Утилизация бурового шлама с последующим вовлечением в ресурсооборот

По приблизительным отметкам специалистов, в настоящее время на территории Российской Федерации накоплено свыше 3 млн. т. нефтяных шламов, имеющих разное происхождение [2]. Большая часть из них имеет возраст, доходящий до нескольких десятков лет.

Наглядно масштабы проблемы можно понять по данным, представленным организацией «Экологическая вахта Сахалина» утверждающих, что при разработке месторождений на шельфах компанией-оператором «Sakhalin Energy Investment Co. Ltd» с одной платформы прогнозируется выработка бурового шлама в объеме 60 тыс. м3/год и пластовой воды около 640 м3/сутки [3]. Подобные размеры выработки бурового шлама негативно воздействуют на экологическую обстановку местности.

• Неправильная работа с буровым шламом приводит к нарушению экологической обстановки региона, на котором расположено месторождение:

• Сокращение продолжительности жизни различных организмов, снижение репродуктивности, гибель особей;

• Исчезновение некоторых видов животных, растений, микроорганизмов;

• Загрязнение подземных вод;

• Изменение физических характеристик вод, следующие из загрязнения подземных водоносных пластов – pH, солености, температурного режима, светопропускного режима, загрязнение водоемов частицами тяжелых металлов;

• Нарушение структуры, химического состава почвы, которое ведет к снижению плодородности почв, пригодности земель для сельского хозяйства [1];

• В целом нарушение естественных процессов в экологических системах и др.

В настоящее время один из самых распространенных способов переработки и утилизации буровых отходов состоит в захоронении отфильтрованного шлама в специальных могильниках как показано на рисунке 1. Широкая распространенность подобной системы в первую очередь определена низкой стоимостью проводимых мероприятий, но несмотря на этот фактор, назвать удовлетворительной её невозможно. Из-за недостаточной гидроизоляции котлована и разрушающего воздействия его содержимого на изоляционный материал на постоянной основе случаются утечки отходов бурения в окружающее пространство, ведущие к загрязнению почв, что влечет за собой сокращение сельскохозяйственных земель, и попадание нефтесодержащих продуктов в подземные воды. Так же этот способ нецелесообразен из-за использования большегрузной техники, работа которой ведет к загазованности атмосферы, из-за вырубки лесных массивов для создания хранилищ.

Кроме того, компании нефтегазовой промышленности используют термический метод переработки отходов (сжигание в печах и топках), который в настоящее время стал менее актуальным в связи с ужесточением мер природоохранного законодательства, так как в процессе сжигания образуются вредные выбросы, попадающие в атмосферу, далее переносимые на большие расстояния и выпадающие с осадками.

Метод микробиологического обезвреживания, проведение которого зачастую не предоставляется возможным из-за неподходящих природно-климатических условий, высокая стоимость реагентов делает его экономически невыгодным [1]. Данная проблема особенно актуальна для нефтедобычи в России, так как большая часть нефтегазовых месторождений находится в северных арктических регионах, на территориях Сибирского и Дальневосточного регионов.

Альтернативным вариантом решения поставленной задачи может стать комплексный метод утилизации бурового шлама, он является ресурсосберегающим и наиболее экологически безопасным, а также позволяет рационально использовать нефтешлам [5]. Существует три наиболее продуктивных варианта проведения метода реагентной обработки (рис. 2):

1. Реакция гидрофильного оксида кальция, выделение тепла, образование гидроксида кальция (гашеной извести) (рис.2 а);

2. Реакция гидрофильного оксида кальция с загрязняющим веществом (шламом), затем обработка водой, образование гидроксида кальция (гашеной извести) с выделением тепла (рис. 2 б);

3. Смесь гидрофобного оксида кальция, воды и нефтешлама, в результате чего происходит поглощение загрязняющего вещества, затем реакция с водой, образование гидроксида кальция (гашеной извести) с выделением тепла, получение карбоната кальция (рис.2 в).

Основу рецептуры реагента составляет оксид кальция и нефтешлам, применяемый в качестве гидрофобизатора. Данная рецептура позволяет провести высокоэффективное обезвреживание бурового шлама с получением водонепроницаемого продукта утилизации. Схема получения материала из сухого и влажного отходов представлена на рисунке 3 [4].

Данный метод даёт возможность провести совместную утилизацию нефтяного шлама, а также цементной пыли, что обеспечивает высокую степень экологической безопасности и максимальный оборот ресурсов. В ходе проведенных исследований, было выяснено, что добавка бурового шлама регаентной обработки в количестве 5-10% масс к портландцементу дает увеличение прочности при сжатии получаемой крепи на 15-35%, это позволяет использовать вяжущий материал для цементирования обсадных колонн скважин в интервалах, где отсутствует водоносность и имеются горные породы, изолирующие выше – и нижезалегающие водные горизонты. Выявлено, что применение полученного материала в качестве примеси при цементировании не оказывает деструктивного воздействия на окружающую среду и способствует улучшению прочностных характеристик тампонажного раствора.

Материал, полученный путем введения реагентной добавки схож с бетоном, что позволяет использовать его при строительстве для создания блоков и фундамента зданий. Однако плотность этого материала находится в пределах от 1886 кг/м3 до 2052 кг/м3, что делает его в значительной степени легче обыкновенного строительного бетона. Предложенный способ переработки бурового шлама можно использовать также для приготовления материала для укладки дорог из шлама на местах разработки месторождений, так как он обладает высокой прочностью, не теряет своих свойств при колебании температур.

Таким образом, актуальность предложенного метода заключается в том, что он не только безопасен для окружающей среды, но и целесообразен с экономической точки зрения, так как в итоге получается экологически чистый, прочный материал с широким спектром применения. Описанная технология может найти широкое применение на месторождениях Арктики, учитывая ее хрупкую экосистему и экологические требования, предъявляемые к добыче углеводородов в высоких широтах.