СПОСОБ ЗАХОРОНЕНИЯ БУРОВЫХ ОТХОДОВ В ТРАНШЕЙНОМ РЕЗЕРВУАРЕ Российский патент 2016 года по МПК B09B1/00 

Предлагаемое техническое решение относится к горному делу и может быть использовано при захоронении отходов бурения в подземных резервуарах траншейного типа, создаваемых в многолетнемерзлых и талых породах.

Известен способ захоронения на полигонах, включающий рытье котлована в водонепроницаемых породах или создание гидроизоляционной оболочки на дне и стенках котлована из глинистых пород, размещение в котловане твердой фазы отходов и обезвоживание жидкой фазы путем сжигания в печах с последующим размещением в котловане твердых продуктов сгорания [1].

Недостаток данного способа заключается в больших затратах при сжигании жидкой фазы буровых отходов, связанных с приобретением установки по сжиганию и больших расходах топлива.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ ликвидации земляного амбара-накопителя отходов бурения, включающий обозначение границ и плановой конфигурации земельного отвода, снятие плодородного слоя почвы с территории земельного отвода и складирование ее во временные отвалы на период строительства скважины, отрывку котлована, монтаж бурового оборудования, сооружение земляного амбара, бурение скважины, накопление отходов бурения в земляном амбаре, расслоение отходов бурения на загущенную и осветленную фазы, удаление из амбара осветленной жидкой фазы, покрытие территории буровой площадки слоем гравия, возведение в котловане противофильтрационного глинистого экрана, обезвреживание жидкой фазы буровых отходов путем ее распыления с помощью дождевальных установок равномерно над гравийной отсыпкой буровой площадки в границах рекультивируемого земельного отвода для ее испарения, отверждение консолидирующим материалом загущенной фазы отходов бурения с образованием верхнего твердого слоя, нанесение на твердый слой непроницаемого экрана и дренажного покрытия на непроницаемый экран, засыпку оставшейся в амбаре загущенной фазы минеральным грунтом, демонтаж и эвакуацию бурового оборудования, возврат из мест временного хранения и нанесение плодородного слоя почвы на рекультивируемый земельный отвод [2].

Недостаток данного способа заключается в больших затратах при сгущении отходов бурения путем распыления жидкой фазы над гравийным дренажным покрытием и опасность загрязнения жидкими отходами грунтовых вод при фильтрации через дренажное покрытие.

Решаемая задача заключается в повышении эффективности захоронения буровых отходов за счет размещения твердых и жидких отходов бурения в траншейном резервуаре с созданием противофильтрационного экрана и обезвреживания жидкой фазы отходов бурения смешиванием ее с глинистыми породами, в результате чего происходит физическое связывание жидких отходов в глинистых породах с потерей подвижности жидкой фазы и исключается попадание поверхностных вод в траншейный резервуар.

В результате решения этой задачи обеспечивается:

- Возможность захоронения жидкой фазы буровых отходов, составляющей 60-70% от общего объема отходов, образующихся при бурении газовых и нефтяных скважин, в результате перевода ее в физически связанное состояние.

- Снижение затрат на обезвреживание жидкой фазы отходов бурения, благодаря использованию местных глинистых пород или глинистых пород, извлекаемых при строительстве траншейного резервуара.

- Уменьшение экологического воздействия на окружающую среду, так как жидкая фаза отходов физически связывается глинистыми частицами и теряет свою подвижность, размещается в непроницаемых породах ниже уровня земной поверхности, исключаются экологически опасные процессы сжигания, загрязняющие воздушную среду, или закачки жидкой фазы в поглощающую скважину, что загрязняет подземные воды.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в способе захоронения отходов бурения, включающем проходку траншеи, создание в траншее противофильтрационного экрана, накопление отходов бурения в траншее, обезвреживание жидких буровых отходов и засыпку отходов бурения в траншее минеральным грунтом, согласно предлагаемому способу нижнюю часть траншеи для размещения отходов бурения создают в непроницаемых грунтах с коэффициентом фильтрации не более 10^-5 см/с или создают противофильтрационный экран на дне и стенках траншеи в интервале размещения отходов бурения, обезвреживание жидких буровых отходов производят смешиванием с разрыхленным глинистым грунтом, а противофильтрационный экран создают в траншейном резервуаре на поверхности глинистого грунта, смешенного с жидкими буровыми отходами.

