Техногенный грунт Российский патент 2020 года по МПК B09B3/00 C09K17/00 B09C1/00 

Изобретение относится к охране окружающей природной среды, в частности к экологичной утилизации отходов, образующихся при бурении скважин и добычи нефти и газа, а точнее изобретение касается техногенного грунта на основе отходов от бурения нефтегазовых скважин и добычи нефти и газа.

Изобретение найдет применение при переработке (утилизации) отходов бурения скважин, в том числе, нефтяных и нефтегазовых скважин для использования продукта переработки (утилизации), например, при рекультивации шламовых амбаров и полигонов, строительстве промысловых дорог.

Отходы бурения на основе глинистого грунта, образующиеся при добыче нефти и газа, обычно накапливаются и хранятся непосредственно на территории кустовой площадки -в шламовых амбарах, шламонакопителях.

Говоря об отходах бурения, имеют в виду, что это буровой шлам и/или отработанный буровой раствор и/или буровые сточные воды и/или буровой шлам, загрязненный нефтепродуктами и/или нефтяной шлам и/или нефтезагрязненный грунт и/или растворы на углеводородное основе.

Таким образом в составе отходов при добыче нефти и газа могут присутствовать нефть и нефтепродукты, химические реагенты различной степени токсичности, растворимые минеральные соли и другие опасные вещества, которые представляют серьезную опасность для окружающей природной среды. Поэтому особую значимость приобретают вопросы своевременной ликвидации шламовых амбаров с названными отходами бурения путем утилизации отходов бурения без складирования в амбарах.

Известны различные технологии утилизации и переработки буровых и нефтесодержащих отходов, основанные на термических, механических, химических, физико-химических и биологических процессах, для минимизации экологического ущерба окружающей природной среде. Наиболее рациональным методом утилизации отходов является использование их в качестве вторичных материальных ресурсов. При этом продукт, пригодный к использованию в качестве вторичных материальных ресурсов, представляет собой, как правило, многокомпонентную систему, достижение которой возможно только в результате многостадийного процесса, что сложно осуществлять в полевых условиях и, соответственно, нерентабильно.

В патенте RU №2293103, опубликованном 10.04.2006 г., описан материал на основе бурового шлама, предназначенный для рекультивации карьеров и нарушенных земель. Этот материал содержит в качестве наполнителя и сорбента торфо-песчаную смесь (соотношение торфа и песка 1:1) - 49-69% (по объему), 50-30% бурового шлама строительства скважин (по объему) и до 1% активных добавок, необходимых для снижения концентрации растворимых нефтепродуктов, токсичности отходов и нейтрализации кислой реакции среды торфа (с повышением рН с 3-4 до 6-7,5). В качестве таких активных добавок материал содержит: а) известь негашеную - 0,6-0,8%, добавку «Сойлекс» - 0,12-0,15%, добавку «Деградойлас» - остальное, или б) Сорбент «Униполимер» - 0,4-0,6% и биохимический препарат «Полиферментный комплекс УНИ-РЕМ» - 0,6-0,4%.

Производство и последующее использование указанного материала способствует ликвидации карьеров и сокращению площадей нарушенных земель, при этом успешно утилизируются буровые шламы, то есть в этом отношении происходит улучшение экологической обстановки в районах бурения.

Однако, из-за того, что в материал вводят бесструктурный, нестабилизированный глинистый буровой шлам его глинисто-коллоидная фаза при переувлажнении значительно набухает, теряет прочность, и может переходить в текучее состояние и в дальнейшем вымывается из композиции, вызывая миграцию токсичных компонентов буровых отходов - происходит отсроченное по времени загрязнение окружающей среды. Помимо этого, применяемые активные добавки вносят свой вклад в загрязнение окружающей среды из-за своей токсичности, например, сорбент «Униполимер» - это токсичный карбамидоформальдегидный поропласт, обладающей экологической опасностью вследствие выделения в окружающую среду фенольных соединений; и, наконец, указанный материал не обладает хорошей плотностью и имеет низкую прочность, поэтому области применения этого вторичного ресурса ограничены.

Также в целях утилизирования бурового шлама разработан более прочный, высокоплотный материал, пригодный для дорожного строительства, который содержит грунтоще-бень (100%), цемент (2-12% сверх 100), буровой шлам (10-50% сверх 100), фиброволокно (0,01-5,0% сверх 100) /RU, 2612039, опубл. 02.03.2017/.

Буровой шлам (выбуренная порода, имеющая в своем составе нефть - 10% нефти, с влажностью 50%) используется в этом материале в качестве модификатора. Грунтощебень представляет собой рационально подобранную, максимально плотную смесь - супесь песчанистая (40% от общей массы грунтощебня) и известняковый щебень (60% от общей массы грунтощебня), обеспечивающая материалу максимальную плотность. В качестве фиброволокна используется стеклянное, базальтовое, полипропиленовое фиброволокно. Указанный материал пригоден для строительства промысловых дорог и площадок, он долговечен, хорошо выдерживает нагрузки. Однако, основным компонентом этого материала, определяющим его плотность и прочность, является грунтощебень, а масса использованного бурового шлама составляет много менее массы грунтощебня - то есть с помощью указанного материала можно утилизировать лишь небольшие объемы бурового шлама, при этом буровой шлам присутствует в указанном материале в первоначальном виде и не обеспечен химическими средствами для его обезвреживания - например, нефтесорбирующими и нефтенейтрализующими компонентами. Таким образом материалом, описанным в RU, 2612039, решается в некоторой степени проблема утилизации бурового шлама, но проблема стабилизации бурового шлам и его токсичных компонентов не решена, достигнуто простое разбавление концентрации токсичных компонентов отходов бурения скважин и добычи нефти и газа, а их миграция в окружающую среду с ее загрязнением не предотвращена.

