Нетрализация сероводорода в буровых растворах

Другой широко распространенный метод обезвоживания - фильтрование стоков через слой проницаемых  грунтов с последующим подсушиванием осадка до 80%-ной влажности. Однако этот способ отделения твердой фазы буровых отходов также неприемлем.

Интересен опыт обезвоживания твердых отходов  сточных вод методом замораживания-оттаивания. Совместно с методом вакуумирования влагосодержание твердого остатка удается снизить до 64%. Однако из-за сложности технологии данный способ практического использования не нашел. Применяются фильтровальные аппараты, действующие под избыточным давлением с предварительной обработкой сточных вод химреагентами (например, известью). При этом получают осадок с водосодержанием до 95 % [7]. Однако в хозяйстве буровой использование такого способа нетехнологично.

Практическое  применение получила в последнее  время кислотная обработка загущенных влажных отходов. В результате добавления кислоты к влажному гидрокислому осадку образуется реакционная смесь, жидкая фаза которой представляет собой раствор регенерированного коагулянта, а твердая фаза - нерастворимые в кислоте органические и минеральные вещества, а также гипс, образующийся при взаимодействии солей кальция с серной кислотой. После разделения фаз раствор регенерированного коагулянта используется для очистки исходной воды, а вторичный кислый шлам подвергается нейтрализации и обезвоживанию. Объем вторичного шлама обычно составляет 8...20% исходного осадка.

Термический метод  нейтрализации бурового шлама считается  наиболее эффективным и практически  доступным. Исследования, выполненные  в Гипроморнефтегазе, показали, что  при концентрации обычного необожженного  шлама в морской воде выше 0,5 г/л среда обитания для организмов моря становится опасной. При прокаливании же шлама при температуре 300оС токсичность шлама снижается в 10 раз, а при 500оС шлам обезвреживается полностью. Тестом, проведенным на молоди лосося, весьма чувствительной к токсичным воздействиям, установлена безвредность среды обитания при концентрации обожженного шлама в морской воде до 1000 г/л. При этом выживаемость лосося, интенсивность питания, физиологические и биохимические показатели крови практически не отличались от контрольных. Анализы воды Каспийского моря также указывают на незначительные изменения ее гидрохимического состава под влиянием прокаленного шлама. Термическая обработка шлама осуществлялась в электропечи барабанного типа СБОУ-6 с производительностью 140 кг/ч.

Американской  фирмой Hughes Drilling Pluids разработана автономная установка для очистки и переработки  шлама в случае применения буровых  растворов на нефтяной основе. Установка  состоит из вакуумно-дистилляционного блока, предназначенного для переработки шлама, и компьютерного блока управления. Шлам, поступающий в блок переработки, предварительно измельчается в специальной гидроприводной мельнице до получения частиц размером 100...200 мкм. Образующийся порошок затем подвергают прогреву в роторной печи до 350 0С. При этом происходит испарение воды, дизельного топлива и химреагентов. В перегонной секции создается вакуум. Пары конденсируются в теплообменнике и образующаяся жидкая фаза в виде дизтоплива и химреагентов возвращается в циркуляционную систему. Порошкообразный шлам, содержащий 1% загрязняющих компонентов, направляется в выкидную линию для сброса в отходы. Весь процесс переработки и очистки шлама автоматизирован. Рабочий цикл переработки и очистки 2 т шлама длится 30 мин. Общая масса регенерирующей установки составляет 29 т при габаритных размерах блока переработки 5х2,85х3,15 м и компьютерного блока управления 6,6х2,76x3,35 м. 

В БашНИПИНефти сконструирована и испытана передвижная  установка по термической обработке  шлама. Она состоит из циклонной топки, мельницы для измельчения шлама, устройства его подачи в приемную емкость, системы водяного охлаждения, насоса и вентилятора. Размельченный шлам из приемной емкости шестеренчатым насосом подается в циклонную топку. Поддув топки осуществляется с помощью вентилятора. Насос необходим для привода в действие системы водяного охлаждения. Производительность установки 500 кг/ч, теплонапряженность поверхности топки 17,5 х 10 Вт/м2, диаметр топки 440 мм. Циклонная топка обеспечивает полное выжигание углеводородов, шлам не содержит органических соединений.

На предприятиях Главтюменнефтегаза по разработанной  ВНИИКРНефтью технологии практиковалось подземное захоронение жидких отходов  бурения. К последним относят  отработанный буровой раствор и  буровые сточные воды. Отходы собирают в амбары. Стоки попадают сначала в первую секцию - шламовый амбар, где оседает значительная часть механических примесей, а затем жидкая часть отходов перетекает во вторую секцию - накопительный амбар. В поглощающие пласты закачиваются отходы из накопительного амбара. Оставшиеся в котловане твердые отходы (буровой шлам, выпавшие в осадок взвеси) засыпаются минеральным грунтом при рекультивации площади. Для нагнетания отходов используют поршневой насос с индивидуальным приводом. В поглощающие объекты отходы бурения поступают по насосно-компрессорным трубам. Объекты захоронения отходов бурения вскрывают кумулятивной перфорацией. 

