Екологічні аспекти при розробці газових та нафтових родовищ

 

В останні роки нафтовидобувними підприємствами у виробництво впроваджуються різні  технологічні рішення, спрямовані на утилізацію відходів буріння. Однак, уніфікованого способу переробки нафтошламу з метою знешкодження і утилізації не існує.

Всі відомі технології переробки нафтошламу за методами переробки можна розділити на наступні групи:

• термічні - спалювання у відкритих амбарах, печах різних типів, отримання бітумінозних залишків;
• фізичні - захоронення в спеціальних майданчиках, розділення в відцентровому полі, вакуумне фільтрування і фільтрування під тиском;
• хімічні - екстрагування за допомогою розчинників, затвердіння із застосуванням неорганічних (цемент, рідке скло, глина) і органічних (епоксидні і полістирольні смоли, поліуретани та ін.) добавок;
• фізико-хімічні - застосування спеціально підібраних реагентів, що змінюють фізико-хімічні властивості, з наступною обробкою на спеціальному обладнанні;
• біологічні - мікробіологічне розкладання в грунті безпосередньо в місцях зберігання, біотермічне розкладання.

Найбільш поширені фізичні методи засновані на центрифугуванні, сепарації  і дії високих температур і  ін., а саме:

1. Відмиття забруднюючих речовин (в основному нафти) з обсягу БВ за допомогою гарячої води (70 - 95° С) і пари. Недолік методу - високі енергетичні витрати.

2. Випаровування води за допомогою  сонячної енергії. Для посилення  цього ефекту використовується  ефект парника.

3. Прогрів обсягу БВ шляхом пропускання через нього вихлопних газів Гідність методу - одночасно із затвердінням можна отримати спінений теплоізолюючий матеріал.

4. Центрифугування БВ з поверненням розчину в буровий процес. Недолік методу - обсяг БВ після цього знижується лише на 10-15%, а маса, що  залишилася після цього, підлягає подальшій переробці.

5. Сепарація за допомогою вібросит, пропускання крізь щілини, пористі і волоконні матеріали і т.д.

6. Відстоювання в амбарах з секціонуванням БВ по щільності. Розділові перемички з піску при цьому використовуються для фільтрації рідких компонентів і перепуску менш щільних верхніх шарів БВ.

7. Виморожування відстояної води  при температурах -3 - 7 ° С. Отриманий  лід вивозиться на рельєф.

8. Седиментація шляхом нанесення БВ на похилу поверхню. Такий процес може повторюватися багато разів. Пошарове нарощування за підсушуванням шарів становить 2-4 см.

9. Переробка бурових розчинів  з використанням методу розпилювальної  сушки. Для отримання теплоносія  використовується природний або  скраплений газ, мазут, дизельне  паливо, нафта. Установка призначається  для знешкодження шламу, регенерації  надлишкових обсягів бурового розчину, додаткових рідин. Буровий розчин, що надходить зі свердловини, послідовно очищається на батареї гідро циклонів,  піско- та муловідділювачів. Установка економічно вигідна лише при утилізації відпрацьованих БР, а не стічних вод.

10.Захоронення в спеціально відведеному  місці за допомогою перемішування БВ з привезеним грунтом чи піском. Недолік методу - необхідний обсяг завезеного піску десятикратно перевищує обсяг перероблюваних БВ.

11. Перемішування з торфом, тирсою, гноєм та іншими органічними речовинами-відходами місцевих виробництв для отримання теплоізоляційного матеріалу. Отримана теплоізолююча суміш дозволяє збільшити термін дії зимника на 3-4 тижні.

12. Заморожування в зимовий період БВ з подальшим захороненням під шаром теплоізоляції з торфу, опилок та ін

13. Застосування відпрацьованих  БР як основу для приготування  тампонажних складів, необхідних  при кріпленні свердловин та ізоляції зон поглинань [9]. В якості в'яжучого використовують синтетичні основи, цемент, гіпс і інші матеріали. Початок і кінець схоплювання суміші при різних температурах регулюється оптимальним співвідношенням компонентів. Гідність методу отверділа пластмаса практично нерозчинна у пластових флюїдах, непроникна і корозієстійка у водних розчинах солей одновалентних металів [10,11,12].

14. Технологія «реінджекшн»-закачування БВ в затрубний простір або в спеціально пробурену свердловину, закачування в свердловину після завершення бурових робіт. Основні умови для застосування «реінджекшн» - геологічна можливість для закачування (наявність приймаючого пласта, водотривких пластів над і під приймаючим пластом, щоб запобігти забрудненню грунтових вод). Пластова вода закачується ще й в експлуатаційні свердловини для підвищення інтенсивності газовидобутку. Слід зазначити, що буріння свердловин поглинаючих забороняється в зонах санітарної охорони джерел господарсько-питного водопостачання. Гідність методу - можливість ізолювання рідких БВ глибоко під землею в природних резервуарах [13].