В качестве прототипа мы выбрали материал на основе нефтесодержащего бурового шлама, в котором предотвращена миграция в окружающую среду токсичных компонентов отходов бурения скважин и добычи нефти и газа. Этот материал содержит: 40-60% бурового шлама, состоящего в своем большинстве из (40-65%) твердой фазы - выбуренная порода (глинистые минералы, песчаник), (30-40%) бурового раствора и нефти/нефтепродуктов (5-7%), также воды; 10-15% цемента; 10-15% природного минерального песка; 15-20% торфа; 2-5% углерода технического; остальное - негашеная известь /RU 2508170, В09В 3/00, опубл. 27.02.2014/.

Как указывают разработчики указанного материала, присутствие торфа и углерода технического обеспечивает сорбирование подвижных загрязнений в буровом шламе, таких как нефтепродукты, тяжелые металлы, соли, и их объединение в более крупные образования. Также в указанном материале за счет присутствия такой компонентной добавки, как цемент, достигнуто структурирование, отвердение бурового шлама.

Известный материал в готовом виде не содержит подвижных токсичных компонентов - токсичные вещества бурового шлама закреплены на сорбентах, которые находятся в отверженной среде - материал пригоден для применения в качестве строительного материала с достаточной плотностью и повышенной прочностью, в качестве экологически безопасного грунта для компактного складирования или для использования в качестве мелиоранта для мульчирования рекультивируемого участка с улучшенными экологическими свойствами.

Однако, нейтрализация токсичных веществ бурового шлама и его стабилизация производится за счет вяжущего компонента - цемента путем связывания мелкодисперсных частиц шлама в плотный массив грунта комковатой структуры, при нарушении технологии применения цемента, полученная смесь не подлежит повторной утилизации.

Кроме того, при производстве этого материала необходимо сначала проводить предварительное смешивание/обработку бурового шлама торфом и техническим углеродом для сорбирования нефтепродуктов, тяжелых металлов и солей - подвижных загрязнений в буровом шламе. Только на второй стадии этого производства уже образуют вышеуказанный продукт, пригодный для использования в качестве вторичного ресурса, что усложняет, удорожает процесс производства в полевых условиях, учитывая объемы производства. При этом готовый материал получен с использованием в значительных объемах промышленного продукта - цемента, который необходимо специально закупать и доставлять к месту производства целевого материала. Учитывая вышесказанное можно говорить, что известный материал достаточно дорогостоящий и нерентабелен.

В основу заявляемого изобретения положена задача создать такой техногенный грунт на основе отходов от бурения скважин и добычи нефти и газа, который при его высоких характеристиках по прочности и плотности был бы более рентабелен и при этом не загрязнял окружающую среду при его использовании в качестве вторичного ресурса.

Эта задача решена созданием техногенного грунта, полученного из отходов от бурения скважин и добычи нефти и газа, включающих глинистый грунт и токсичные компоненты, из инертного материала на основе минерального грунта и из добавки, обеспечивающей нейтрализацию токсичных компонентов отходов, в котором, согласно изобретению, в качестве добавки, обеспечивающей нейтрализацию токсичных компонентов отходов, использован стабилизатор грунта на основе минеральной кислоты и амфифильного поверхностно-активного вещества, при этом названные ингредиенты использованы в следующем соотношении:

отходы от бурения скважин и добычи нефти и газа - 1,0 м3; инертный материал на основе минерального грунта - не менее 0,4 м3; стабилизатор грунта на основе минеральной кислоты и поверхностно-активного вещества - 85-250 мл; вода - по расчету на влажность готового продукта не более 80%,

при этом, согласно заявляемому изобретению, в качестве в качестве стабилизатора грунта может быть использован «Стабилизатор грунта Сателлит» и/или «Стабилизатор грунта Polybond».

Технический результат, который достигнут при использовании предлагаемого техногенного грунта на основе отходов от бурения скважин и добычи нефти и газа, заключается в возможности обеспечить минимальную миграционную активность токсичных компонентов отходов от бурения скважин и добычи нефти и газа и не загрязнять окружающую среду при использовании в качестве вторичного ресурса целевого продукта с достигнутыми при этом высокими характеристиками по прочности и плотности, при этом предлагаемый грунт несравненно более рентабелен и более удобен для практического использования, так как имеет рыхлую консистенцию и не представляет собой жесткую застывшую структуру, не пригодную для корректировки.

Согласно заявляемому изобретению, полезно при использовании готового продукта на таких объектах накопления и размещения отходов, как, например, засыпке и рекультивации шламовых амбаров, шламонакопителей, полигонов твердых коммунальных отходов и искусственных земляных выемок, чтобы он был получен из следующих ингредиентов, взятых в следующем соотношении:

отходы от бурения скважин и добычи нефти и газа - 1,0 м3; инертный материал на основе минерального грунта - 0,4-0,65 м3; стабилизатор грунта - 85-130 мл; вода - по расчету на влажность готового продукта от 50 до 80%.

