Буровой шлам: переработка и утилизация отходов бурения

В связи с увеличением общего объема бурения нарастает количество отходов — бурового шлама.

Наибольшую опасность представляют остатки, накапливаемые и хранящиеся в пределах границы территории буровой.

Чрезмерное количество бурового шлама оказывает негативное влияние на окружающую среду. Поэтому правильная утилизация экологически опасных отходов бурения важна и актуальна.

Образование отходов бурения

Под шламом буровым подразумевается смесь измельченной выбуренной породы, остатков бурового раствора (БР), сточных буровых вод, которые удаляются из буровой системы.

Агрегатное состояние бурового шлама (БШ) бывает:

• жидким;
• твердым;
• пастообразным.

Происхождение отходов связано:

• с бурением поисковых, эксплуатационных, геологоразведочных скважин;
• с добычей подземных вод;
• со строительством и реконструкцией скважин.

Процесс бурения осуществляется преимущественно в осадочных отложениях глинистых пород.

Трещины и поры частиц выбуренных пород при их гидротранспортировке на поверхность заполняются, пропитываются жидкостями (промывочной, буферной) и фильтратами бурового раствора.

Происходит модификация (видоизменение) поверхности глинистых частиц. Так образуется буровой шлам.

Необходимость утилизации

Буровой раствор в процессе утилизации отделяется от шлама и используется снова, а буровой шлам — складируется.

Накопление БШ происходит:

• на специально отведенных площадках;
• в шламовых амбарах;
• во временных шламонакопителях.

В состав буровых шламов входят группы загрязняющих веществ:

1. Органические (нефтепродукты, спирты, полимеры, синтетические ПАВ — поверхностно-активные вещества).
2. Неорганические (тяжелые металлы, кислоты, щелочи, соединения бария, хрома, железа, хлориды).

Шламы буровые, в зависимости от условий происхождения, могут иметь класс опасности для окружающей среды от 3 до 5.

К основным компонентам, оказывающим негативное воздействие на экологию, относятся:

• нефть;
• тяжелые металлы (в подвижной или связанной форме);
• ПАВ;
• соли минеральные.

Поэтому отходы БШ, содержащие такие вещества, требуют вывоза и утилизации.

ФККО и класс опасности

Согласно «Федеральному классификационному каталогу отходов» (ФККО), отходы бурения, в соответствии с условиями их происхождения, относятся к блоку 2 «Добыча полезных ископаемых».

Тип кода — 29000000000, наименование: «Отходы прочих видов деятельности в области добычи полезных ископаемых, включая геологоразведочные, геофизические и геохимические работы».

Данный тип кода содержит в себе приведенные ниже подтипы, группы, подгруппы, виды кодов ФККО.

Группа 29010000000 — проведение геологоразведочных, геохимических и геофизических работ в области изучения недр. Содержит в себе виды кодов ФККО:

 Подтип 29100000000 — отходы в области добычи природного (попутного) газа, газового конденсата, сырой нефти (прочие виды деятельности).

Группа 29110000000 — отходы при бурении (добыча сырой нефти, газа природного, конденсата газового).

Подгруппа 29111000000 — отработанные буровые растворы (бурение газовых, нефтяных, газоконденсатных скважин). Содержит виды кодов ФККО:

Использованные сокращения: БР — буровой раствор, ОБР — отработанный буровой раствор.

Подгруппа 29112000000 — шламы буровые (добыча сырой нефти, газа природного (попутного), газового конденсата). Содержит виды кодов ФККО:

Использованные сокращения: БШ — буровой шлам, БР — буровой раствор.

Группа 29120000000 — отходы ремонта оборудования, применяемого при добыче газа природного, конденсата газового, сырой нефти.

Подгруппа 29126000000 — прочие отходы при ликвидации и капитальном ремонте скважин.

Подгруппа 29126100000 — отходы бурения от капитального ремонта скважин. Содержит в себе виды кодов ФККО:

Использованные сокращения: БШ — буровой шлам.

Подгруппа 29220000000 — отходы бурения, связанного с добычей калийных солей. Содержит в себе виды кодов ФККО:

Группа 29920000000 — отходы при добыче воды. Содержит в себе вид кода ФККО:

Способы переработки

После появления данных о токсичности буровых шламов (в 70-80 годах 20 века) и о миграции их компонентов в окружающей среде (особенно в грунтах и грунтовых водах) произошла переоценка используемых технологий утилизации и переработки отходов. Появились более совершенные методы и их сочетания.

Известные современные направления утилизации буровых отходов подразделяются на следующие группы (классификационные признаки):

• физические;
• химические;
• физико-химические;
• термические;
• биологические.

Физические методы

Это направление представлено технологиями:

1. Захоронение в специально отведенных местах (могильниках, шламохранилищах, на бросовых землях, в земляных амбарах, карьерах после их разработки, в зонах с многолетней мерзлотой).
2. Закачка в трещины пластов, образовавшиеся в результате гидроразрыва, а также в подземные горизонты глубокого залегания (технология CRI).

