиц (92_96 % весовых) имеют размеры частиц от 10 до 500 мкм, причём более крупные соответствуют выбуренным породам, а мелкие - бентонитам. Кривая распределения частиц по размерам имеет два максимума. Один максимум приходится на частицы размером 20_30 мкм другой на 200_300 мкм. Показатель pH, как правило, соответствует щелочной среде и составляет 8,5-10,5 единиц. Шлам буровой, поступающие на переработку для улучшения (восстановления) физико-химической структуры грунтов и безопасности для окружающей природной среды должен отвечать следующим исходным или технологически приемлемым параметрам и характеристикам на входе (входной контроль) в производственный процесс, не зависимо от основного способа бурения или их сочетания между собой (амбарное бурение, с использованием временных шламонакопителей или безамбарный способ бурения), принятого на нефтегазовом месторождении компании-недропользователя, согласно таблице 1.

Таблица 1 - Исходные (технологические) параметры и характеристики отходов бурения

Наименование параметров и характеристик	Значения параметров и характеристик
	Шлам буровой
Гранулометрический состав,в %	- содержание частиц диаметром <0,071 мм - 60-65
Предельное и устойчивое насыщение водой, в %	40 ч 70
Нефть и нефтепродукты с диапазоном содержания, в % или г/кг	Не более 2 или 20,0
Растворимые соли, в %: - хлориды, - сульфаты	Не более 6,0 Не более 3,0
рН-метрия, в ед.	8,00 - 12,00
Тяжёлые металлы: свинец, цинк, медь, никель, кобальт, железо, марганец, хром и др.	Не превышающие 2 кратные нормы ПДК
Удельная эффективная активность природных радионуклидов Аэфф, Бк/кг	I класс: ? 370 II класс: 370 740
Токсичность, класс опасности для ОПС (биотестирование)	IV

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. [5]

Для решения задач утилизации ОБР и шлама бурения важное значение имеет их классификация по определенным качественным и количественным признакам. Наиболее существенными признаками являются:

- агрегатное состояние,

- компонентный состав,

- физико-химические свойства.

По агрегатному состоянию данные отходы могут быть систематизированы как жидкие (текучие), полужидкие (пастообразные) и твердые. При этом основным признаком их отнесения к тому или иному виду в данной систематизации является содержание твердой и жидкой фаз. Так, при содержании твердой фазы до 35 % отходы сохраняют свою подвижность и текучесть и относятся к жидким отходам (ОБР). При содержании твердой фазы от 35 до 85 % отходы имеют пастообразный вид и относятся к полужидким (это ОБР с буровым шламом). И наконец, при содержании жидкости в составе отходов менее 15 % их следует отнести к категории твердых отходов (выбуренная порода или буровой шлам).

Рисунок 1 - Систематизация ОБР и шлама: а - по агрегатному состоянию; б -- по компонентному составу [6]

По компонентному составу отходы бурения следует систематизировать как глинистые, карбонатные, галоидно-сульфатные. Эта систематизация в основном относится к твердым и полужидким отходам. К глинистым относятся отходы, твердая фаза которых представлена породами глинистой фракции (глины, аргиллиты, мергели). Карбонатные - это отходы, твердая фаза которых состоит преимущественно из карбонатных пород (известняки, доломиты). Галоидно-сульфатные отходы содержат твердую фазу, состоящую в основном из каменной соли, гипса и ангидрита. Такая систематизация позволяет оценивать пригодность этих отходов в качестве вторичного сырья при их утилизации. [6]

На рисунке 2 представлена классификация источников загрязнения при бурении скважин и их влияние на геосферу. [7]

Рисунок 2 - Источники загрязнения при бурении скважин

При бурении скважин задача очистки шламов от экологически опасных буровых отходов является наиболее актуальной.