Отличием данного способа является также то, что обезвреживание жидких буровых отходов производят смешиванием с глинистым грунтом путем размещения разрыхленного глинистого грунта в траншейном резервуаре с последующей заливкой его жидкими буровыми отходами.

Отличием данного способа является также то, что обезвреживание жидких буровых отходов производят смешиванием с глинистым грунтом путем засыпки жидких буровых отходов в траншее разрыхленным глинистым грунтом с формированием на поверхности несущего слоя с влажностью, не превышающей ее значения на границе текучести глинистых грунтов.

Создание нижней части траншеи для размещения отходов бурения в непроницаемых грунтах с коэффициентом фильтрации не более 10^-5 см/с или создание противофильтрационного экрана на дне и стенках траншеи в интервале размещения отходов бурения, согласно СНиП 2.01.28-85, обеспечивает надежную гидроизоляцию при захоронении отходов 4-го класса опасности, к которым, как правило, относятся отходы бурения нефтяных и газовых скважин.

Обезвреживание жидких буровых отходов смешиванием с разрыхленным глинистым грунтом предотвращает миграцию жидких буровых отходов и загрязнение окружающей среды за счет перевода воды в физически связанное состояние.

Создание противофильтрационного экрана в траншейном резервуаре на поверхности глинистого грунта, смешенного с жидкими буровыми отходами, позволяет предотвратить попадание поверхностных вод в траншейный резервуар и возможность загрязнения окружающей среды при подъеме уровня жидких буровых отходов.

Обезвреживание жидких буровых отходов смешиванием с глинистым грунтом путем размещения разрыхленного глинистого грунта в траншейном резервуаре с последующей заливкой его жидкими буровыми отходами позволяет сократить площади для складирования глинистых пород благодаря их размещению во внутреннем отвале внутри траншеи, что снижает затраты и воздействие горных работ на окружающую среду.

Обезвреживание жидких буровых отходов смешиванием с глинистым грунтом путем засыпки жидких буровых отходов в траншее разрыхленным глинистым грунтом с формированием на поверхности несущего слоя с влажностью, не превышающей ее значения на границе текучести глинистых грунтов, позволяет совместить процессы накопления жидких буровых отходов в траншейном резервуаре и их обезвреживания путем засыпки рыхлыми глинистыми породами, что сокращает затраты времени на обращение с отходами бурения.

Обезвреживание жидких буровых отходов смешиванием с глинистым грунтом, обезвоженном в сушильном барабане, позволяет сократить количество глинистых пород, необходимых для физического связывания воды, что может быть эффективным при ограниченных запасах глинистых пород в районе захоронения отходов бурения.

Таким образом, совокупность вышеперечисленных признаков обеспечивает решение задачи повышения эффективности захоронения буровых отходов за счет возможности совместного размещения в траншейном резервуаре твердых и жидких буровых отходов, физически связанных глинистыми породами.

Способ подземного захоронения буровых отходов осуществляется следующим образом.