Согласно заявляемому изобретению, при использовании готового продукта при дорожном строительстве, в том числе, при сооружении земляного полотна, дополнительных слоев оснований автомобильных дорог II-V категорий, устройстве дорожных одежд на внутрипромысловых дорогах IV-V категорий целесообразно, чтобы он был получен из следующих ингредиентов, взятых в следующем соотношении:

отходы от бурения скважин и добычи нефти и газа - 1,0 м3; инертный материал на основе минерального грунта - 0,85-2,4 м3; стабилизатор грунта - 180-240 мл; вода - по расчету на влажность готового продукта от 30 до 49%.

Согласно заявляемому изобретению, в качестве инертного материала на основе минерального грунта может быть использован природный минеральный песчаный мелкообломочный грунт и/или природный глинистый коллоидный грунт и/или вскрышные природные породы глинистого и песчаного грунтов, которые находятся на территории буровой площадки и образовались при строительстве бурового шламового амбара.

При отсутствии на территории буровой площадки природного минерального грунта из отвала, образованного при строительстве бурового шламового амбара, полезно чтобы в качестве инертного материала на основе минерального грунта был использован сертифицированный сыпучий строительный материал, образованный при утилизации отходов от добычи нефти и газа, при этом целесообразно, чтобы такой строительный материал выбран из группы, включающей строительный материал БУРОЛИТ, строительный материал ТЕХНОГРУНТ-S, строительный материал РЕСОИЛ, что увеличивает возможности утилизации больших объемов отходов от бурения скважин и добычи нефти и газа. Дальнейшие цели и преимущества заявляемого изобретения станут ясны из последующего подробного описания заявляемого техногенного грунта.

Заявляемое изобретение касается техногенного грунта, полученного в первую очередь на основе отходов от бурения скважин и добычи нефти и газа. Такие отходы преимущественно состоят из продуктов разрушения горных пород забоя, в том числе глинистых, и продуктов разрушения стенок скважины, продуктов стирания бурового снаряда и осадных труб, глинистых минералов (при промывке глинистым раствором) и вместе с выкуренной породой включает все химические соединения, которые используются при приготовлении буровых растворов.

Буровой шлам отличается высоким влагосодержанием (до 70% и более), его плотность колеблется в пределах 1,3-1,8 кг/дм3. Пожаробезопасен. Удельная эффективная активность естественных радионуклидов (Аэфф.) не превышает 740 Бк/кг, согласно СанПиН 2.6.1.2523-09 (Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009).

Буровой шлам содержит значительное количество глинисто-коллоидной фазы (порядка 50%) и не имеет структуры. При высыхании шлам превращается в крупные каменистые комки, а при увлажнении переходит в пластичное состояние. Безструктурность бурового шлама месторождений Западной Сибири усиливается при насыщении обменного комплекса глинистых частиц (монтмориллонита и др.) ионами калия и натрия, что происходит в случае попадания солей - KСl, NaCl и/или при прохождении засоленных геологических пластов.

Также отходы от бурения скважин и добычи нефти и газа включают отработанные буровые растворы, которые состоят на 85-89% из воды, бентонитовых глинопорошков - 10-11%, в оставшиеся растворах 1-5%, также могут входить различные смазывающие, антисептические, пеногасительные, антифильтрационные и гидрофобизирующие жидкости. Наиболее распространены гидрофобизированная кремнийорганическая жидкость (ГКЖ), натриевая соль карбометилцеллюлозы (КМЦ), едкий натр, гипан, графитовая смазка, полиакриламид (ПАА), каустическая сода, калий, кальцинированная сода.

Далее, отходы от бурения скважин и добычи нефти и газа включают буровые сточные воды, которые по составу в большинстве случаев представляют собой многокомпонентные системы. Загрязняющие свойства буровых сточных вод зависят от химических реагентов, применяемых для приготовления и обработки буровых растворов, и состава разбуриваемых пород.

Отходы от бурения скважин и добычи нефти и газа могут включать нефтезагрязненный грунт, растворы на углеводородной основе, нефтешлам.

Таким образом в составе отходов при добыче нефти и газа могут присутствовать нефть и нефтепродукты, химические реагенты различной степени токсичности, растворимые минеральные соли и другие опасные вещества, иными словами, токсичные компоненты, неприемлемые для окружающей природной среды.

Согласно изобретению, заявляемый техногенный грунт получен, помимо названных выше отходов, из инертного материала на основе минерального грунта. Говоря об инертном грунте, мы имеем в виду минеральный грунт, состоящий из неорганических веществ. Подходящим по целям настоящего изобретения грунт - это природный минеральный дисперсионный грунт, который состоит из геологических элементов различного происхождения и определяется по физико-химическим свойствам и геометрическим размерам частиц его составляющим. Такой грунт подразделяется на крупнообломочные, мелкообломочные и коллоидные грунты. При этом песчаный /мелкообломочный/ грунт - это несвязный минеральный грунт с массой частиц размером 0,05-2,0 мм более 50 процентов и числом пластичности менее 1 процента. Глинистый /коллоидный/ грунт - это связный грунт, состоящий в основном из пылевидных и глинистых /менее 3 процентов/ частиц, обладающий свойством пластичности >=1 процент. Инертный материал на основе минерального грунта указанных характеристик может быть из отвала, образованного при строительстве бурового шламового амбара и находиться на территории буровой площадки, либо, при его отсутствии, такой грунт специально привозят к месту производства заявляемого материала. В качестве завезенного грунта могут использоваться вскрытые породы природных глинистого и песчаного грунтов, их смеси в виде суглинков песчанистых. Также возможно использование в качестве инертного материала искусственных сертифицированных сыпучих строительных материалов с минеральной компонентой, образованных в результате утилизации отходов от добычи нефти и газа, например, строительный материал БУРОЛИТ, строительный материал ТЕХНОГРУНТ-S, строительный материал РЕСОИЛ и подобные.