Наибольшую опасность для окружающей среды представляют жидкие отходы бурения (главным образом, БСВ), так как они являются самым подвижным и легко аккумулирующимся загрязнителем отходом. Вместе с тем как сырье для регенерации из них активных компонентов буровые сточные воды являются "тощими" и представляют собой разбавленный раствор вредного вещества с концентрацией, как правило, до 0,1--1% и, за редким исключением, до 2,5%. Требуемая глубина извлечения из БСВ загрязнителей составляет 0,01--0,03% от определяемого нормативами экологически безопасного уровня как для сброса, так и для утилизации в технологическом цикле буровой. Как видно, система обезвреживания БСВ относится к технологии, более сложной, трудоемкой, энергоемкой и дорогостоящей, чем обычная технология. Полная утилизация более концентрированных суспензий (ОБР) или шламовых масс путем регенерации и извлечения из них ценных компонентов (утяжелителя, глинопорошка, отдельных химреагентов и т.д.) в промысловых условиях в настоящее время также экономически невыгодна из-за сложности и громоздкости технологических процессов. Буровые же установки на сегодняшний день специальной техникой для решения указанных задач не оснащены. [8]

Как правило, такие жидкости имеют углеводородную основу, а добавляемые в них компоненты - большую подвижность при попадании в воду и почву (поверхностно-активные вещества - ПАВ, дизельное топливо и др.) А также в процессе бурения при прохождении продуктивного горизонта БШ пропитывается нефтью. Твердые отходы, образующиеся при бурении и добыче, включают в себя:

- твердую фазу буровых растворов,

- буровой шлам,

- грунт, загрязненный случайными разливами нефти.

Загрязняющие свойства буровых растворов достаточно существенны в связи с содержанием в них, в первую очередь, органических компонентов и солей, токсичных для биоты. ОБР характеризуется следующим фазовым составом (в % от объема раствора):

- вода - 75-90 (представляющая собой добываемую совместно с нефтью пластовую воду, разбавленную атмосферными осадками);

- твердая фаза - 11-25;

- нефть и нефтепродукты - 7-14.

ХПК такого раствора колеблется в пределах 1000-8000 мг/л, минерализация его водной фазы 1,5-3 г/л, рН 7,8-8,2 [9]

1.2 Обустройство буровых шламовых амбаров

Подготовка территории земельного участка к производству работ осуществляется как на территории шламового амбара, так и на примыкающей/ прилегающей к шламовому амбару и кустовой площадке территории, в зоне временного отвода земель.

Шламовый амбар - основной объект размещения отходов бурения, выполненный в виде земляного котлована и предназначенный для сбора буровых отходов (шлам буровой, отработанный буровой раствор, буровые сточные воды). Размеры и объём шламовых амбаров варьирует и в основном зависит от количества разбуриваемых скважин на кустовой площадке.

Объём выбуренной породы из одной скважины равен объёму ствола скважины. При проектировании объём бурового шлама принято принимать больше объёма выбуренной породы на 20%. [10]

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

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

· образование и расширение трещин;

· набухание глинистых частиц, слагающих шлам;

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

Переработка отходов выполняется в шламовых амбарах с предварительной откачанной жидкой фазой - эмульсией сточных вод с выбуренной породой при бурении эксплуатационных скважин. Допускается наличие остатков жидкой фазы отходов бурения в количестве не превышающем 5% от объема шлама бурового.

В шламовом амбаре с предварительно откачанной жидкой фазой отходов бурения - эмульсией сточных вод с выбуренной породой при бурении эксплуатационных скважин - производиться разбиение площади шламового амбара на технологические ячейки разрезающими полосами для удобства перемещения техники и производства работ.

Разбиение на ячейки производиться способом поперечной отсыпки песчаных разрезающих полос шириной в 4-6 (четыре-шесть) метров до уровня (почти) дневной поверхности, территории примыкающей к шламовому амбару.

Отсыпаемые разрезающие полосы должны образовывать ячейки, где расстояние между срединными линиями разрезающих полос должно составлять около 14,0 метров, с целью технологического удобства проведения работ (для возможности выемки и перемешивания) экскаватором со стандартной стрелой исходного сырья (твёрдой фазы отходов бурения - «Шлам буровой») и вносимых расходных материалов (песок) на всю глубину и в любой точке ячейки (Рис. 3).

Таким образом, расстояние между бортом шламового амбара и разрезающей полосой или между двумя разрезающими полосами должно составлять 8 (восемь) метров. Разрезающие полосы строятся из имеющегося на месте производства работ песчаного (супесчаного) грунта или из привозного карьерного песка. Для производства данного вида работ применяются экскаваторы, самосвалы, бульдозер.

Устройство разрезающих полос в шламовом амбаре выполняется методом вытеснения твёрдой фазы отходов бурения надвигаемым грунтом, и во избежание образования прослойки шлама в разрезающей полосе, лопата экскаватора с грунтом одновременно отодвигает буровой шлам и высыпает на освобождающееся место грунт.



