Обращение с отходами бурения и утилизация буровых растворов

Технология бурения, особенно в нефтедобыче, при эксплуатации нефтяных месторождений «обрастает» большими объемами отходов. Загрязнение отходами происходит на всех этапах процесса: начиная со строительства и эксплуатации скважин и заканчивая переработкой сырья. Все это не только грозит нарушить, но и явно нарушает естественную экологическую ситуацию.

Производственные отходы при бурении

При бурении образуются отходы, которые можно классифицировать по трем типам:

• бытовые,
• те, что требуют сортировки,
• промышленные, или производственные.

К первому типу относятся твердые отходы, образуемые в жилых помещениях, офисах, столовых, а также не представляющие опасности отходы, возникающие в рабочих и технических зонах, типа порожних контейнеров, стекловатной изоляции.

Твердые отходы бурения второго типа требуют сортировки, чтобы их можно было повторно использовать в дальнейшем, поэтому их не следует сбрасывать в корзины, куда помещают отходы первого типа.

Каждый тип производственных отходов подвергается своей собственной технологии ликвидации, по которой они обрабатываются и повторно используются, либо некоторые из них обрабатываются и подлежат ликвидации. Их, как правило, отсортировывают в смешанный и буровой шлам.

Что такое буровой шлам, состав и виды

В немецком языке слово «шлам» попросту обозначает «грязь». Этим термином определяется остаточный продукт из мельчайших частичек пыли, образуемый в процессе добычи полезных ископаемых и производства, в частности в ходе промывки руды или угля, и выпадающий в виде осадка.

Эта пыль по существу является коллоидной системой, состоящей из нерастворимых частиц, находящихся в жидкости в виде мелкодисперсной взвеси.

Поскольку в состав шламов входят полезные элементы, считается вполне целесообразно утилизировать твердый осадок в перерабатывающем цехе. Так, буровой шлам содержит:

• алюминий,
• железо,
• кальций,
• кремний,
• магний,
• медь,
• фосфор,
• цинк.

Интересно! Естественно, разные производства «выдают» разную концентрацию элементов. Состав крупных фракций – непластичные минеральные компоненты вроде кварца и кальция. Мелкофракционный осадок состоит из глинистых минералов, оксидов алюминия и железа.

Виды буровых шламов классифицируются, исходя из разных критериев

Основным считается источник образования. Производственный шлам представляет собой разные виды пыли, в частности образованных:

• на агломерационных предприятиях,
• конвертерных цехах.

Отдельными видами можно считать отходы после очистки доменных, мартеновских, сталеплавильных печей, а также шламы, образующиеся на производстве чугуна и в результате очистки емкостей.

Виды буровых шламов выделяются и по концентрации в их «пылевом» составе железа. Исходя из этого, они бывают:

• обогащенными – пыль конвертеров и мартенов,
• относительно богатыми – пылевые отходы агломерационных, а также доменных цехов,
• бедные – эта пыль получается в результате газоочистки электросталеплавильных цехов.

Воздействие шлама на окружающую среду

Шламы, которые образуются в ходе буровых работ, добычи и переработки руд и являются отходами бурения, оказывают негативное воздействие на окружающую среду и организм человека в силу своих токсичных свойств.

На заметку! В данной ситуации менее опасными считаются шламы, которые образуются при флотации, а не при выпадении осадка.

Список негативных последствий воздействия буровых шламов довольно обширен:

• отмечено токсичное действие на живые организмы, влекущее за собой сокращение продолжительности жизни и даже вымирание некоторых видов фауны;
• у рыб и беспозвоночных появляются признаки гистологических нарушений, снижается их адаптационная способность;
• в тканях животных и растений накапливаются вредные вещества;
• повышается частота врожденных отклонений на генетическом уровне;
• вследствие попадания в водоемы тяжелых металлов в худшую сторону изменяются свойства воды – как физические, так и химические;
• отходы бурения изменяют также структуру слоев почвы, что негативно сказывается на урожайности сельхозугодий;
• температурные показатели имеют тенденцию отклоняться от нормы.

Отсюда следует вывод: буровой шлам отрицательно влияет на водные ресурсы и почву. Загрязнение атмосферы происходит его легкими фракциями, которые, испаряясь, попадают туда, а затем вместе с осадками выпадают на землю. Металлическая пыль в результате проникает в почву и подземные воды. В тех местах, где пыль оседает на почву обильно, перестают расти любые растения.

В этом плане особую опасность являют собой остаточные продукты добычи и переработки нефти.

Важно!  Известно, что вода и почва обладают способностью к самоочищению от пыли и иных видов загрязнений. Однако из-за попадания с отходами в природу огромного количества нерастворимых частиц, чтобы восстановиться до нормы, им потребуется 30–50 лет.

