СПОСОБ ОЧИСТКИ ЖИДКИХ ОТХОДОВ БУРЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК C02F1/56 C02F11/14 B01D21/01 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к способам очистки жидких отходов бурения, и может быть использовано непосредственно на буровой или на специализированных полигонах при очистке и обезвреживании буровых сточных вод и отработанных буровых растворов.

Изобретение направлено на снижение объемов образующихся отходов бурения и снижение отрицательной экологической нагрузки на объекты природной среды при строительстве скважин.

Известен способ очистки и обезвреживания жидких отходов бурения, включающий их обработку флокулянтом - полиакриламидом (ПАА) и коагулянтом (сернокислый алюминий) в количестве 0,1 и 1,0 кг/м³ соответственно с последующим отделением взвешенных частиц путем отстаивания в течение 4-6 часов в шламовых амбарах. После отстаивания осветленные водные растворы повторно используют для приготовления буровых растворов или вывозят в специальные депонирующие скважины и закачивают в поглощающие горизонты для захоронения, а осадок вместе с буровым шламом захороняют в шламовом амбаре (см. "Временный регламент по охране окружающей среды при строительстве скважин", ОАО "ПермНИПИнефть", г.Пермь, 1992 г.).

Однако данный способ продолжителен во времени и не позволяет полностью очистить отработанные технологические жидкости как от взвешенных частиц, так и от органических соединений (остатков высокомолекулярных полимерных реагентов, содержащихся в отработанных буровых растворах), что впоследствии может привести к ферментативному разложению органических соединений, оставшихся в дисперсионной среде после ее очистки, и привести к потере стабильности буровых растворов, для приготовления которых используется осветленная часть жидких отходов бурения (буровых сточных вод или отработанного бурового раствора).

Кроме того, при длительном хранении в шламовом амбаре отработанных буровых растворов и буровых сточных вод может происходить ферментативное разложение остатков высокомолекулярных полимерных реагентов, что негативно сказывается на экологической обстановке в процессе строительства скважин.

Также известен способ очистки сточных вод от органических и неорганических соединений, который заключается в обработке сточных вод перекисью водорода в количестве 2,5-3,0 мг/мг загрязнения с предварительным снижением pH среды до 3-5 и обработкой очищаемой воды катализатором, в качестве которого используют соли железа, никеля, алюминия с последующим отстаиванием (см. Патент РФ N 648530, кл. C 02 C 5/02, от 1975 г.).

Недостатком известного способа является его недостаточная эффективность, а именно, высокий расход окисляющего агента (перекиси водорода), необходимость поддержания pH среды в пределах 3-5 при повышенной температуре, что приводит к созданию коррозионно-активной среды, а дополнительный ввод катализатора приводит к вторичному загрязнению очищенной воды и к длительности процесса.

Наиболее близким по технической сущности является способ очистки сточных вод от взвешенных частиц, включающий обработку флокулянтом с последующим центрифугированием и с дополнительной обработкой очищаемых вод в электрическом поле (см. Авт. свид. СССР N 1212980, кл. С 02 F 11/00; В 01 D 21/01, от 1986 г.).

Недостатками известного способа являются большие энергетические затраты, трудоемкость процесса и отсутствие стандартного оборудования для центрифугирования при одновременной электрообработке.

Кроме того, известный способ не обеспечивает полной очистки отходов бурения, в частности, от остатков органических соединений.

Целью настоящего изобретения является повышение степени очистки жидких отходов бурения от органических веществ при одновременном упрощении технологии.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе очистки жидких отходов бурения скважин, включающем обработку их флокулянтом и последующее центрифугирование, новым является то, что обработку отходов бурения флокулянтом осуществляют дважды, причем между этими двумя обработками отходы дополнительно обрабатывают продуктом взаимодействия пероксида водорода с веществом, выбранным из группы водорастворимых амино-, или боро-, или силикатсодержащих оксисоединений, с содержанием активного кислорода не менее 6,8% (далее именуемый Реагент).

Достижение поставленной цели обеспечивается благодаря следующему.