Рисунок 3 - Схема (в разрезе) расположения разрезающих полос в шламовом амбаре или временном шламонакопителе при переработке отходов бурения

Цифрами на схеме обозначены: 1 - грунт; 2 - гидроизоляция; УГВ - уровень грунтовых вод

При выравнивании разрезающей полосы в шламовом амбаре работа может производиться также и бульдозером. Для устройства разрезающих полос используется привозной минеральный грунт - песок, добываемый гидронамывным или сухоройным способами, из карьеров, специально отведённых для строительства месторождений компанией - недропользователем, разработку карьеров выполняет, как правило, одно из подрядных специализированных предприятий.

Снимаются временные ограждения вокруг шламового амбара для беспрепятственного доступа к нему техники, все неиспользованные строительные материалы вывозятся и передаются предприятиям - владельцам или специализированным предприятиям. Укрепляется или восстанавливается природоохранная обваловка вокруг производственной (технологической) площадки или кустовой площадки, если такая необходимость была выявлена при проведении инженерно-экологических изысканий.

В качестве грунтов используются карьерные минеральные грунты. Грунт завозится на участки автосамосвалами и сгружается поблизости от участка проведения укрепительных работ. Укрепление насыпи обвалования осуществляется бульдозером и/или экскаватором.

Затем выделяются и планируются необходимые технологические площадки для установки оборудования, хранения песка, размещения временного хозяйственного блока, межсменных стоянок техники.

1.3 Технологии обращения с буровыми отходами

На современном этапе нефтедобыча сопровождается образованием бурового шлама. Его утилизация может осуществляться в трех направлениях: захоронение, обезвреживание и использование буровых шламов, каждое из которых характеризуется положительными и отрицательными сторонами. Эти направления утилизации и являются альтернативными вариантами обращения с буровыми шламами и рассматриваются ниже.

Каждый из альтернативных способов обращения с буровыми шламами имеет свои положительные и отрицательные стороны.

Нулевым вариантом обращения с буровыми шламами является оставление отходов в объектах размещения отходов, обустроенном в виде шламового амбара на кустовой площадке. Отказ от нефтедобывающей деятельности не рассматривается, поскольку нефтегазовая промышленность является одним из основных источников пополнения бюджета Российской Федерации. Рост добычи углеводородного сырья обеспечивается интенсивным развитием и увеличением объемов бурения.

1.3.1 Захоронение буровых шламов в буровых шламовых амбарах

Захоронение отходов - изоляция отходов, не подлежащих дальнейшему использованию, в специальных хранилищах в целях предотвращения попадания вредных веществ в окружающую среду. [4]

Оставление бурового шлама в буровом шламовом амбаре является самым простым способом обращения с отходом и не требует каких-либо материальных затрат, в т.ч. на приобретение оборудования.

В процессе бурения нефтедобывающих, разведочных, поисковых скважин образуются отходы бурения, которые выносятся на дневную поверхность из скважины и размещаются в объекте размещения отходов - в буровом шламовом амбаре, обустраиваемыми в соответствии с проектной документацией, разработанной и утвержденной в установленном порядке.

Шламовые амбары заполняются отходами бурения: нефтешламами, нефтью жидкой, битуминизированной нефтью, буровыми и тампонажными растворами, буровыми сточными водами и шламом, пластовыми водами, продуктами испытания скважин, материалами для приготовления и химической обработки буровых и тампонажных растворов, ГСМ, ливневыми сточными водами. Процентное соотношение между этими компонентами может быть самое разнообразное в зависимости от геологических условий, технического состояния оборудования, культуры производства и т.д. [11]

Буровой шлам размещается в обустроенные объекты размещения отходов - шламовые амбары.

Наиболее распространенный способ восстановления природной среды после завершения срока эксплуатации шламового амбара заключается в следующем. Амбары освобождают от жидкой фазы, которую направляют в систему сбора и подготовки нефти с последующим использованием ее в системе поддержания пластового давления. Оставшийся шлам засыпают минеральным грунтом. Описанный способ ликвидации шламовых амбаров имеет ряд недостатков, одним из которых является возможность содержания в буровом шламе достаточно высоких концентраций углеводородов, АПАВ, легко растворимых солей, и других токсичных веществ.

