СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БУРОВОГО ШЛАМА С ПОЛУЧЕНИЕМ ГРУНТА РЕКУЛЬТИВАЦИОННОГО ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ Российский патент 2023 года по МПК B09C1/08 

Изобретение относится к способам переработки бурового шлама с получением грунта рекультивационного для технической и биологической рекультивации, с последующим его применением для рекультивации кустовых площадок, шламонакопителей, песчаных карьеров с прилегающих к ним дорог, нарушенных земель временного и постоянного отвода. Известен способ RU 2 661 831 С1 утилизации бурового шлама с получением экологически чистого грунта, включающий смешивание бурового шлама и песка. Дополнительно в буровой шлам вводят гипсовый камень (фракцией 0-60 мм) в количестве 5% по массе, диатомита - 5% по массе, глауконита - 5% по массе, песка - 15% по массе, с дальнейшим механическим перемешиванием компонентов. Недостатком данного способа является отсутствие в составе реагента регулятора влажности, низкие вяжущие свойства конечного продукта, удерживающие соли тяжелых металлов, высокая концентрация шлама и отсутствие реагента повышающего плодородность грунта. Известен способ обезвреживания отработанных буровых шламов и почв, загрязненных нефтепродуктами, заключающийся в том, что буровой шлам извлекался экскаватором из шламовых амбаров на ровную поверхность и просушивается на солнце, с последующим внесением смеси фосфогипса и глауконита и перемешиванием при помощи бульдозера для загустения шлама, сорбирования и связывания солей тяжелых металлов в труднорастворимые формы. Далее на дно шламового амбара, отсыпанного глауконитом, производится размещение и уплотнение обезвреженного отработанного бурового шлама, с последующей послойной засыпкой глауконитом, минеральным грунтом и плодородным слоем, обогащенным глауконитом /RU 2596781, В09С 1/08, C09K 17/06, C09K 17/08, C09K 101/00, Е21В 21/01, Е21В 21/06, опубл. 10.09.2016 Бюл. №25/. Недостатками данного способа являются сложность технологического процесса обезвреживания бурового шлама: изымание бурового шлама из шламового амбара; необходимость больших площадей под размещение изъятого бурового шлама для просушивания на солнце; отсутствие гидроизоляции; большие экономические затраты на проведение работ. Известен способ создания дорожно-строительного композиционного материала на основе бурового шлама, заключающийся в перемешивании бурового шлама влажностью 50-60%, полученного при бурении скважины на технической воде плотностью 1300-1800 кг/м3, 60-80 мас. %, портландцемента - 10-20% мас. %, мелкого заполнителя (кварцевого песка) крупностью 1,5-3 мм - 0-20 мас. %, хлорида кальция - 3-5 мас. % (от массы портландцемента), воды - остальное. Строительный материал используется для укладки в качестве дорожного покрытия дороги IV категории, а также для сооружения насыпей земляного полотна и укрепления грунтовых оснований строительных и других площадок /RU 2629634, Е01С 3/04, Е01С 7/10, С04В 18/04, С04В 28/04, С04В 111/20, опубл. 30.08.2017 Бюл. №25/. Недостатком данного способа является использование большого количества портландцемента до 20%, дорогостоящего компонента - кварцевого песка, дополнительное использование воды; также существует риск размыва композиционного материала при использовании в качестве дорожного покрытия дороги. Известен способ утилизации буровых отходов, включающий смешивание бурового шлама с углеродом техническим, негашеной известью, торфом, цементом и песком. Полученная смесь обеспечивает возможность переработки нефтесодержащих буровых шламов в строительный материал с повышенной прочностью, в экологически безопасный грунт, пригодный для компактного складирования или для использования в качестве мелиоранта для мульчирования рекультивируемого участка с улучшенными экологическими свойствами /RU 2508170, В09В 3/00, В28С 5/00, опубл. 