Способ переработки бурового шлама Российский патент 2018 года по МПК B09C1/08 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при утилизации буровых отходов, образующихся в результате бурения нефтяных скважин.

Известен способ утилизации отходов бурения скважин, согласно которому образующийся в результате буровых работ буровой шлам, отработанный технологический раствор и сточные буровые воды смешиваются в шламовом амбаре с минеральными добавками - суглинком и/или песком или песчано-глинистой фракцией до получения однородной массы, которую наносят на внутреннюю поверхность амбара газофакельной установкой. В пламени газофакельной установки производят термический обжиг с целью получения строительного материала для использования при обустройстве кустовых площадок скважин и строительстве внутрипромысловых дорог (патент RU2425815, МПК C04B33/06, опубл. 05.07.2010 г.).

Способ характеризуется существенными недостатками:

- пожаро- и взрывоопасность в результате применения газа;

- нарушение структуры почвы около амбара в результате термической обработки.

Известен способ обезвреживания бурового шлама, в котором отработанный буровой шлам извлекают экскаватором из амбаров на ровную поверхность, просушивают на солнце, вносят для связывания и перевода легкорастворимых солей в труднорастворимые формы и для загустения шлама гипс, затем добавляют в просушенную прогипсованную массу навоз или торф, активированный минеральными удобрениями, просушивают массу в естественных условиях до достижения влажности 8-14%, после чего срезают бульдозером и на тяжелых по механическому составу почвах при мощности подстилающего слоя не менее 15-20 метров - снова размещают в амбарах и уплотняют, потом засыпают слоем минеральный грунт, а сверху слоем насыпают плодородный слой; при мягких по механическому составу почвах обезвреженный и просушенный буровой шлам вывозят на полигоны промышленных отходов для захоронения (патент RU2379137, МПК B09C 1/10, опубл. 20.01.2010 г.).

Способ характеризуется следующими недостатками:

- необходимость выемки и просушки в естественных условиях бурового шлама, что приводит к загрязнению близлежащих земель;

- не происходит микробиологическое разложение нефтепродуктов и органических соединений в прогипсованной массе, что представляет экологическую угрозу.

Известен способ обезвреживания отработанных буровых шламов, который включает известкование, реагентную коагуляцию, внесение флокулянтов и гумино-минерального комплекса, поэтапную выемку бурового шлама на буферный слой с настилкой шлама, высушивание бурового шлама, складывание в бурты для последующей утилизации (патент RU2486166, МПК C05F 11/02, A01B 79/00, B09C 1/00, опубл. 27.06.2013 г.).

Способ характеризуется следующими недостатками:

- необходимость выемки и просушки в естественных условиях бурового шлама, что приводит к загрязнению близлежащих земель;

- необходимость проведения известкования, реагентной коагуляции и внесения флокулянтов, представляющих экологическую угрозу.

Известен способ переработки бурового шлама, при котором добавку - бентонитовую глину размешивают по всему объему отходов бурения до гомогенного состояния содержимого амбара. После завершения процесса загущения отходов, при перемешивании, в амбар засыпают торфо-песчаную смесь до выравнивания площади амбара с прилегающим рельефом местности, после чего на эту площадь насыпают второй слой торфо-песчаной смеси, содержащей удобрения, и осуществляют посев семян многолетних культур (патент RU2479364, МПК В09С1/08, опубл. 16.05.2012 г.).

Способ характеризуется следующими недостатками:

- бентонитовая глина не обеспечивает процесс капсулирования отходов и экологически опасных компонентов, содержащихся в них, которые могут выноситься в окружающие грунтовые воды и почву;

- не происходит микробиологическое разложение нефтепродуктов и органических соединений, входящих в состав отходов бурения и представляющих экологическую угрозу;

- сельскохозяйственные земли не восстанавливаются в полной мере, чтобы быть готовыми к использованию.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ рекультивации земель, занятых шламовыми амбарами, при котором в отходы бурения вносят добавку из расчета 50% от их объема, после чего производят размешивание по всему объему отходов. Далее в амбар засыпают выравнивающие слои, обеспечивающие выравнивание площади амбара с прилегающим рельефом местности, и осуществляют посев семян многолетних культур. В качестве добавки используют углеродный сорбент-деструктор, фосфогипс, строительный песок или песчано-глинистую фракцию при следующем соотношении компонентов, мас.%: углеродный сорбент-деструктор 1-3; фосфогипс 1-5; строительный песок 25-48; отходы бурения 50-70. В качестве сорбента-деструктора используют соединение окиси кремния и углерода при следующем соотношении компонентов, мас.%: окись кремния 10-55; углерод 45-90 (патент RU2564839, МПК В09С1/08, опубл. 10.10.2015 г.).

