Екологічні аспекти при розробці газових та нафтових родовищ

Глибинне культивування для  нарощування необхідної кількості  біомаси асоціації мікроорганізмів Rhodococcus erythropolis АС-1339Д і Pusarium sp. 56 (далі - «Асоціація») проводять в повному мінеральному середовищі Маккланга в ферментаторі, забезпеченому компресором і мішалкою. Як джерело вуглецю використовують рідкі парафіни, а при їх відсутності дизельне паливо або сиру нафту не менше 1 мас.%. Процес проводиться при температурі t = 25-30 ° C і рН = 7 протягом 1-3 діб до досягнення біомаси 0,3-0,5 мас.%. При цьому чисельність мікроорганізмів-деструкторів в готовій суспензії повинна становити не менше 109 клітин / мл. У процесі культивування контролюють температуру ведення ферментації, накопичення біомаси (методом КУО на 12 годину культивування і далі через кожні 6 годин), мікрокопіювання препарату ферментаційної рідини, рН.

Пластмасові мікросфери (пламілон) отримують  методом розпилювальної сушки композицій на основі сечовино- або фенолформальдегідних смол. Розміри частинок пламілона від 0,01 до 0,4 мм; насипна щільність - 0,03-0,25 г/см³.

З результатів дослідження випливає, що «Асоціація» здатна до біодеструкції як бурових реагентів на основі крохмалю, так і модифікації КМЦ.

Так, при початковій концентрації 1 мас.% ступінь біодеградації на 8 добу КМЦ-Selpol-SL, КМЦ-Фінфікс, КМЦ-Selpol-RX «Асоціацією» склав 96,8; 92,0 і 84,6% відповідно. При тих же умовах біодеструкція модифікацій КМЦ цієї «Асоціацією» склала більше 80%.

У всіх дослідах з внесенням «Асоціації» спостерігався стійкий приріст гетеротрофних мікроорганізмів як у верхніх, так і в нижніх шарах бурового шламу. Так, вже на 90 діб у всіх дослідах з «Асоціацією» чисельність гетеротрофних бактерій зросла на два порядки і склала в середньому 10 кл / г грунту. У той час як у контролі чисельність гетеротрофних бактерій збільшилася з 0,4 × 103 тільки до 2,0 × 103 кл / г грунту за 90 діб. Надалі їх максимальну кількість склало всього 6,0 × 103 кл / г грунту при різких коливаннях чисельності протягом усього часу культивування.

Відомо, що активності дегідрогенази  і каталази значно корелюють з  диханням грунту. Через відсутність  рослин, грунтових організмів і багатьох характерних для грунту мікроорганізмів  по дегідрогеназній і каталазній активностях можна приблизно судити про деструктуючу активність мікроорганізмів.

Аналіз експериментальних даних показав, що внесення «Асоціації» дозволило підвищити каталазну і дегідрогеназну активності як нижнього, так і верхнього шарів бурового шламу. При очищенні бурового шламу за допомогою «Асоціації» без системи аерації на 270 добу дегідрогеназна активність нижнього і верхнього шарів становила 0,16 і 0,21 мг формазану / (1 г грунту за 24 год) відповідно в порівнянні з 0,07 і 0, 09 мг формазану / (1 г грунту за 24 год) контролю.

Введення системи аерації дозволило  додатково підвищити дегідрогеназну активність на 0,01-0,02 мг формазану / (1 г  грунту за 24 год) для верхнього шару і на 0,01-0,08 мг формазану / (1 г грунту за 24 год) для нижнього в порівнянні з досвідом з «Асоціацією». Найбільша каталазна активність як у верхньому, так і нижньому шарі бурового шламу протягом усього часу очищення спостерігалася також при використанні «Асоціації» і системи аерації.

У досліді з «Асоціацією» без  системи аерації і в досвіді  з «Асоціацією» і системою аерації при високій чисельності та активності гетеротрофних бактерій, значну частину яких протягом усього експерименту становили інтродуковані Rhodococcus erythropolis АС-1339Д, спостерігалося підвищення ступеня біодеградації нафти і бурових реагентів як у верхньому, так і нижньому шарах бурового шламу в порівнянні з контролем.

