Нетрализация сероводорода в буровых растворах

- утилизация  бурового шлама;

- очистка нефтезагрязненного  грунта. 
 

Таким образом, весь технологический процесс ликвидации шламового амбара проводится в два  этапа:

1) очистка и  обезвреживание содержимого амбара;

2) собственно  утилизация бурового шлама.

Первый этап должен проводиться с учетом особенностей состава отходов, находящихся в шламовом амбаре.

Один из способов утилизации буровых отходов включает рытье котлована в минеральном  грунте. Извлеченный грунт используется для обвалования котлована и  гидроизоляции полости котлована  слоем глины. Затем котлован заполняется отходами бурения, проходит процесс расслоения отходов бурения на загущенную и жидкую фазы. Амбары освобождают от жидкой фазы, которую направляют в систему сбора и подготовки нефти с последующим использованием ее в системе поддержания пластового давления. Вода из жидкой фазы может удаляться путем испарения. Затем загущенные отходы бурения засыпают минеральным грунтом. Другой способ ликвидации буровых отходов предусматривает сооружение котлованов в минеральном грунте с гидроизоляцией металлическими листами, или синтетической пленкой, или железобетонными плитами, или деревянными щитами с битумным покрытием, или композициями на основе глины, извести, цемента. После отвода осветленной воды и заполнения котлована-отстойника загущенным отстоявшимся осадком его периодически чистят или навсегда выключают из работы. Такая система широко используется в бурении, однако удовлетворительной ее назвать нельзя, во-первых, потому, что она не решает проблемы обезвоживания осадка в целом и, во-вторых, потому, что методически непрерывно загрязняет прилегающие к котлованам окрестности и гидросети. 

В Великобритании предложен метод термического обезвоживания  буровых растворов и сточных  вод, предусматривающий создание высокопроизводительных бездымных горелок. Фирма Бритиш Петролеум разработала горелки, производительность которых изменяется в широком диапазоне - от 142 до 8500 м3/сут. газа.

Аналогичные разработки были предприняты еще в СССР. В  Северном филиале ВНИИСТа создана  передвижная установка для переработки  буровых растворов с использованием метода распылительной сушки. Для получения теплоносителя предполагалось использовать природный или сжиженный газ, мазут, дизельное топливо, нефть. Схема состояла из передвижной сушильной камеры распылительного типа, смонтированной на санях, и оборудования для очистки раствора, котором комплектуется буровая установка. Установка предназначалась для обезвреживания шлама, регенерации избыточных объемов бурового раствора, добавочных жидкостей. Буровой раствор, поступающий из скважины, последовательно очищался на выбросите и батарее гидроциклонных песко- и ило- отделителей.

Шлам поступал в ороситель, где отмывается от глины  и химреагентов в горячей воде и осаждался под действием  гравитационных сил на конусообразное дно, откуда шнеком подавался в бункер для сбора и хранения. Нагрев и поступление воды в ороситель осуществлялись за счет нагнетания вентилятором отработанного теплоносителя и пара, постоянно удаляемых из распылительной сушильной камеры. В процессе горения топлива образовывались сернистые соединения, загрязняющие атмосферу. Поступая с отработанным теплоносителем в ороситель, они взаимодействовали с подогретой жидкостью и образовывали водные сернистые соединения, что предотвращало загрязнение атмосферы.

Широкие температурные  интервалы сушки позволяли получать гранулированные препараты с заданными свойствами. Многолетние исследования на экспериментальной установке показали, что распылительная сушка при температуре 2700С в области газовых гoрелок (при этом температура среды в верхней части сушильной камеры составляет 250оС, а в области конуса около 80оС) практически не оказывает отрицательного влияния на бентонитовую глину и химреагенты, пригодные к повторному применению для приготовления буровых растворов.

Сушка модельных  растворов с добавлением нефти и дизельного топлива в количестве до 15% показала их полную пожаpo- и взрывобезопасность. В результате распылительной сушки получали гранулы размером не более 0,5 мм.

В качестве распылительной сушки предлагали использовать при  незначительной реконструкции башню из комплекта БПP-1. Техническая характеристика установки приведена ниже:

Высота в рабочем  состоянии, м .....……….. 7,0

Длина, м………………………………………7,0

Ширина, м........................…………………….3,2

Масса, т ..........................…………………….. 8,5

Производительность (м3 /ч) по промывочной жидкости при содержании

твердой фазы:

10%..........................................……………...0,914

32%...........................................……………... 1,06 
 

Следует подчеркнуть, что установка экономически выгодна  лишь при утилизации отработанных буровых растворов, а не сточных вод.