Способ характеризуется следующими недостатками:

- перемешивание в амбаре сорбента-деструктора, фосфогипса и строительного песка с буровыми отходами не обеспечивает в полной мере образования однородной массы и полного связывания экологически опасных компонентов, содержащихся в них, которые могут выноситься в окружающие грунтовые воды и почву;

- необходимость сбора битуминизированной нефти с поверхности буровых отходов;

- необходимость создания разрезающих отсыпок;

- сельскохозяйственные земли не восстанавливаются в полной мере, чтобы быть готовыми к использованию;

- трудоемкость способа и использование при температуре выше +5°С.

Задачей изобретения является создание простого и экономичного способа, позволяющего производить круглогодичную высокоэффективную рекультивацию шламовых амбаров для введения использованных земель в производственный оборот или в природный биоценоз.

Технический результат - образование однородной массы с полным связыванием экологически опасных компонентов буровых отходов за счет эффективного перемешивания углеродного сорбента и бурового шлама.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается способом переработки бурового шлама, при котором в буровой шлам вносят добавку. В отличие от прототипа в качестве добавки вносят углеродный сорбент в количестве от 1,5 до 3% сорбента от единицы бурового шлама, причем сорбент вносят в винтовой шнековый конвейер или транспортер непосредственно в процессе бурения при транспортировке бурового шлама от скважины до мест временного складирования буровых отходов, при этом углеродный сорбент вносят посредством дозатора или вручную, а после попадания буровых отходов в места временного складирования наносят поверхностный слой почвы до выравнивания площадки рекультивации с прилегающим рельефом.

Согласно изобретению:

- в качестве углеродного сорбента используют углерод-кремнеземный композит, содержащий оксид кремния, углерод и микроэлементы (калий, натрий, кальций, магний, железо и алюминий) при следующем соотношении компонентов, масс. %: SiO2 – 25÷85 %, C – 15÷75%, Cu (2,5-3.6%), Al (1.0-2,0%), Fe (0.5-1%), K (0.5-0,8%), Mg (0.3-1%), S (0.3-1%), Ca (0.2-0.9%);

- буровой шлам отводят с систем очистки бурового раствора, которые включают вибросита, центрифуги, циклоны, илоотделители, блок флокуляционной (коагуляционной) очистки;

- одновременно с углеродным сорбентом или после попадания буровых отходов в места временного складирования вносят био- и/или инертные добавки в количестве от 25 до 50% от единицы образованной смеси сорбента и бурового шлама;

- вносят строительный песок или песчано-глинистую фракцию при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углеродный сорбент 1,5-3

строительный песок или песчано-глинистая фракция 25-50

буровой шлам 47-72;

- вносят бактериальные штаммы из относящихся к родам: Pseudomonas, Arthrobacter, Rhodococcus, Acinetobacter, Flavobacterium, Corynebacterium, Xanthomonas, Alcaligenes, Nocardia, Brevibacterium, Mycobacterium, Beijerinkia, Bacillus, Enterobacteriaceae, Klebsiella, Micrococcus, Sphaerotilus, R. Erythropolis;

- вносят биодобавки из группы, включающей Путидойл, Деворойл, Валентис, Олеоворин, Биоприн, НХ7, Дестройл;

- вносят инертные добавки из группы, включающей глинистые грунты, лёссы, маршалит, глинистые, песчаные, кремнистые и доломитизированные известняки, песчаники, песок.

Технический результат обеспечивается тем, что углеродный сорбент в количестве от 1,5 до 3% от единицы бурового шлама вносят в винтовой шнековый конвейер или транспортер непосредственно в процессе бурения при транспортировке бурового шлама от скважины до мест временного складирования буровых отходов. Это приводит к образованию однородной массы с полным связыванием экологически опасных компонентов буровых отходов за счет эффективного перемешивания углеродного сорбента и бурового шлама. Указанные признаки, а также перемешивание содержимого, засыпка слоя почвы до выравнивания площадки рекультивации с прилегающим рельефом обеспечивает превращение отходов бурения в экологически безопасный грунт, который не требует обустройства специально оборудованных полигонов для экологически вредных веществ, повышает экологичность и улучшает водно-физические свойства земель. При этом переработанные отходы служат питательной средой для консорциума нефтеокисляющих микроорганизмов.

