Утилизация бурового шлама: захоронение, переработка, центрифугирование
Буровой шлам – термин нефтедобывающей отрасли промышленности. Это измельченная горная порода с остатками бурового раствора. Произошло от немецкого слова «Schlamm», что переводится как «грязь», «ил».
Он представляет собой мельчайшие твердые частицы равномерно распределенные в воде во взвешенном состоянии, не осевшие на дно. В технических словарях он называется водной суспензией.
Что такое буровой шлам?
Это крупицы горных пород из забоя, со стенок скважины, возникшими в результате трения бурового снаряда с остатками глинистых минеральных слоев почвы.
При бурении, связанном с добычей природного газа и нефти используется вращательный способ. Важным звеном технологической цепи является промывка скважины.
Буровой раствор:
- Удаляет выбуренную породу из скважины, поднимая на поверхность их шахты по спирали бурильной колонны.
- Охлаждает рабочий механизм.
- Облегчает разрушение породы в забое.
- Физико-химическое воздействие раствора сохраняет стенки буровой скважины от разрушения.
Буровой шлам в процессе работ обогащается частицами руды ценных пород, поэтому периодически делают анализ проб.
Класс опасности
Кроме полезных ископаемых примесей в буровой шлам попадают токсичные элементы – углеводород, тяжелые металлы, опасные компоненты растворов, применяемых при бурении.
Это служит основанием для отнесения бурового шлама к IV классу опасности по Федеральному Классификационному Каталогу Отходов (ФККО).
В перечне отходов утверждены 5 классов опасности для природы и человека:
| I | Чрезвычайно опасные | Вещества, приводящие к быстрому, неотвратимому, невосполнимому разрушению природной среды. |
| II | Высоко опасные | Разрушают баланс экологической системы на несколько десятков лет. |
| III | Умеренно опасные | Восстановление природного баланса возможно, но не ранее чем через десять лет. |
| IV | Малоопасные | Экосистема приходит в первоначальное состояние через три года с момента удаления загрязняющих веществ. |
| V | Практически не опасные | Не влияют на состояние окружающей среды. |
Отходы первых четырех классов представляют опасность для природы и могут нанести непоправимый вред здоровью людей. Первый класс опасности отходов даже в небольшом количестве может повлечь за собой летальный исход.
Буровой шлам может привести к нарушению экологического баланса окружающей среды и причинить вред здоровью.
Состав бурового шлама
От контакта с буровым раствором шлам насыщается вредными компонентами, которые используются при бурении. Часть токсичных компонентов он приносит с собой из недр земли.
Буровые шламы содержат преимущественно смесь каолина (входит в состав белой глины) и кварца (основной компонент буровых пород). Остальные минералы представлены в меньших количествах. Их присутствие определяется особенностями породы и параметрами бурения.
Содержание воды в шламах может достигать 70%.
Химический и минеральный состав твердой фазы бурового шлама:
| Si | Кремний | Кварц в составе полевого шпата и глинистых минералов | до 50% |
| Al | Алюминий | Каолин, ортоклаз (разновидность полевого шпата, относится к силикатам), альбит (белый полевой шпат). | до 20% |
| Ca | Кальций | Гипс, мел. | до 6% |
| S | Сера | Сульфиды, сульфаты. | до 4% |
| K | Калий | Ортоклаз, растворимые соли. | каждый до 3 % |
| Mg | Магний | Природный минерал доломит | |
| Na | Натрий | Альбит, растворимые соли. |
Также в шламе в небольших количествах содержатся органические соединения и нефтяные углеводороды.
В буровые отходы могут попадать глубинные радионуклиды – опасные радиоактивные вещества. При выявлении радиоактивного заражения применяют специальные методы дезактивации.
Переработка
Откачка бурового шлама необходима с практической точки зрения. Если этого не делать, она будет мешать работе техники в районе бурения. Техническую операцию проводят лицензированные организации при помощи насосных установок с резервуарами для сбора жидкости — илососов.
Эти же организации занимаются переработкой и утилизацией продуктов бурения.
Перед переработкой буровые отходы обезвреживают. Делается это несколькими способами:
| Название | Принцип работы | Преимущества | Недостатки |
| Термический | Продукт выжигают в печах при температуре 800-12000 С. | Полученная масса используется для изготовления битума. | Продукты горения токсичны. Процесс дорогой из-за большого потребления тепловой энергии. |
| Механический | Шламовая суспензия разделяется на фракции в центрифугах. В результате получают жидкую и твердую фракции, которые затем утилизируют. | Автоматизация, биологическая безвредность. | Требуется специальное оборудование. Сложности утилизации. |
| Химический | При помощи химических растворителей и отвердителей с последующей переработкой. | Высокая эффективность. Образовавшийся порошок используется в дорожном строительстве. | Необходимо сложное оборудование, большое количество растворителей. |
| Физико-химический | Совмещает два предыдущих. Шлам обрабатывают коагулянтами и флокулянтами. Затем на центрифуге отделяют водную, нефтяную и механические примеси. | Экологически безопасен. Не требует серьезных технологических работ. | Применим не для всех нефтешламов. Высокая цена на реагенты. |
| Биологический | Разложение продукта непосредственно на месте с использованием бактерий и микроорганизмов. | Простота, незначительная вредность. | Низкая производи-тельность. |
Экономичным и экологически чистым является совмещение нескольких видов переработки бурового шлама.
