СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2002 года по МПК C09K7/02 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к области охраны окружающей среды при разработке нефтяных и газовых месторождений и предназначается для переработки промышленных отходов - отработанного бурового раствора и/или бурового шлама в искусственный почвогрунт.

Известно, что буровой раствор представляет собой дисперсную систему, состоящую из глинистых частиц и воды, стабилизированную различными полимерами, а буровой шлам представляет собой смесь частиц горной породы с буровым раствором. Материалы, используемые для приготовления буровых растворов (прежде всего баритовый утяжелитель), а также горные породы, выносимые на поверхность вместе с буровым раствором, содержат различные загрязняющие вещества (тяжелые металлы, различные соли). Причем объемы раствора и шлама в процессе строительства скважин в зависимости от конструкции могут составлять от нескольких сотен до тысяч метров кубических.

Известен способ утилизации бурового раствора и шлама после окончания строительства скважин путем захоронения их в земляных амбарах и полигонах (Санитарные правила 3138-84 "Порядок накопления, транспортировки, обезвреживания и захоронения токсических промышленных отходов", 24.12.1984 г.). При этом до захоронения буровой раствор и шлам должны быть обезврежены и доведены до консистенции пастообразного состояния.

Известен также способ очистки шлама от нефтяного и радиоактивного загрязнения путем обработки неполярным растворителем, при этом растворитель отделяют, а шлам последовательно обрабатывают 20% водным раствором кальцинированной соды и 10% водным раствором хлористого аммония (Патент РФ 2065776, В 03 В 9/02, 1996 г.)
Данный способ, как и вышеописанный, не предусматривают переработку бурового раствора и шлама в искусственный почвогрунт, т.е. не предусматривает биологическую рекультивацию.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки промышленных отходов, образующихся, в частности, при обогащении апатитонефелиновых руд. Указанный способ предусматривает введение торфа для покрытия хвостохранилищ (места, где складируются отходы, так называемые нефелиновые пески) слоем торфа и последующее внесение минеральных фосфорных и азотных удобрений. (Тезисы доклада конференции Академии наук СССР "Рекультивация земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых". Орджоникидзе, 1977, с. 244-245).

Данный способ позволяет в короткий срок закрепить поверхность хвостохранилищ и создать условия для последующего применения их в сельском хозяйстве.

Однако данный способ ограничен возможностями использования и не может быть применен для переработки отработанного бурового раствора на водной основе и шлама, что обусловлено специфическими физико-химическими характеристиками указанных отходов.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа, обеспечивающего возможность переработки отработанного бурового раствора на водной основе и/или шлама в искусственный почвогрунт.

Поставленная задача решается предлагаемым способом переработки промышленных отходов в искусственный почвогрунт путем введения торфа и фосфоросодержащих минеральных удобрений, в котором, согласно изобретению, при переработке промышленных отходов - отработанного бурового раствора на водной основе и/или шлама используют модифицированный торф моховой группы с водопоглащающей способностью не менее 600 мас.% и дополнительно вводят в смесь безводную окись кальция в количестве, обеспечивающем получение рН водной вытяжки искусственного почвогрунта в пределах 6,2-6,8, причем фосфоросодержащие минеральные удобрения вводят не ранее 2-3 суток после введения безводной окиси кальция, а также тем, что:
- модифицированный торф моховой группы получают путем вымораживания торфа с последующей сушкой в потоке нейтральных газов при температуре 50-60^oС;
- используют заранее приготовленную смесь модифицированного торфа моховой группы с безводной окисью кальция.

Сущность способа поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема переработки отработанного бурового раствора и/или шлама в искусственный почвогрунт. Схема переработки включает вибросито 1, шаровую мельницу 2, первый 3 и второй 4 смесители.

Способ осуществляют следующим образом.

Накопление и транспортировку бурового раствора и шлама к месту переработки с буровых установок и буровых платформ осуществляют в специальных контейнерах. Из каждой партии поступающего на переработку бурового раствора и/или шлама отбирают пробы для определения содержания нефтепродуктов, тяжелых и других металлов, а также определяют показатели, характеризующие радиоактивность и кислотность среды (величину рН).

Затем буровой шлам через вибросито 1 и шаровую мельницу 2 поступает в первый смеситель 3, сюда же подают отработанный буровой раствор.

