Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ БУРОВОГО ШЛАМОВОГО АМБАРА

Изобретение относится к области рекультивации шламовых амбаров, производства, искусственных грунтовых смесей на основе бурового шлама и может быть использовано в горной и нефтедобывающей отраслях промышленности.

Наибольшую опасность для объектов природной среды представляют производственно-технологические отходы бурения, которые накапливаются и хранятся непосредственно на территории бурения. В своем составе они содержат широкий спектр загрязнителей минеральной и органической породы, представленных материалами и реагентами, 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.

Общеизвестен процесс самоочищения природных экосистем, однако их способность перерабатывать, такие объемы загрязнения не безграничны. Воды рек и озер Крайнего Севера имеют слабо насыщенным кислородом, органическая жизнь не столь многообразна, по сравнению с водой умеренных и южных широт, таким образом, это ограничивает сброс в водоемы буровых отходов. Особенно велико вредное влияние на почву нефтепродуктов. В почве, загрязненной ими, резко меняется соотношение между углеродом и азотом, что ухудшает режим почв и нарушает корневое питание растений. При углеводородных загрязнений почв из них вытесняется кислород, почва теряет продуктивность, и плодородный слой долго восстанавливается. Самоочищение почв происходит очень медленно. Строительство на буровой амбаров-накопителей практически заключается в выемке определенного грунта на обваловании полученного котлована. Гидроизоляция дна и стенок амбара не производится. При такой конструкции избежать фильтрации жидкой фазы и попадания ее на окружающий ландшафт практически невозможно (Зоммер Е.А., Королева Л.А. Результаты воздействия различных сульфонатов на развитие гидробионов. - Рига: Тр. 1 всесоюзный конф. По рыбохозяйственной токсикологии, 1988.- с. 69; Козак Н.В., Проценко Ю.Б. Поведенческие реакции рыб при действии буровых растворов и их компонентов. - Рига: Тр. 1 всесоюзной конф. по рыбохозяйственной токсикологии, 1988.-с. 88-89). При бурении скважин задача очистки шламов от экологически опасных буровых отходов является наиболее актуальной.

По данным ОАО «Когалымнефтегаз» при бурении скважин глубиной 2600 м в амбаре содержится около 65% воды, 30% шлама выбуренной породы), 5,5% нефти, 0,5% бетонита и 0,5% различных присадок, обеспечивающих оптимальную работу буровой установки (Ягафаров Г.Г., Барахнина В.Б. Утилизация экологических опасных буровых отходов. Уфимский государственный нефтяной технический университет. Нефтегазовое дело, 2006; http://www.ogbus.ru).

По данным химического анализа амбарных шламов ОАО «Когалымнефтегаз», содержание нефтепродуктов в шламе колеблется в пределах от 2000 до 13870 мг/кг. Нефтяная часть шлама представлена в основном парафино-нафтеновыми углеводородами - 41,8%, из них 20% - твердые парафины и др.

Общеизвестен процесс самоочищения природных экосистем, однако их способность такие объемы загрязнения не безграничны.

Существуют различные способы утилизации буровых отходов, но все они связаны с рытьем котлованов в минеральном грунте.

Примером может служит один способ, который предусматривает ликвидацию буровых отходов сооружением котлованов в минеральном грунте с гидроизоляцией металлическими листами, или синтетической пленкой, или железобетонными плитами, или деревянными щитами с битумным покрытием, или композициями на основе глины, извести, цемента. После отвода осветленной воды и заполнения котлована-отстойника загущенным отстоящимся осадком его периодически чистят, или навсегда выключают из работы. Такая система широко используется в бурении, однако удовлетворительной ее назвать нельзя, во-первых, потому, что она не решает проблемы обезвреживания осадка в целом и, во-вторых, потому, что она методически непрерывно загрязняет прилегающие к котлованам окрестности и гидросети (Король В.В. Позднышев Г.Н., Манырин В.Н. Утилизация отходов бурения скважин. Экология и промышленность России. №1, 2005.-е. 40-42; hitp:/www. Ecoportal.ru).

В последние годы нефтедобывающими предприятиями в производство внедряются различные технологические решения, направленные на утилизацию отходов бурения. Однако унифицированного способа переработки буровых шламов с целью обезвреживания и утилизации не существует.

