СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ РЕСОИЛ Российский патент 2016 года по МПК C04B18/04 

Изобретение относится к охране природной среды в нефтегазодобывающей промышленности и предназначается для утилизации нефтесодержащих буровых отходов при строительстве, эксплуатации и демонтаже нефтегазовых скважин и может быть использовано для нейтрализации методом отверждения (инертизации) отходов бурения (отработанные глинистые буровые растворы, буровые сточные воды и буровые шламы, а также другие шламы), содержащих нефтепродукты, тяжелые металлы, ПАВ и другие загрязнители, образующиеся при строительстве нефтяных и газовых скважин, утилизации в экологически безопасный техногенный материал для использования в строительстве в качестве строительного материала, а также и для рекультивации буровых шламовых амбаров, образующихся при строительстве нефтяных и газовых скважин.

Известен Строительный материал "БУРОЛИТ", в состав которого входят буровой шлам, цемент в количестве 10-20% от объема бурового шлама, песок в количестве 10-20% от объема бурового шлама и добавки (Патент РФ №2303011, C04B 16/08, 18/04, 28/04, E01C 3/04, опубл. 20.07.2007 г.).

Недостатком указанного состава являются невысокие эксплуатационные возможности и невысокие прочностные характеристики.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является Композиционный строительный материал, который включает буровой отход, цемент в количестве от 10 до 20% от объема бурового отхода, песок в количестве от 10 до 30% от объема бурового отхода и добавки (Патент РФ №2503635, C04B 11/26, 28/04, B09B 3/00, опубл. 10.01.2014 г., прототип).

Недостатком указанного Композиционного строительного материала является отсутствие в составе композиции сорбентов, необходимых для нейтрализации органических загрязнителей, содержащихся в буровых шламах (в первую очередь, углеводородов нефти), что влияет на токсичность материала - недостаточное снижение токсичности.

Предлагаемый Строительный материал позволяет исключить указанные выше недостатки, а именно позволяет утилизировать отходы бурения, в том числе и содержащие нефть, нефтепродукты, обеспечить высокую степень отверждения отходов бурения, тем самым снизив негативное техногенное воздействие на ландшафты при освоении месторождений углеводородного сырья, способствуя улучшению экологической обстановки районов нефтегазодобычи, обеспечить возможность переработки нефтесодержащих буровых шламов в строительный материал с повышенной прочностью и устойчивостью к ветровой и водной эрозии, кроме этого обеспечить снижение токсичности полученного состава, пригодного для фитомелиорации, в том числе и шламовых амбаров, сократить сроки восстановления почвы, снизить фитотоксичность почвы, снизить себестоимость состава при одновременном повышении защиты окружающей среды, экономии природных ресурсов и получении недорогого инертного безопасного материала, для этого Строительный материал включает буровой отход, цемент, песок, диатомит, при следующем соотношении компонентов:

цемент 1-15% от веса бурового отхода песок 10-40% от объема бурового отхода диатомит 0,1-5% от веса бурового отхода,

при этом сначала вводят диатомит, а затем цемент и песок.

На территориях промыслов нефтедобывающих компаний полигоны и шламонакопители занимают значительные территории, являясь источником пожароопасных и экологических загрязнений.

Отходы нефтедобывающих компаний представляют собой нефтешламы, буровые шламы, нефтегрунты, амбарную нефть, отходы бурения, буровые сточные воды, буровые растворы на углеводородной основе, отработанные или неиспользованные.

Отходы бурения, в том числе и содержащие нефть, нефтепродукты, представляют собой нефтезагрязненные грунты, отработанные глинистые буровые растворы и буровые шламы, а также другие шламы, содержащие нефтепродукты, тяжелые металлы, ПАВ и другие загрязнители, образующиеся в том числе и при строительстве нефтяных и газовых скважин.

Буровые отходы, образующиеся на территории лицензионных участков месторождений нефти и газа и содержащиеся в буровых шламовых амбарах, представляют собой коллоидные растворы частиц глины, песка, химических реагентов и нефти в растворенном, эмульгированном и свободном состоянии. Показатель pH соответствует щелочной среде и составляет, как правило, 8,5-10,5.

Буровые отходы в общем случае состоят на 40-50% (весовых) из выбуренной породы (частиц глины и песка); 30-40% бурового раствора и 20% пластовых вод и нефти.

