СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ СТРОИТЕЛЬСТВА ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК И СКВАЖИН Российский патент 2010 года по МПК B09B3/00 B28C5/00 C04B26/26 C04B111/20 

Заявляемое изобретение «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин» относится к способам переработки и утилизации отходов горных выработок и скважин и может найти применение в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, а именно при строительстве дорог и обустройстве кустовых площадок.

Известен способ ликвидации земляного амбара - накопителя отходов бурения, по которому снимают плодородный слой почвы, накапливают отходы в земляном амбаре, территорию буровой площадки покрывают слоем гравия, в котловане возводят противофильтрационный глинистый экран, осветленную жидкую фазу отходов равномерно распыляют над буровой площадкой до возврата плодородного слоя почвы, отверждают загущенную фазу отходов и на верхний твердый слой наносят непроницаемый экран, перед засыпкой загущенной фазы грунтом на экран наносят дренажное покрытие (см. Патент на изобретение РФ №2123574, кл. Е21В 21/06, С09К 7/02, 1998).

Недостатком способа является трудность обеспечения герметичности котлована и существующая опасность попадания загрязняющих веществ в окружающую среду (в гидросферу).

Известен также способ утилизации бурового шлама, включающий отверждение отработанного бурового раствора (ОБР), реализуемое с помощью специальных составов или добавок (см. Булатов А.И. и др. «Актуальные проблемы охраны окружающей среды при бурении скважин». Нефтяное хозяйство, 1988, №6, с.5-8).

Обезвреживающий эффект достигается за счет превращения ОБР или бурового шлама (БШ) в инертную консолидированную массу, в структуре которой связываются основные загрязнители. Недостатком известного способа является высокая себестоимость и невостребованность в районах бурения.

Данный недостаток обусловлен тем, что компоненты удобрений и питательных биогенных элементов являются дорогими составляющими, кроме того, доставка их к месту производства требует больших транспортных расходов, а полученный строительный материал с компонентами удобрений и питательными биогенными элементами не всегда приемлем в районах складирования бурового шлама, кроме того, наличие компонентов удобрений и питательных биогенных элементов способствует прорастанию попавших в строительный материал семян и разрушению созданных из этого материала дорог, фундаментов, откосов и т.д.

Известен также принятый за прототип способ утилизации отходов бурения (см. патент на изобретение РФ №2242493, МПК 7 С09К 7/02, С04В 33/00, опубликовано: 2004.12.20), включающий перемешивание отходов бурения с суглинком, термическую обработку полученной сырьевой смеси, когда в качестве отходов бурения используют твердую фазу от разделения на жидкую и твердую фазы бурового шлама и отработанного бурового раствора при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанная твердая фаза 30-60, суглинок 40-70, причем термическую обработку осуществляют во вращающейся барабанной печи при температуре не более 1100°С, а перед указанной термической обработкой осуществляют грануляцию сырьевой смеси, при этом жидкую фазу используют повторно для приготовления бурового раствора, для указанной термической обработки используют попутный нефтяной газ, на выходе вращающейся барабанной печи улавливают пылегазовую смесь, из пылегазовой смеси выделяют пыль, последнюю дополнительно вводят в сырьевую смесь.

Недостатком известного способа является высокая себестоимость.

Данный недостаток обусловлен тем, что термическая обработка требует соответствующего оборудования, кроме того, использование твердой фазы от разделения на жидкую и твердую фазы бурового шлама и отработанного бурового раствора требует дополнительного оборудования и дополнительных рабочих ресурсов, которые не всегда присутствуют в районах горных выработок и бурения скважин.

Техническим результатом заявляемого изобретения «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин» является снижение себестоимости получения дешевого инертного строительного материала, сбалансированного по составу из отходов, загрязняющих окружающую среду, содержащего минеральные компоненты, которые удобно применять, хранить, а также возможно транспортировать на различные расстояния.

