Способ утилизации бурового шлама при производстве техногенного грунта

Изобретение относится к способам утилизации бурового шлама и рекультивации нарушенных земель, занятых шламовыми амбарами/временными секционными накопителями на основе применения отходов промышленного производства (фосфогипса) в сочетании с агробиологическими приемами.

Известен способ утилизации бурового шлама, заключающийся в том, что в буровой шлам вносят торф, известь и минеральные удобрения /RU 2005107571, E21B 43/22, опубл. 27.08.2006/. Все смешивают до получения сыпучей массы, которая складируется в бурты и укрывается полимерной пленкой. Перед распределением смеси на участке земельного отвода проводят ее переработку, усредняя ее физико-химические показатели смеси, рассредоточивают смесь на участке и на ее поверхность вносят измельченную известь и при необходимости комплексные минеральные удобрения, содержащие азот, фосфор, калий, после чего участок перекапывают и засеивают травами или проводят посадку деревьев.

Недостатками данного способа являются сложность технологического процесса утилизации бурового шлама, при отсыпке откосов автодороги существует риск размыва наносимой смеси, а также неудобства при перемещении ее на объект отсыпки и при распределении по участку.

Известен способ утилизации бурового раствора и бурового шлама в искусственный почвогрунт путем переработки отходов бурения с использованием модифицированного торфа и фосфоросодержащих минеральных удобрений /RU 2187531, C09K 7/02, опубл. 20.08.2002/.

Недостатком данного способа является возможность использования только модифицированного торфа моховой группы, полученного путем вымораживания с последующей сушкой нейтральных газов при температуре 50-60°С.

Известен способ восстановления земель, занятых шламовыми амбарами, образованными в результате нефтедобычи, при котором в отходы бурения (буровой шлам) вносят загуститель - бентонитовую глину, и размешивают по всему объему до гомогенного состояния содержимого шламового амбара. После завершения процесса загущения отходов бурения (бурового шлама) при перемешивании в амбар засыпают торфопесчаную смесь до выравнивания площади амбара с прилегающим рельефом местности /RU 2479364, В09С 1/08, опубл. 20.04.2013/.

Недостатком данного способа является использование большого количества бентонитовой глины, при отсыпке откосов автодороги существует риск размыва наносимой смеси.

Известен способ утилизации отходов бурения, включающий в себя смешивание бурового шлама, негашеной извести, торфа, цемента и песка. Дополнительно осуществляют смешивание бурового шлама с углеродом техническим с последующим смешиванием с негашеной известью, после чего осуществляют последовательное смешивание с торфом, цементом и песком. Затем полученную смесь выдерживают в течение 2 или 3 суток /RU 2508170, B09B 3/00, опубл. 27.02.2014/.

Недостатком данного способа является неизменность химических и физико-химических свойств бурового шлама; в результате данной технологии происходит «запечатывание» полученной смеси; утилизация твердой фазы бурового шлама производится путем обработки вяжущими материалами (цемент) с целью связывания мелкодисперсных частиц шлама в плотный массив грунта комковатой структуры, при нарушении технологии применения цемента, полученная смесь не подлежит повторной утилизации.

Известен способ утилизации бурового шлама, включающий смешивание бурового шлама с предварительно вспененной и отвержденной карбамидной и/или формальдегидной смолой, дополнительное введение кальцийсодержащих и органических добавок с последующим смешиванием с цементом и оксидами /RU 2323293, E01C 3/04, опубл. 27.04.08 г./.

Недостатком данного способа является присутствие в приготавливаемой смеси компонента в виде карбамидной и/или формальдегидной смолы, имеющей 4 класс опасности и обладающей высокой токсичностью и экологической опасностью вследствие выделения в окружающую среду фенольных соединений.

Известен способ утилизации бурового шлама, включающий смешение бурового шлама с песком, торфом, сорбентом (Миксоил или МИУ-С) и биодеструктором углеводородов (Сойлекс или Центрин) /RU 2522317, В09С 1/10, опубл. 10.07.2014/.

Недостатком данного способа является необходимость изъятия и утилизации сорбента (Миксоил или МИУ-С); технология утилизации бурового шлама не обеспечивает снижение до V класса опасности; при отсыпке откосов автодороги существует риск размыва наносимой смеси.

Известен способ переработки бурового шлама включающий смешивание бурового шлама с песком, добавлением соляной кислоты, обеспечивая pH смеси от 5 до 8, с последующим перемешиванием компонентов и сушкой. В результате из отходов получают инертный строительный материал либо техногенный почвогрунт /RU 2524708, E21B 21/06, опубл. 10.08.2014/.

Недостатком данного способа является использование в качестве подкисляющего реагента - соляную кислоту; невостребованность в качестве полученного инертного строительного материала либо техногенного почвогрунта.

Известен также способ утилизации бурового шлама с получением строительного материала «Буролит», включающий буровой шлам смешанный с цементом, карбамидо-формальдегидным пенопластом, дополнительно минеральный наполнитель (песок и дробленый гранит) /RU 2303011, C04B 28/04, опубл. 20.07.2007/.

Недостатками известного способа являются высокая себестоимость, низкая морозоустойчивость и прочность, особенно в районах затопления, большие объемы образования продукции, невостребованность на рынке сбыта.