Предложенный способ восстановления земель, занятых шламовыми амбарами, осуществляется следующим образом.

При строительстве скважины в буровой шлам, отводимый с систем очистки бурового раствора, вносят углеродный сорбент в количестве от 1,5 до 3% сорбента от единицы бурового шлама, причем сорбент вносят в винтовой шнековый конвейер или транспортер непосредственно в процессе бурения при транспортировке бурового шлама от скважины до мест временного складирования буровых отходов, при этом углеродный сорбент вносят посредством дозатора или вручную, а после попадания буровых отходов в места временного складирования насыпают слой почвы до выравнивания площадки рекультивации с прилегающим рельефом.

В частных случаях реализации изобретения в качестве углеродного сорбента используют углерод-кремнеземный композит, содержащий оксид кремния, углерод и микроэлементы (калий, натрий, кальций, магний, железо и алюминий) при следующем соотношении компонентов, масс. %: SiO2 – 25÷85 %, C – 15÷75%, Cu (2,5-3.6%), Al (1.0-2,0%), Fe (0.5-1%), K (0.5-0,8%), Mg (0.3-1%), S (0.3-1%), Ca (0.2-0.9%); одновременно с углеродным сорбентом или после попадания буровых отходов в места временного складирования вносят био- и/или инертные добавки в количестве от 25 до 50% от единицы образованной смеси сорбента и бурового шлама. Например, вносят строительный песок или песчано-глинистую фракцию при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углеродный сорбент 1,5-3

строительный песок или песчано-глинистая фракция 25-50

буровой шлам 47-72.

Можно вносить бактериальные штаммы из относящихся к родам: Pseudomonas, Arthrobacter, Rhodococcus, Acinetobacter, Flavobacterium, Corynebacterium, Xanthomonas, Alcaligenes, Nocardia, Brevibacterium, Mycobacterium, Beijerinkia, Bacillus, Enterobacteriaceae, Klebsiella, Micrococcus, Sphaerotilus, R. Erythropolis; или биодобавки из группы, включающей Путидойл, Деворойл, Валентис, Олеоворин, Биоприн, НХ7, Дестройл. Также можно использовать инертные добавки из группы, включающей глинистые грунты, лёссы, маршалит, глинистые, песчаные, кремнистые и доломитизированные известняки, песчаники, песок, а также сочетание биодобавок и инертных добавок.

Сущность заявляемого способа поясняется примером конкретного выполнения.

Пример.

В процессе сооружения скважины образующийся буровой шлам методом шнековой подачи транспортируют во временный накопитель отходов бурения. При этом при транспортировке бурового шлама в буровой амбар в шнековый конвейер вносят углеродный сорбент. На 262 м³ бурового шлама IV-класса опасности, содержащего нефтепродукты (7171 мг/кг), вносят 5,96 м³ сорбента. После этого в буровой амбар вносят 129 м³ строительного песка (строительный песок из расчета не менее 50% от объема отхода) и при помощи экскаватора перемешивают содержимое амбара. Время, необходимое для переработки бурового шлама и нефтепродуктов в экологически безопасный грунт, составляет 20-35 суток в зависимости от температуры окружающей среды. В результате указанных действий получают не токсичный грунт. В амбар засыпают глину и слой почвы до выравнивания площади амбара с прилегающим рельефом.

В таблице 1 показана биодеструкция углеводородов нефти в результате осуществления способа.

Таблица 1

Опыт Нефтепродукты, мг/кг Биодест-
рукция (10 дней),
%
3 дня
5 дней
10 дней Искусственный грунт (прототип).
Начальное содержание нефти - 2823 мг/кг

2471

2258

1863

34 Искусственный грунт
(заявляемый способ)
Начальное содержание нефти - 2823 мг/кг
1865
1417
819
71

Кроме того:

1. Анализ жидкой фазы (состоящая из остатков отработанного бурового раствора, буровых сточных вод и атмосферных осадков): заявляемый способ - отсутствие нефтяных углеводородов; прототип – наличие нефтяных углеводородов на поверхности жидкой фазы в виде пленки в количестве 0,1%;

2. Степень биоразложения нефтепродуктов в заявляемом способе выше на 37% по сравнению с прототипом (таблица 1).