Согласно изобретению, заявляемый техногенный грунт получен, помимо названных выше отходов и инертного материала на основе минерального грунта, и из химического реагента - стабилизатора грунта на основе минеральной кислоты, преимущественно серной кислоты, и амфифильных поверхностно-активных веществ. Предлагаемый к использованию, согласно изобретению, стабилизатор грунта изменяет способность глинистых частиц отходов бурения скважин и добычи нефти и газа притягивать адсорбированную воду, удерживающуюся за счет электрического притяжения. Реагент предлагаемого типа способен вытеснять из матрицы глины слабо ионизированные молекулы воды с последующим замещением их на сильно ионизированные сульфаты, изменять водно-физические свойства глинистой составляющей отходов. Совершенно неожиданно было обнаружено, что реагент предлагаемого типа благодаря способности образовывать прочные химические связи в кристаллических решетках обеспечивает блокирование миграционной активности токсичных веществ, присутствующих в отходах, в том числе и тяжелых металлов, что позволяет в дальнейшем исключить загрязнение окружающей среды при использовании заявляемого техногенного грунта в качестве вторичного ресурса.

Примером реагента, обеспечивающего указанный эффект, может служить продукт на основе минеральной кислоты, преимущественно серной кислоты и амфифильных поверхностно-активных веществ, нетоксичный, взрыво-пожаро-радиационно безопасный материал, не выделяет летучих токсичных веществ, по степени воздействия на организм человека относится к веществам 4-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007, а именно, например, «Стабилизатор грунта Polybond» с уд.массой (h20=1): 1,70; рН 1,0; «Стабилизатор грунта Сателлит» с удельным весом 1,00-1,07, рН 11,00-12,00; «Добавка укрепляющая грунт (стабилизатор грунта) ARS» с удельным весом 1,00-1,07, рН 4,00-6,00; «Компонент, стабилизирующий грунт CSS» с удельным весом 1,00-1,07, рН 4,5-6,5; «Стабилизатор глинистых грунтов SUPREN» с удельным весом 1,00-1,07, рН 3,5-6,5.

«Стабилизатор грунта Сателлит» при взаимодействии с компонентами техногенного грунта, изменяет их водно-физические свойства, способствует образованию прочных химических связей в кристаллических решетках. Техногенный грунт приобретает гидрофобные свойства, не подвержен набуханию и размоканию и образованию сложных коллоидных растворов.

«Стабилизатор грунта Сателлит», входящий в состав техногенного грунта, обеспечивает способность герметизировать полигоны, места размещения отходов, хранилища опасных веществ; способствует повышению рентабельности и производительности изготовления техногенного грунта без дополнительной его предподготовки, при этом происходит экономия вяжущих материалов, за счет чего достигается снижение транспортно-эксплуатационных затрат и экономия производства техногенного грунта в целом.

«Добавка укрепляющая грунт (стабилизатор грунта) ARS» предназначена для изменения водно-физических свойств глинистого грунта. При этом увеличивается его гидрофобность. За счет уменьшения коэффициента фильтрации снижается его водопроницаемость. Также снижаются, вплоть до полного исключения, пучинистость и набухаемость грунтов. Стабилизация обеспечивает высокую степень уплотнения грунтов, образующихся при утилизации буровых отходов, отходов, связанных со строительством скважин, шламов, за счет вытеснения свободной воды на поверхность границы фаз. Применение названной добавки обеспечивает экономию вяжущих материалов, за счет чего достигается снижение транспортно-эксплуатационных затрат и экономия в целом. «Добавка укрепляющая грунт (стабилизатор грунта) ARS» является продуктом, получаемым при взаимодействии минеральной кислоты и гидрофильных поверхностно-активных веществ. Действие добавки состоит в способствовании образования прочных химических связей в кристаллических решетках, в результате техногенный материал приобретает гидрофобные свойства, не подвержен к набуханию и размоканию и образованию сложных коллоидных растворов.

«Компонент, стабилизирующий грунт CSS» представляет собой пластифицирующий компонент, позволяющий достигать более высоких показателей уплотнения грунта. По своей химической природе является анионоактивным ПАВ-стабилизатором. «Компонент, стабилизирующий грунт CSS» позволяет изменять в сторону увеличения прочностные и деформационные характеристики техногенных грунтов, образующихся при утилизации буровых отходов, отходов связанных со строительством скважин, шламов.

ПАВ-стабилизатор «Компонент, стабилизирующий грунт CSS» обеспечивает более высокую несущую способность техногенного грунта и выполненного из него дорожного основания по сравнению с традиционными решениями, что, в свою очередь, ведет к увеличению межремонтного срока эксплуатации дорог.

Структурообразование глинистой составляющей заявляемого грунта при взаимодействии с добавкой «CSS» обусловлено блокированием активных гидрофильных центров дисперсных минералов, что приводит к снижению удельной поверхности грунта, катионной емкости и повышению гидрофобности.

При этом техногенный грунт теряет способность набухать, а при его уплотнении капиллярная и пленочная вода легко отделяются из смеси, создавая условия высокой уплотняемости грунтовой смеси.