Известен способ ликвидации отстойно-поглотительного котлована, включающий заполнение котлована отработанным буровым раствором, его расслоение на загущенную и осветленную фазы, отверждение подвижной части загущенного осадка, нанесение непроницаемого экрана и засыпку котлована минеральным грунтом (Авторское свидетельство SU №1188185, C09K 7/02 от 30.10.1985).

Однако известный способ имеет существенные недостатки, заключающиеся в том, что при наличии в отработанном буровом растворе загрязняющих веществ последние остаются в отвердевшем монолите отходов и находятся в неподвижном состоянии, то есть загрязняющие вещества никуда не деваются, они остаются в амбаре. Захоронение в отвердевшем состоянии загрязняющие вещества впоследствии представляют собой потенциальный источник отрицательного воздействия на окружающую природную среду. Такой способ рекультивации шламового амбара не обеспечивает экологическую безопасность завершающего этапа цикла кустового строительства скважин.

Известны также способы рекультивации земляных амбаров (Патенты RU: №2201949, C09K 7/00, В09В 3/00, E02D 31/00 от 10.04.2003; №2109031, C09K 7/02 от 20.04.1998; №2024421 B65G 3/00, Е021 21/06 от 15.12.1994). Однако, как и вышеописанный аналог, известные являются неэффективными рекультивацией земляных амбаров из-за миграции загрязняющих веществ под воздействием атмосферных осадков и поверхностных грунтовых вод, что ухудшает экологическую обстановку. При этом толщина защищаемого слоя должна быть уточняться в каждом конкретном случае в зависимости от почвенно-климатических условий и применяемых материалов.

Наиболее близким (прототипом) настоящего изобретения является способ рекультивации накопительного амбара, включающий отсыпку или гидронамыв минерального грунта, сооружение амбара, гидроизоляцию, заполнение отработанным буровым раствором, откачку жидкой фазы, ликвидацию текучести коагуляционных сгустков, при этом после ликвидации текучести коагуляционных сгустков шлам отбуренных в прошлом скважин прикрывают привезенным из кустовых площадок, где ведется бурение скважин, шламом, отсыпку которого производят до уровня ниже края амбара на глубину формирования плодородного слоя, которую заполняют смесью торфа и песка (Патент RU №2251564 C09K 7/00 от 10.05.2005).

Недостаток указанного способа заключается в том, что использование бурового шлама из бурлящих скважин в качестве технологического сырья для рекуперации шламового амбара приводит к низким показателям качества получаемого грунта и, жидкой фазы непосредственно от исходного бурового раствора обуславливает получение неутилизируемых токсичных отходов.

Таким образом, данный способ рекультивации накопительного амбара недостаточно эффективен.

Задачей изобретения является повышение эффективности способа рекультивации бурового шламового амбара и повышение безопасности процесса захоронения буровых отходов.

Доставленная задача достигается описанным способом рекультивации бурового шламового амбара, заключающимся в отсыпке или грунтонамыве минерального грунта, сооружение амбара, гидроизоляцию, заполнение отработанным буровым раствором, откачку жидкой фазы, ликвидацию текучести коагуляционных сгустков, при этом после ликвидации текучести коагуляционных сгустков шлам отбуренных в прошлом скважин прикрывают привезенным из кустовых площадок, где ведется бурение скважин, шламом, отсыпку которого производят до уровня нижнего края амбара на глубину формирования плодородного слоя, которую накапливают смесью торфа и песка, согласно изобретения перед, откачкой жидкости фазы, определяют наличие на поверхности бурового шлама нефти или нефтепродуктов и в качестве их сбора используют впитывающий материал, выполненный в виде губки из пенополиуретана, закрепленной на гибкой сетке, накладываемой на пятно поверхностного шлама нефти или нефтепродуктов, вытягивают гибкую сетку с губкой и откачку нефти или нефтепродуктов путем отжима губки осуществляют с берега сооружения вблизи места расположения амбара, кроме того, после полного освобождения от поверхностного пятна нефти или нефтепродукта, освобождение жидкой фазы производят путем использования гранул сорбента, которые выступают в роли агрегатора воды, способного поглотить жидкость в виде жидкой фазы с выдержкой определенного времени до его набухания, а засыпку амбара формируют плодородным слоем с дополнительным внесением органических твердых удобрений из отходов животноводства, перемешивают и формируют состав смеси травостоя с заданной нормой высева.