Благодаря тому, что химическая обработка отходов осуществляется в три этапа и в особой последовательности (флокулянт - Реагент - флокулянт), обеспечивается высокая степень очистки отходов как от органических соединений, так и от взвешенных частиц за счет предварительного осаждения взвешенных веществ, последующей окислительной деструкции высокомолекулярных соединений, комплексообразования образующихся неорганических веществ флокулянтом, что приводит к увеличению скорости оседания взвешенных частиц.

Концентрация флокулянта и Реагента для очистки от органических и неорганических примесей зависит от степени загрязнения технологической жидкости и определяется опытным путем. Так например, концентрация Реагента для очистки технологической жидкости составляет 0,1-1,0 мас.% в зависимости от степени загрязнения. А концентрация флокулянта для очистки технологической жидкости составляет 0,001-0,05 мас.% в зависимости от степени загрязнения.

Для полного удаления примесей после физико-химической обработки используют стандартные центрифуги, используемые для очистки буровых растворов от выбуренной породы в процессе бурения.

Предлагаемый способ очистки можно использовать либо для предварительной очистки дисперсионной среды, применяемой для приготовления технологической жидкости, либо после бурения для последующей очистки технологической жидкости перед ее утилизацией или повторным использованием.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом:
- берут технологическую жидкость, например, отработанный буровой раствор;
- обрабатывают его при интенсивном перемешивании флокулянтом - акриловым полимером, например, полиакриламидом марки Praestol2530 или ПАА марки Dk-Drill А-15;
- осаждают взвешенные вещества;
- добавляют к этой технологической жидкости Реагент;
- после перемешивания смесь вновь обрабатывают флокулянтом, концентрация которого зависит от содержания оставшихся примесей и продуктов реакции;
- далее удаляют все загрязняющие вещества с использованием механических средств, например, центрифугированием;
- очищенный продукт повторно используют, например, для приготовления буровых растворов.

Для испытания предлагаемого способа в лабораторных и промысловых условиях были использованы следующие вещества и оборудование:
- полиакриламид марки Praestol2530, выпускаемый предприятием "MSP" г. Пермь;
- полиакриламид марки Dk-Drill А-15;
- продукт взаимодействия пероксида водорода с веществом, выбранным из группы водорастворимых аминосодержащих оксисоединений, с содержанием активного кислорода не менее 6,8%, выпускается рядом химических предприятий России по ТУ МХП 6-15-143111-84; СТП 9-30-79; СТП 6-14-11-112-77;
продукт взаимодействия пероксида водорода с веществом, выбранным из группы водорастворимых боросодержащих оксисоединений, с содержанием активного кислорода не менее 6,8%, выпускается химическими предприятиями России по ТУ 6-15-1457-90; ТУ 6-02-1187-79;
продукт взаимодействия пероксида водорода с веществом, выбранным из группы водорастворимых силикатсодержащих оксисоединений, с содержанием активного кислорода не менее 6,8%, выпускается в России по ТУ 2381-011-048-31040-98;
- центрифуга типа MPW-340 (для лабораторных исследований);
- центрифуга фирмы "SWACO" (для промысловых условий).

Сущность заявляемого решения поясняется следующими примерами.

Пример 1 (в лабораторных условиях). В пробу буровых сточных вод в количестве 500 г при перемешивании ввели 0,001% флокулянта, в качестве которого использовали ПАА марки Praesto12530, затем - 0,3% Реагента, в качестве которого использовали продукт взаимодействия пероксида водорода с водорастворимым аминооксисоединением (карбамидом), с содержанием активного кислорода 16%, после перемешивания в течение 0,5 ч вновь добавили 0,001% того же флокулянта, пробу поместили в центрифугу.

Аналогичным образом проводили обработку проб буровых сточных вод и отработанных буровых растворов при различной концентрации флокулянта и при использовании различных видов Реагента.

Для оценки степени очистки отходов бурения от органических и неорганических примесей определяли в пробах содержание взвешенных частиц в мг/л и показатель ХПК (химическое потребление кислорода) в мг О/л до обработки и после обработки предлагаемым способом.

В таблице приведены результаты по влиянию концентраций флокулянта и Реагента на степень очистки отходов бурения.