«Стабилизатор глинистых грунтов SUPREN» является многокомпонентной системой, содержащей в своем составе поверхностно-активные вещества, обладающие свойствами гидрофобизаторов, полимеров и структурообразователей и применяемые для обработки грунтов с целью изменения их водно-физических и физико-механических свойств. «Стабилизатор глинистых грунтов SUPREN» представляет собой анионный (анионактивный) водорастворимый стабилизатор грунта в виде жидкого концентрата на основе ПАВ и серной кислоты.

«Стабилизатор глинистых грунтов SUPREN» способствует изменению в положительную сторону практически всего комплекса водно-физических свойств грунта, а именно, увеличивается гидрофобность грунта; за счет уменьшения коэффициента фильтрации снижается водопроницаемость грунта; снижаются, вплоть до полного исключения, пучинистость и набухаемость грунтов; уменьшается высота капиллярного поднятия и оптимальная влажность грунта с одновременным ростом максимальной плотности при стандартном уплотнении.

Реагенты предлагаемого типа, благодаря способности образовывать прочные химические связи в кристаллических решетках, совершенно неожиданно обеспечивают блокирование миграционной активности токсичных веществ, присутствующих в отходах, в том числе и тяжелых металлов, что позволяет в дальнейшем исключить загрязнение окружающей среды при использовании заявляемого техногенного грунта в качестве вторичного ресурса.

Помимо этого, необходимо сказать что указанные реагенты, обеспечивающие блокирование миграционной активности токсичных веществ и указанную специфичную стабилизацию грунта, возможно применять при получении целевого продукта как по отдельности, так и в сочетании один с другим.

В соответствии с изобретением, заявляемый техногенный грунт получен из вышеназванных ингредиентов, взятых в следующем соотношении:

отходы от бурения скважин и добычи нефти и газа - 1,0 м3; инертный материал на основе минерального грунта - не менее 0,4 м3; стабилизатор грунта, выбранный среди вышеперечисленных продуктов - 85-250 мл; вода - по расчету на влажность готового продукта не более 80%.

Как показали проведенные исследования, только при выполнении заявленных соотношений компонентов техногенного грунта возможно обеспечить оптимальное разбавление концентрации токсичных компонентов отходов названным инертным материалом и, что определяюще важно, обеспечить нейтрализацию экотоксикантов названным химическим стабилизатором и свести к минимуму их миграционную активность. Присутствие в указанной пропорции названного стабилизатора в среде отходов от бурения скважин и добычи нефти и газов приводит к дестабилизации глинистых взвесей, присутствующих в названных отходах, с нейтрализацией среды получаемого минерально-шламового продукта - техногенного грунта. Превышение верхнего значения - 250 мл - содержания стабилизатора не приводит к дальнейшему усилению достигнутого эффекта и не целесообразно, при содержании стабилизатора менее нижнего значения - 85 мл - не удается: обеспечить путем блокирования миграционной активности токсичных веществ, присутствующих в отходах, нейтрализацию среды получаемого минерально-шламового продукта - техногенного грунта, а также дестабилизацию глинистых взвесей, присутствующих в исходных отходах.

Предлагаемый в настоящей заявке техногенный грунт обеспечивает решение следующих прикладных задач, а именно, эффективной переработки отходов, ведущей к снижению затрат на содержание и рекультивацию шламовых амбаров и полигонов, улучшение экологической обстановки в районах добычи нефти и газа; расширения номенклатуры грунтов/материалов, пригодных для строительства промысловых дорог.

Предлагаемый техногенный грунт, который получен из названных ингредиентов, взятых в следующем соотношении:

отходы от бурения скважин и добычи нефти и газа - 1,0 м3; инертный материал на основе минерального грунта - 0,4-0,65 м3; стабилизатор грунта, выбранный среди вышеперечисленных продуктов - 85-130 мл; вода - по расчету на влажность готового продукта от 50 до 80%,

найдет применение при засыпке и рекультивации шламовых амбаров, шламонакопителей, карьеров, производственных участков, полигонов для твердых бытовых отходов и твердых коммунальных отходов и, как искусственных, так и природных земляных выемок и других объектов накопления и размещения отходов.

Предлагаемый техногенный грунт, который получен из названных ингредиентов, взятых в следующем соотношении:

отходы от бурения скважин и добычи нефти и газа - 1,0 м3; инертный материал на основе минерального грунта - 0,85-2,4 м3; стабилизатор грунта, выбранный среди вышеперечисленных продуктов - 180-240 мл; вода - по расчету на влажность готового продукта от 30 до 49%,

найдет применение как при засыпке и рекультивации шлаковых амбаров, шламонакопителей, карьеров, производственных участков, полигонов для твердых бытовых отходов и твердых коммунальных отходов, искусственных и природных земляных выемок и других объектов накопления и размещения отходов, так и при использовании в дорожном строительстве, а именно, при сооружении земляного полотна, дополнительных слоев оснований автомобильных дорог II-V категорий, устройстве дорожных одежд на внутри-промысловых дорогах IV-V категорий; сооружении насыпных оснований и грунтовых обжалований строительных и производственных площадок нефтегазовых месторождений в I-V дорожно-климатических зонах; обвале и отсыпке дорог и обочин производственных площадок нефтегазовых месторождений; для строительства, ремонта и укрепления обвалования и пандусов на кустовых площадках.

Разработанный техногенный грунт получен химическим методом путем дозированного разбавления инертным материалом - минеральным грунтом природного или/и искусственного происхождения концентрации токсичных компонентов в отходах от бурения скважин и добычи нефти и газа и обработкой полученной смеси химическим стабилизатором грунта.