Выводы об эффективности применения захоронения буровых шламов:

1. Существует риск поступления загрязняющих веществ из бурового шлама в сопредельные среды.

2. Неблагоприятные водно-физические свойства буровых шламов обуславливают механическую неустойчивость поверхности, на которой они захоронены без предварительной обработки, поэтому земельный участок не может быть использован по основному целевому назначению.

1.3.2 Обезвреживание буровых шламов с последующим захоронением в буровом шламовом амбаре обезвреженных отходов

Одним из способов утилизации бурового шлама, получающих распространение является их обезвреживание.

Обезвреживание отходов - обработка отходов, в том числе сжигание и обеззараживание отходов на специализированных установках, в целях предотвращения вредного воздействия отходов на здоровье человека и окружающую среду. [12]

Целью обезвреживания отходов является снижение их опасных свойств и (или) сокращение объема отходов.

Сегодня обезвреживание опасных отходов можно провести термическими, физико-химическими, химическими и другими способами.

Существует несколько способов обезвреживания бурового шлама, каждый из которых может эффективно применяться в зависимости от условий и предпосылок, существующих на нефтедобывающем предприятии.

1.3.2.1 Термический способ обезвреживания бурового шлама

Термический способ обезвреживания бурового шлама заключается в сжигании шлама в специальном технологическом оборудование (печах) с последующим получением вторичных отходов. В целях полного разложения нежелательных газов горения в печах прокаливания (сжигания) необходимо использование высоких температур (порядка 850-2200 °С). Альтернативным решением термического способа обезвреживания бурового шлама является сжигание отхода в температурном интервале не выше 100°С, при котором происходит конденсирование нефтяных фракций с последующим их сбором для использования в качестве энергетического ресурса.

На отечественном рынке наиболее распространенными являются следующие технологические решения обезвреживания бурового шлама:

а) Термическое обезвреживание бурового шлама с образованием песка

Буровой шлам подвергается термической обработке на специальном оборудовании, имеющем разрешительные документы в соответствии с законодательством Российской Федерации в области охраны окружающей среды», согласно технологическому регламенту на осуществление процесса обезвреживания.

Песок, получаемый как вторичный отход при термической переработке буровых шламов с крупностью зерен до 15 мм, предназначен для устройства насыпей внутрихозяйственных автомобильных дорог категории V. Ориентировочный химический состав образующегося песка приведен в таблице 2.

Таблица 2 - Ориентировочный химический состав песка, образующегося при термической переработке бурового шлама

Содержание, масс %
SiO2	Fe2O3	Al2O3+Ti2O3	CaO	MgO	SO3	R2O по разности	?
75,91	5,92	13,3	2,32	0,65	0,82	1,08	100

б) Термическое обезвреживание бурового шлама с образованием «инертного грунта»

Технология обезвреживания бурового шлама в «инертный грунт» основана на термической обработке бурового шлама на специально оборудование, например «УЗГ-1МГЖ» и «МЛТП-1». Установка представляет собой механизированную линию термической переработки бурового шлама и обеспечивает переработку сильнозагрязненных грунтов со степенью загрязнения от 2% до 6%. В случаях, когда загрязнения выше, для доведения их до требуемого уровня необходимо в отходы подмешивать песок, опилки или отработанный после установки грунт и/или буровой шлам в соответствующе пропорции.

Переработка отходов происходит при температуре до 800-900°С, оптимальный режим 600-700°С. Применение в установке устройства очистки отходящих газов позволяет максимально снизить выбросы вредных веществ по сравнению с переработкой открытым сжиганием и применяемыми установками переработки методом выжигания.

Продуктом переработки методом термического обезвреживания является «нейтральный грунт», являющийся по своей сути «вторичный продукт», на который разработан и согласован стандарт организации и получен сертификат соответствия.

Термические технологии обезвреживания отходов внедряются в производственные сферы, связанные с обращением с отходами. Термическое обезвреживание бурового шлама требует наличия дорогостоящего оборудования, особенно если дело касается зарубежных моделей. На оборудование по термическому обезвреживанию бурового шлама должна быть соответствующая разрешительная документация, а также должно быть получено разрешение на выброс загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Анализ имеющихся установок по термическому обезвреживанию бурового шлама показал, что в результате термической обработки основными вторичными отходами являются: инертный отход (песок, «инертный грунт», зола и т.п.), вода, жидкие нефтепродукты, а также продукты сжигания нефтяных фракций, выделяющиеся в атмосферный воздух. Образующиеся вторичный твердый продукт сжигания - «инертный отход» в химическом составе может содержать тяжелые металлы, что требует 1) наличие оборудования и технологий на их извлечение; 2) дополнительных материальных затрат на их извлечения или ограничения на использование образующегося отхода. Газообразные продукты сжигания нефтяных фракций также могут содержать в своем составе тяжелые металлы, что требует наличия газоочистного оборудования.

