Нетрализация сероводорода в буровых растворах

1 НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ  СЕРОВОДОРОДА  В  БУРОВЫХ РАСТВОРАХ 

    В настоящее время по экотоксикологическим требованиям, для реагентов-нейтрализаторов сероводорода, применяющихся в буровых растворах, не должны применяться вещества более опасные, чем вещества III-го класса токсичности - умеренно опасные вещества.

    Для оценки воздействия органических и неорганических нейтрализаторов на ОПС были собраны данные из нормативной и справочной литературы, рассчитаны и проанализированы экотоксикологические параметры самих нейтрализаторов и возможных продуктов их реакции с сероводородом. Экотоксикологические параметры включали следующие показатели

      

    По  данным показателям рассчитывался  унифицированный относительный параметр экологической опасности , на основе которого далее определялся коэффициент степени экологической опасности 

     

    По  коэффициенту степени экологической опасности был проведен  сравнительный анализ нейтрализаторов сероводорода.  

    Среди органических нейтрализаторов сероводорода, производимых в России, рекомендуются большей частью бактерициды (например, десульфон-СНПХ-1200, десульфон-СНПХ-1100, СНПХ-1050), которые эффективны против сульфатвосстанавливающих бактерий в добывающих скважинах, системах сбора и подготовки воды. Они не представляют собой полноценный нейтрализатор сероводорода и недостаточно эффективны, т.к. не способны поглотить большие количества сероводорода на этапах бурения и закачивания скважин, поскольку их действие основывается в большей мере физической, чем химической сорбции H₂S. Большинство органических нейтрализаторов связывают сероводород обратимо, что опасно при захоронении отходов из-за возможного выделения H₂S. 

    Многие  органические нейтрализаторы при добавлении в буровой раствор могут оказывать нежелательное воздействие на его технологические параметры, особенно для  буровых растворов на углеводородной основе.

    Проведенные исследования позволили выявить  органические нейтрализаторы, которые обладают достаточной эффективностью и экологичностью – это фурфурол и хлорамин Б (натриевая соль хлорамида бензолсульфокислоты). Нейтрализующее действие фурфурола обеспечивается химической сорбцией, а нейтрализующее действие хлорамина Б имеет окислительно-восстановительную природу; оба вещества относятся к 3-му классу опасности и связывают H₂S в малоопасные соединения. Эти органические нейтрализаторы рекомендованы для промышленного    применения  в технологических жидкостях для бурения и ремонта скважин на водной основе.  

    Из неорганических нейтрализаторов, входящих в состав промывочных жидкостей для бурения, исходя из скорости реакции, поглотительной способности и устойчивости и опасности продуктов реакции были отобраны и проанализированы:

• соединения железа;
• соединения цинка;
• соединения меди (нерастворимые – СuО, CuCO₃·Cu(OH)₂; растворимые - CuCl₂, CuSO₄, Cu(NO₃)₂·3H₂O, Cu(NO₃)₂, CuSO₄·5H2O);
• соединения марганца (нерастворимые - MnO2).

 

    Как показывает следующая гистограмма, из всех исследуемых веществ соединения Fe и Zn оказались менее токсичными, поэтому по ним был проведен более подробный анализ.

    

 

 
 

    Проведенный анализ собранных нормативных экотоксикологических и  сделанных расчетных данных позволил выделить группу малоопасных низкотоксичных  неорганических нейтрализаторов на основе цинка и железа, которые помимо высокой эффективности связывания H₂S, образуют при этом малотоксичные соединения:

1. Не растворимые в воде соединения железа: оксиды - Fe₂O₃, Fe₃O₄, карбонат FeСO₃;
2. Соединения цинка - оксид ZnO, карбонат ZnCO₃, гидроксокарбонат ZnCO₃·Zn(OH)₂;

 Эти соединения рекомендованы для промышленного применения практически для всех типов технологических жидкостей, в том числе и на углеводородной основе. 

    Утяжелитель гематитовый 
 

Предназначен  для повышения плотности буровых  растворов, как на водной, так и  углеводородной основе при бурении  нефтяных и газовых скважин.

Преимущества: 

1. Обеспечивает  плотность буровых растворов  до 2,40 г/см3.  

2. Магнитная  восприимчивость 0,03—0,04 ед. Си (у ЖРК 0,3—0,4 ед. Си).  

3. Обладает седиментационной  устойчивостью — не выпадает  в осадок даже при низких  напряжениях сдвига.  

4. Используется  как утяжеляющая добавка к  буровому раствору для нейтрализации  и удаления сероводорода при  бурении скважин.  

5. При попадании  углеводородов в буровой раствор  не флакулирует.  

6. Нежелательное  диспергирование растворов, утяжеленных  баритом, при длительной циркуляции  через штуцер во время газопроявлений  в процессе бурения не имеет  места в случае использования гематитового утяжелителя, имеющего в 2 раза большую прочность, чем барит.  

7. Экологически  чистый.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 Отверждение твердого осадка буровых растворов и шлама. 

Процесс сооружения скважин сопровождается применением материалов и химических реагентов различной степени экологической опасности. Основными объектами загрязнения при бурении скважин являются геологическая среда (подземные воды), гидро- и литосфера (открытые водоемы, дно акваторий, почвенно-растительный покров).