По содержанию взвешенных частиц судили о степени очистки отходов бурения от неорганических веществ. По показателю ХПК, определяемому хроматным методом, судили о содержании в пробах органических соединений.

Анализ полученных данных показывает, что предлагаемый способ очистки позволяет повысить степень очистки жидких отходов бурения от органических и неорганических примесей практически на 96-100%.

Пример 2 (в промысловых условиях). Наибольший объем отработанных буровых растворов накапливается при строительстве скважин на северных месторождениях Пермского Прикамья, расположенных в зоне Верхнекамского месторождения калийных солей и прилегающей территории. Это связано с тем, что в процессе бурения под кондуктор, под техническую и эксплуатационную колонны существует необходимость полной замены одного состава бурового раствора на другой.

При бурении скважин через хемогенные отложения (интервал бурения под техническую колонну) используют соленасыщенный буровой раствор, обработанный крахмалом. После цементирования технической колонны, при бурении под эксплуатационную колонну до кровли продуктивного пласта, бурение ведут с промывкой минерализованной водой, а при вскрытии продуктивного пласта используют безглинистый буровой раствор, обработанный полисахаридными полимерами.

По традиционной технологии для приготовления безглинистого бурового раствора, обработанного полисахаридными полимерами, используют минерализованную воду или разбавленный до необходимой плотности соленасыщенный буровой раствор, обработанный крахмалом, после обработки этого бурового раствора флокулянтами и отстоя в шламовом амбаре.

Наличие остатков органических полимеров, в частности, крахмала, в минерализованной промывочной жидкости из шламового амбара, на основе которого готовили буровой раствор для вскрытия продуктивного пласта, приводило к снижению стабильности этого безглинистого бурового раствора в процессе бурения в результате ферментативного брожения органических соединений, которые остались в промывочной жидкости.

Внедрение заявляемого способа очистки отработанного бурового раствора от органических и неорганических примесей провели после окончания бурения скважины с промывкой безглинистым буровым раствором, обработанным комплексным крахмальным реагентом. Обработка проводилась непосредственно перед сбросом в котлован.

Технология его очистки предлагаемым способом включала последовательную обработку отработанного бурового раствора (ОБР) флокулянтом-полиакриламидом в количестве 0,005%, Реагентом в количестве 0,3%, в качестве которого использовали продукт взаимодействия пероксида водорода с водорастворимым аминооксисоединением (карбамидом) с содержанием активного кислорода 16%, и повторной обработкой флокулянтом в количестве 0,002% с последующим центрифугированием. После очистки ОБР заявляемым способом этот раствор был повторно использован после соответствующей обработки (а именно, путем введения комплексного крахмального реагента, метасиликата натрия, гидроксида натрия, сульфата алюминия) при бурении следующей скважины в кусте.

Проведенные лабораторные и промысловые испытания показали, что предлагаемый способ очистки отходов бурения при соблюдении всех указанных технологических операций позволит:
снизить объем отходов бурения, предназначенных для обезвреживания и захоронения в шламовом амбаре;
снизить степень загрязнения отходов;
сократить расход химических реагентов для приготовления бурового раствора за счет повторного использования;
улучшить экологическую обстановку в районе ведения буровых работ.

Использование: в области нефтегазодобычи для очистки и обезвреживания буровых сточных вод и буровых растворов. Сущность: перед центрифугированием обработку отходов бурения осуществляют дважды флокулянтом, причем между этими двумя обработками отходы дополнительно обрабатывают продуктом взаимодействия пероксида водорода с веществом, выбранным из группы водорастворимых амино-, или боро-, или силикатсодержащих оксисоединений, с содержанием активного кислорода не менее 6,8%. Способ обеспечивает повышение степени очистки жидких отходов бурения от органических веществ при одновременном упрощении технологии. 1 табл.

Способ очистки жидких отходов бурения скважин, включающий обработку их флокулянтом и последующее центрифугирование, отличающийся тем, что обработку отходов бурения флокулянтом осуществляют дважды, причем между этими двумя обработками отходы дополнительно обрабатывают продуктом взаимодействия пероксида водорода с веществом, выбранным из группы водорастворимых амино-, или боро-, или силикатсодержащих оксисоединений, с содержанием активного кислорода не менее 6,8%.