Поставленный технический результат достигается тем, что известный «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин», согласно изобретения, характеризуется тем, что образующиеся в результате производства буровых работ указанные отходы - выбуренную породу - шлам, отработанный технологический раствор и сточные буровые воды смешивают в течение 3-5 минут с добавками - местным строительным материалом - суглинком или песком, дополнительно с осушителем - торфом или минеральной ватой и/или шлаковатой, и/или волокнами целлюлозы, и/или силикагелем, и/или пеноизолом, формирователем структуры - карбоксиметилцеллюлозой КМЦ и/или поливинилацетатом ПВА, ускорителем - техническим хлористым кальцием и/или натрием, полученную смесь в течение 5-10 мин смешивают с отвердителем - цементом и/или битумом до получения пластично-вязкой однородной массы, осуществляют формовку и формирование прочной структуры с получением строительной продукции, причем смешивают указанные отходы с добавками и полученную смесь с отвердителем в смесителе, а указанную формовку осуществляют на линии формовки.

Пеноизол представляет собой карбамидно-формальдегидный пенопласт по ТУ 2254-001-33000727-2000.

Между отличительными признаками и достигнутым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.

Утилизация производственно-технологических отходов строительства горных выработок и скважин, а именно образующихся в результате производства буровых работ утилизация выбуренной породы-шлама, отработанного технологического раствора и сточных буровых вод, а также дальнейшее смешение их в смесителе в течение 3-5 минут с добавками - местным строительным материалом - суглинком или песком, дополнительно с осушителем - торфом и/или минеральной ватой, и/или шлаковатой, и/или волокнами целлюлозы, и/или силикагелем, и/или пеноизолом, формирователем структуры - карбоксиметилцеллюлозой КМЦ и/или поливинилацетатом ПВА, ускорителем - техническим хлористым кальцием и/или натрием, с дальнейшим смешиванием полученной смеси в течение 5-10 мин с отвердителем - цементом и/или битумом до получения пластично-вязкой однородной массы позволяет быстро получить дешевый строительный материал и, одновременно, очистить от производственно-технологических отходов строительства горных выработок и скважин окружающую среду. Совокупность дешевых составляющих компонентов: добавок, таких как местный строительный материал - суглинок или песок, осушитель - торф и/или минеральная вата, и/или шлаковата, и/или волокна целлюлозы, и/или силикагель, и/или пеноизол, формирователь структуры - карбоксиметилцеллюлоза КМЦ и/или поливинилацетат ПВА, ускоритель - технический хлористый кальций и/или натрий обеспечивает получение дешевого инертного строительного материала, сбалансированного по составу из отходов, загрязняющих окружающую среду. Дальнейшее перемешивание полученной композиции с отвердителем, в качестве которого используют цемент и/или битум, в течение 5-10 минут до получения визуально определяемой пластично-вязкой однородной массы и последующая подача ее на линию формовки обеспечивают быстрое при реализации заявляемого способа получение дешевого инертного строительного материала, сбалансированного по составу из отходов, загрязняющих окружающую среду, т.е. дешевое безотходное производство строительной продукции в виде кирпичей, гранул, блоков и т.д., которые удобно применять, хранить, транспортировать. Следует также учесть, что использование в качестве осушителя минеральной ваты, и/или шлаковаты, и/или волокон целлюлозы, и/или силикагеля, и/или пеноизола позволяет не только капсулизировать и устранить текучесть полученного при реализации способа материала, но и превращать буровой шлам в инертный композиционный материал, связывающий в своей структуре загрязняющие вещества, исключающий их миграцию в окружающую природную среду. Использование формирователя прочностной структуры, в качестве которого применяют карбоксиметилцеллюлозу КМЦ и/или поливинилацетат ПВА, повышает качество и прочность полученного строительного материала, кроме того, применение в качестве ускорителя, соответственно, технического хлористого кальция и/или натрия, а в качестве формирователя прочностной структуры карбоксиметилцеллюлозы КМЦ и/или поливинилацетата ПВА, также снижает загрязнение окружающей среды и одновременно себестоимость полученного заявляемым способом материала, поскольку упомянутые компоненты завозят в начальный период бурения скважины в значительном количестве, и чаще всего небольшие остатки этих составляющих остаются после окончания бурения невостребованными и идут в отбросы, загрязняя окружающую среду, а использование их в заявляемом способе ускоряет процесс формирования полученной смеси, облегчает ее перемешивание до однородной массы, и, кроме того, исключается нанесение урона окружающей среде. Использование отвердителя, в качестве которого применяют не только цемент, как в объекте-прототипе, а цемент и/или дополнительно битум, значительно сокращает процесс производства по времени, что в значительной степени снижает себестоимость заявляемого способа в отличие от объекта-прототипа.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного способа утилизации отходов строительства горных выработок и скважин. По имеющимся у заявителя сведениям совокупность существенных признаков заявляемого изобретения «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин» не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна". Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемом способе утилизации отходов строительства горных выработок и скважин, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин» соответствует критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа утилизации отходов строительства горных выработок и скважин. Результаты поиска показали, что заявленный способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин» соответствует критерию "изобретательский уровень".