15. Розміщення в порожнинах будівельного сміття, автомобільних покришок та ін. Гідність методу - одночасне захоронення БВ з відходами інших видів.

16. Термічне прожарювання (термодесорбція) з отриманням грубої будівельної  кераміки (цегли, керамзиту). Термічний  метод нейтралізації бурового шламу вважається найбільш ефективним і практично доступним. При прожарюванні шламу при температурі 300° С токсичність його знижується в 10 разів, а при 500° С шлам знешкоджується повністю. Як джерело тепла використовується попутний газ, нафта, вугілля, відходи деревини. При наявності великого обсягу БВ (сотні тисяч тонн на рік) доцільно будівництво заводу з отжигу БВ та виробництва цегли або керамзиту. Переваги методу - висока ефективність знешкодження, практична доступність.

Хімічні методи:

- Хімічна нейтралізація за допомогою реагентів з отриманням менш небезпечних речовин і нейтральних показників РН (5,6 ... 7,8);

- Отримання теплоізолюючих матеріалів  шляхом спінювання з алюмінієвою пудрою (при показнику рН БВ понад 10).

До біологічних відноситься  деструкція забруднюючих компонентів БВ за допомогою мікроорганізмів. Останні чутливі до складу БВ, діють селективно на різні види забруднень і вимагають спеціальних умов для життєдіяльності [14].

Фізико-хімічні технології засновані на комбінації фізичних і хімічних методів:

1. Перемішування БВ з сорбентом нафтопродуктів з подальшим відділенням сорбенту від БВ (наприклад, з терморасщепленним графітом або спіненої карбамідної смолою, спливаючих за рахунок малої щільності).

2. Отримання з БВ гідроізолюючого матеріалу. Це досягається введенням пластичних добавок, у тому числі бітумів або парафінів, що отримуються в ході пропарювання нафтової колекторної труби.

3. Введення 2-5% БВ в клірингову суміш для виробництва цементів. Вартість утилізації в цьому випадку визначається транспортними витратами до цементного заводу і вартістю аналітичного контролю за складом суміші.

4. Заморожування з дробленням і подальшою капсулізацією. На поверхні заморожених шматків БВ шляхом перемішування утворюється тверда оболонка з в'яжучого матеріалу, наприклад цементу. Ця оболонка перешкоджає міграції забруднюючих речовин і частинок БВ в навколишнє середовище навіть після відтавання при позитивних температурах. Цемент, який застосовується при такій технології, повинен мати добавки для низьких температур, наприклад, марки М-400 Д20.

5. Розміщення БВ в полімерних оболонках з подальшим використанням для заповнення обсягів відсипки. Для додання міцності властивостей перед приміщенням в оболонку маса БВ повинна бути підсушена. Найбільш технологічним для підсушування є мікрохвильовий прогрів.

6. Затвердіння (солідіфікація) з  подальшим захороненням під шар  мінерального грунту або використанням  у господарській діяльності. Гли-ноподібна  затверділа маса служить як  будівельний матеріал або, після помелу, як добриво. Для отвердіння відходів буріння їх обробляють активуючими добавками. Мета вважається досягнутою, якщо міцність отверділої суміші через 3 доби становить 0,1 МПа (грунт з такою міцністю витримує масу автомашини або трактора). Як затверджувачі застосовують будь-які зміцнювачі: полімери, формальдегідні смоли, гіпс, рідке скло та ін. Найбільш доступний портландцемент, добавка якого повинна становити не менше 10%. Для прискорення термінів схоплювання його вміст збільшують або вводять поліелектроліти (кухонна сіль, хлористий кальцій, кальцинована сода).

7. Електролізний поділ компонентів БВ. Утворені поблизу електродів скупчення важких металів, галогенів та інших забруднюючих речовин відводяться з додатковою утилізацією.

8. Електрокоагуляція з осадженням  коагульованого осаду. Цим методом  проводиться швидке осадження  (1-2 години) колоїдних частинок і  очищення від органічних забруднювачів  при її вмісті до 2 мг / л. При цьому на поверхні БВ утворюється шар води, що підлягає відкачуванню. Гідність методу - освітлену воду можна використовувати для водопостачання буровій. Недоліки - неможливість транспортування установки без її демонтажу; заміну відпрацьованого електрода можна робити тільки при наявності вантажопідіймального пристрою; не вирішена проблема пасивації електродів: не забезпечується збереження постійного зазору між ними, що тягне за собою в міру розчинення анода перевитрата електроенергії.