Известен также способ утилизации бурового шлама с получением строительного материала, включающий буровой шлам, сорбент - пеноизол, и/или нетросорболит, и/или сорболит, и/или золы и шлаковые смеси, минеральный наполнитель - проппанта термообезвреженного, и/или песка, и/или природных несвязанных грунтов, а в качестве отвердителя используют термообработанный буровой шлам, и/или цемент, и/или кальцийсодержащую добавку, и/или стекло натриевое жидкое, и/или гипс, формирователь структуры включает смесь карбамидной смолы и соды кальцинированной, кроме того, смесь содержит осушитель в виде торфа, в качестве кальцийсодержащей добавки используется также негашеная известь /RU 2490224, C04B 18/00, опубл. 20.08.2013/.

Недостатком известного способа является большие объемы образования продукции, невостребованность на рынке сбыта.

Известен прототип утилизации бурового шлама с получением смеси почвенной шламово-грунтовой для рекультивации карьеров и нарушенных земель путем введения в торфо-песчаную смесь, буровой шлам мелиорирующей добавки, в качестве которой используют гипс или фосфогипс в количестве 2-3% от объема /RU 2491135, МПК B09B 1/100, опубл. 2013/.

Недостатками данного способа являются использование большого количества торфа (23-32,5%), природного песка (16-25%), что предполагает проведение дополнительных разработок торфа и песка и ведет к возрастанию антропогенной нагрузки на окружающую среду; использование в качестве рекультивируемого слоя с высоким содержанием торфопесчаной смеси (50-69%), что связано с увеличением энергетических затрат.

Основной задачей предлагаемого изобретения является эффективная и экономически целесообразная технология утилизации бурового шлама, что выражается в следующем техническом решении: улучшение водно-физических, физико-химических и химических свойств бурового шлама путем введения промышленного отхода (фосфогипса), снижение концентрации углеводородов нефти за счет внесения минерального сорбента (глауканита), а также дополнительного использования песка и гуминового препарата «Росток» для создания благоприятных условий культурам-фитомелиорантам.

Указанный технический результат достигается тем, что в буровой шлам из расчета на 1 тонну вводится фосфогипс в количестве 3-5% от массы бурового шлама, минерального сорбента (глауканита) в размере 5-10% от объемной доли бурового шлама, песка - 25% от объемной доли бурового шлама, с дальнейшим перемешиванием компонентов до получения техногенного грунта и посевом культур-фитомелиорантов в сочетании с гуминовым препаратом «Росток» - 200-400 л/га.

Способ утилизации бурового шлама основан на внесении фосфогипса в качестве мелиоранта, при котором наблюдается провальная фильтрация. Катионы натрия, придающие буровому шламу состояние золя, замещаются на катионы кальция, способствующие образованию водопрочной структуры с хорошей фильтрационной способностью, тем самым pH бурового шлама изменяется от щелочной (pH=8-11) до нейтральной (pH=7). Лабораторные исследования по внесению минерального сорбента (глауконит) в буровой шлам указывали, что степень разложения углеводородов нефти в опытах с его применением (температура T=20°C, выдержка 45 сут) составляет 85-90%. По результатам биотестирования полученный грунт для формирования почвоподобной среды относится к V классу опасности. Применение гуминового препарата «Росток» благоприятно сказывается на развитии растений, при этом происходит формирование жизнеспособного фитоценоза с высокими значениями фитомассы вегетативных надземных побегов 897,4-1162,8 г/м² (сырая масса).

Полученный техногенный грунт используется для засыпки шламовых амбаров, при выполаживании территории слоем до 30 см, рекультивации ям, канав и прочих эрозионных форм на территории кустовой площадки вне зон временного использования, с последующим посевом семян в рекультивируемый слой.

Утилизация бурового шлама проводится следующим образом.

В буровой шлам вносят фосфогипс, минеральный сорбент (глауконит) и песок с последующим механическим перемешиванием компонентов до получения однородной массы (см. таблицу).

Обработка гуминовым препаратом «Росток» грунта для формирования почвоподобной среды способствует повышению стрессоустойчивости культур-фитомелиорантов, стимулирует рост и развитие растений, ограничивает поступление токсикантов в растение, что позволяет проводить посев многолетних трав в условиях северных районов.

Пример 1

Из шламового амбара/временного накопителя, который содержит буровой шлам III-IV класса опасности, находящийся в пределах территорий объектов обустройства кустовых площадок, территорий временного отвода земель производится сбор жидкой нефти (нефтяной эмульсии), битумизированной нефти (корки), удаление крупных посторонних предметов, откачки водной фазы, создание разрезающих полос.

После этого в каждую секцию шламового амбара/временного накопителя, разделенного разрезающими полосами, добавляется фосфогипс в количестве 3-5% от массовой доли бурового шлама, минеральный сорбент (глауконит) - 5-10% от объемной доли бурового шлама, песок - 25% от объемной доли бурового шлама.

После проведения работ в амбаре/временном накопителе производится формирование рекультивационного слоя не менее 30 см, с последующим посевом культур-фитомелиорантов в сочетании с гуминовым препаратом «Росток» - 200-400 л/га.