В качестве инертного материала, используемого для разбавления концентрации токсического действия отходов бурения скважин и добычи нефти и газа служит, как указано выше, минеральный грунт из отвала, образованного при строительстве бурового шлакового амбара, либо минеральный грунт, представляющий собой вскрытые породы глинистого и песчаного грунтов, их смеси в виде суглинков песчаных, либо сертифицированный искусственный сыпучий строительный материал, образованный в результате утилизации отходов от добычи нефти и газа, например, строительный материал Бурлит, материал Техногрунт-S, строительный материал РЕСОИЛ. Предпочтительно использование наиболее доступного природного или намывного песка, грунта, вскрытых пород, разработка и использование которых наносит наименьший экологический ущерб.

Стабилизатор грунта на основе минеральной кислоты и поверхностно-активных веществ, выбранный среди продуктов, названных выше, обеспечивает нейтрализацию токсикантов и благодаря присутствующим в составе стабилизатора поверхностно-активных веществ обеспечивает также стабилизацию и укрепление грунта. Результатом присутствия в заявляемом техногенном грунте выбранного стабилизатора грунта является образование однородной смеси /даже в случае переувлажненного грунта/, в которой минимизирована миграционная активность токсичных компонентов отходов от бурения скважин и добычи нефти и газа. Также благодаря присутствию в заявляемом грунте названного стабилизатора грунта наблюдают изменение физико-механических свойств грунта за счет ионного замещения связанной пленочной воды на поверхности пылевидных частиц грунта ионами присутствующего стабилизатора с водоотталкивающим действием. Кроме того, оптимальная трамбовочная влажность такого грунта заметно снижена и, значит, повышена максимальная плотность стандартного уплотнения, что суммарно обеспечивает повышение несущих свойств заявляемого грунта, увеличению коэффициента уплотнения.

При смешивании любого названного стабилизатора грунта с отходами от бурения скважин и добычи нефти и газа происходит растворение стабилизатором минеральных солей с формированием естественных уплотняющих свойств - закристаллизовавшись в минеральные соли отходы от бурения скважин и добычи нефти, содержащие токсичные компоненты, совместно с таким инертным материалом как, например, песок образуют прочный грунт, обладающий хорошей несущей способностью и долговечностью. В таком грунте, благодаря изобретению, достигнуто значительное снижение подвижности присутствующих в отходах токсичных загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов, что обеспечивает общее снижение токсичности разработанного техногенного грунта. Благодаря присутствию предлагаемого стабилизатора техногенный грунт приобретает гидрофобные свойства, не подвержен к набуханию и размоканию и образованию сложных коллоидных растворов. Замена слабо ионизированных молекул воды на сильно ионизированные сульфаты в смеси отходов и стабилизатора обеспечивает заявляемому техногенному грунту высокую устойчивость к проникновению воды и снижает его водонасыщение.

Таким образом изменения водно-физических свойств глинистой составляющей отходов от бурения скважин и добычи нефти и газа и изменения структуры смеси ингредиентов позволяет создать техногенный грунт, который стабильно исключает загрязнение окружающей среды при его использовании в качестве вторичного ресурса и при этом обладает высокой плотностью и прочностью.

Техногенный грунт, согласно заявляемому изобретению, представляет собой грунтоподобную смесь рыхлой консистенции, пригодную для возможной последующей корректировки. Влажность свежеприготовленного материала находится в пределах 40-80%. Заявляемый продут является взрыво- и пожаробезопасным материалом, не выделяет летучих токсических веществ, не пылит.

Производство заявляемого грунта возможно осуществлять методом перемешивания малочисленных исходных компонентов на площадках, отводимых для строительства скважин, на территории прилегающей к амбарам с отходами от бурения скважин и добычи нефти и газа, в шламовых амбарах и шламонакопителях, иных площадных объектах подобного типа. По окончанию перемешивания производят отбор проб для испытания и подтверждения пригодности полученного грунта для использования.

То есть производство заявляемого грунта одностадийное, не требует предварительной обработки и подготовки компонентов, что крайне важно в полевых условиях, учитывая объемы производства, и относительно незатратное.

Подобранный, согласно изобретению, состав техногенного грунта при испытаниях на токсичность методом биотестирования в соответствии с «Критериями…», утвержденными приказом МПР России от 15.06.2001 №511, обеспечивает IV-V класс опасности. Благодаря предлагаемому техногенному грунту на основе указанного сочетания исходных компонентов, взятых в указанных соотношениях, обеспечена возможность исключить загрязнение окружающей среды за счет достигнутой минимизации миграционной активности экотоксинов используемых отходов и химического уплотнения целевого техногенного грунта. Таким образом успешна решена задача по экобезопасной утилизации на местах больших объемов отходов от бурения скважин и добычи нефти и газа.

Пример 1.

Техногенный грунт, полученный из следующих ингредиентов, взятых в следующем соотношении:

шламы буровые, образовавшиеся при добыче нефти, природного (попутного) газа и газового конденсата - 1,0 м3; сертифицированный сыпучий строительный материал Буролит - 0,4 м3; «Стабилизатор грунта Polybond» - 130 мл; вода-жидкая фракция буровых растворов - по расчету на влажность готового продукта 50-80%.

Техногенный грунт, полученный из указанных ингредиентов, представляет собой грунтоподобную смесь рыхлой консистенции влажностью около 50%; имеет плотность около 1,61 т/м3.