1.3.2.2 Химическое обезвреживание бурового шлама

Химическое обезвреживание бурового шлама основывается на внесение химических реагентов, реакционные свойства которых позволяют снизить опасные свойства бурового шлама.

В основе наиболее распространенных технологических решений химического обезвреживания бурового шлама лежит промывка массы бурового шлама с применением поверхностно-активных веществ с последующей очисткой жидкости от нефтесодержащих веществ и утилизации вод в непродуктивные горизонты недр. Для отмывки бурового шлама от нефти используют холодную или горячую воду или воду со специальными добавками. Данный метод применяется для быстрой очистки недавно образовавшегося загрязнения или очистки глубинных слоев бурового шлама от загрязнения нефти любой давности.

Одним из методов, обеспечивающих диспергирование нефти и улучшающих контакт нефтеокисляющих микроорганизмов с поллютантом, является внесение в буровой шлам растворов технических моющих средств (ТМС). Почвенные бактерии, главным образом, обитают в водной фазе, и ТМС, вызывая диспергирование углеводородов нефти, обеспечивают наибольшую площадь поверхности соприкосновения на единицу массы и соответственно более высокую активность микроорганизмов-деструкторов нефти. Кроме того, обработка нефтезагрязненного бурового шлама ТМС способствует снижению их гидрофобности.

Эффективность обезвреживания массы бурового шлама промывкой с использованием ПАВ и ТМС с последующей очисткой жидкости от нефтесодержащих веществ и утилизации вод в непродуктивные горизонты недр очень низка.

Буровые шламы размещаются в буровых шламовых амбарах, представляющих собой котлован глубиной от 2-х до 6-ти метров. В связи с большой мощностью залегания бурового шлама в глубину представляется очень трудным и малоэффективным промывка бурового шлама с использование химических реагентов: затруднено перемешивание и проникновение реагентов вглубь. В этом случае процедура химического обезвреживания требует многократной химической обработки, длительного времени для получения положительных результатов обезвреживания токсичных компонентов бурового шлама.

Применение технологии химического обезвреживания сопряжено также с образованием отходов, представленных промывными водами из шламового амбара, содержащими нефтепродукты, ПАВ, технические моющие средства. Для утилизации жидкого отхода необходимо наличие скважин для закачки откаченной жидкости и разрешающие документы.

1.3.2.3 Физико-химическое обезвреживание бурового шлама

Одним из распространенных способов обезвреживания бурового шлама является физико-химический способ, в основе которого лежит процесс солидификации (отверждения) отхода. Обезвреживание шлама проводится путем смешения в определенных пропорциях с сорбентом и цементом. В результате такой обработки присутствующие в шламе органические вещества связываются введенными сорбентами. При этом катионы тяжелых металлов, содержащиеся в шламе, переходят в состав труднорастворимых гидроксидов. Последующее отверждение обезвреженных отходов, протекающее в результате процессов гидратации введенного в систему цемента, приводит к еще более прочному связыванию нейтрализованных токсичных соединений и предотвращению последующего их растворения при воздействии окружающей среды.

1.3.2.4 Биологическое обезвреживание бурового шлама

Биологический метод заключается во внесении биопрепаратов, содержащих микроорганизмы, под действием которых углеводороды нефти и нефтепродуктов окисляются до экологически нейтральных соединений. Биопрепарат может представлять собой сухую или растворенную форму в зависимости от типа препарата.

Биологические методы основаны:

- на стимулирующем действии аборигенных почвенных микроорганизмов за счет внесения в почву питательных, кислородсодержащих и/или других компонентов, которые обычно добавляют в почву путем распыления их водных растворов или путем запашки;

- на использовании биопрепаратов, содержащих ассоциацию специфичных бактериальных культур и интенсификации их жизнедеятельности.