Производят бурение изыскательских скважин с отбором керна и исследованием фильтрационных свойств осадочных пород для выбора места заложения котлована. Проводят исследования по определению запасов глинистого грунта и его исходной влажности для получения физически связанных жидких отходов бурения в результате набухания и размокания глинистого грунта. В зависимости от мощности, глубины залегания глинистых пород и количества подлежащих захоронению твердых и жидких отходов бурения выбирают глубину заложения и размеры траншейного резервуара. Размеры траншеи должны быть такими, чтобы размещаемые в ней отходы бурения, включая смешиваемые с глинистым грунтом жидкие отходы, находились в интервале залегания глинистых пород с коэффициентом фильтрации не более 10^-5 см/с. Рытье траншеи ведут с раздельным складированием в отвалы плодородного слоя почвы, песчаного и глинистого грунта. После этого производят накопление в котловане твердых отходов бурения, завозимых от буровых установок автотранспортом. Жидкие отходы бурения, доставляемые от буровых установок в автоцистернах, в специальных установках смешивают с глинистым грунтом, доставляемым из временного отвала, и также размещают в траншее. Разработку и доставку глинистого грунта из отвала производят автопогрузчиком или экскаватором с использованием автотранспорта. В качестве установки для смешивания жидких отходов с глинистым грунтом может быть использована установка для перемешивания и выдачи раствора, например УБ-342, или автомиксер. Полученную смесь с помощью ленточного или винтового транспортера укладывают в траншее. После заполнения траншеи на заданную высоту, принятую с учетом залегания пород с коэффициентом фильтрации не более 10^-5 см/с, на поверхности глинистого грунта создают противофильтрационный экран, например в виде замка из глинистых пород или полиэтиленовой пленки. Выше экрана размещают оставшийся после проходки траншеи грунт и плодородный слой.

Смешивание жидких отходов и глинистых грунтов можно производить и непосредственно в траншее. В этом случае жидкие отходы бурения доставляют от буровых установок в автоцистернах, сливают в траншею и засыпают глинистым грунтом с помощью стакера - отвалообразователя до уровня, превышающего уровень жидких отходов бурения. В траншее происходит набухание глинистого грунта и связывание жидких отходов глинистыми частицами. Количество смешиваемого с жидкими отходами глинистого грунта определяется в лаборатории и зависит от содержания глинистых частиц в грунте и его влажности.

Обезвреживание жидких отходов может производиться также размещением в траншее разрыхленного глинистого грунта, который заливается жидкими отходами. Этот вариант может быть эффективным при больших объемах и протяженности траншеи, когда в части траншеи, предназначенной для размещения отходов бурения первой очереди, создают внутренний отвал для глинистых грунтов, разрабатываемых при создании части траншеи для захоронения отходов второй очереди бурения. При этом значительно сокращаются площади под временное размещение внешних отвалов глинистого грунта.

В случае отсутствия залегания в районе захоронения отходов глинистых пород требуемой мощности, фильтрационных свойств и в необходимом количестве, после отрывки траншеи на ее дне и боковых стенках создают противофильтрационный экран, например из полиэтиленовой пленки, листы которой сваривают между собой, а обезвреживание жидких отходов производят с использованием привозных глинистых пород.

Для уменьшения количества глинистого грунта, используемого для связывания жидких отходов, возможно его высушивание. Высушивание производят естественным путем при хранении глинистого грунта в отвале или в сушильных барабанах.

Примером конкретной реализации является захоронение отходов бурения на одном из газовых месторождений Восточной Сибири.