На 360 добу ступінь біодеградації  нафти і органічних бурових реагентів  у верхньому шарі склала 87,0% для  досвіду з «Асоціацією» без системи  аерації і 91,0% для досвіду з «Асоціацією» і системою аерації, що на 67,0 і 71, 0% відповідно більше, ніж у контролі. У нижньому шарі нафтошламу біодеградація нафти і бурових реагентів відбувалася дещо важче: на 360 добу застосування «Асоціації» без системи аерації дозволило розкласти 56,6% нафти і нафтопродуктів, а застосування «Асоціації» і системи аерації - 87,0%, що тільки на 42,2 і 72,6% відповідно більше контролю.

Таким чином, біодеградація нафти  і полімерних реагентів у верхніх  шарах бурового шламу відбувалася  інтенсивніше, ніж у нижніх. Різний ступінь біоочищення верхніх і нижніх шарів нафтошламу від нафти і нафтопродуктів, ймовірно, обумовлений ​​неоднаковим доступом кисню, тому що відомо, що аерація грунту зменшується при збільшенні глибини шару грунту [18], а родококкі здатні метаболізувати вуглеводні нафти тільки при наявності кисню [19]. Наприклад, якщо у верхньому шарі в досліді з «Асоціацією» і системою аерації чисельність гетеротрофних бактерій на 90 діб дорівнювала 497,4 × 106 кл / г, то для нижнього - тільки 127,0 × 106 кл / г.

Аналогічні результати спостерігалися в досвіді з «Асоціацією» без  системи аерації. Можна припустити, що саме лімітування кисню в нижніх шарах призводило до зменшення чисельності  і окисляючої активності бактерій. Порівнюючи процеси очищення бурового шламу в досліді з «Асоціацією» без системи аерації і в досвіді з «Асоціацією» і системою аерації, слід зазначити, що ступінь біодеградації нафти і органічних бурових реагентів при введенні системи аерації був більше, ніж за її відсутності, протягом усього експерименту. Позитивна дія введення системи аерування виявлялася найбільш помітно для нижнього шару. Наприклад, в нижньому шарі шламу в досліді з «Асоціацією» і системою аерації ступінь біодеградації нафти і органічних бурових реагентів склала 53,7% за 180 діб, що більше на 35,7%, ніж у досвіді з «Асоціація» без системи аерації, і на 44,6%, ніж у контролі. Введення системи перфорованих трубок для додаткової аерації дозволило за 540 діб знизити вміст нафти і нафтопродуктів в нижньому шарі бурового шламу (0,9 мг / г грунту) до нормативної вимоги (1 мг / г грунту) , у той час як при її відсутності вміст нафти і органічних бурових реагентів склав 14,7 мг / г грунту, що набагато вище запланованого.

Таким чином, обробка бурового шламу  «Асоціацією» і введення системи аерування інтенсифікувало процес біоочищення бурового шламу від нафти і органічних реагентів на 71,0-72,6% за 360 діб і в верхньому, і в нижньому шарах.

 

3.1.4 Технологічний процес ліквідації шламового амбару

 

Процес ліквідації амбару з наступною утилізацією бурового шламу можна умовно розділити на наступні технологічні стадії:

 

1. збір нафтової плівки з поверхні амбару;
2. очищення рідкої фази від емульгованої нафти;
3. доочищення рідкої фази (ступінь очищення залежить від подальшого використання очищеної води);
4. зневоднення і знешкодження бурового шламу;
5. утилізація бурового шламу;
6. очищення нафтозабрудненого грунту.

Таким чином, весь технологічний процес ліквідації шламового амбару проводиться в два етапи:

1) очищення та знешкодження вмісту  амбару;

2) власне утилізація бурового шламу.

А. Очищення амбарів з високим вмістом нафти на поверхні

Попередній збір плівки з поверхні амбарної рідини (установки типу УСН-2, УСН-300, СМ-5; див. табл. 3.1).