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа утилизации отходов строительства горных выработок и скважин совокупности условий в том виде, как заявляемый способ охарактеризован в формуле изобретения, т.е. подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке примеров. Средства, воплощающие заявленный способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин при его осуществлении, способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно производства строительного материала при утилизации отходов горных выработок и/или бурения, следовательно, заявленное изобретение «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин» соответствует условию "промышленная применимость".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин», может быть многократно использована в технологически нетрудоемком производстве строительных материалов с получением технического результата, заключающегося в получении дешевого инертного строительного материала, сбалансированного по составу из отходов, загрязняющих окружающую среду, содержащего минеральные и органические компоненты, которые удобно применять, хранить, а также возможно транспортировать на различные расстояния.

Сущность заявляемого изобретения «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин» поясняется примерами конкретного выполнения.

ПРИМЕР 1. Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин, основанный на утилизации отходов, образующихся в результате производства буровых работ, осуществляли следующим образом. Производственно-технологические отходы, в частности выбуренную породу - шлам, отработанный технологический раствор и сточные буровые воды, образующиеся в результате производства буровых работ, утилизировали в полном объеме без разделения на составные части. Выбуренной породой - шламом, отработанными технологическими растворами и сточными буровыми водами, образующимися в результате производства буровых работ, заполняли смеситель, в который также засыпали наполнитель, как то: добавки, в качестве которых применяли местные строительные материалы, в частности песок; ускоритель, в качестве которого применяли технический хлористый кальций; осушитель, в качестве которого применяли, в композиционном составе, смесь торфа и волокна целлюлозы, формирователи структуры, в качестве которых применяли поливинилацетат ПВА, и все смешивали в течение 4-х минут. Затем в полученную смесь засыпали отвердитель, в качестве которого использовали цемент и битум, и в течение 8 минут смешивали компоненты отвердителя с предварительно полученной смесью. В результате получали пластично-вязкую однородную массу, однородность определяли визуально. После этого производили формовку и формирование прочностной структуры с получением строительной продукции, для чего полученную пластично-вязкую однородную массу подавали из смесителя на линию формовки для производства, в частности, строительных блоков.

ПРИМЕР 2. Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин, основанный на утилизации отходов, образующихся в результате производства буровых работ, осуществляли следующим образом. Выбуренной породой-шламом, отработанным технологическим раствором и сточными буровыми водами заполняли смеситель, в который также засыпали добавки - местный строительный материал, в частности суглинок; ускоритель, в качестве которого применяли технический хлористый натрий; осушитель, в качестве которого применяли в композиционном составе смесь минеральной ваты и силикагеля, формирователи структуры, в качестве которых применяли карбоксиметилцеллюлозу КМЦ, и все смешивали в течение 4-х минут. После этого в полученную смесь засыпали отвердитель, в качестве которого использовали цемент, и в течение 8 минут смешивали компоненты отвердителя с предварительно полученной смесью. В результате получали пластично-вязкую однородную массу, однородность определяли визуально. После этого производили формовку и формирование прочностной структуры с получением строительной продукции, для чего полученную пластично-вязкую однородную массу подавали из смесителя на линию формовки для производства, в частности, строительных блоков.