Техногенный грунт указанного состава может быть использован при засыпке и рекультивации шламовых амбаров, шламонакопителей, карьеров, производственных участков, полигонов для твердых бытовых отходов и твердых коммунальных отходов и, как искусственных, так и природных земляных выемок и других объектов накопления и размещения отходов.

Пример 2.

Техногенный грунт, полученный из следующих ингредиентов, взятых в следующем соотношении:

шламы буровые, образовавшиеся при добыче нефти, природного газа и газового конденсата, и отработанные буровые растворы/твердая фракция/, взятые в мас соотношении 3:1 - 1,0 м3; песчаный мелкообломочный грунт - 0,57 м3; «Добавка укрепляющая грунт (стабилизатор грунта) ARS» - 85 мл; вода-буровые сточные воды - по расчету на влажность готового продукта 50-80%.

Техногенный грунт, полученный из указанных ингредиентов, представляет собой грунтоподобную смесь рыхлой консистенции влажностью около 79%; имеет плотность около 1,3 т/м3.

Техногенный грунт указанного состава может быть использован при засыпке и рекультивации шламовых амбаров, шламонакопителей, карьеров, производственных участков, полигонов для твердых бытовых отходов и твердых коммунальных отходов и, как искусственных, так и природных земляных выемок и других объектов накопления и размещения отходов.

Пример 3.

Техногенный грунт, полученный из следующих ингредиентов, взятых в следующем соотношении:

шламы буровые, образовавшиеся при добыче нефти, природного (попутного) газа и газового конденсата, и буровой раствор на углеводородной основе /умеренно опасный/, взятые в мес соотношении 4:1 - 1,0 м3; глинистый коллоидный грунт - 0,65 м3; «Стабилизатор глинистых грунтов SUPREN» - 91 мл; вода-жидкая фракция буровых растворов - по расчету на влажность готового продукта 50-80%.

Техногенный грунт, полученный из указанных ингредиентов, представляет собой грунтоподобную смесь рыхлой консистенции влажностью около 80%; имеет плотность около 1,35 т/м3.

Техногенный грунт указанного состава может быть использован при засыпке и рекультивации шламовых амбаров, шламонакопителей, карьеров, производственных участков, полигонов для твердых бытовых отходов и твердых коммунальных отходов и, как искусственных, так и природных земляных выемок и других объектов накопления и размещения отходов.

Пример 4.

Техногенный грунт, полученный из следующих ингредиентов, взятых в следующем соотношении:

шламы буровые, образовавшиеся при добыче нефти, природного (попутного) газа и газового конденсата - 1,0 м3; песчаный мелкообломочный грунт - 0,85 м3; «Компонент, стабилизирующий грунт CSS» - 240 млвода-жидкая фракция буровых растворов - по расчету на влажность готового продукта 30-49%.

Техногенный грунт, полученный из указанных ингредиентов, представляет собой грунтоподобную смесь рыхлой консистенции влажностью около 30%; имеет плотность около 1,7 т/м3.

Техногенный грунт указанного состава может быть использован как при засыпке и рекультивации шлаковых амбаров, шламонакопителей, карьеров, производственных участков, полигонов для твердых бытовых отходов и твердых коммунальных отходов, искусственных и природных земляных выемок и других объектов накопления и размещения отходов, так и при использовании в дорожном строительстве, а именно, при сооружении земляного полотна, дополнительных слоев оснований автомобильных дорог II-V категорий, устройстве дорожных одежд на внутрипромысловых дорогах IV-V категорий; сооружении насыпных оснований и грунтовых обжалований строительных и производственных площадок нефтегазовых месторождений в I-V дорожно-климатических зонах; обвале и отсыпке дорог и обочин производственных площадок нефтегазовых месторождений; для строительства, ремонта и укрепления обвалования и пандусов на кустовых площадках.

Пример 5.

Техногенный грунт, полученный из следующих ингредиентов, взятых в следующем соотношении:

шламы буровые, образовавшиеся при добыче нефти, природного газа и газового конденсата, и отработанные буровые растворы/твердая фракция/, взятые в мае соотношении 3:1 - 1,0 м3; сертифицированный сыпучий строительный материал Буролит - 1,95 м3; «Стабилизатор грунта Сателлит» - 180 мл; вода-жидкая фракция буровых растворов - по расчету на влажность готового продукта 30-49%.

Техногенный грунт, полученный из указанных ингредиентов, представляет собой грунтоподобную смесь рыхлой консистенции влажностью около 50%; имеет плотность около 2,2 т/м3.

Техногенный грунт указанного состава может быть использован как при засыпке и рекультивации шлаковых амбаров, шламонакопителей, карьеров, производственных участков, полигонов для твердых бытовых отходов и твердых коммунальных отходов, искусственных и природных земляных выемок и других объектов накопления и размещения отходов, так и при использовании в дорожном строительстве, а именно, при сооружении земляного полотна, дополнительных слоев оснований автомобильных дорог II-V категорий, устройстве дорожных одежд на внутрипромысловых дорогах IV-V категорий; сооружении насыпных оснований и грунтовых обжалований строительных и производственных площадок нефтегазовых месторождений в I-V дорожно-климатических зонах; обвале и отсыпке дорог и обочин производственных площадок нефтегазовых месторождений; для строительства, ремонта и укрепления обвалования и пандусов на кустовых площадках.

Пример 6.