Технология реинджекшн - закачивание буровых отходов  в затрубное пространство или  в специально пробуренную скважину, закачивание в скважину после завершения буровых работ. Основные условия для применения реинджекшн - геологическая возможность для закачивания (наличие принимающего пласта, водоупорных пластов над и под принимающим пластом, чтобы предотвратить загрязнение грунтовых вод). Компания "Сахалин Энерджи" установила оборудование для обратной закачки бурового шлама и раствора в пласты. При бурении верхних интервалов скважин сбрасывался только буровой раствор на водной основе. Такой практике следуют нефтедобывающие компании на Аляске и в Норвегии. Все отходы бурения и нефтедобычи на Кенайском газовом месторождении (Аляска) компания "Маратон" закачивает под землю. Станция была построена в 1995 году и кроме отходов, поступающих с работающих месторождений, на ней закачивались отходы со старых шламонакопителей. В день на станции можно закачать до 3000 м3 жидких отходов. Для пластовой воды бурится специальная скважина, в которую закачивается до 200 м3 в день. Кроме того, пластовая вода закачивается еще и в эксплуатационные скважины для повышения интенсивности газодобычи. Следует отметить, что бурение поглощающих скважин запрещается в зонах санитарной охраны источников хозяйственно-питьевого водоснабжения. 

Перспективным методом ликвидации буровых отходов  можно считать их отверждение (солидификацию) с последующим захоронением под слой минерального грунта или использованием в хозяйственной деятельности. Глиноподобная отвердевшая масса служит как строительный материал или, после помола, как удобрение. Для отверждения отходов бурения их обрабатывают активирующими добавками. Цель считается достигнутой, если прочность отвердевшей смеси через 3 сут. составляет 0,1 МПа (грунт с такой прочностью выдерживает массу автомашины или трактора). В качестве отвердителей применяют любые крепители: полимеры, формальдегидные смолы, гипс, жидкое стекло и др. Наиболее доступен портландцементзиции, добавка которого должна составлять не менее 10% по объему от отверждаемой массы. Для ускорения сроков схватывания его содержание увеличивают или вводят полиэлектролиты (поваренная соль, хлористый кальций, кальцинированная сода).

Проведен значительный объем исследований по отверждению  отходов бурения добавками тампонажного цемента. мочевино - формальдегидных  смол и полимерного реагента, представляющего собой раствор полиуретановых предполимеров с концевыми изоциануратными группами. При этом добавки барита и минеральных солей ускоряют отверждение раствора и увеличивают прочность образцов, а полимерные и органические реагенты (буровые марки КМЦ, УЩР, КССБ) замедляют отверждение и снижают прочность отвержденного материала. Недостаток применения цемента и мочевино-формальдегидных смол - хначительный расход вяжущих и длительный срок отверждения. Более предпочтительным является реагент класса полиуретановых смол. При его взаимодействии с водой образуется пластичная резиноподобная смесь, которая со временем приобретает прочность цементного камня. Скорость схватывания такой смеси зависит от концентрации реагента и температуры среды отверждения. В качестве вяжущего исследовали также карбамидную смолу марки КФЖ с добавкой двойного суперфосфата в качестве отвердителя. Наибольшая прочность утвержденного материала отмечена через 21 сутки при содержании карбамидной композиции (отношение смолы к отвердителю 1:1) в количестве 5...6%. Отвержденная смесь устойчива по отношению к воде.

Отверждение отработанных буровых растворов с помощью  портландцемента и форполимера (отхода цементной промышленности) проводили  во ВНИИКР- Нефти. Отличительной особенностью форполимера является его селективная  способность к отверждению в  водной среде. При взаимодействии с буровым раствором образуется пластичное резиноподобное тело. Образцы не обладают достаточной устойчивостью по отношению к воздействию пластовых вод. Расход цемента составил не менее 4/5 от массы бурового раствора. Экстрагирование отвержденных образцов показало более чем 100-кратное снижение ХПК экстракционного остатка по сравнению с фильтратом исходного раствора, причем этот показатель снижался в соответствии с возрастом образцов и увеличением в их составе доли портландцемента. К недостаткам способа относят значительный расход минерального вяжущего.

