Результат интеллектуальной деятельности: Способ переработки бурового шлама

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при утилизации буровых отходов, образующихся в результате бурения нефтяных скважин.

Известен способ утилизации отходов бурения скважин, согласно которому образующийся в результате буровых работ буровой шлам, отработанный технологический раствор и сточные буровые воды смешиваются в шламовом амбаре с минеральными добавками - суглинком и/или песком или песчано-глинистой фракцией до получения однородной массы, которую наносят на внутреннюю поверхность амбара газофакельной установкой. В пламени газофакельной установки производят термический обжиг с целью получения строительного материала для использования при обустройстве кустовых площадок скважин и строительстве внутрипромысловых дорог (патент RU2425815, МПК C04B33/06, опубл. 05.07.2010 г.).

Способ характеризуется существенными недостатками:

- пожаро- и взрывоопасность в результате применения газа;

- нарушение структуры почвы около амбара в результате термической обработки.

Известен способ обезвреживания бурового шлама, в котором отработанный буровой шлам извлекают экскаватором из амбаров на ровную поверхность, просушивают на солнце, вносят для связывания и перевода легкорастворимых солей в труднорастворимые формы и для загустения шлама гипс, затем добавляют в просушенную прогипсованную массу навоз или торф, активированный минеральными удобрениями, просушивают массу в естественных условиях до достижения влажности 8-14%, после чего срезают бульдозером и на тяжелых по механическому составу почвах при мощности подстилающего слоя не менее 15-20 метров - снова размещают в амбарах и уплотняют, потом засыпают слоем минеральный грунт, а сверху слоем насыпают плодородный слой; при мягких по механическому составу почвах обезвреженный и просушенный буровой шлам вывозят на полигоны промышленных отходов для захоронения (патент RU2379137, МПК B09C 1/10, опубл. 20.01.2010 г.).

Способ характеризуется следующими недостатками:

- необходимость выемки и просушки в естественных условиях бурового шлама, что приводит к загрязнению близлежащих земель;

- не происходит микробиологическое разложение нефтепродуктов и органических соединений в прогипсованной массе, что представляет экологическую угрозу.

Известен способ обезвреживания отработанных буровых шламов, который включает известкование, реагентную коагуляцию, внесение флокулянтов и гумино-минерального комплекса, поэтапную выемку бурового шлама на буферный слой с настилкой шлама, высушивание бурового шлама, складывание в бурты для последующей утилизации (патент RU2486166, МПК C05F 11/02, A01B 79/00, B09C 1/00, опубл. 27.06.2013 г.).

Способ характеризуется следующими недостатками:

- необходимость выемки и просушки в естественных условиях бурового шлама, что приводит к загрязнению близлежащих земель;

- необходимость проведения известкования, реагентной коагуляции и внесения флокулянтов, представляющих экологическую угрозу.

Известен способ переработки бурового шлама, при котором добавку - бентонитовую глину размешивают по всему объему отходов бурения до гомогенного состояния содержимого амбара. После завершения процесса загущения отходов, при перемешивании, в амбар засыпают торфо-песчаную смесь до выравнивания площади амбара с прилегающим рельефом местности, после чего на эту площадь насыпают второй слой торфо-песчаной смеси, содержащей удобрения, и осуществляют посев семян многолетних культур (патент RU2479364, МПК В09С1/08, опубл. 16.05.2012 г.).

Способ характеризуется следующими недостатками:

- бентонитовая глина не обеспечивает процесс капсулирования отходов и экологически опасных компонентов, содержащихся в них, которые могут выноситься в окружающие грунтовые воды и почву;

- не происходит микробиологическое разложение нефтепродуктов и органических соединений, входящих в состав отходов бурения и представляющих экологическую угрозу;

- сельскохозяйственные земли не восстанавливаются в полной мере, чтобы быть готовыми к использованию.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ рекультивации земель, занятых шламовыми амбарами, при котором в отходы бурения вносят добавку из расчета 50% от их объема, после чего производят размешивание по всему объему отходов. Далее в амбар засыпают выравнивающие слои, обеспечивающие выравнивание площади амбара с прилегающим рельефом местности, и осуществляют посев семян многолетних культур. В качестве добавки используют углеродный сорбент-деструктор, фосфогипс, строительный песок или песчано-глинистую фракцию при следующем соотношении компонентов, мас.%: углеродный сорбент-деструктор 1-3; фосфогипс 1-5; строительный песок 25-48; отходы бурения 50-70. В качестве сорбента-деструктора используют соединение окиси кремния и углерода при следующем соотношении компонентов, мас.%: окись кремния 10-55; углерод 45-90 (патент RU2564839, МПК В09С1/08, опубл. 10.10.2015 г.).