Четвертичные отложения на глубине 20 м от поверхности представлены глинистыми породами с коэффициентом фильтрации 10^-7 см/с, что согласно СНиП 2.01.28-85 позволяет производить захоронение отходов 3 и 4 класса опасности, к которым относятся отходы бурения газовых скважин. Объем образования отходов бурения составляет около 100 тысяч м³, в том числе жидких отходов, представляющих отработанные буровые растворы и буровые сточные воды - 60 тысяч м³. Влажность глины в естественном состоянии 20% при плотности 2 т/м³. Влажность глины на границе текучести глинистых грунтов 45%, влажность при полном влагонасыщении 120%. Для обеззараживания жидких отходов при смешивании их глиной до влажности на границе текучести потребуется 252000 т или 126000 м³ глины плотности 2 т/м³. Объем траншеи для захоронения буровых отходов составит 167000 м³, в том числе 27000 м³ для захоронения твердых отходов бурения и 140 тысяч м³ для захоронения жидких отходов при плотности 1,8 т/м³ с учетом разрыхления и набухания. Для размещения этого объема создается траншея глубиной 15 м, шириной по дну 50 м, по поверхности 80 м и протяженностью 300 м. Общий объем извлекаемого при создании траншеи фунта составляет 292500 тысячи м³. При проходке траншеи с помощью бульдозеров производят раздельное складирование в отвалах поверхностного слоя грунта мощностью 1 м и объемом 24000 м³ и глины. По окончании строительства траншеи в нее укладывается 140000 м³ разрыхленной глины с плотностью 1,8 т/м³, что составляет 252000 т. В процессе бурения газовых скважин твердые буровые отходы объемом 40000 м³ с помощью отвалообразователя размещаются в траншее, а жидкие отходы в объеме 60000 м³ выливаются в траншею. Жидкие отходы, взаимодействуя с разрыхленной глиной, находящейся в траншее, переходят в физически связанное состояние, при этом влажность глины не будет превышать влажность на границе текучести (45%), что позволяет перемещаться технике по поверхности глиняной отсыпки. После размещения всех буровых отходов траншея будет заполнена на высоту 10 м, а уровень отходов будет на 5 м ниже поверхности земли. Поверхность отходов гидроизолируют с помощью полиэтиленовой пленки, а сверху засыпают глинистым грунтом и грунтом, вынутым из поверхностного слоя.

Таким образом, все образовавшиеся в процессе бурения газовых скважин отходы размещаются в изолированном от внешней среды подземном резервуаре траншейного типа на глубине 5 м от поверхности, что гарантирует экологическую безопасность при данном способе захоронения отходов.

Источники информации

1. СНиП 2.01.28-85. Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов. Основные положения по проектированию.

2. Патент на изобретение №2123574. «Способ ликвидации земляного амбара-накопителя отходов бурения», 1998 г.

Изобретение предназначено для использования при захоронении отходов бурения в подземных резервуарах траншейного типа в многолетнемерзлых и талых породах. Для захоронения отходов бурения в траншейном резервуаре прокладывают траншею. Нижнюю часть траншеи создают в непроницаемых грунтах с коэффициентом фильтрации не более 10^-5 см/с или создают противофильтрационный экран на дне и стенках траншеи в интервале размещения отходов бурения. Отходы бурения накапливают в траншее. Жидкие буровые отходы обезвреживают смешиванием с разрыхленным глинистым грунтом. Противофильтрационный экран создают в траншее на поверхности смешанного с жидкими буровыми отходами глинистого грунта. Отходы бурения засыпают в траншее минеральным грунтом. Изобретение повышает эффективность захоронения буровых отходов. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ захоронения отходов бурения в траншейном резервуаре, включающий проходку траншеи, создание в траншее противофильтрационного экрана, накопление отходов бурения в траншее, обезвреживание жидких буровых отходов и засыпку отходов бурения в траншее минеральным грунтом, отличающийся тем, что нижнюю часть траншеи для размещения отходов бурения создают в непроницаемых грунтах с коэффициентом фильтрации не более 10^-5 см/с или создают противофильтрационный экран на дне и стенках траншеи в интервале размещения отходов бурения, обезвреживание жидких буровых отходов производят смешиванием с разрыхленным глинистым грунтом, а противофильтрационный экран создают в траншейном резервуаре на поверхности глинистого грунта, смешанного с жидкими буровыми отходами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обезвреживание жидких буровых отходов производят смешиванием с глинистым грунтом путем размещения разрыхленного глинистого грунта в траншейном резервуаре с последующей заливкой его жидкими буровыми отходами.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обезвреживание жидких буровых отходов производят смешиванием с глинистым грунтом путем засыпки жидких буровых отходов в траншее разрыхленным глинистым грунтом с формированием на поверхности несущего слоя с влажностью, не превышающей ее значения на границе текучести глинистых грунтов.