27.02.2014 Бюл. №6/. Недостатком данного способа является использование негашеной извести, которая способствует повышению рН среды бурового шлама, использование большого количества торфа. Известен способ нейтрализации методом отверждения (инертизации) отходов бурения (отработанные глинистые буровые растворы и буровые шламы, а также другие шламы), Стр.: 3 RU 2 661 831 С1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 содержащих нефтепродукты, тяжелые металлы, ПАВ и другие загрязнители. Состав, применяемый для инертизации отходов бурения, содержит цемент (40-80%), природный силикагель (20-60%), жидкое стекло (10-20% от сухого отверждаемого материала). Продуктом обезвреживания отходов бурения является инертная масса с характеристиками техногенных грунтов, соответствующих IV классу опасности, которая может использоваться в качестве инертного грунта для выравнивания рельефа местности, засыпки освобожденных от шлама амбаров, а также при строительстве дорог /RU 2387689, C09K 8/46, В09В 3/00, опубл. 27.04.2010, Бюл. №12/. Недостатком данного способа является присутствие в составе для инертизации отходов бурения дорогостоящего компонента - жидкое стекло; при нарушении способ нейтрализации методом отверждения (инертизации) отходов бурения, полученный продукт не подлежит повторной утилизации. Известен состав для дорожного строительства, содержащий цемент (2-12% по массе), грунтощебень (100% по массе) и модификатор (буровой шлам - 10-50% по массе) и дополнительно фиброволокно (0,01-5% по массе), полученный материал пригоден для строительства промысловых дорог и площадок /RU 2612039, Е01С 21/00, Е01С 3/00, С04В 28/00, С04В 111/76, С04В 111/20, опубл. 02.03.2017 Бюл. №7/. Недостатком данного способа является то, что основным компонентом является грунтощебень, а объем использованного бурового шлама составляет до 50% по массе. Известен способ утилизации бурового шлама, включающий следующие этапы: буровой шлам очищают и отжимают на четырехступенчатой системе очистки; затем буровой шлам размещают в траншее, сооруженной в теле насыпи площадки скважин; за траншеей устраивают временную земляную емкость для буровых сточных вод. При этом четырехступенчатая система очистки содержит высокоэффективные вибросита, ситогидроциклонную установку, илоотделитель и центрифугу. Данный способ позволяет использовать отходы бурения в качестве грунта для строительства насыпей площадок скважин /RU 2439098, C08J 11/00, С04В 18/04, опубл. 10.01.2012 Бюл. №1/. Недостатком данного способа является, что применение данного способа рассчитано только на утилизацию бурового шлама, полученного при бурении нефтяных скважин с применением глинистых водорастворимых биоразлагаемых полимеров и буровых растворов, в процессе приготовления которых применяют химреагенты с классом опасности не более четвертого, имеющие согласованные в установленном порядке показатели токсичности (ПДК, ОБУВ, ЛД50 и др.). Используемая система очистки не обеспечивает снижение вредного воздействия бурового шлама до V класса опасности на окружающую природную среду. Известен прототип смеси почвенной шламово-грунтовой (варианты) для рекультивации нарушенных земель и способ рекультивации карьеров и нарушенных земель, состоящей из двух смесей: в качестве нижнего рекультивационного слоя смесь содержит, об. %: буровой шлам - 50-65, песок или супесчаный грунт - 16-25, торф - 15-23, остальное - активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки, в том числе гипс или фосфогипс в количестве 2-3% от ее объема. Используемая в качестве верхнего рекультивационного слоя смесь содержит, об. %: буровой шлам - 35-50%, песок или супесчаный грунт - 20-30%, торф - 27-32,5%, остальное - активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки, в том числе гипс или фосфогипс в количестве 1,5-2% от ее объема. Полученный материал применяют при рекультивации нарушенных земель различного происхождения: техногенных с нарушенным почвенно-растительным покровом, нефтезагрязненных, занятых кустовыми площадками, амбарами, шламонакопителями, разведочными скважинами, коридорами коммуникаций, Стр.: 4 RU 2 661 831 С1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 сухоройными карьерами и пр. /RU 2491135, В09В 1/00, опубл. 27.08.2013 Бюл. №24/.