Источники загрязнения  при бурении скважин условно  можно разделить на постоянные и  временные. К первым относятся фильтрация и утечки жидких отходов бурения  из шламовых амбаров. Ко второй группе принадлежат источники временного действия - поглощение бурового раствора при бурении; выбросы пластового флюида на дневную поверхность; нарушение герметичности зацементированного заколонного пространства, приводящее к межпластовым перетокам и заколонным проявлениям; затопление территории буровой вследствие паводка в период весеннего половодья или интенсивного таяния снегов и разлив при этом содержимого шламовых амбаров.

Наибольшую опасность  для объектов природной среды  представляют производственно-технологические  отходы бурения, которые накапливаются  и хранятся непосредственно на территории буровой. В своем составе они содержат широкий спектр загрязнителей минеральной и органической природы, представленных материалами и химреагентами, используемыми для приготовления и обработки буровых растворов (например: полиакриламидом (ПАА), конденсированной сульфитспиртовой бардой (КССБ), карбоксиметилцеллюлозной (буровые марки КМЦ), СЖК, ВЖС, dk-drill, DKS-extender, sypan, T-80) [12]. На 1 м3 отходов приходится до 68 кг загрязняющей органики, не считая нефти и нефтепродуктов и загрязнителей минеральной природы.

По данным ОАО "Когалымнефтегаз" при бурении  скважины глубиной 2600 м в амбаре содержится около 65% воды, 30% шлама (выбуренной породы), 5,5% нефти, 0,5% бентонита и 0,5% различных присадок, обеспечивающих оптимальную работу буровой установки

По данным химического  анализа амбарных шламов ОАО "Когалымнефтегаз", содержание нефтепродуктов в шламе  колеблется в пределах от 2000 до 13870 мг/кг. Нефтяная часть шлама представлена в основном парафино-нафтеновыми  углеводородами - 41,8%, из них 20% - твердые парафины. Асфальтены составляют 5,6%, смолы - 19,2%, полициклические ароматические углеводороды - 20,1 %. В образцах асфальто - смолистых парафиновых отложений, отобранных из амбаров нефтепромыслов Западной Сибири, содержание парафино-церезиновых компонентов с температурами плавления 66-84 °С достигает 40-70%, содержание органической части - 72-90%. Нефтяная часть отходов распределяется в шламовом амбаре следующим образом: 7-10% нефтеуглеводородов сорбируется на шламе, 5- 10% находится в эмульгированном и растворенном состоянии, остальные углеводороды находятся на поверхности амбара в виде пленки. Неорганическую часть составляют в основном окислы кремния и железа (песок, продукты коррозии), небольшие количества (менее 1%) соединений алюминия, натрия, цинка и других металлов. 

Общеизвестен  процесс самоочищения природных  экосистем, однако их способность перерабатывать такие объемы загрязнения не безгранична. Вода рек и озер Крайнего Севера, по сравнению с водой умеренных  и южных широт, слабо насыщена кислородом, органическая жизнь не столь многообразна и обильна. Поэтому, если в районах средней полосы вода рек может самоочищаться на участках в 200-300 км, то для самоочищения воды в северных условиях часто оказывается недостаточной протяженность реки в 1500-2000 км. Такая низкая эффективность процесса самоочищения рек и озер в условиях Крайнего Севера ограничивает сброс в водоемы буровых отходов. Особенно велико вредное влияние на почву нефтепродуктов. В почве, загрязненной ими, резко меняется соотношение между углеродом и азотом, что ухудшает азотный режим почв и нарушает корневое питание растений. При углеводородных загрязнениях почв из них вытесняется кислород, почва теряет продуктивность и плодородный слой долго не восстанавливается. Самоочищение почв происходит очень медленно. Строительство на буровой амбаров-накопителей практически заключается в выемке определенного объема грунта и обваловании полученного котлована. Гидроизоляция дна и стенок амбара не производится. При такой конструкции избежать фильтрации жидкой фазы и попадания ее на окружающий ландшафт практически невозможно. Свойства образующегося бурового шлама обусловлены минералогическим составом выбуренной породы, пластовых флюидов и остатками бурового раствора. За счет адсорбции на поверхности частиц шлама химических реагентов, используемых для обработки буровых растворов, он проявляет ярко выраженные загрязняющие свойства. Воздействие отходов бурения на природные объекты не обязательно может проявляться в токсическом эффекте на биосферу, а способно выражаться в нарушении экологического равновесия биотопов различных трофических уровней при их взаимодействии с абиотической средой, носящей механизм функциональных повреждений экосистемы. При бурении скважин задача очистки шламов от экологически опасных буровых отходов является наиболее актуальной. 

Процесс ликвидации амбара с последующей утилизацией  бурового шлама можно условно  разделить на следующие технологические  стадии:

- сбор нефтяной  пленки с поверхности амбара;

- очистка жидкой  фазы от эмульгированной нефти;

- доочистка жидкой  фазы (степень очистки зависит  от дальнейшего использования  очищенной воды);

- обезвоживание  и обезвреживание бурового шлама;