Способ предусматривает как совместную переработку отработанного бурового раствора и шлама, так и раздельную.

В смеситель 3 поступает также торф моховой группы, например торф Палевского месторождения. Для увеличения водопоглощающей способности торфа его подвергают специальной обработке: вымораживают в расстиле (слое) и сушат в противотоке нейтральных газов, таких как продукты горения дизельного топлива и/или керосина (нефтепродуктов), выхлопные газы при температуре 50-60^oС. Количество подаваемого в смеситель 3 торфа определяют исходя из получения рассыпчатой массы (грунта). Имея кислую среду, торф нейтрализует щелочные компоненты бурового раствора и поглощает воду до 10 литров на 1 кг. При этом гуминовые кислоты торфа образуют соли (гуматы). Гуматы одновалентных катионов (натрий, калий) являются стимуляторами для развития почвенной биоты и высших растений. Гуматы поливалентных металлов являются основой гумуса (плодородной составляющей почв). Гуминовые кислоты и лигнин торфа образуют хелатные соединения с катионами из группы тяжелых металлов и радионуклидов, практически не растворимых в воде и поэтому не усваиваемых растениями. Для того чтобы сбалансировать сыпучую массу по кислотности, в смеситель 3 вводят безводную окись кальция в количестве, обеспечивающем получение рН водной вытяжки полученного искусственного почвогрунта в пределах 6,2-6,8.

В смеситель вместо раздельной подачи подготовленного торфа и безводной окиси кальция можно подавать торфяной субстрат, представляющий собой смесь подготовленного торфа и безводной окиси кальция, взятых в соотношении, обеспечивающем получение рН водной вытяжки получаемого искусственного почвогрунта в пределах 6,2-6,8. Отвержденный буровой раствор поступает в смеситель 4, куда подают фосфоросодержащие минеральные удобрения, такие как нитрофоска, нитроаммофоска, аммофос и т.п. в количестве, обеспечивающем необходимый баланс питательных элементов в искусственном почвогрунте (азот, фосфор, калий), причем фосфоросодержащие минеральные удобрения вводят не ранее 2-3 суток после введения безводной окиси кальция. По окончании переработки бурового раствора и шлама в искусственный грунт отбирают среднюю пробу в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84. Проводят повторные анализы по вышеуказанным показателям.

Содержание тяжелых металлов в готовом искусственном грунте до вывоза его в поле не должно превышать предельно допустимую концентрацию (ПДК) для почв или ориентировочно допустимые количества (ОДК) для почв (см. Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно допустимых количеств (ОДК) химических веществ в почве. Госсанэпиднадзор РФ, 1993 г., а также данные, приведенные в табл. 3), величина рН водной вытяжки должна быть в пределах 6,2-6,8, радиоактивность в пределах ПДК (370 Бк/кг), содержание нефтепродуктов в водной вытяжке не должно превышать ПДК для воды водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения (0,3 мг/л).

Полученный готовый искусственный почвогрунт рассредоточивают на рельефе и запахивают с основным грунтом в соотношении как минимум 1:3.

Ниже приведен пример осуществления способа, иллюстрирующий процесс совместной переработки отработанного бурового раствора и шлама. Технология переработки одного отработанного бурового раствора или только одного шлама аналогична приведенной в нижеследующем примере.

Пример.

Переработке в искусственный почвогрунт подлежит буровой раствор, имеющий следующий состав(% об.):
бентонит - 5%, барит - 20%, биополимер, например карбоксиметилцеллюлоза - 1%, акриловый полимер - 0,5%, вода морская - до 100%.

Характеристика баритового утяжелителя компании "М-1 Drilling Fluids International", используемого для приготовления бурового раствора, представлена в табл. 1.

Шлам, подлежащий переработке, имеет следующий состав (% об.): выбуренная порода (глинистые минералы, песчаник) - 90%, буровой раствор - 10%.