Исследования  химической коагуляции показали эффективность  этого метода и позволили установить активность реагентов коагулянтов  в среде буровых сточных вод. Сходные и лучшие результаты показывают сернокислый алюминий и композиция сернокислого алюминия с хлорным железом. Другие реагенты оказались менее активными. Способ реагентной коагуляции нашел большое распространение для очистки буровых сточных вод при морском бурении. Так, институт Гипроморнефтегаз разработал технологию коагуляции буровых сточных вод повышенной минерализации с помощью натриевых и литиевых солей сополимера малеинового ангидрида со стиролом. Аналогичные работы проводились Дальневосточной морской нефтегазоразведочной экспедицией глубокого бурения. Коагулянтом в данном случае служил широко распространенный сульфат алюминия 10%-ной концентрации. Полученные результаты характеризуются как довольно эффективные.

В ТатНИПИНефти разработана система очистки, предусматривающая  шламонакопитель, нефтеловушку и каскад котлованов отстойников. Буровые сточные воды, освободившись от выбуренного шлама и по возможности от нефти, поступают в первый котлован, подвергаются обработке коагулянтами (соли алюминия или железа) в сочетании с флокулянтом (полиакриламид). Здесь происходит хлопьеобразование, и осветленная вода перетекает в последующий котлован для отстоя и дальнейшего использования для технологических нужд: для обмыва площадок, оборудования, охлаждения штоков, приготовления растворов и для борьбы с поглощениями бурового раствора в процессе бурения.

В США буровые  сточные воды также нейтрализовали химическими реагентами. В состав очистных сооружений входили емкости  объемом 160-320 м3 для смешивания химических реагентов, отстойники и центрифуги. Параметры очищенной жидкости по взвешенным веществам не превышали 50 мг/л, по нефтепродуктам 15 мг/л, по растворенным веществам 3 г/л. 

В объединении  Укрнефть была разработана и прошла испытания на буровых Борисоглебского  УБР в режиме очистки буровых  сточных вод методом химической коагуляции и покаскадного отстаивания установка очистки воды типа УОВ. 

Установка УОВ  имеет следующую техническую  характеристику:

Производительность, м3 /ч .............................................................…..…. 3

Масса, т .........................................................................................……...... 8

Потребляемая  мощность, кВт ........................................................……... 8

Диапазон эксплуатационных температур, 0С …………………….…0?40

Расход коагулянта в пересчете на сухое вещество, кг/м3 ............….... 1,0

Время непрерывной  работы, ч ... ……………………………........….. 16,0 

В процессе испытания  установки выявлены отдельные конструктивные и технологические недоработки. В зимних условиях эксплуатации необходимы термоизоляция трубопроводов и обогрев помещения ангара. Установка недостаточно автономна, что вызывает неудобство при ее монтаже в условиях буровых. Шлам, полученный при очистке буровых сточных вод, не утилизировался, а вывозился для захоронения. Благодаря отсутствию котлованов-отстойников применение данной установки позволяло значительно сократить площадь, занимаемую буровой, и снизить потребность последней в технической воде.

Гипроморнефтегазом  проведены исследования по окислению  и гидрофобизации шлама. Окислителем служила перекись водорода, оптимальная концентрация которой составила 15... 20%. Время реакции не превышало 2 ч, а окисляемость органики в шламе достигала 65%. Добавка 0,05...0,2% перманганата калия в качестве катализатора процесса повышала эффективность обезвреживания шлама до 95...98%.

Гидрофобизация  частиц бурового шлама направлена на уменьшение диффузии органических веществ  с поверхности шлама. В качестве гидрофобизующего вещества была испытана натриевая соль сополимера малеинового ангидрида со стиролом в присутствии электролитов. После обработки шлама диффузия органики с его поверхности не превышает 2...3 мг на 1 л воды, что в 25 раз ниже установленных токсичных доз. Поэтому если для рыбохозяйственных водоемов ПДК необезвреженного бурового шлама равна 0,4 г/л, то после гидрофобизации она достигает 35…40 г/л, т.е. токсичность бурового шлама уменьшается в 80…100 раз.