Способ позволяет:

- получать искусственный грунт однородного состава;

- избежать образования битуминизированной нефти, так как нефть в процессе смешения с сорбентом полностью адсорбируется на нем и не попадает на поверхность жидкой фазы;

- уменьшить расходные нормы сорбента, так равномерность распределения его по всему объему приводит к увеличению общей поверхности сорбента, что приводит к увеличению скорости биодеструкции нефти и, как следствие, – уменьшению времени аренды земельного участка у собственника;

- избежать загрязнения ближайших земель буровыми отходами;

- получать равномерное распределение сорбента-деструктора по всему объёму отхода, проходящего через шнек, что гарантировано даёт:
наличие сорбента в каждой точке отхода (препарат проходит тщательное перемешивание в интервале не менее 3 м от момента попадания в шнек и до выхода с него, на практике как правило около 5 м), в отличие от перемешивания экскаватором; сокращение времени "доставки" препарата в каждую точку отхода, что составляет не более 5 мин (при работе в шнеке);

- избежать обработки сорбентом-деструктором верхних безопасных интервалов бурения (бурение глинистых пород на технической воде и т.д) или проводить своевременную замену используемых добавок в зависимости от проекта, что повышает экономическую эффективность;

- вносить препарат в зимний период, что сокращает работу техники в тёплый период.
Таким образом, применение изобретения позволяет производить круглогодичную высокоэффективную рекультивацию шламовых амбаров для введения использованных земель в производственный оборот или в природный биоценоз за счет образования однородной массы с полным связыванием экологически опасных компонентов буровых отходов, что достигается эффективным перемешиванием углеродного сорбента и бурового шлама непосредственно в процессе бурения.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при утилизации буровых отходов, образующихся в результате бурения нефтяных скважин. Способ переработки бурового шлама, при котором в буровой шлам вносят добавку. В качестве добавки вносят углеродный сорбент в количестве от 1,5 до 3% сорбента от единицы бурового шлама. Сорбент вносят в винтовой шнековый конвейер или транспортер непосредственно в процессе бурения при транспортировке бурового шлама от скважины до мест временного складирования буровых отходов. Углеродный сорбент вносят посредством дозатора или вручную, а после попадания буровых отходов в места временного складирования наносят поверхностный слой почвы до выравнивания площадки рекультивации с прилегающим рельефом. Использование данного изобретения позволяет обеспечить круглогодичную высокоэффективную рекультивацию шламовых амбаров. 7 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ переработки бурового шлама, при котором в буровой шлам вносят добавку, отличающийся тем, что в качестве добавки вносят углеродный сорбент в количестве от 1,5 до 3% сорбента от единицы бурового шлама, причем сорбент вносят в винтовой шнековый конвейер или транспортер непосредственно в процессе бурения при транспортировке бурового шлама от скважины до мест временного складирования буровых отходов, при этом углеродный сорбент вносят посредством дозатора или вручную, а после попадания буровых отходов в места временного складирования наносят поверхностный слой почвы до выравнивания площадки рекультивации с прилегающим рельефом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеродного сорбента используют углерод-кремнеземный композит, содержащий оксид кремния, углерод и микроэлементы (калий, натрий, кальций, магний, железо и алюминий) при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO2 – 25÷85 , C – 15÷75, Cu 2,5-3,6, Al 1,0-2,0, Fe 0,5-1, K 0,5-0,8, Mg 0,3-1, S 0,3-1, Ca 0,2-0,9.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что буровой шлам отводят с систем очистки бурового раствора, которые включают вибросита, центрифуги, циклоны, илоотделители, блок флокуляционной (коагуляционной) очистки.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что одновременно с углеродным сорбентом или после попадания буровых отходов в места временного складирования вносят био- и/или инертные добавки в количестве от 25 до 50% от единицы образованной смеси сорбента и бурового шлама.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что вносят строительный песок или песчано-глинистую фракцию при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углеродный сорбент 1,5-3 строительный песок или песчано-глинистая фракция 25-50 буровой шлам 47-72

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что вносят бактериальные штаммы из относящихся к родам: Pseudomonas, Arthrobacter, Rhodococcus, Acinetobacter, Flavobacterium, Corynebacterium, Xanthomonas, Alcaligenes, Nocardia, Brevibacterium, Mycobacterium, Beijerinkia, Bacillus, Enterobacteriaceae, Klebsiella, Micrococcus, Sphaerotilus, R. Erythropolis.

7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что вносят биодобавки из группы, включающей Путидойл, Деворойл, Валентис, Олеоворин, Биоприн, НХ7, Дестройл.

8. Способ по п.4, отличающийся тем, что вносят инертные добавки из группы, включающей глинистые грунты, лёссы, маршалит, глинистые, песчаные, кремнистые и доломитизированные известняки, песчаники, песок.