Конечной стадией способа захоронения должна служить рекультивация использованной территории или ее самозарастание. Закачка в пласт — перспективное направление, не нашедшее распространения в отечественной отрасли утилизации буровых отходов из-за высоких эксплуатационных затрат.

Химические и физико-химические

Методы включают такие способы утилизации:

1. Отверждение. С помощью специальных добавок неорганической природы (окись алюминия, жидкое стекло, портландцемент, фосфогипс, доломитовая мука) и органических (смолы фенолформальдегидные, полиуретаны), получают отвержденную смесь буровых отходов для последующего захоронения.
2. Реагентное капсулирование. Буровой шлам перемешивается с реагентом капсулирования, например, негашеной известью. При смешивании шлама с известью образуется порошок, который капсулируется до твердого материала, изолируя токсические отходы от окружающей среды.
3. Гидрофобизация (обезвреживание шламов) происходит с помощью отверждающих композиций, сильно уменьшающих проникновение в воду из шлама органических соединений. Вещества также препятствуют образованию мути. Токсичность отходов снижается в десятки раз.
4. Использование подобранных реагентов для смешивания с буровыми отходами. Цель — изменение физико-химических свойств БО, с дальнейшей обработкой на специальном оборудовании. Возможные реагенты — это известь, песок, торф, гипс, смолы, гипс, навоз, портландцемент.

Термические

Эта группа методов утилизации включает обработку отходов в печах различной конструкции.

Возможные термические процессы:

• сжигание;
• прогрев и сушка;
• высокотемпературный обжиг.

Термические способы обезвоживания, обезвреживания, утилизации буровых шламов за счет высоких температур обеспечивают уменьшение токсичности и избавляют отходы от вирусов, спор, патогенных микробов. Технологии эффективны, но не всегда экономически рентабельны.

Биологические

Включают микробиологическое и биотермическое разложение в почве и рекультивацию, а именно:

1. Смешение шлама бурового с гуминоминеральными концентратами (масса, содержащая 15% и более гуминовых кислот).
2. Биодеструкция загрязняющих элементов бурового шлама способом биоремедиации (использование микроорганизмов).
3. Рекультивация загрязненных земель с помощью смесей на основе торфа, песка, буровых шламов и обезвреживающих и мелиорирующих добавок, включая муку доломитовую, гипс, хлористый кальций, мел, доменный шлак.

При выборе метода утилизации бурового шлама учитываются ландшафтные, природно-климатические, геологические условия. Играет роль удаленность буровых станций друг от друга, энергетические и транспортные затраты на реализацию того или иного способа.

Утилизация бурового раствора

Самым доступным направлением утилизации отработанного бурового раствора (ОБР) считается его повторное использование для бурения новых скважин.

Другие методы:

1. Использование ОБР для крепления скважин. Раствор добавляется к тампонажным материалам, применяемым при цементировании скважин.
2. Регенерация (восстановление) активных компонентов ОБР с целью получения глинопорошка.
3. Экстракционный способ извлечения органических веществ с использованием растворителей. К отработанному буровому раствору добавляются флокулянты и коагулянты с целью обезвоживания вещества и перевода раствора в твердую массу при помощи отвердителя.

Также существует технология подземного захоронения ОБР. Отходы собираются в амбары. В первой секции — шламовом амбаре оседают механические примеси, а жидкая субстанция бурового раствора уходит во вторую секцию — накопительный амбар, из которого закачивается в поглощающие пласты.

Возможности повторного использования

Перспективное направление, связанное с утилизацией буровых отходов — повторное использование переработанного сырья.

Это получение строительных материалов:

• керамики;
• кирпича;
• плитки тротуарной;
• керамзита;
• шлакоблоков;
• бордюрного камня;
• гранулированного заполнителя для бетонов;
• продуктов для отсыпки дорог, буровых площадок;
• грунтовых смесей и биостимуляторов роста растений.

Видео по теме

В данном видео поэтапно показан процесс переработки отходов бурения:

Заключение

В мировой практике используют разные направления утилизации бурового шлама. Большинство из них включает захоронение, термическое обезвоживание, отверждение, а также утилизацию с целью получения на основе бурового шлама продукции (повторное использование).

Несмотря на внедрение современных технологических решений, унифицированного способа утилизации и обезвреживания, подходящего для всех задач, не существует.

Каждый из методов имеет свои преимущества и недостатки, в соответствии с назначением предприятия, климатическими и геологическими условиями местности, составом бурового раствора и другими условиями.

И, несомненно, любой из выбранных способов утилизации, отвечающий условиям предприятия, сыграет свою положительную роль в снижении негативного воздействия буровых отходов (в зависимости от кода ФККО и класса опасности), на окружающую среду.