Недостатком данного способа является использование большого количества торфа (23-32,5% по объему), что предполагает проведение дополнительных разработок торфа и ведет к возрастанию антропогенной нагрузки на окружающую среду; использование в качестве рекультивируемого слоя с высоким содержанием торфопесчаной смеси (50-69% по объему), что связано с увеличением энергетических затрат.

Основной задачей предлагаемого изобретения является эффективная технология переработки бурового шлама, что выражается в следующем техническом решении: улучшение физико-химических свойств и структурообразованию бурового шлама путем введения гипса строительного ГОСТ 125-79, в качестве вяжущего вещества для ограничения попадания вредных веществ в окружающую среду до момента их распада и дезактивации, снижение концентрации нефтепродуктов и тяжелых металлов за счет внесения природного минерального сорбента глауконита ТУ 2164-001-91350088-2011 за счет вмещения в себя и блокирования, а также использования песка для снижения предельно-допустимых концентраций некоторых вредных веществ, а также как наполнителя для технической рекультивации, вермикулита ГОСТ 12865-67 в качестве адсорбента и стабилизатора почв, для удержания и поддержания необходимой влажности грунта от пыления и подпитки органических веществ, сапропель ТУ 10.91.10-001-01814093-2019, как ценное органическое удобрение необходимое для роста и питания растений, при этом концентрация воды для качественного перемешивания и растворения веществ поддерживается до 20%.

Указанный технический результат достигается тем, что в буровой шлам из расчета на 100 массовых единиц вносится песок 25% по массе, содержание воды 20% по массе, гипс строительный 1% по массе, вермикулита - 5% по массе, глауконита - 2% по массе, с дальнейшим механическим перемешиванием компонентов; дополнительно для биологической рекультивации в буровой шлам с перемешанным песком гипсом строительным, вермикулитом и глауконитом вводят сапропель 9% по массе с дальнейшим механическим перемешиванием компонентов.

Полученный грунт рекультивационный для технической и биологической рекультивации по результатам биотестирования не оказывает токсического действия на окружающую природную среду. Шламы буровые образуются при отделении твердой фазы от буровых растворов и промывочных технологических жидкостей в процессе отстаивания или на специальном оборудовании.

Буровые отходы не подлежат хранению или размещению, а требуют специальных операций по дальнейшему обращению.

Область применения грунта рекультивационного - земляные работы на основных и вспомогательных объектах нефтегазовых месторождений в качестве и составе работ по:

- технической рекультивации земель, нарушенных в связи с обустройством и эксплуатацией нефтегазовых месторождений;

- технической рекультивации шламовых амбаров;

- отсыпке и укреплению оснований, обустройству обваловок, откосов промышленных площадок основных и вспомогательных объектов нефтегазовых месторождений, для которых допускается грунтовое основание;

- отсыпке и укреплению оснований автомобильных дорог нефтегазовых месторождений, для которых допускается грунтовое основание.

Не допускается использование Продукта на землях поселений, водного фонда и в водоохранных зонах поверхностных водных объектов и зон санитарной охраны водозаборов, в границах особо охраняемых природных территорий, а также на биологическом этапе рекультивации земель всех категорий.

При использовании (утилизации, обезвреживании) бурового отхода в шламовых амбарах поперек амбара песком отсыпаются разрезные полосы, разделяющие амбар на секции, шириной по верху 4-6 м и высотой до 3 м, предназначенной для проезда и работы экскаватора внутрь шламового амбара. Расстояние между полосами равно двойной длине вылета стрелы экскаватора (Фиг. 1 и 2). Строительство разрезных полос производится бульдозером (экскаватором) методом «надвига» грунта. Устройство разрезных полос обеспечивает свободный доступ техники и персонала ко всем секциям амбара. Компоненты смеси вносятся непосредственно в секции амбара экскаватором. Процентное содержание компонентов смеси допустимо корректировать в зависимости от активности вяжущего, влажности и плотности наполнителя (бурового отхода). Максимальные дозировки назначаются для отходов бурения, имеющего наибольшую влажность.