Целесообразно в случае наличия в буровом шламе повышенного содержания хлоридов предварительно, перед смешиванием его с торфом, песком и гранулами сорбента (агрегатора воды), проводят промывку шлама водой и откачку воды после промывки.

Достигаемый технический результат заключается в получение грунта, выполняющего функцию почвообразующей породы - компонента природной среды, имеющего качественные характеристики за счет оптимизации как качественного, так и количественного содержания используемых ингредиентов в описываемой реглементации последовательности проводимых операций по рекультивации амбара.

Описываемый способ проводят следующим образом.

Известными способами сооружают накопительный амбар для сбора, хранения, накопления отходов, образующихся при кустовом бурении скважин, после завершения которых приступают к рекультивации амбара. Буровой шлам из бурлящих скважин является технологическим сырьем для рекультивации накопительных амбаров тех кустовых площадок, где ведется бурение скважин, производят до уровня ниже края накопительного амбара на глубину формирования плодородного слоя, которую заполняют торфопесчаной смесью, гранулами сорбента с дополнительным внесением органических твердых удобрений из отходов животноводства, содержащие большое количество азота, фосфора и калия. Внесение органических удобрений (навоза) производится для накопления в нем доступного азота и кислорода для ускорения получении доступного азота, как стимулятор для интенсивного развития микроорганизмов и разложения отходов и отслеживания развития сеяной смеси, например многолетних трав, овса или посадку деревьев в виде осины и ольхи (рост, ускорение) в течение определенного времени. Внесение дополнительно органических отходов животноводства, в частности свиноводческих отходов (или куриного помета) в сочетании с торфом дают хороший питательный субстрат растениям, благодаря чему они быстро развиваются и формируют плотный дерн. В состав этой смеси, используемый для почвообразования различные нефтеразрушающие микроорганизмы, благодаря чему более быстро происходит восстановление нефтезагрязненного участка из отходов бурения, растения произрастают, корневая система проникает в загрязнение и тем самым улучшает обмен воды из гранул сорбента и кислорода, что способствует ускорению разложению нефтепродуктов и бурового шлама и дает возможность микроорганизмам более интенсивно размножаться и разлагать нефтепродукты. Так для рекультивации 1 га нефтезагрязненного участка необходимо 1 га дерна мощностью от 15 см и выше.

Следует также отметить, что действие гранул сорбента основано на свойствах воды (Патент RU №2574722, C08F 220/56, C08L 3/02, C08L 1/08, C08K 5/08, A61L 15/28, A61L 15/28, A61L 15/60 от 10.02.2016). Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений. В частности может применено в сельском хозяйстве, как экологически чистый продукт. Попадая в матрицу полимера, вода образует связи с ее стенками, приобретая структуру льда и закрепляясь в сорбенте, под названием «твердая вода» (см. публикацию в интернете 7 июня 2016 года - Орошение, Инновация в сельском хозяйстве, засуха «Твердая вода»/Сайт: Save Hearl Haibor». Воронежские ученые изобрели «твердую воду». Опубл. 16.11.2015), где пока еще никто не применял для осуществления описываемого способа рекультивации бурового шлама амбара.

Пример. Если в течении 4 лет на данный участок, подвергшимся рекультивации по технологии данного изобретения (в данном случае при мощности дерна 30 см вносит торф в количестве 50% от объема бурового шлама и смешения с органическими удобрениями животноводства, при количестве вносимых семян 40 кг на 1 га дерна) может наблюдаться восстановление покрова - 100% от общей площади загрязнения, т.е. уменьшится при наличие нефтепродуктов в почве не менее чем в 8 раз, а значит и ПДК, соответственно уменьшится во много раз.