Способ характеризуется следующими недостатками:

- перемешивание в амбаре сорбента-деструктора, фосфогипса и строительного песка с буровыми отходами не обеспечивает в полной мере образования однородной массы и полного связывания экологически опасных компонентов, содержащихся в них, которые могут выноситься в окружающие грунтовые воды и почву;

- необходимость сбора битуминизированной нефти с поверхности буровых отходов;

- необходимость создания разрезающих отсыпок;

- сельскохозяйственные земли не восстанавливаются в полной мере, чтобы быть готовыми к использованию;

- трудоемкость способа и использование при температуре выше +5°С.

Задачей изобретения является создание простого и экономичного способа, позволяющего производить круглогодичную высокоэффективную рекультивацию шламовых амбаров для введения использованных земель в производственный оборот или в природный биоценоз.

Технический результат - образование однородной массы с полным связыванием экологически опасных компонентов буровых отходов за счет эффективного перемешивания углеродного сорбента и бурового шлама.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается способом переработки бурового шлама, при котором в буровой шлам вносят добавку. В отличие от прототипа в качестве добавки вносят углеродный сорбент в количестве от 1,5 до 3% сорбента от единицы бурового шлама, причем сорбент вносят в винтовой шнековый конвейер или транспортер непосредственно в процессе бурения при транспортировке бурового шлама от скважины до мест временного складирования буровых отходов, при этом углеродный сорбент вносят посредством дозатора или вручную, а после попадания буровых отходов в места временного складирования наносят поверхностный слой почвы до выравнивания площадки рекультивации с прилегающим рельефом.

Согласно изобретению:

- в качестве углеродного сорбента используют углерод-кремнеземный композит, содержащий оксид кремния, углерод и микроэлементы (калий, натрий, кальций, магний, железо и алюминий) при следующем соотношении компонентов, масс. %: SiO2 – 25÷85 %, C – 15÷75%, Cu (2,5-3.6%), Al (1.0-2,0%), Fe (0.5-1%), K (0.5-0,8%), Mg (0.3-1%), S (0.3-1%), Ca (0.2-0.9%);

- буровой шлам отводят с систем очистки бурового раствора, которые включают вибросита, центрифуги, циклоны, илоотделители, блок флокуляционной (коагуляционной) очистки;

- одновременно с углеродным сорбентом или после попадания буровых отходов в места временного складирования вносят био- и/или инертные добавки в количестве от 25 до 50% от единицы образованной смеси сорбента и бурового шлама;

- вносят строительный песок или песчано-глинистую фракцию при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углеродный сорбент 1,5-3

строительный песок или песчано-глинистая фракция 25-50

буровой шлам 47-72;

- вносят бактериальные штаммы из относящихся к родам: Pseudomonas, Arthrobacter, Rhodococcus, Acinetobacter, Flavobacterium, Corynebacterium, Xanthomonas, Alcaligenes, Nocardia, Brevibacterium, Mycobacterium, Beijerinkia, Bacillus, Enterobacteriaceae, Klebsiella, Micrococcus, Sphaerotilus, R. Erythropolis;

- вносят биодобавки из группы, включающей Путидойл, Деворойл, Валентис, Олеоворин, Биоприн, НХ7, Дестройл;

- вносят инертные добавки из группы, включающей глинистые грунты, лёссы, маршалит, глинистые, песчаные, кремнистые и доломитизированные известняки, песчаники, песок.

Технический результат обеспечивается тем, что углеродный сорбент в количестве от 1,5 до 3% от единицы бурового шлама вносят в винтовой шнековый конвейер или транспортер непосредственно в процессе бурения при транспортировке бурового шлама от скважины до мест временного складирования буровых отходов. Это приводит к образованию однородной массы с полным связыванием экологически опасных компонентов буровых отходов за счет эффективного перемешивания углеродного сорбента и бурового шлама. Указанные признаки, а также перемешивание содержимого, засыпка слоя почвы до выравнивания площадки рекультивации с прилегающим рельефом обеспечивает превращение отходов бурения в экологически безопасный грунт, который не требует обустройства специально оборудованных полигонов для экологически вредных веществ, повышает экологичность и улучшает водно-физические свойства земель. При этом переработанные отходы служат питательной средой для консорциума нефтеокисляющих микроорганизмов.

Предложенный способ восстановления земель, занятых шламовыми амбарами, осуществляется следующим образом.

При строительстве скважины в буровой шлам, отводимый с систем очистки бурового раствора, вносят углеродный сорбент в количестве от 1,5 до 3% сорбента от единицы бурового шлама, причем сорбент вносят в винтовой шнековый конвейер или транспортер непосредственно в процессе бурения при транспортировке бурового шлама от скважины до мест временного складирования буровых отходов, при этом углеродный сорбент вносят посредством дозатора или вручную, а после попадания буровых отходов в места временного складирования насыпают слой почвы до выравнивания площадки рекультивации с прилегающим рельефом.