 

 

 

Таблиця 3.1 - Технічні характеристики установок [6]       

                

Найменування установки	Продуктивність по   нафтопродуктах, м3/год	Мінімальна допустима товщина   шару нафтопродуктів, мм	Ефективність збору   нафтопродуктів,%	Вміст води в зібраних   нафтопродуктах,%
УСН-2	0.2	0.01	99.5	2
УСН-300	3.0	0.1	99.5	5
СМ-5	5.0	1.0	90.0	2-10

 

Добавка розчинів органічних флокулянтів  ФТ-410, ПТ-506, неорганічних флокулюючих сорбентів СФ-А1 з подальшим змішуванням і відстоюванням протягом 1-2 діб. У процесі відстоювання відбувається руйнування емульсії; повторний збір нафтопродуктів з поверхні амбару. Вода, що залишилася, з невеликим вмістом нафтопродуктів прокачується через установку НЗУ-100 - горизонтальний відстійник для затримування основної маси нафтопродуктів і зважених речовин, і камеру з двоступеневих безнапірних фільтрів із завантаженим сорбентом (ГС; ємність поглинання 6-8 г нафтопродуктів на 1 г сорбенту, ступінь очищення води - 95-99%) [6]. Перспективним є застосування ультрадисперсних порошкоподібних сорбентів на основі оксидно-гідроксидних фаз алюмінію (УДП) [20]. Адсорбент забезпечує швидку коагуляцію нафтової мікроемульсії в досить великі фрагменти. Вода після очищення може бути використана в технічних цілях або скидатися у водні об'єкти. Після видалення стічних вод шлам готують для очищення від нафтових вуглеводнів.

Б. Очищення амбарів з великим вмістом емульгованих і відсутністю плівкових нефтевуглеводнів.

Рідка фаза комірних відходів з високим  вмістом емульгованих нафтопродуктів (більше 0,5 г/л) пропускається через установку типу УСФ-0.5 (табл. 3.2). Технологія заснована на використанні процесів седиментації і флотації з водних розчинів органічних реагентів. Як деемульгатори і флокулянти реагентів ПТ-506 і ФСТ-407. При обробці емульсії не потрібен її підігрів або зміна рН розчину. Установка включає в себе: насос, змішувач, бак - відстійник, флотатор, диспергуючі, дозуючі пристрої, ємності для реагентів [6].

 

Таблиця 3.2 - Технічні характеристики установки               

Продуктивність, л/год	Кількість нафтопродуктів у вихідній   емульсії, г/л	Кількість нафтопродуктів в   рідкій фазі після очищення, г/л	Дози реагентів, г/л	Ступінь очищення,     %
200-500	1-20	0.002-0.1	0.2-1	98-99

Відокремлені нефтовуглеводні збираються в ємність і можуть бути використані в якості палива. Водна фаза доочищується в установці типу НЗУ-100 і може використовуватися в технічних цілях, або скидатися у водойму. Шлам, що залишився, готують для очищення від нефтовуглеводнів.

 

3.2 Закордонний досвід щодо утилізації відходів буріння  

 

Компанією АСS 530 (США) розроблена мобільна система обробки та очищення гряземаслонафтових відходів МТU 530. Установка змонтована на базі автомобільної платформи, здатна розділяти нафтошлам на різні фази – нафта, вода, тверді речовини - за рахунок центрифугування нагрітого нафтошламу. Вода придатна для подальшої біологічної очистки; відокремлена нафта може бути використана в технічних цілях; зневоднений осад - для виробництва будівельних матеріалів. Установка застосовувалася в Росії для усунення наслідків аварії нафтопроводу в Республіці Комі. Продуктивність установки - 10 м³/год по вихідному нафтошламу (при концентрації нафти до 65%) [6].

Компанією KHD Humboldt Wedag AG (Німеччина) запропонована  технологія розоділення нафтошламу на фази з наступним спалюванням  шламу. Установка забезпечена пристроєм  для забору нафтошламу, віброситом для відділення основної маси твердих частинок, трифазною центрифугою, сепаратором для доочищення фугату з центрифуги, піччю. Продуктивність установки - до 15 м³/год по вихідному нафтошламу [6].