Выводы об эффективности обезвреживания буровых шламов:

- образование обезвреженного отхода, который не может быть нигде применен;

- отсутствие технической документации на процесс обезвреживания, разработанной и утвержденной в установленном законодательством Российской Федерации порядке;

- высокая ресурсоемкость и стоимость;

- образование вторичных отходов.

Буровые шламы размещены в глубоких котлованах в условиях большой обводненности, отсутствия доступа кислорода, микроорганизмов, в т.ч. нефтеокисляющих, что не позволяет эффективно использовать механизмы деградации нефтепродуктов до экологически безвредных веществ с помощью микроорганизмов. Внесение биопрепаратов на большую глубину (1-5 м) приведет к их гибели или их замедленной активности, а, следовательно, не будет происходить биодеградации нефтепродуктов, особенно в глубинных горизонтах шлама. Выемка же бурового шлама из шламового амбара на площадку для дальнейшего его обезвреживания биологическими методами является затратным мероприятием, требующим организации объекта размещения отхода, а, следовательно, получения разрешительной документации на этот объект в соответствии с действующими нормативными правовыми документами в области обращения с отходами. Кроме того, период биологической активности биопрепаратов ограничивается температурным режимом региона. Поэтому, использование биологических методов является нецелесообразным в отношении бурового шлама, размещенного в шламовых амбарах.

Выводы об эффективности обезвреживания буровых шламов:

- образование обезвреженного отхода, который не может быть нигде применен;

- отсутствие технической документации на процесс обезвреживания, разработанной и утвержденной в установленном законодательством Российской Федерации порядке;

- высокая ресурсоемкость и стоимость;

- образование вторичных отходов.

1.3.3 Использование буровых шламов (переработка буровых шламов в продукцию различного назначения)

Использование отходов - применение отходов для производства товаров (продукции), выполнения работ, оказания услуг или для получения энергии [12].

Использование отходов - деятельность, связанная с утилизацией отходов, в том числе и отходов, появляющихся на последней стадии жизненного цикла любого объекта, направленная на производство вторичной товарной продукции, выполнение работ (услуг) или получение энергии с учетом материало- и энергосбережения, требований экологии и безопасности [11].

Использование буровых шламов представляет собой их переработку, ориентированную на получение вторичной продукции - грунтов, которые могут использоваться 1) для строительства; 2) в качестве плодородного грунта.

На практике методы переработки бурового шлама комбинируются, в их основе лежат методы обработки бурового шлама, используемые и при обезвреживании, на основе чего и создаются специальные технологии получения конечного продукта утилизации. Наиболее часто используется технология солидификации, обеспечивающая возможность обезвреживания бурового шлама. При этом очищенный буровой шлам смешивается в определенных пропорциях со специальным сорбентом и цементом. В результате оставшиеся в шламе токсичные вещества связываются сорбентом и в процессе цементирования становятся нерастворимыми при любых воздействиях окружающей среды. В целом, методы переработки бурового шлама позволяют широко использовать его в строительстве. Перечень материалов, для изготовления которых возможно использовать буровой шлам, следующий:

- мелкоразмерные строительные изделия (бордюры, тротуарная плитка, шлакоблоки);

- связующие смеси, используемые для устройства оснований автодорог;

- гранулированный заполнитель, используемый при производстве бетона.

Технологические решения переработки бурового шлама, получившие широкое применение.

1.3.3.1 Переработка бурового шлама в буролитовую смесь

Технология переработки (использования) буровых шламов в буролитовую смесь непосредственно в шламовых амбарах на территории кустовых площадок. Для переработки используются буровые шламы 4-5 класса опасности. Переработка бурового шлама запроектирована непосредственно в шламовых амбарах на территории кустовых площадок. [13]

Для переработки (использования) бурового шлама в буролитовую смесь используются следующие компоненты:

- буровой шлам 35-70 %;

- цемент марки 400 в количестве 10-20 % от веса бурового шлама;

- песок в количестве 10-20 % от объема бурового шлама;

- карбомидный пеноизол 10-25 % от объема бурового шлама.

В зимнее время при низких температурах воздуха, при необходимости производится добавка хлористого кальция в количестве 2 % от веса бурового шлама.

Соотношение компонентов зависит от степени влажности исходного бурового шлама. При добавлении ингридиентов в буровой шлам происходит увеличение массы без изменения объема.

Буролитовая смесь предназначена для укрепления откосов дорог, обваловок кустов, отсыпки оснований кустовых площадок и рекультивации шламовых амбаров.