ПРИМЕР 3. Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин, основанный на утилизации отходов, образующихся в результате производства буровых работ, осуществляли следующим образом. Выбуренной породой - шламом, отработанными технологическими растворами и сточными буровыми водами, образующимися в результате производства буровых работ, заполняли смеситель, в который также засыпали добавки - местный строительный материал, в частности песок; ускоритель, в качестве которого применяли технический хлористый натрий; осушитель, в качестве которого применяли в композиционном составе смесь шлаковаты и карбамидного пеноизола, формирователи структуры, в качестве которых применяли смесь карбоксиметилцеллюлозы КМЦ и поливинилацетата ПВА, и все смешивали в течение 4-х минут. После этого в полученную композиционную смесь засыпали отвердитель, в качестве которого использовали битум, и в течение 8 минут перемешивали компоненты отвердителя с предварительно полученной смесью. В результате получали пластично-вязкую однородную массу, однородность определяли визуально. После этого производили формовку и формирование прочностной структуры с получением строительной продукции, для чего полученную пластично-вязкую однородную массу пропускали через формовочную насадку смесителя для производства гранул.

Технологический процесс смешения и формовки, приведенный в примерах конкретного выполнения способа утилизации отходов строительства горных выработок и скважин, выполняли с использованием специализированной установки, в состав которой входит двухвальный смеситель "Крок-30" (изготовитель АОЗТ Завод «Красный Октябрь» г.Харьков) с формовочной насадкой на выходном отверстии смесителя с отверстиями диаметром 25 мм.

Использование предложенного изобретения «Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин» позволяет получить дешевый инертный строительный материал, сбалансированный по составу из отходов, загрязняющих окружающую среду, содержащий дешевые минеральные компоненты, которые удобно применять при строительстве дорог и обустройстве кустовых площадок, хранить, а также транспортировать на различные расстояния.

Изобретение относится к способам переработки и утилизации отходов горных выработок и скважин и может найти применение в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, при строительстве дорог и обустройстве кустовых площадок. В способе утилизации отходов строительства горных выработок и скважин отходы, образующиеся в результате производства буровых работ, - выбуренную породу-шлам, отработанный технологический раствор и сточные буровые воды смешивают в течение 3-5 минут с добавками - местным строительным материалом - суглинком или песком, осушителем - торфом, минеральной ватой, шлаковатой, волокнами целлюлозы, силикагелем, пеноизолом, формирователем структуры - КМЦ и/или ПВА, ускорителем - техническим хлористым кальцием и/или натрием. Полученную смесь в течение 5-10 мин смешивают с отвердителем - цементом и/или битумом до получения пластично-вязкой однородной массы, осуществляют формовку и формирование прочной структуры с получением строительной продукции. Технический результат - получение строительного материала из отходов с исключением миграции веществ, загрязняющих окружающую среду, удобство транспортировки этого материала, его хранения и применения. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ утилизации отходов строительства горных выработок и скважин, характеризующийся тем, что образующиеся в результате производства буровых работ указанные отходы - выбуренную породу - шлам, отработанный технологический раствор и сточные буровые воды смешивают в течение 3-5 мин с добавками - местным строительным материалом - суглинком или песком, осушителем - торфом и/или минеральной ватой, и/или шлаковатой, и/или волокнами целлюлозы, и/или силикагелем, и/или пеноизолом, формирователем структуры - карбоксиметилцеллюлозой КМЦ и/или поливинилацетатом ПВА, ускорителем - техническим хлористым кальцием и/или натрием, полученную смесь в течение 5-10 мин смешивают с отвердителем - цементом и/или битумом, до получения пластично-вязкой однородной массы, осуществляют формовку и формирование прочной структуры с получением строительной продукции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешивают указанные отходы с добавками и полученную смесь с отвердителем в смесителе, а указанную формовку осуществляют на линии формовки.