В 70-80-х годах  двадцатого столетия, когда появились  данные о токсичночти буровых  шламов и их основных компонентов, углубились знания об основных закономерностях  миграции компонентов буровых шламов в окружающей среде, особенно в подземных (грунтовых водах) и почвогрунтах, произошла переоценка применяемых способов (технологий) утилизации. Появились более сложные и совершенные способы и их сочетания. Все известные технологии переработки буровых шламов по методам переработки можно разделить на следующие группы  

При очистке  амбаров с нефтяной пленкой на поверхности возникает необходимость  предварительного сбора пленки с  поверхности амбарной жидкости установками  типа УСН-2, УСН-300, СМ-5 (таблица 3) и добавления растворов органических флокулянтов ФТ-410, ПТ-506, неорганических флокулирующих сорбентов СФ-А1 с последующим перемешиванием и отстаиванием в течение 1-2 суток.

Технические характеристики установок для сбора нефтяной пленки 

В процессе отстаивания происходит разрушение эмульсии, затем производят повторный сбор нефтепродуктов с поверхности амбара. Оставшаяся вода с небольшим содержанием нефтепродуктов прокачивается через установку НЗУ-100 - горизонтальный отстойник для задерживания основной массы нефтепродуктов и взвешенных веществ и камеру из двухступенчатых безнапорных фильтров с загрузкой сорбентом (ГС имеет емкость поглощения 6-8 г нефтепродуктов на 1 г сорбента, степень очистки воды - 95-99%). Перспективно применение ультрадисперсных порошкообразных сорбентов на основе оксидно-гидроксидных фаз алюминия. Адсорбент обеспечивает быструю коагуляцию нефтяной микроэмульсии в достаточно крупные фрагменты. Вода после очистки может быть использована в технических целях либо сбрасываться в водные объекты. После удаления сточных вод шлам готовят для очистки от нефтяных углеводородов.

Очистка амбаров  с большим содержанием эмульгированных  и отсутствием пленочных нефтеуглеводородов осуществляется следующим образом. Жидкая фаза амбарных отходов с высоким  содержанием эмульгированных нефтепродуктов (более 0,5 г/л) пропускается через установку типа УСФ-0,5. Технические характеристики установки: 

Производительность, л/час………………………….…………..….200 500

Количество нефтепродуктов в исходной эмульсии, г/л…………...1 20

Количество нефтепродуктов в жидкой фазе после очистки, г/л…0,002 0,1

Дозы реагентов, г/л……………………………………………………0,2 1

Степень очистки, %…………………………………………………...98 99 
 

Технология основана на использовании процессов седиментации и флотации из водных растворов органических реагентов. В качестве деэмульгатора и флокулянта используются реагенты ПТ-506 и ФСТ-407. При обработке эмульсии не требуется ее подогрев или изменение рН раствора. Установка включает в себя: насос, смеситель, бак - отстойник, флотатор, диспергирующее и дозирующее устройства, емкости для реагентов. Отделенные нефтеуглеводороды собираются в емкость и могут быть использованы в качестве топлива. Водная фаза дочищается в установке типа НЗУ-100 и может использоваться в технических целях, либо сбрасываться в водоем. Оставшийся шлам готовят для очистки от нефтеуглеводородов.

В качестве наиболее прогрессивных можно перечислить  некоторые современные технологии ликвидации амбаров-накопителей и  утилизации буровых шламов, применяемые  в России и за рубежом.

Компанией АСS 530 (США) разработана мобильная система обработки и очистки гряземаслонефтяных отходов МТU 530. Установка смонтирована на базе автомобильной платформы, способна разделять нефтешламы на различные фазы - нефть, вода, твердые вещества - за счет центрифугирования нагретого бурового шлама. Вода пригодна для последующей биологической очистки; отделенная нефть может быть использована в технических целях; обезвоженный осадок - для производства строительных материалов. Установка применялась в России для устранения последствий аварии нефтепровода в Республике Коми. Производительность установки - 10 м3/ч по исходному нефтешламу (при концентрации нефти до 65%). Центрифугированием можно достичь эффекта извлечения нефтепродуктов на 85%, механических примесей - на 95%.

Компанией KHD Humboldt Wedag AG (Германия) предложена технология разделения нефтешламов на фазы с  последующим сжиганием шлама. Установка  снабжена устройством для забора нефтешлама, виброситом для отделения  основной массы твердых частиц, трехфазной центрифугой, сепаратором для доочистки фугата с центрифуги, печью. Производительность установки - до 15 м3/ч по исходному нефтешламу.

Для очистки  нефтешламов и буровых отходов, содержащих ПАА, КССБ, буровые марки  КМЦ, СЖК, ВЖС, dk-drill, sypan на нефтедобывающих  предприятиях Башкортостана нашел применение эффективный биопрепарат "Родотрин 2".

В АНК "Башнефть" на нефтешламовых амбарах "Самсык" в НГДУ "Октябрьскнефть" применялась  технология, заключающаяся в растворении, нагреве с обработкой химическими  реагентами для отделения отстоем воды и механических примесей. Полученная нефть направлялась на дальнейшую переработку.