Коми филиалом ВНИИГаза разработана и испытана в промысловых условиях установка  УОБС-1М, основанная на принципе электрокоагуляции с использованием эффекта тонкослойного отстаивания. Она предназначена для разделения буровых сточных вод на осветленную воду и загущенный осадок. Система утилизации остатка не предусматривалась. Техническая характеристика установки представлена ниже:

Производительность, м3/сут ..............…………………..………..48.60

Доза электролитического алюминия, мг/л ..……………………...4550

Скорость потока, м/с :

- на входе  в электрокоагулятор ……………...…………..................1,1

- на выходе  из электрокоагулятора ……………………….............0,07

Время пребывания воды в аппарате, мин. ……...........………... 20.30 

Осветленную воду можно использовать для водоснабжения буровой. Однако установка не лишена некоторых недостатков. В частности, вертикальный габарит не позволяет транспортировать ее без демонтажа; замену отработанного электрода можно производить только при наличии грузоподъемного устройства; не решена проблема пассивации электродов: не обеспечивается сохранение постоянного зазора между ними, что влечет за собой по мере растворения анода перерасход электроэнергии. Установка прошла промысловые испытания. Широкого использования в промышленности не нашла.

Из зарубежных известна технология СШA, которая предусматривает смешение твердых отходов бурения с нефтью и последующую термическую обработку в специальных испарителях дополнительного удаления влаги. При этом образуется смесь нефти с распределенными в ней обезвоженными частицами твердой фазы. Затем твердую фазу отделяют от нефти путем сепарации. Полученный продукт благодаря термической обработке свободен от патогенных микробов, вирусов и спор. Его используют в качества топлива, удобрения, строительного грунта. Технология применяется на 70 предприятиях США и в других странах.

В США и Канаде получены обнадеживающие результаты по внесению отработанных буровых растворов  в почвы Способ заключается в  равномерном распределении содержимого  котлована-отстойника по поверхности земли и механическом перемешивании ее с буровыми отходами. Технология обработки почв применяется недавно, и в США к ней пока относятся сдержанно. Но первоначальные результаты, полученные в Канаде, дают основание считать его перспективным с точки зрения повышения плодородности полей при условии, естественно, абсолютного отсутствия в составе буровых отходов вредных примесей, оказывающих отрицательное влияние на качественный состав земель. Предпочтительнее применять такой способ в равнинной местности, где уровень грунтовых вод находится достаточно низко от поверхности земли.

Аналогичные работы выполнены ВНИИКРНефтью с Кубанским  сельхоз институтом. Здесь исследовалась  пригодность отработанных буровых  растворов, содержащих гуматные реагенты, в качестве ингредиентов или основы химических мелиорантов для облагораживания солонцовых, песчаных и супесчаных почв. Добавка к таким растворам фосфогипса-дегидрата, также отхода химической промышленности, превращает их в эффективный мелиорант, содержащий структурообразующий коллоидный комплекс с рациональным количеством питательных для почв компонентов (гуматов, калия, кальция, разлагающейся органики, носителем которых служит отработанный буровой раствор, а также фосфора и некоторых микроэлементов, привносимых фосфогипсом-дегидратом). Предпосылкой тому служит механизм процесса мелиорации, заключающийся в связывании глинистым коллоидным комплексом разрозненных частиц указанных типов почв, обедненных глинистым компонентом, в единую морфологически и агрономически ценную структуру.

Вегетативно-полевые  испытания такого мелиоранта (8...12 т/га с последующим орошением при  поливной норме 300...400 м/га); показали его  высокую эффективность. Так, прибавка урожая ячменя на солонцовых почвах составила 75,1%; супесчаных - 58,7; на песчаных - 47,7%.

Другим направлением можно считать применение отработанных буровых растворов как основу для приготовления тампонажных  составов, необходимых при креплении  скважин и изоляции зон поглощений. В качестве вяжущего используют синтетические  основы, цемент, гипс и другие материалы. В частности, тампонажный состав на основе глинистого раствора, разработанный ВНИИКРНефтью, включает фенолформальдегидную сланцевую смолу ТС-10, формалин или уротропин. Начало и конец схватывания смеси при различных температурах регулируется оптимальным соотношением компонентов. В результате поликонденсации водорастворимых сланцевых фенолов, содержащихся в смоле ТС-10, с формалином или уротропином смесь превращается в фенслформальдегидно-глинистую пластмассу. Отвердевшая пластмасса практически нерастворима в пластовых флюидах, непроницаема и коррозионноустойчива в водных растворах солей одновалентных металлов.