Корректировка соотношения компонентов производится на основании визуального контроля в процессе перемешивания смеси. Многократное перемешивание производится ковшом экскаватора круговыми движениями с вовлечением всей массы смеси по глубине за счет вертикальных захватывающих движений ковша непосредственно в амбаре (секции амбара) до получения текучей однородной (гомогенной) массы с подвижностью, соответствующей подвижности тяжелых строительных растворов с плотностью 1500 кг/м³ и выше, что определяется визуально при вываливании смеси из ковша экскаватора.

Превращение смеси в Продукт происходит в течение 2-6 часов. Работы по перемешиванию компонентов допускается в температурном режиме, определяемом нормативно-правовыми актами соответствующих субъектов Российской Федерации, регламентирующих условия труда на открытом воздухе.

При этом полученный Продукт не теряет свои свойства в пределах температурного режима от - 63°С до + 38°С, что позволяет применять его в условиях Крайнего Севера.

Продукт используется на основных и вспомогательных объектах нефтегазовых месторождений для:

- биологической рекультивации земель, нарушенных в связи с обустройством шламовых амбаров.

Продукт, в случае его использования для рекультивации нарушенных земель, может применяться только на биологическом этапе рекультивации, результатом которой является восстановление почв и посев многолетних трав. С течением времени должна происходить естественная замена посаженных культур, фитоценозом характерным для данных природных условий.

В засушливый период, образцы, высаженные в грунт рекультивационный, показали лучшую устойчивость в сравнении с образцами, высаженными в песок и природный грунт территории, что обусловлено применением таких свойств сорбентов, как сапропель, глауконит, в качестве подкормки и вермикулит, в качестве влагоудерживающего агента. В целях определения всхожести семян в различных природных условиях нами проведены опыты с обильным увлажнением грунта с ветровой нагрузкой, и результаты также показали значительно лучший результат по сравнению с применяемыми технологиями технической и биологической рекультивации. Данные объясняются тем, что грунт рекультивационный является более устойчивый и не позволяет уносить ветром или дождевой водой семена трав, наличие постоянной увлажненности и саморегулируемой водоотдачи вермикулита благоприятно сказывается на росте растений, влияние естественной активности радионуклеидов в грунте способствовало активному делению клеток растений и способствовало быстрому росту трав, учеными доказано, что растения способствуют снижению естественной радиоактивности грунтов. Химические элементы, связанные в рекультивационном грунте цементом и гипсом также не вымываются и не выветриваются, а постоянно дают минеральную подкормку растениям. Активный рост растений на рекультивационном грунте привлекает и другие биологические организмы. Таким образом объясняется механизм влияния и отличные результаты роста растений на рекультивационном грунте.

Изобретение относится к способам переработки бурового шлама с получением грунта рекультивационного для технической и биологической рекультивации, с последующим его применением для рекультивации кустовых площадок, шламонакопителей, песчаных карьеров с прилегающих к ним дорог, нарушенных земель временного и постоянного отвода. Способ включает смешивание бурового шлама и песка. Причем дополнительно для технической рекультивации в буровой шлам с перемешанным песком вводят: гипс строительный 1% по массе, вермикулита - 5% по массе, глауконита - 2% по массе, с дальнейшим механическим перемешиванием компонентов. Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении эффективности переработка бурового шлама в безопасный строительный материал для технической и биологической рекультивации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Способ переработки бурового шлама с получением экологически безопасного рекультивационного грунта, включающий смешивание бурового шлама и песка, отличающийся тем, что дополнительно для технической рекультивации в буровой шлам с перемешанным песком вводят: гипс строительный 1% по массе, вермикулита - 5% по массе, глауконита - 2% по массе, с дальнейшим механическим перемешиванием компонентов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно для биологической рекультивации в буровой шлам с перемешанным песком гипсом строительным, вермикулитом и глауконитом вводят: сапропель 9% по массе с дальнейшим механическим перемешиванием компонентов.