Техногенный грунт, полученный из следующих ингредиентов, взятых в следующем соотношении:

шламы буровые, образовавшиеся при добыче нефти, природного газа и газового конденсата, и отработанные буровые растворы/твердая фракция/, взятые в мае соотношении 3:1 - 1,0 м3; глинистый коллоидный грунт - 2,4 м3; «Стабилизатор грунта Сателлит» - 200 мл; вода-жидкая фракция буровых растворов - по расчету на влажность готового продукта 30-49%.

Техногенный грунт, полученный из указанных ингредиентов, представляет собой грунтоподобную смесь рыхлой консистенции влажностью около 50%; имеет плотность около 2,08 т/м3.

Техногенный грунт указанного состава может быть использован как при засыпке и рекультивации шлаковых амбаров, шламонакопителей, карьеров, производственных участков, полигонов для твердых бытовых отходов и твердых коммунальных отходов, искусственных и природных земляных выемок и других объектов накопления и размещения отходов, так и при использовании в дорожном строительстве, а именно, при сооружении земляного полотна, дополнительных слоев оснований автомобильных дорог II-V категорий, устройстве дорожных одежд на внутрипромысловых дорогах IV-V категорий; сооружении насыпных оснований и грунтовых обжалований строительных и производственных площадок нефтегазовых месторождений в I-V дорожно-климатических зонах; обвале и отсыпке дорог и обочин производственных площадок нефтегазовых месторождений; для строительства, ремонта и укрепления обвалования и пандусов на кустовых площадка

Благодаря заявленному изобретению при использовании предлагаемого техногенного грунта возможно обеспечить минимальную миграционную активность токсичных компонентов отходов от бурения скважин и добычи нефти и газа и не загрязнять окружающую среду при использовании в качестве вторичного ресурса целевого продукта с достигнутыми при этом его высокими характеристиками по прочности и плотности, при этом предлагаемый грунт несравненно более рентабелен так как не предусматривает ни предварительной подготовки исходных ингредиентов, ни использования в больших объемах промышленных продуктов, доставка которых к месту производства затратна и технологически сложна; также предлагаемый техногенный грунт более удобен для практического использования, так как имеет рыхлую консистенцию и не представляет собой жесткую застывшую структуру, не пригодную для корректировки.

Изобретение относится к охране окружающей природной среды, в частности к экологичной утилизации отходов, образующихся при бурении скважин и добычи нефти и газа. Техногенный грунт характеризуется тем, что он получен из следующих ингредиентов, взятых в следующем соотношении: отходы от бурения скважин и добычи нефти и газа, включающие глинистый грунт и токсичные компоненты - 1,0 м³; инертный материал на основе минерального грунта - не менее 0,4 м³; стабилизатор грунта на основе минеральной кислоты и поверхностно-активного вещества - 85-250 мл; вода по расчету на влажность готового продукта не более 80%. Изобретение обеспечивает создание техногенного грунта, который при его высоких характеристиках по прочности и плотности не загрязняет окружающую среду при его использовании в качестве вторичного ресурса. 6 з.п. ф-лы, 6 пр.

1. Техногенный грунт, характеризующийся тем, что он получен из следующих ингредиентов, взятых в следующем соотношении:

отходы от бурения скважин и добычи нефти и газа, включающие глинистый грунт и токсичные компоненты 1,0 м³ инертный материал на основе минерального грунта не менее 0,4 м³ стабилизатор грунта на основе минеральной кислоты и поверхностно-активного вещества 85-250 мл вода по расчету на влажность готового продукта не более 80%

2. Техногенный грунт по п. 1, характеризующийся тем, что он получен из следующих ингредиентов, взятых в следующем соотношении:

отходы от бурения скважин и добычи нефти и газа, включающие глинистый грунт и токсичные компоненты 1,0 м³ инертный материал на основе минерального грунта 0,4-0,65 м³ стабилизатор грунта на основе минеральной кислоты и поверхностно-активного вещества 85-130 мл вода по расчету на влажность готового продукта от 50 до 80%

3. Техногенный грунт по п. 1, характеризующийся тем, что он получен из следующих ингредиентов, взятых в следующем соотношении:

отходы от бурения скважин и добычи нефти и газа, включающие глинистый грунт и токсичные компоненты 1,0 м³ инертный материал на основе минерального грунта 0,85-2,4 м³ стабилизатор грунта на основе минеральной кислоты и поверхностно-активного вещества 180-240 мл вода по расчету на влажность готового продукта от 30 до 49%

4. Техногенный грунт по любому из пп. 1-3, характеризующийся тем, что в качестве стабилизатора грунта использован «Стабилизатор грунта Сателлит» и/или «Стабилизатор грунта Polybond».

5. Техногенный грунт по любому из пп. 1-3, характеризующийся тем, что в качестве инертного материала на основе минерального грунта использован песчаный мелкообломочный грунт, и/или глинистый коллоидный грунт, и/или вскрышные породы глинистого и песчаного грунтов.

6. Техногенный грунт по любому из пп. 1-3, характеризующийся тем, что в качестве инертного материала на основе минерального грунта использован сертифицированный сыпучий строительный материал, образованный при утилизации отходов от добычи нефти и газа.

7. Техногенный грунт по п. 6, характеризующийся тем, что сертифицированный сыпучий строительный материал выбран из группы, включающей строительный материал БУРО-ЛИТ, строительный материал ТЕХНОГРУНТ-S, строительный материал РЕСОИЛ.