Буровые отходы представляют собой текучую пастообразную массу темно-серого с металлическим оттенком цвета, маслянистую на ощупь и имеющую запах нефти.

Плотность буровых отходов определяется плотностью бурового раствора и выбуренной породы. Для Западной Сибири это средняя величина между плотностью сырого песка и раствора 1,3-1,6 т/м³.

Вязкость (обратное свойство текучести) составляет 0,1 - 4,5 Па*с.

Текучесть повышается с увеличением содержания воды и при слабой очистке раствора. Обезноженные буровые отходы теряют текучесть и легко размалываются в порошок.

Исследования гранулометрического состава буровых отходов показали, что размеры частиц буровых отходов составляют от 10 до 500 мкм, причем более крупные соответствуют выбуренным породам, а мелкие - бентонитам.

Температура замерзания составляет от -10 до -14°C, температура кипения от 120 до 140°C. Увеличение содержания воды сужает указанные диапазоны.

Среди химических элементов преобладают кислород, водород, алюминий, кремний, углерод, железо, кальций, магний, марганец, натрий, калий, хлор, бром, йод. В меньших количествах встречаются кадмий, свинец, цинк, медь, кобальт, ртуть, мышьяк, бор, барий, фосфор, титан, хром, никель, вольфрам и другие.

Среди химических соединений буровые отходы содержат воду (20-50%), оксиды: кремния (40-60%), алюминия (10-20%), углерода (7-9%), железа (5-8%), кальция (2-5%), магния (1,5-3%), натрия (0,5-1%), калия (0,4-2%), бора (0,3-0,5%), фосфора (0,03-0,05%),марганца (0,03-0,3%) и других вышеуказанных элементов, их сульфаты и хлориды.

Отходы бурения нейтрализуют их методом отверждения (инертизации), утилизируя их в экологически безопасный техногенный материал для использования в строительстве в качестве строительного материала, а также и для рекультивации буровых шламовых амбаров, образующихся при строительстве нефтяных и газовых скважин, для использования его как искусственный почвогрунт, посредством которого осуществляют рекультивацию, например, шламовых амбаров, сухоройных карьеров и нарушенных земель, обочин автодорог с восстановлением рельефа и плодородия почвы, способствуя улучшению экологической обстановки районов нефтегазодобычи.

Технология переработки отходов бурения в ликвидные строительные материалы, а также мелиоративные рекультивационные почвогрунты, осуществляется с применением заявленного состава.

Цемент используют в качестве отвердителя смеси и представляет собой, например, портландцемент ПЦ-400-Д20, выпускаемый промышленностью по ГОСТ 10178-85, ГОСТ 30515-97, ГОСТ 22266-94. Цемент позволяет использовать его в интервале температур от -40°C до +40°C и приводит к загустению смеси, связыванию компонентов буровых отходов, предотвращая растворение токсичных веществ под воздействием компонентов окружающей среды и снижая поверхность контакта буровых отходов с окружающей средой.

Песок природного и искусственного происхождения используют в качестве минерального наполнителя смеси с размером частиц от 2,7 мм до 3,1 мм. Использование песка позволяет повысить рыхлость смеси и прочностные качества материала.

Диатомит, обладающий большой пористостью, способностью породы к адсорбции и высокой кислотостойкостью, представляет собой рыхлый, слабо сцементированный, пылеватый и мелкодисперсный сорбент в виде горной осадочной кремнистой породы, которая состоит в основном из останков разнообразных диатомовых водорослей.

При внесении в заданном количестве Диатомит обеспечивает песку дополнительный сорбционный эффект, увеличивая его поглотительную емкость, повышая связывающую и капсулизирующую способность смеси, тем самым повышая эффективность нейтрализации токсичных компонентов буровых отходов (в первую очередь, нефти).

Применение цемента, песка и диатомита в заданных количествах и в заданной последовательности позволяет повысить качество полученной смеси и как следствие повышение эксплуатационных возможностей заявленного материала.

При этом заявленный Строительный материала приобретает повышенные эксплуатационные возможности и повышенные прочностные характеристики в короткие сроки.