Серед існуючих методів розділення нафтошламу з метою утилізації -- центрифугування, екстракції, гравітаційного ущільнення, вакуумфільтрації, фільтрпресування, заморожування та ін. [15] - найбільш перспективним є центрифугування з використанням флокулянтів [16]. Центрифугуванням можна досягти ефекту вилучення нафтопродуктів на 85%, механічних домішок - на 95%. При реагентній обробці нафтошламу змінюються його властивості: підвищується водовіддача, полегшується виділення нафтопродуктів. Так для прискорення процесу осадження зважених часток використовується в якості коагулянту сульфат алюмінію Al2(SO4)3 , а для покращення процесу хімічного осадження – флокулянт поліакриламід (ПАА), який сприяє збільшенню розмірів пластівців при коагуляції. На основі екс-периментальних робіт визначені оптимальні дози коагулянтів та флокулянтів. Виявлено, що використання 10% та 20% -го розчину коагулянту недостатньо для повного осадження домішок, утворюється в’язка маса, пастоподібний осад. У випадку застосування 30% -го розчину спостерігається чітке розділення рідкої та твердої фаз, а утворений осад представляє собою пластівці з рихлою структурою. Подальше збільшення концентрації коагулянту до 40%, 50% призводить до поглинання та зв’язування осадом води, що ускладнює її відділення. Тому найбільш ефективним є 30% - ий розчин коагулянту. Але крім коагулянту використовується також і флокулянт ПАА, для оптимальної  роботи якого потрібне кисле середовище. Тому у розчин вводять соляну кислоту. Провівши ряд експериментів, визначено оптимальну дозу флокулянта та концентрацію кислоти. Такими є 0,1-0,2% флокулянта по основній речовині та 9-10% розчин кислоти. Слід зазначити, важливою є послідовність введення реагентів. Досліди показали, що спочатку треба в буровий розчин додати соляну кислоту для створення відповідного середовища, а потім – ПАА і сульфат алюмінію. У цьому випадку осад містить мінімальну кількість води і полегшується процес відділення твердої фази від рідкої у центрифузі.

 

3.1.3 Мікробіологічний спосіб утилізації бурових відходів

 

Спосіб очищення відпрацьованих бурових розчинів від нафти і полімерних реагентів, що включає знешкодження активною асоціацією мікроорганізмів-деструкторів нафти і органічних добавок в буровому розчині Rhodococcus erythropolis АС-1339Д і Fusarium sp. № 56 у співвідношенні 1:1 у присутності діамофос і пламілона [17].

Завданням даного винаходу є підвищення ефективності утилізації відпрацьованих бурових відходів.

Вказана задача вирішується тим, що в способі очищення відпрацьованих бурових розчинів від нафти і  полімерних реагентів, що включає знешкодження активною асоціацією мікроорганізмів-деструкторів нафти і органічних добавок в буровому розчині Rhodococcus erythropolis АС-1339Д і Fusarium sp. № 56 у співвідношенні 1:1 у присутності діамофос і пламілона, виробляють розділення бурового розчину на буровий шлам і промивну рідину, повернення останньої в процес буріння, подачу бурового шламу в біореактор з пошаровим розташуванням в такій послідовності: пламілон, додатково грунт, буровий шлам, потім проводять аерування, додавання діамофос в кількості 0,1-0,3 мас.% і зазначеної асоціації.

Спільно з вказаною асоціацією додають  пламілон як структуроутворювач.

Ознаками способу є:

1) проводять доочистку бурового  шламу біологічним методом на  локальній установці;

2) пламілон, грунт, буровий шлам  пошарово розташовують у біореакторі;

3) мінеральні добавки N: P: K (діамофос) вносять у кількості 0,1-0,3 мас.% (Від маси грунта і бурового  шламу);

4) здійснюють аерування і обробку  асоціацією мікроорганізмів-деструкторів  нафти і полімерних бурових  добавок Rhodococcus erythropolis AC-1339 Д і Fusarium sp. 56 в співвідношенні 1:1;

5) разом з асоціацією вносять  пламілон як структуроутворювач.

Потім проводять ряд агротехнічних  заходів (регулярний полив, розпушування).

На фігурі 1 Додатку Б представлена ​​схема локальної установки для очищення бурових відходів, яка складається з ферментатора для активації мікроорганізмів-деструкторів 1, забезпеченого термометром 2; відцентрового насоса 3; біореактора 4 із гідроізоляцією; шламозбірника 5; ємностей для біодобавок 6, пламілона 7 і грунта 8, гвинтового транспортера 9.

Спосіб здійснюється таким чином. Проводять розділення бурового розчину на буровий шлам і промивну рідину, повернення останньої в процес буріння. Біореактор 4 пошарово заповнюють пламілоном з ємності 7, грунтом з ємності 8, буровим шламом з шламозбірника 5 за допомогою гвинтового транспортера 9. Діамофос 0,1.% і асоціацію мікроорганізмів-деструкторів нафти і полімерних бурових добавок Rhodococcus erythropolis АС-1339Д і Fusarium sp. 56 в співвідношенні 1:1 подають відцентровим насосом 3 в біореактор з ферментатора 1. Витрата суспензії мікроорганізмів Rhodococcus erythropolis АС-1339Д і Fusarium sp. 56 в співвідношенні 1:1 на 1 кг бурового шламу (вміст нафти до 13 мас.%, вміст полімерних бурових добавок - до 10 мас.%) становить 0,1 л. Біоочищення відбувається протягом одного вегетаційного періоду.