Правила обращения с отходами бурения

Природоохранные меры, направленные на повышение уровня экологической безопасности, среди правил обращения с отходами бурения, включают их утилизацию и превращение во вторичное сырье.

Работа эта включает:

• кроме непрерывного приема отходов бурения, их обезвоживание и обезвреживание, а также возврат воды в максимальных объемах, чтобы приготовить буровой раствор;
• правильное использование подготовленных к утилизации отходов;
• определение возможности использования обезвреженных шламов для изготовления экологически безопасных стройматериалов, в частности «в роли» достаточно прочного и экологически безопасного техногенного грунта.

В процессе нефтедобычи образуется специфический вид отходов, называемых нефтяными шламами. Обычно они поступают в шламонакопители, где их ждет последующая подготовка и обезвреживание для превращения во вторсырье.

Способы переработки и утилизации отходов бурения

Утилизация отходов бурения происходит с использованием различных методов.

Биологические

Данные способы основаны на микробиологическом и биотермическом разложении отходов бурения в почве и рекультивации. В этом виде переработка отходов включает такие процессы:

• смешивание бурового шлама с концентратами, содержащими свыше 15% гуминовых кислот и называемых гуминоминеральными;
• разложение загрязняющих элементов буровых отходов с использованием микроорганизмов – биодеструкция;
• добавление в загрязненные почвы торфо-песчаных смесей и обезвреживающих добавок типа доломитовой муки, гипса, мела, хлористого калия, доменного шлака.

Термические

Данные методы включают обработку буровых отходов в печах, имеющих различную конструкцию. К термическим процессам этого плана относятся:

• обжиг при высокой температуре,
• прогрев и дальнейшая сушка,
• и наконец сжигание.

Термическая утилизация буровых шламов уменьшают токсичность и избавляют их от вирусов, патогенных микробов, спор. Эти технологии считаются эффективными, но не всегда рентабельными.

Физические

Физические способы предполагают технологии захоронений отходов, включающие:

• захоронение их в специально для этого отведенных местах, которыми могут стать могильники, шламохранилище, бросовые земли, земляные амбары, выработанные карьеры, зоны многолетней мерзлоты;
• закачку в глубоко залегающие подземные горизонты и трещины, образовавшиеся в пластах после гидроразрыва. Этот вид «борьбы» с отходами рассматривается как наиболее перспективный.

В результате данного способа захоронения использованная территория должна быть рекультивирована или подвержена самозарастанию.

Химические

К этим методам утилизации относятся:

• гидрофобизация,
• использование реагентов для смешивания с отходами бурения,
• отверждение,
• реагентное капсулирование.

В первом случае обезвреживание отходов происходит при помощи композиций, которые сильно уменьшают наличие органических соединений из шлама в воде. Вещества эти также не дают образоваться мути. При этом токсичность шламов снижается в несколько десятков раз.

Целью второго метода является изменение физико-химических свойств буровых отходов, используя дальнейшую обработку на соответствующем оборудовании. Возможными реагентами могут выступать гипс, известь, навоз, песок, смолы, торф и т.п.

Метод отверждения использует специальные органические (полиуретаны, смолы) и неорганические (доломитовую муку, жидкое стекло, окись алюминия) добавки. При этом получается отвержденная смесь буровых шламов, которую проще захоранивать.

Переработка отходов включает также реагентное капсулирование бурового шлама, которое осуществляется, к примеру, негашеной известью. При их смешивании образуется порошок, который способен капсулироваться до состояния твердого материала. Таким образом, токсические отходы изолируются от окружающей среды.

Приблизительная оценка объемов отходов бурения

Объемы буровых растворов и шлама определяются расчетными методами, в основе которых лежит принцип их оценки по интервалам бурения, заданным конструкциям скважин, типам буровых растворов. Оценка эта производится по специальным формулам.

Важно! Объемы отходов бурения «завязаны» на многих факторах. Знать их необходимо, чтобы в дальнейшем правильно выбрать необходимый комплекс для очистки отходов и способов их хранения, а также природоохранных мер.

При бурении скважин образуются как твердые, так и жидкие отходы, и поскольку условия в процессах бурения и очистки системы циркуляции, а также сбора и утилизации отходов бурения разные, постольку нет и единой методики расчета их объемов.

Приблизительно их можно рассчитать по определенным формулам, исходя из объемов:

• выбуренных пород,
• исходных и наработанных буровых растворов,
• сточных вод, образуемых в процессе бурения.

Мировая практика направлена на использование разных видов утилизации буровых растворов. Применяемые методы имеют как свои плюсы, так и свои недостатки. Однако единого универсального способа обезвреживания и утилизации подобных отходов, который мог бы значительно снизить негативное воздействие на окружающую среду, пока не существует.