Однако, по сей день не прекращаются судебные процессы по вопросам правомерности использования буролита в качестве строительного материала. Приказом Ростехнадзора №456 от 4 июня 2010 года признано, что буролитовая смесь - экологически опасный материал. Окончательное направление использования Буролитовой смеси уточняется с Заказчиком и согласуется с природоохранными органами.

1.3.3.2 Переработка бурового шлама в грунт для рекультивации нарушенных земель и повышения плодородия почв

Переработка бурового шлама в грунт для рекультивации и повышения плодородия представляет собой процесс перемешивания бурового шлама с торфом в заданных соотношениях. Для производства грунта используются все виды торфа с массовой долей влаги не более 60 %. В качестве структурирующих добавок используется мел, мука доломитовая, известь-пушонка, доломитовая глина, подобные материалы. В качестве добавки, повышающей плодородие грунта, используются гуминовые кислоты, получаемые химической обработкой торфа. Соотношение: буровой шлам/песок/торф варьируется в пределах 1/0,3-1/1-2 соответственно.

Грунт на основе торфа и структурирующих добавок по физическим свойствам и химическому составу должен соответствовать требованиям, приведенным в таблице 3.

Таблица 3 - Физические свойства и химический свойств грунта на основе торфа и структурирующих добавок

Показатель	Норма
Массовая доля влаги, %, не более	60
Массовая доля органического вещества, % на нормативную влажность, не менее	8,0
рН солевой суспензии, не менее	5,8
Плотность, кг/м3	1100-1900

Содержание химических загрязняющих веществ не должно превышать значений, приведенных в таблице 4.

Таблица 4 - Содержание химических загрязняющих веществ

Вещество	Предельная концентрация, мг/кг
Мышьяк	10,0
Ртуть	2,1
Свинец	32,0
Цинк	220
Кобальт	5,0
Никель	80,0
Медь	132
Хром	90,0
Марганец	1500
Нефтепродукты	1000

1.3.3.3 Переработка бурового шлама в смеси грунтошламовые

Смеси грунтошламовые также получаются путем перемешивания бурового шлама с торфом. Применение смеси грунтошламовой, приготовленной на основе отходов бурения, допускается при подтверждении класса опасности бурового шлама (IV или III) и смеси (IV или V) на основе биотестирования. Рекомендованный оптимальный состав смеси грунтошламовой, приведен в таблице 5.

Таблица 5 - Состав смеси грунтошламовой

Наименование основных компонентов	Содержание в смеси, % объема
Шлам буровой	35-50
Грунт-песок мелкозернистый, пылеватый, естественной влажности	25-50
Торф марки А, Б	10-30

Основные физические и механические свойства смеси грунтошламовой определены для двух состояний: после приготовления, в разрыхленном состоянии и в конструктивном слое после его уплотнения, приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Свойства смеси грунтошламовой

Свойства	Показатели	Метод определения
Влажность	30-50/20-40	ГОСТ 5180
Плотность смеси, г/см3, т/м3	1,40-1,60/1,60-2,00	ГОСТ 5180
Плотность сухого грунта, г/см3, т/м3	1,25-1,50/1,45-1,75	ГОСТ 5180
Прочность грунта по сопротивлению срезу кгс /см2 (МПа)	-/?0,5(0,05)	ГОСТ 12248
Коэффициент уплотнения	-/0,8-0,9	ГОСТ 5180

Смесь грунтошламовая представляет собой однородную грунтоподобную смесь от текуче-пластичной до рыхлой консистенции, в зависимости от влагосодержания исходного сырья. Влажность свежеприготовленной смеси должна находится в пределах 40-70%.

Выводы об эффективности переработки буровых шламов в продукт:

-образование большого объема продукта, который не может быть нигде применен ввиду низких потребительских свойств;

- отсутствие технической документации на процесс обезвреживания, разработанной и утвержденной в установленном законодательством Российской Федерации порядке;

- высокая ресурсоемкость и стоимость.

Технологии переработки бурового шлама в продукцию получили распространение как направление утилизации буровых шламов. Основные технологические решения переработки бурового шлама ориентированы на получение продукции, используемой в качестве строительного материала: для укрепления откосов внутрипромысловых дорог, откосов кустовых площадок.