В АНК "Башнефть" на нафтошламових  амбарах "Самсика" в НГДУ "Октябрьскнефть" застосовувалася технологія, яка полягає в розчиненні, нагріванні з обробкою хімічними реагентами для відділення відстояної води і механічних домішок. Отримана нафта спрямовувалася на подальшу переробку [6].

В НГВУ "Туймазинефть" з 1995 р. впроваджена та успішно використовується установка фірми "Татойлгаз", заснована на технології фірми "Майкен" (Німеччина). Технологія полягає в нагріванні нафтошламу, обробці деемульгатором, руйнуванні емульсії в декантаторі з попередніми відділенням води і механічних домішок. Доведення до необхідної якості товарної нафти здійснюється на другій стадії - у випарнику і трифазному сепараторі [6].

У ТатНІПІНафті розроблена система очищення, яка передбачає шламонакопичувач, нафтоуловлювачі і каскад котлованів відстійників. Бурові стічні води, звільнившись від вибуреного шламу і по можливості від нафти, надходять в перший котлован, піддаються обробці коагулянтами (солі алюмінію або заліза) у поєднанні з флокулянтами (поліакриламід). Тут відбувається утворення пластівців, і освітлена вода перетікає в наступний котлован для відстоювання та подальшого використання для технологічних потреб: для обмивання майданчиків, обладнання, охолодження штоків, приготування розчинів і для боротьби з поглинаннями бурового розчину в процесі буріння.

У США бурові стічні води також нейтралізують хімічними реагентами. До складу очисних споруд входили ємності об'ємом 160-320 м³ для змішування хімічних реагентів, відстійники і центрифуги. Параметри очищеної рідини по зважених речовин не перевищували 50 мг / л, по нафтопродуктах 15 мг / л, по розчиненим речовин 3 г / л.

В об'єднанні Укрнафта була розроблена і пройшла випробування на бурових  Борисоглібського УБР в режимі очищення бурових стічних вод методом  хімічної коагуляції і покаскадного відстоювання установка очистки води типу УОВ. Установка УОВ має таку технічну характеристику:

Продуктивність - 3 м³ / год

Маса - 8 т

Споживана потужність - 8 кВт

Діапазон експлуатаційних температур - 0 .. 40 ° С

Витрата коагулянту у перерахунку на суху речовину - 1 кг/м³

Час безперервної роботи - 16 год

У процесі випробування установки  виявлені окремі конструктивні й  технологічні недопрацювання. У зимових  умовах експлуатації необхідні термоізоляція  трубопроводів і обігрів приміщення ангара. Установка недостатньо автономна, що викликає незручність при її монтажі в умовах бурових. Шлам, отриманий при очищенні бурових стічних вод, не утилізували, а вивозили для захоронення. Завдяки відсутності котлованів-відстійників застосування даної установки дозволяло значно скоротити площу, зайняту бурової, і знизити потребу останньої в технічній воді.

Гіпроморнафтогазом проведені дослідження з окислювання і гідрофобізації шламу. Окислювачем слугував перекис водню, оптимальна концентрація якого склала 15 ... 20%. Час реакції не перевищував 2 год, а окислюваність органіки в шламі досягала 65%. Добавка 0,05 ... 0,2% перманганату калію в якості каталізатора процесу підвищувала ефективність знешкодження шламу до 95 ... 98%. Гідрофобізація частинок бурового шламу спрямована на зменшення дифузії органічних речовин з поверхні шламу. Як гідрофобізуюча речовина була випробувана натрієва сіль сополімеру малеїнового ангідриду зі стиролом в присутності електролітів. Після обробки шламу дифузія органіки з його поверхні не перевищувала 2 ... 3 мг на 1 л води, що в 25 разів нижче встановлених токсичних доз. Тому якщо для рибогосподарських водойм ГДК незнешкодженого бурового шламу дорівнює 0,4 г / л, то після гідрофобізації вона досягає 35 ... 40 г / л, тобто токсичність бурового шламу зменшується у 80-100 разів.