Использование заявленного Строительного материала как экологически безопасный техногенный материал, а именно, в виде строительного материала при строительстве и укреплении внутрипромысловых дорог, откосов дорог, обвалок оснований кустовых и строительных площадок, оснований свалок городского мусора и промышленных отходов, при строительстве и рекультивации иных промышленных объектов, что позволяет сохранить дороги, например, от размыва во время проливных дождей, в том числе и с неоднородным, и неустойчивым составом грунта, кроме этого в виде мульчирующего материала, например, при озеленении откосов и обочин промысловых автодорог, или в виде искусственного почвогрунта, например, для рекультивации шламохранилищ и шламовых амбаров, дает возможность по мере использования их на эти цели освободить нефтепромыслы от нефтешламовых амбаров, свалок промотходов и ТБО, рекультивировать выработанные карьеры песка и торфа, неиспользуемые промышленные площадки и прочие технологические объекты, что значительно оздоровит экологическую и санитарную обстановку в целом на промысле.

Строительный материал готовят следующим образом.

В изолированный объем, например шламовый амбар, изолированный с помощью песчаной перемычки, вносят расчетный объем буровых отходов, например, посредством ковша экскаватора, затем в этот изолированный объем с буровым отходом вносят диатомит в количестве 0,1-5% от веса бурового отхода и тщательно перемешивают, например, боковыми движениями ковша экскаватора, заданный промежуток времени.

Далее в полученную смесь вносят цемент, например портландцемент М400, в количестве 1-15% от веса бурового отхода и тщательно перемешивают, например, боковыми движениями ковша экскаватора заданный промежуток времени. После чего в полученную смесь вносят песок в количестве 10-40% от объема бурового отхода и тщательно перемешивают, например, боковыми движениями ковша экскаватора до получения однородной массы смеси.

Соотношения компонентов в заявляемом материале установлены экспериментально и варьируются в заявляемых пределах в зависимости от влажности бурового шлама, входящего в состав буровых отходов, от местонахождения объектов разработки и т.п.

Процессы перемешивания осуществляют известными средствами, например с помощью ковша экскаватора, за счет движения ковша в продольном или поперечном направлениях. Перемешивание осуществляют до получения гомогенной густой массы, при этом тщательно размалывают сгустки и куски бурового отхода, и до полного обезвреживания.

Полученную смесь в виде экологически безопасного (инертного) строительного материала оставляют в месте приготовления в изолированном объеме или вывозят на место применения с помощью катка утрамбовали и выдерживают в течение 1-2 суток при температуре окружающей среды не ниже 40°C, после чего строительный материала приобретает повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водяной эрозии, препятствуя разрушению и получая плотную прочную строительную конструкцию, не пропускающую воду.

Как показали эксперименты (экологический мониторинг), проведенные в ходе выполнения работ на Вынгапуровском месторождении нефти, при использовании заявленного экологически безопасного строительного материала, полученного в результате вышеуказанной утилизации буровых отходов, отсутствовала миграция загрязняющих веществ из него в почву, при этом полученный экологически безопасный Строительный материал, менее опасный для окружающей природной среды, нежели исходные буровые отходы III класса опасности, с повышенной степенью защиты окружающей среды, что подтверждает снижение класса опасности состава обезвреживания - определен IV класс опасности (малоопасные отходы), имеет повышенные эксплуатационные возможности и пригодный для использования в строительстве, а также для фитомелиорации шламовых амбаров и прочих объектов.

Укладку строительного материала на объектах осуществляют известной дорожно-строительной техникой, землеройно-транспортными машинами-экскаваторами, автосамосвалами, погрузчиками, бульдозерами, автогрейдерами, фрезами, катками при температуре не ниже минус 40°C.

Предложенный Строительный материал иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

В изолированный объем шламового амбара 200 м³, содержащий буровой отход в количестве 20 м³, вносят диатомит в количестве 1 600 кг (5% от веса бурового отхода) перемешивают ковшом экскаватора заданный промежуток времени.

Потом вносят портландцемент ПЦ-400-Д20 в количестве 4800 кг (15% от веса бурового отхода) и перемешивают ковшом экскаватора заданный промежуток времени.

В полученную смесь добавляют песок в количестве 8 м³ (40% от объема бурового отхода). Всю смесь перемешивают ковшом экскаватора до получения однородной массы и оставляют в изолированном объеме шламового амбара.

Через 2 дня при температуре окружающей среды, равной -30°C, строительный материала приобретает повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водной эрозии, препятствуя разрушению и получая плотную прочную строительную конструкцию, не пропускающую воду. Данный участок можно использовать в качестве площадки под строительство объекта.

Полученный Строительный материал РЕСОИЛ соответствует IV классу опасности (малоопасные отходы).

Пример 2.