Одной из распространенных технологий переработки бурового шлама в продукцию является использование солидификации с образованием, например продукции «буролитовая смесь». Использование технологии отверждения направлено на устранение негативных влияний токсичных компонентов бурового шлама путем их специальными сорбирующими добавками. Такой добавкой, например, служит карбамидный пеноизол, который используется при переработке бурого шлама для впитывания воды и перевода загрязняющих веществ в неподвижное состояние. В некоторых европейских странах, например, в Великобритании, использование карбамидного пенопласта допускается при соблюдении строгих правил безопасности обращения с токсичными строительными материалами. Нарушение технологии применения материала, может приводить к резко отрицательному результату. Причиной потенциальной опасности является избыток формальдегида, выделяющийся при полимеризации карбамидно-формальдегидного пенопласта, что создает возможные риски, связанные в негативным воздействием на компоненты окружающей среды. [14]

Компания ООО «РН-Сервис-Экология» разработала метод переработки буровых шламов по технологии «Грунтобетон» (ГБ). Рассмотрим его дальнейшее применение в соответствии с ТУ 5745-005-76841742-2008 на рисунке 4.



Рисунок 4 - Опыт переработки бурового шлама по технологии «Грунтобетон»

Технологический процесс производства грунтобетонов заключается в смешении отходов бурения (в первую очередь буровых шламов) в растворо- и бетоносмесительных установках с водой, заполнителями, цементом, другими вяжущими и добавками активных веществ и сорбентов, после чего производится укладка и уплотнение грунтобетона или доведение его до оптимальной влажности. В качестве заполнителя может быть использован песчаный грунт, крупнозернистый каркасный заполнитель (песчано-щебеночные, песчано-гравийные, песчано-щебеночно-гравийные смеси), золошлаковые смеси, песок.

Все работы по производству грунтобетона производятся на территории Заказчиков работ.

Технология «Грунтобетон» предусматривает использование отходов бурения для производства материала, который используется при строительстве автодорог. При этом обезвреживание отходов бурения и получение экологически безопасного материала с обеспечением класса опасности не токсичнее IV (малоопасные вещества) производится за счет снижения концентрации загрязняющих веществ, сорбции и нейтрализации токсикантов в структуре монолитного консолидированного материала, устранения их миграционной активности и вымывания в окружающую среду.

Варианты применения ГБ:

- в конструкциях дорожных одежд промысловых автодорог и площадок на территории месторождений взамен привозимых каменных материалов, при строительстве, реконструкции и ремонте;

- в основаниях и покрытиях;

- для укрепления обочин дорог;

- для устройства обваловок на производственных и кустовых площадках;

- для производства и рекультивации площадей, ликвидации и рекультивации шламовых амбаров, карт временного накопления отходов бурения, с устройством производственных и технологических площадок с твердым покрытием, либо с последующим устройством поверх малопрочного отвержденного грунтобетона плодородного рекультивационного слоя с посевом трав, посадкой деревьев и кустарников

Выводы об эффективности переработки буровых шламов в продукт:

-образование большого объема обезвреженного отхода, который не может быть нигде применен;

- отсутствие технической документации на процесс обезвреживания, разработанной и утвержденной в установленном законодательством Российской Федерации порядке;

- высокая ресурсоемкость и стоимость;

- образование вторичных отходов [17].

Выводы об эффективности превращения буровых шламов в грунт:

Все технологии переработки бурового шлама приводят к большому объему образования продукции, которая, зачастую не востребована ввиду ее низкого качества, если ее использовать в качестве строительного материала. В результате огромные объемы переработанного бурового шлама в виде готовой продукции занимают большие площади земельных участков, что в свою очередь сопровождается захламлением земель и нецелевым их использованием.

Преимущества использования утилизации отходов бурения:

По самой своей сущности указанный метод может представлять угрозу безопасности из-за повторяющихся работ по погрузке и выгрузке твердых и жидких отходов. Для этого метода также необходимо располагать наземными полигонными мощностями значительной вместимости. В сущности же, данный метод представляет собой лишь перемещение отходов из одной природной среды в другую. Альтернативой этому является обратная закачка отходов в пласт, т. е. возвращение их туда, откуда они были извлечены. Более конкретно, предпочтительность обратной закачки шлама обусловлена тем, что она:

- удовлетворяет принципу отказа от сброса отходов в окружающую среду ввиду исключения сброса отходов в море;