При осуществлении описываемого способа вначале проводят сбор жидкой нефти (нефтяной эмульсии) с водной поверхности бурового шламового амбара с помощью использования гибкой сетки, на которой закрепляют впитывающий и прошитый материал в виде губки с модифицированным пенополиуретаном, для откачки нефтяной эмульсии, покрывающих поверхность амбара. Вытягивающее средство устанавливают на берегу амбара, а, следовательно, способ решает сбор нефтепродукта с поверхности амбара, предусматривающим использование нефтеприемной емкости и впитывающего нефтяную эмульсию материала, при этом используют впитывающий материал, выполненный в виде губки из пенополиуретана, закрепленной на гибкой сетке, накладываемой на пятно амбара, устанавливаемой в ручную и с закрепленными с ней гибкими связями к берегу амбара с подтягивающими приспособлениями. После того, как с помощью гибкой сетки губка впитывает в себя нефтяную эмульсию с поверхности воды, ее отжимают на специальных станках (не показано для упрощения), после чего оно вновь становится пригодной для работы.

В целом это связано с комплексом операций до полного освобождения поверхности воды от нефтяной эмульсии на определенном участке поверхности воды. Существенной особенностью такой сети с гибкой является ее достаточная предельная прочность на разрыв, чтобы ее в целом можно было, после отжима на специальном станке при быстроте и эффективности сбора, вновь устройство должно быть пригодно для работы, что ведет к эффективному освобождению амбара при удалении нефтяной эмульсии с поверхности воды и загрязняющих веществ. Усилие со стороны нефтяного пятна определяется выражением: F_B=gp3h²_B/2, где р_з - плотность нефти.

Исходя из равенства гидростатического давления слоя воды и слоя загрязняющих веществ на уровне расположения гибкой сетки огражденной малым боном с губкой снаружи (малый бон устанавливают по периферии нефтяного пятна и гибкой сеткой с губкой стягивают пятно нефти), можно записать, преобразовав уравнение в суммарное усилие, действующее на гибкую сетку с губкой загрязнения, которое будет равняться:

F=F₃-F_в=gp₃h²₃/3×(1-p₃/p_в)

Учитывая, что форма размещения малого бона с гибкой сеткой и губкой загрязнения в амбаре близка к круговой, получим величину растягивающего напряжения, действующего на гибкую сетку с губкой и малого бона: σ=Rp₃/gh²₃/2h_л×(1-р₃/р_в),

где R - текущий радиус кривизны заграждения; h_л - высота малого бона с гибкой сеткой и с губкой (боновое заграждение).

Толщина слоя нефтяного пятна в результате вытягивания бонового заграждения будет зависеть от возможности самой губки впитывать в себя нефть или нефтепродукты и их площади занимаемой при закреплении на гибкой сетке, а также и производительность бонового заграждения в целом.

Средство для вытягивания бонового заграждения для отжима губки от нефти и конец заграждения размещают в удобном для эксплуатации месте на берегу амбара (работа заборного устройства не показано) и вывозят на специализированные объекты.

Следующим этапом проводят промывку в случае содержания хлоридов в буровом шламе свыше 25 г/кг. Для этого в буровой шламовый амбар подают воду, затем перемешивают и оставляют не менее на 10 суток для отстаивания. Часть осветленной воды откачивают, а часть воды оставляют в объеме равном или несколько меньше для гранул сорбента, способного поглотить до 500 литров жидкости на один килограмм гранул сорбента.

Переработку очищенного бурового шлама в грунт проводят путем перемешивания шлама с выбранными ингредиентами в оптимальных соотношениях, обеспечивающих получение грунта, выполняющего функцию почвообразующей породы. Ингредиенты для перемешивания с буровым шламом - торф и песок выгружают непосредственно в буровой шламовый амбар на поверхность бурового шлама равномерно в каждую секцию. После чего буровой шлам тщательно перемешивают с торфом и песком до достижения состояния визуальной однородности.