В изолированный объем шламового амбара 100 м³, содержащий буровой отход в количестве 15 м³, вносят диатомит в количестве 24 кг (0,1% от веса бурового отхода) и перемешивают ковшом экскаватора заданный промежуток времени. Затем вносят портландцемент ПЦ-400-Д20 в количестве 240 кг (1% от веса бурового отхода) и перемешивают ковшом экскаватора.

В полученную смесь добавляют песок в 1,5 м³ (10% от объема бурового отхода). Всю смесь перемешивают ковшом экскаватора до получения однородной массы, вывозят на самосвале на обваловку факельного хозяйства и разравнивают экскаватором.

Через 2 дня при температуре окружающей среды, равной -20°C, строительный материала приобретает повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водной эрозии, препятствуя разрушению песчаной обваловки факела и получая плотную прочную строительную конструкцию, не пропускающую воду.

Полученный Строительный материал РЕСОИЛ соответствует IV классу опасности (малоопасные отходы).

Пример 3.

В изолированный объем сухоройного карьера 300 м³, содержащий буровой отход в количестве 25 м³, вносят диатомит в количестве 1000 кг (2,5% от веса бурового отхода) и перемешивают ковшом экскаватора заданный промежуток времени. Затем вносят портландцемент ПЦ-400-Д20 в количестве 3000 кг (7,5% от веса бурового отхода) и перемешивают ковшом экскаватора заданный промежуток времени.

В полученную смесь добавляют песок в количестве 5 м³ (20% от объема бурового отхода).

Всю смесь перемешивают ковшом экскаватора до получения однородной массы и оставляют в сухоройном карьере для использования в качестве площадки под строительство объекта.

Через 1 день при температуре окружающей среды, равной -30°С, строительный материала приобретает повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водяной эрозии, препятствуя разрушению и получая плотную прочную строительную конструкцию, не пропускающую воду.

Полученный Строительный материал РЕСОИЛ соответствует IV классу опасности (малоопасные отходы).

Пример 4.

В изолированный объем шламового амбара 1000 м³, содержащий буровой отход в количестве 80 м³, вносят диатомит в количестве 128 кг (0,1% от веса бурового отхода) и перемешивают ковшом экскаватора заданный промежуток времени. Затем вносят портландцемент ПЦ-400-Д20 в количестве 1280 кг (1% от веса бурового отхода) и перемешивают ковшом экскаватора заданный промежуток времени. В полученную смесь добавляют песок в количестве 32 м³ (40% от объема бурового отхода). Всю смесь перемешивают ковшом экскаватора до получения однородной массы.

Полученную смесь оставляют в изолированном объеме шламового амбара.

Через 2 дня при температуре окружающей среды, равной -30°C, строительный материала приобретает повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водной эрозии, препятствуя разрушению и получая плотную прочную строительную конструкцию, не пропускающую воду.

Полученный Строительный материал РЕСОИЛ соответствует IV классу опасности (малоопасные отходы).

Пример 5.

В изолированный объем шламохранилища 1000 м³, содержащий буровой отход в количестве 80 м³, вносят диатомит в количестве 128 кг (0,1% от веса бурового отхода) и перемешивают ковшом экскаватора заданный промежуток времени. Затем вносят портландцемент ПЦ-400-Д20 в количестве 19200 кг (15% от веса бурового отхода) и перемешивают ковшом экскаватора заданный промежуток времени. В полученную смесь добавляют песок в количестве 8 м³ (10% от объема бурового отхода).

Все ингредиенты перемешивают ковшом экскаватора до получения однородной массы.

Полученную смесь оставляют в сухоройном карьере, участок оставляют под строительную площадку и разравнивают экскаватором.

Через 1 день при температуре окружающей среды, равной -25°C, строительный материала приобретает повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водной эрозии, препятствуя разрушению и получая плотную прочную строительную конструкцию, не пропускающую воду.

Полученный Строительный материал РЕСОИЛ соответствует IV классу опасности (малоопасные отходы).

Пример 6.

В изолированный объем шламового амбара 1000 м³, содержащий буровой отход в количестве 80 м³, вносят диатомит в количестве 128 кг (0,1% от веса бурового отхода) и перемешивают ковшом экскаватора заданный промежуток времени. Затем вносят портландцемент ПЦ-400-Д20 в количестве 19200 кг (15% от веса бурового отхода) и перемешивают ковшом экскаватора заданный промежуток времени. В полученную смесь добавляют песок в количестве 32 м³ (40% от объема бурового отхода). Все ингредиенты перемешивают ковшом экскаватора до получения однородной массы.