В качестве реагентов для переработки бурового раствора и шлама в искусственный почвогрунт используют специально подготовленный торф Палевского месторождения со следующими характеристиками:
Водоудерживающая способность, % - 630
Истинный удельный вес, кг/м³ - 1230
Объемный вес, кг/м³ - 230
Водорастворимый алюминий, мг/100 г - 84
Обменный кальций, мг/100 г - 250
Способность к замещению ионов, мгэкв/100 г - 134
Способность к замещению катионов, мгэкв/100 г - 91
рН водной вытяжки (1:10) - 3,9
Содержание гуминовых кислот, % - 25,1
Лигнин - 37,0
MnO, % - 0,196
As₂O₅, % - 0,0029
ZnO, % - 0,0014
PbO, % - 0,0008
CuO, % - 0,0003
CdO₃, % - 0,0001
Cr₂O₃, % - 0,0004
HgO, % - Отсутствует
Известь Палевского месторождения имеет характеристики, приведенные в табл. 2.

А также фосфоросодержащие удобрения (аммофос) с содержанием фосфора 17%.

Для получения искусственного почвогрунта на 1 м³ бурового раствора по вышеуказанной технологии вводят 200 кг торфа, 3 кг безводной извести, 2 кг удобрения. На 1 м³ бурового шлама вводят 100 кг торфа, 1,5 кг безводной извести, 2 кг удобрения.

В результате получают искусственный почвогрунт с характеристиками (содержание элементов в мг/кг почвы), приведенными в табл.3.

Как видно из представленных данных, содержание токсичных металлов в готовом почвогрунте находится в пределах ПДК или ОДК.

Данные по коэффициенту концентрации загрязнения почвы (ГОСТ 17.4.3.06-86) тяжелыми металлами
Н_с=С/С_ПДК,
где С - содержание загрязняющего вещества;
С_пдк - содержание предельно допустимых количеств загрязняющих веществ,
приведены в табл.4.

Как видно из табл.4, коэффициент концентрации загрязнения полученного почвогрунта ниже единицы для всех тяжелых элементов.

Содержание радионуклидов и нефтепродуктов не превышает ПДК.

В соответствии с ГОСТ 17.4.3.06-86 такие почвы относятся к третьему классу - слабозагрязненные.

По показателям уровней загрязнения химическими веществами такие земли относятся к 1 уровню (допустимой) (см. "Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами", утверждено Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ 18.11.93).

Содержание питательных элементов в полученном почвогрунте приведено в табл.5.

Как видно из представленных данных, обеспеченность полученного почвогрунта основными питательными элементами очень высокая. Однако, как было уже отмечено выше, искусственный почвогрунт будет запахиваться с основным грунтом как минимум в соотношении 1:3.

Способ относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к области охраны окружающей среды при разработке нефтяных и газовых месторождений, и предназначается для переработки отработанного бурового раствора и/или бурового шлама в искусственный почвогрунт. Техническим результатом является обеспечение возможности переработки отработанного бурового раствора и/или шлама в искусственный почвогрунт. В способе переработки промышленных отходов в искусственный почвогрунт путем введения торфа и фосфоросодержащих минеральных удобрений при переработке промышленных отходов - отработанного бурового раствора на водной основе и/или шлама используют модифицированный торф моховой группы с водопоглощающей способностью не менее 600 маc.% и дополнительно вводят в смесь безводную окись кальция в количестве, обеспечивающем получение рН водной вытяжки полученного искуственного почвогрунта в пределах 6,2-6,8, причем фосфоросодержащие минеральные удобрения вводят не ранее 2-3 сут после введения безводной окиси кальция. Причем модифицированный торф моховой группы получают путем вымораживания торфа с последующей сушкой в потоке нейтральных газов при температуре 50-60^oС, а также используют заранее приготовленную смесь модифицированного торфа моховой группы с безводной окисью кальция. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 5 табл.

1. Способ переработки промышленных отходов в искусственный почвогрунт путем введения торфа и фосфоросодержащих минеральных удобрений, отличающийся тем, что при переработке промышленных отходов - отработанного бурового раствора на водной основе и/или шлама используют модифицированный торф моховой группы с водопоглощающей способностью не менее 600 маc.% и дополнительно вводят в смесь безводную окись кальция в количестве, обеспечивающем получение рН водной вытяжки полученного искусственного почвогрунта в пределах 6,2-6,8, причем фосфорсодержащие минеральные удобрения вводят не ранее 2-3 сут после введения безводной окиси кальция. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что модифицированный торф моховой группы получают путем вымораживания торфа с последующей сушкой в потоке нейтральных газов при температуре 50-60^oС. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют заранее приготовленную смесь модифицированного торфа моховой группы с безводной окисью кальция.