В частных случаях реализации изобретения в качестве углеродного сорбента используют углерод-кремнеземный композит, содержащий оксид кремния, углерод и микроэлементы (калий, натрий, кальций, магний, железо и алюминий) при следующем соотношении компонентов, масс. %: SiO2 – 25÷85 %, C – 15÷75%, Cu (2,5-3.6%), Al (1.0-2,0%), Fe (0.5-1%), K (0.5-0,8%), Mg (0.3-1%), S (0.3-1%), Ca (0.2-0.9%); одновременно с углеродным сорбентом или после попадания буровых отходов в места временного складирования вносят био- и/или инертные добавки в количестве от 25 до 50% от единицы образованной смеси сорбента и бурового шлама. Например, вносят строительный песок или песчано-глинистую фракцию при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углеродный сорбент 1,5-3

строительный песок или песчано-глинистая фракция 25-50

буровой шлам 47-72.

Можно вносить бактериальные штаммы из относящихся к родам: Pseudomonas, Arthrobacter, Rhodococcus, Acinetobacter, Flavobacterium, Corynebacterium, Xanthomonas, Alcaligenes, Nocardia, Brevibacterium, Mycobacterium, Beijerinkia, Bacillus, Enterobacteriaceae, Klebsiella, Micrococcus, Sphaerotilus, R. Erythropolis; или биодобавки из группы, включающей Путидойл, Деворойл, Валентис, Олеоворин, Биоприн, НХ7, Дестройл. Также можно использовать инертные добавки из группы, включающей глинистые грунты, лёссы, маршалит, глинистые, песчаные, кремнистые и доломитизированные известняки, песчаники, песок, а также сочетание биодобавок и инертных добавок.

Сущность заявляемого способа поясняется примером конкретного выполнения.

Пример.

В процессе сооружения скважины образующийся буровой шлам методом шнековой подачи транспортируют во временный накопитель отходов бурения. При этом при транспортировке бурового шлама в буровой амбар в шнековый конвейер вносят углеродный сорбент. На 262 м³ бурового шлама IV-класса опасности, содержащего нефтепродукты (7171 мг/кг), вносят 5,96 м³ сорбента. После этого в буровой амбар вносят 129 м³ строительного песка (строительный песок из расчета не менее 50% от объема отхода) и при помощи экскаватора перемешивают содержимое амбара. Время, необходимое для переработки бурового шлама и нефтепродуктов в экологически безопасный грунт, составляет 20-35 суток в зависимости от температуры окружающей среды. В результате указанных действий получают не токсичный грунт. В амбар засыпают глину и слой почвы до выравнивания площади амбара с прилегающим рельефом.

В таблице 1 показана биодеструкция углеводородов нефти в результате осуществления способа.

Таблица 1

Кроме того:

1. Анализ жидкой фазы (состоящая из остатков отработанного бурового раствора, буровых сточных вод и атмосферных осадков): заявляемый способ - отсутствие нефтяных углеводородов; прототип – наличие нефтяных углеводородов на поверхности жидкой фазы в виде пленки в количестве 0,1%;

2. Степень биоразложения нефтепродуктов в заявляемом способе выше на 37% по сравнению с прототипом (таблица 1).

Способ позволяет:

- получать искусственный грунт однородного состава;

- избежать образования битуминизированной нефти, так как нефть в процессе смешения с сорбентом полностью адсорбируется на нем и не попадает на поверхность жидкой фазы;

- уменьшить расходные нормы сорбента, так равномерность распределения его по всему объему приводит к увеличению общей поверхности сорбента, что приводит к увеличению скорости биодеструкции нефти и, как следствие, – уменьшению времени аренды земельного участка у собственника;

- избежать загрязнения ближайших земель буровыми отходами;

- получать равномерное распределение сорбента-деструктора по всему объёму отхода, проходящего через шнек, что гарантировано даёт:
наличие сорбента в каждой точке отхода (препарат проходит тщательное перемешивание в интервале не менее 3 м от момента попадания в шнек и до выхода с него, на практике как правило около 5 м), в отличие от перемешивания экскаватором; сокращение времени "доставки" препарата в каждую точку отхода, что составляет не более 5 мин (при работе в шнеке);

- избежать обработки сорбентом-деструктором верхних безопасных интервалов бурения (бурение глинистых пород на технической воде и т.д) или проводить своевременную замену используемых добавок в зависимости от проекта, что повышает экономическую эффективность;

- вносить препарат в зимний период, что сокращает работу техники в тёплый период.
Таким образом, применение изобретения позволяет производить круглогодичную высокоэффективную рекультивацию шламовых амбаров для введения использованных земель в производственный оборот или в природный биоценоз за счет образования однородной массы с полным связыванием экологически опасных компонентов буровых отходов, что достигается эффективным перемешиванием углеродного сорбента и бурового шлама непосредственно в процессе бурения.