Полученную смесь оставляют в изолированном объеме шламового амбара.

Через 2 дня при температуре окружающей среды, равной -30°C, строительный материала приобретает повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водной эрозии, препятствуя разрушению и получая плотную прочную строительную конструкцию, не пропускающую воду.

Полученный Строительный материал РЕСОИЛ соответствует IV классу опасности (малоопасные отходы).

Пример 7.

В изолированный объем шламового амбара 1000 м³, содержащий буровой отход в количестве 100 м³, вносят диатомит в количестве 8000 кг (5% от веса бурового отхода) и перемешивают ковшом экскаватора заданный промежуток времени. Затем вносят портландцемент ПЦ-400-Д20 в количестве 1600 кг (1% от веса бурового отхода) и перемешивают ковшом экскаватора заданный промежуток времени. В полученную смесь добавляют песок в 10 м³ (10% от объема бурового отхода). Все ингредиенты перемешивают ковшом экскаватора до получения однородной массы.

Полученную смесь вывозят на самосвале на обваловку автодороги, покрытой дорожными плитами на песчаной подушке, и разравнивают экскаватором.

Через 2 дня при температуре окружающей среды, равной -35°C, строительный материала приобретает повышенную прочность и устойчивость к ветровой и водной эрозии, препятствуя разрушению обваловки автодороги и получая плотную прочную строительную конструкцию, не пропускающую воду.

Полученный Строительный материал РЕСОИЛ соответствует IV классу опасности (малоопасные отходы).

Предлагаемый Строительный материал РЕСОИЛ позволяет утилизировать отходы бурения, в том числе и содержащие нефть, нефтепродукты, получив безопасный техногенный материал, использование которого позволяет снизить негативное техногенное воздействие при освоении месторождений углеводородного сырья на окружающей среду, кроме этого снижает его себестоимость получения при одновременном повышении защиты окружающей среды и экономии природных ресурсов, и пригодный, например, для дорожного строительства, строительства площадок, а также для фитомелиорации шламовых амбаров и прочих объектов в качестве мелиоративного рекультивационного грунта.

При использовании экологически безопасного строительного материала, полученного в результате утилизации буровых отходов, отсутствовала миграция загрязняющих веществ из него в почву.

Предлагаемый Строительный материал РЕСОИЛ утилизирует отходы бурения, в том числе и содержащие нефть, нефтепродукты, обеспечив высокую степень отверждения отходов бурения, тем самым снизив негативное техногенное воздействие на окружающую среду при освоении месторождений углеводородного сырья и способствуя улучшению экологической обстановки районов нефтегазодобычи, обеспечив возможность переработки нефтесодержащих буровых шламов в строительный материал, кроме этого обеспечив снижение токсичности полученного состава, пригодного в том числе для фитомелиорации шламовых амбаров, сократив сроки восстановления почвы, снизив фитотоксичность почвы, получив недорогой инертный безопасный строительный материал с повышенной прочностью и устойчивостью к ветровой и водной эрозии, укрепляющий откосы автодорог, песчаные обваловки технологических площадок (площадок кустов скважин и т.п.), например, от размыва во время проливных дождей и паводков, укрепляющий строительные площадки, в том числе и с неоднородным, и неустойчивым составом грунта, с низкой себестоимостью при одновременном повышении защиты окружающей среды.

Изобретение относится к охране природной среды в нефтегазодобывающей промышленности и предназначается для утилизации нефтесодержащих буровых отходов при строительстве, эксплуатации и демонтаже нефтегазовых скважин. Технический результат заключается в повышении степени защиты окружающей среды, прочности и устойчивости к ветровой и водной эрозии. Строительный материал включает в себя буровой отход, цемент в количестве от 1 до 15% от веса бурового отхода, песок в количестве от 10 до 40% от объема бурового отхода, диатомит в количестве от 0,1 до 5% от веса отхода, при этом сначала вводят диатомит, а затем цемент и песок. 7 пр.

Строительный материал включает буровой отход, цемент, песок и добавку, отличающийся тем, что в качестве добавки он содержит диатомит, при следующем соотношении компонентов:
цемент 1-15% от веса бурового отхода песок 10-40% от объема бурового отхода диатомит 0,1-5% от веса бурового отхода,