Выгода переработки
Обезвреженный шлам используется в строительстве. В переработанный продукт добавляют сорбенты, впитывающие вредные вещества, и цемент, который придает материалу твердость.
Таким образом производят:
- бетонные смеси;
- шлакоблоки;
- бордюрные плиты, тротуарную плитку;
- компоненты дорожного покрытия.
Уничтожение буровых отходов
В России проблема утилизации бурового шлама стоит очень остро. Нефтедобывающие компании не готовы нести дополнительные расходы на промышленную переработку шлама. Поэтому они захоранивают отходы – откачивают воду из резервуаров, вредоносные остатки бетонируют и засыпают землей.
Природные возможности не безграничны. Подобных опасных захоронений становится все больше. Площадь могильников токсичных отходов продолжает расти.
Решить проблему можно только на федеральном уровне. Для этого нужно ужесточить контроль и внедрить неотвратимость наказания за нарушения при утилизации буровых отходов. Одновременно целесообразно поощрять, субсидировать, предоставлять льготы тем предприятиям, которые внедряют на производствах инновационные технологии переработки отходов.
Целесообразность захоронения
Лицензированные полигоны, предназначенные для утилизации бурового шлама, расположены на удалении от добывающих и строительных площадок. Они в первую очередь должны принимать те отходы, которые невозможно использовать в производстве и для вторичной переработки.
Задействование таких площадок является экономически и экологически нецелесообразным по следующим причинам:
- Транспортировка большого объема грузов на дальние расстояния влечет за собой неоправданные транспортные расходы.
- Загазованность атмосферы от работы тяжелой большегрузной техники.
- Возрастает риск аварий на дорогах.
- Негативное влияние на флору и фауну по пути следования грузов.
- Необходимость изъятия лесных угодий под строительство новых полигонов повлияет на стабильность биосферы.
Метод захоронения предназначен для тех видов шламов, где класс опасности выше IV, превышены предельно допустимые концентрации содержания нефти и радиоактивных веществ.
Извлечение на поверхность большого количества породы предполагает рациональность возврата обезвреженных отходов обратно в земную кору путем вовлечения в процесс образования почвы.
Методы утилизации бурового шлама
Утилизация бурового шлама возможна путем снижения его опасности с целью дальнейшего использования для рекультивации земель. Для этого используют неопасные малотоксичные реагенты и минеральные песчаные и суглинистые смеси. Метод хорош тем, что применяется непосредственно на месте бурения. Обезвреженная таким образом масса используется для строительства насыпей буровых площадок.
Заслуживает внимания американская методика, по которой буровой шлам в центрифуге разделяется на фракции воды, нефти и сухого остатка. Нефть и вода используются в технических целях. Порода — в качестве сырья для производства строительных материалов.
Путем спекания смеси шламовой массы и песчано-глинистой фракции в термических печах получают прочный строительный керамический материал.
Технически оправдывает себя 4-ступенчатая очистка и сушка шламовой смеси. После обезвреживания ее закладывают в траншеи при строительстве буровых площадок. Этот метод прошел апробацию в условиях Крайнего Севера и вечной мерзлоты.
Шлам смешивают с песком в соотношении 1:0,5-0,7. Одновременно добавляют соляную кислоту. В итоге получается грунт со стандартной кислотностью рН 5-8.
Существует много схем обезвреживания нефтешлама, их применение зависит от предприятий-нефтедобытчиков.
Очистка и утилизация жидкой фазы отходов
Отходы бурения размещают в амбарах, которые защищены от утечки опасных отходов в грунт. В этих отстойниках происходит естественное расслоение на поверхностную нефтяную пленку, жидкую фазу отходов и осадок в виде породы.
Вначале отбирают поверхностную нефть, затем сливают жидкость в отстойник, добавляют сорбенты. Через несколько дней с поверхности собирают новую порцию нефти, которая находилась в растворенном состоянии.
Оставшуюся воду фильтруют и используют в технических целях. Если технологией предусмотрен сброс в естественные водоемы, то вода проходит дополнительную очистку.
Донные остатки сушатся в вертикальной центрифуге — осушителе бурового шлама.
Очистка бурового раствора от шлама
Буровой шлам обрабатывается паром, промывается горячей водой с добавлением поверхностно активных веществ и высушивается в вертикальных центрифугах.
На производствах используются другие механические устройства: сепараторы, сита, гидроциклонные, вибрационные установки для грубой, затем тонкой очистки.
Механическим средствами можно достичь степени очистки 90% и выше.
Утилизация твердой фазы отходов бурового шлама
Утилизация твердой фазы бурового шлама с процентным содержанием влаги не более 15 % не должна сводиться к их транспортировке к месту захоронения.
Большой опыт зарубежных коллег и прогрессивные наработки передовых российских компаний позволяют использовать малоотходные и безотходные способы:
- Повторное применение в бурении скважин.
- Добавление в цементные растворы.
- Производство строительной керамики, керамзита, глинопорошка.
- Рекультивация земель.
Вредное влияние на экологию
Вопросы экологической безопасности, практические рекомендации относительно того, как минимизировать воздействие на окружающую среду являются основными при проектировании и производстве работ, связанных с бурением скважин. Государственная политика в области обращения с отходами отдает приоритет поиску путей их использования.