По окончанию перемешивания с торфом и песком, делают «посев» сверху гранул сорбента, который, благодаря своей структуре, выступает в роли агрегатора воды, способного определенное количество воды, оставшейся части воды после откачки, накапливать воду в так называемую «твердую воду», которая моет выступать в роли удобрения, позволяющая разложение навоза в виде органических твердых отходов животноводства, который вносят на глубину формирования плодородного слоя при смешивании его с органическими твердыми отходами животноводства. Внесение навоза (отходов животноводства или птичьего помета) и его смешение, а также использование гранул сорбента заполненных водой (происходит их набухание) производится в целом ускорение процессов восстановления почвенно-растительного покрова, т.е. когда формируют состав смеси травостоя, или овса с заданной нормой высева и/или возможности посадки деревьев, для посадки которых могут быть виды осины и ольхи. Срок действия гранул сорбента удлиняется от 5 до 10 лет, тем самым его свойства позволяют не только накапливать воду, но «твердая вода» может выступать в качестве удобрения, позволяющая разложение навоза. Результат является взаимодействие всех компонентов органического происхождения и в химии высокомолекулярных содержаний в разработке специальных гранул сорбента, особым образом внесенного и использования одновременно отходов животноводства для размножения и накопления воды при восстановлении почвенно-растительного покрова.

Кроме того, гранулы сорбента, имея пористую структуру, впитывают жидкую составляющую бурового шлама, запирая внутри гранулы загрязняющие вещества, которые в дальнейшем не вымываются, при этом также является более связанным и легким веществом, текучестью не обладает, создает меньшее давление на дно амбара. После этого грунт и органические твердые животноводческие удобрения перемешивают и выравнивают площадку. Таким образом, предлагаемый способ является экологически оправданным, поскольку реализуется естественными материалами, позволяет создавать искусственные ландшафты - это можно проводить в амбарах, так и рекультивацию нефтезагрязненных участков на суше. В целом все это служит также питательной средой для бактерий, поглощающих органические соединения (также тяжелые металлы). Рекультивируемый буровой шлам можно использовать и для укреплений откосов дорог и т.п.

Таким образом, продукт представляет собой однородную богатую гумусом грунтоподобную смесь с рыхлой консистенцией в зависимости от влагосодержания исходного сырья. Влажность во времени может поддерживаться от выпадения атмосферных осадков в конкретной климатическом регионе России.

Получаемый описываемым способ грунт не оказывает негативное воздействие на природную среду, протекание процессов почвообразования, а также заселению и произрастанию растительности не только определяет влагонасыщения почвы, но и определяет в нем доступного азота, так как это в первую очередь для нормального питания не хватает азота.

Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию «новизна». Признаки, отличающие предлагаемый способ от прототипа, не выявлены в других технических решениях, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерии «существенные отличия».

Следует отметить, что армирование поверхности шламового грунта предложенным выбранными ингредиентами в оптимальных соотношениях, обеспечивают получение грунта без предотвращения выдавливания бурового шлама из бурового шламового амбара.

Плодородный слой создают на рекультивируемой поверхности не менее 20 см. Для чего возможно и создание плодородного слоя использования таких материалов, как, например, вскрышные и вмещающие породы, соответствующие группе природных пород для биологического этапа рекультивации по ГОСТ 17.5.1.03-86; плодородный слой почвы, снятый при производстве земляных работ в соответствии с ГОСТ 17.5.3.06.-85; торф нейтрализованный, соответствующий ГОСТ Р 51661.4-2000.

Следует, что этот способ, как вариант, может, перенести и на земельном участке, где проводят закрепления поверхности плодородного слоя. В качестве многолетних трав целесообразно использовать состав смеси травостоя с заданной нормой высева по биологическим их особенностям, что обеспечивает более надежное и долговечное закрепление площадки. Возможна посадка черенков ивы, осины. (Примером может, служит описание на стр. 6 предлагаемого изобретения).

Использование предлагаемого изобретения позволяет улучшить экологическую обстановку за счет эффективной рекультивации накопительных амбаров, поскольку снижет потребление минерального грунта песка и торфа для захоронения отходов кустового бурения скважин, поскольку остаточная вода, часть которой находится в амбаре, связана с набуханием гранул сорбента, дополнительно выполняющей функцию накопления удобрений для почвообразующей породы - компонента природной среды, что приводит к улучшению состояния растительности на рекультивируемой площадке или земельном участке и, повышению экологических показателей региона, в котором проводят описываемый способ. Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет эффективно утилизировать буровой шлам, дополнительно рекультивировать участки земель, повысить их плодородность и нормализовать тем самым экологическую обстановку.