146 147НЕФТЬ и ГАЗ СИБИРИ, №3 (28) 2017 www.sib-ngs.ruНЕФТЬ и ГАЗ СИБИРИ, №3 (28) 2017 www.sib-ngs.ru НАУКАНАУКА

Постановлением Правительства РФ №236 от 17.02.94г. «Об утилизации, обезвреживании и захоронении токсичных отходов производства» и Приказа Министерства Природных ре-сурсов РФ №511 от 15.06. 2001г. «Об утверждении критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей среды», контролирующие природоохранные органы предъявляют повышенные требования к предприятиям, ведущим разработку месторождений, особенно в водоохранных зонах.

В связи с этим перед предприятиями встает вопрос о переработке и утилизации опасных отходов, связанных с добычей углеводородного сырья, в частности бурового шлама (БШ).

Рассмотрим условия, при которых решение задачи становится выполнимо. Для лучшего понимания проблемы специалистами различных служб генерального Заказчика – владельца недр, приведем терминологию, применяемую в данной статье

Буровой шлам – общее понятие, относящееся к выбуренной породе, смоченной буровым раствором, а также смесь выбуренной породы с технологическими жидкостями и буровым раствором, применяемыми при строительстве скважины.

Технологические отходы бурения – в первую очередь, это буферные жидкости, исполь-зуемые в процессе тампонажных работ и часть тампонажного раствора в смеси с буровым раствором. При освоении скважины часто применяют технологические жидкости на основе водных растворов хлористого калия, натрия и кальция. В аварийных ситуациях возможно применение кислот и других технологических жидкостей.

Пульпа – все, что поступает с выходного шнека очистной системы буровой установки при нормальной работе всех четырех ступеней очистки и минимальном расходе промывной воды, обеспечивающей этот процесс. Понятие «пульпа» используется при работе буровой установ-ки в стационарном, безамбарном режиме.

Грунт холодного отверждения – капсулированный буровой шлам, получаемый на выходе из установки по переработке бурового шлама

В бурении различают два понятия – «выбуренная порода» и «буровой шлам». В процессе углубления скважины на забое образуется выбуренная порода. При гидротранспорте про-мывочной жидкостью с забоя скважины на поверхность порода под воздействием техноген-ных факторов превращается в буровой шлам. Поэтому на средствах очистки циркуляционной системы буровой установки из промывочной жидкости отделяют не выбуренную породу, а буровой шлам, отличающийся как по составу (за счёт компонентов бурового раствора), так и по объему и, что особенно важно с экологической точки зрения, по физико-химическим свойствам от выбуриваемой породы.

Объем выбуренной породы, в принципе, равен объему ствола скважины. При проектиро-вании объем бурового шлама приближенно принимается больше объема выбуренной породы примерно на 20% . Для практических целей при определении объема бурового шлама, обра-зовавшегося при строительстве скважины, рекомендуется наряду с объемом выбуренной по-роды учитывать объем химреагентов и материалов, использованных при проводке скважины. Ведь в конечном итоге практически весь буровой промывочный раствор вместе с выбуренной породой оказывается в шламовом амбаре.

Можно выделить четыре фактора, обусловливающих увеличение объема бурового шлама по сравнению с выбуренной породой:

• разуплотнение частиц шлама в результате снижения действия на них внешнего давления;• образование и расширение трещин в выбуренной породе;• набухание глинистых частиц, слагающих шлам;• привнесение с промывочной жидкостью компонентов, используемых для его приготов-

ления• адгезионное налипание на поверхность шлама частиц коллоидных размеров из промы-

вочной жидкости.Бурение скважин осуществляется большей частью в осадочных отложениях, в которых

(для условий Западной Сибири) наиболее распространенными являются глинистые породы (их доля составляет 65-80%), перемежающиеся песчаниками. Выбуренные частицы глини-стых или скрепленных глинистым цементом пород в процессе гидротранспорта с забоя сква-жины на поверхность пропитываются фильтратом промывочной жидкости и набухают. Про-должительность нахождения частиц породы в промывочной жидкости с глубиной скважины

К вопросу о современных методах переработки и утилизации отходов бурения

Необходимость решения задач по перера-ботке буровых отходов параллельно с про-цессом бурения ствола скважины уже давно стоит в повестке дня всех буровых компаний и по мере ужесточения экологических тре-бований со стороны государственных служб актуальность проблемы будет неуклонно возрастать.

МАТВИЕНКО В.В., канд. химико-биологических наук,КУЗНЕЦОВ В.А., канд.техн.наукЦЕХАНСКИЙ М.В.

возрастает и может достигать нескольких часов. Чем дольше они находятся в промывочной жидкости, тем больше их набухание. Происходит адгезионное присоединение к ней частиц твердой фазы преиму-щественно коллоидных размеров из промывочной жидкости.

На изменение физико-химических свойств частиц выбуренной породы при превращении их в буровой шлам влияет пропитка дисперсионной средой промывочной жидкости. Поры и трещины частиц породы заполняются дисперсионной средой промывочной жидкости, поверхность глинистых частиц модифици-руется, на внешней и внутренней поверхности частиц выбуренной породы адсорбируются вещества раз-личной природы из дисперсионной среды промывочной жидкости.

Минералогический состав бурового шлама определяется литологическим составом разбуриваемых пород и изменяется по мере углубления скважины. Химический состав бурового шлама зависит как от его минерального состава, так и свойств промывочной жидкости. Гранулометрический состав бурового шлама определяется типом и диаметром породоразрушающего инструмента, механическими свойствами породы, режимом бурения, свойствами промывочной жидкости и эффективностью ее очистки.

Учитывая все вышесказанное, становится понятно, что создание универсального, перерабатывающего буровой шлам, комплекса весьма проблематично и поэтому необходимо определить область применения. Наибольший объем бурения пока приходится на Западную Сибирь, а применяемые типы буровых раство-ров – пресные или калиевые.

В настоящее время проблема переработки и утилизации промышленных отходов производства оста-ется весьма актуальной. В полной мере это относится и к отходам бурения. Общеизвестен процесс само-очищения природных экосистем, однако эта способность перерабатывать большие объемы загрязнения не безгранична. Вода рек и озер, в поймах коих ведется бурение добывающих скважин, иначе говоря, в водоохранных зонах Крайнего Севера и приравненных к ним районах, по сравнению с водой умеренных и южных широт, слабо насыщена кислородом и органическая жизнь в них не столь многообразна и обиль-на. Поэтому, если в районах средней полосы вода рек и озер может самоочищаться на участках 200-300 км, то для самоочищения воды в северных широтах часто оказывается недостаточно даже 1500-2000 км [ 1 ]. Такая низкая эффективность процесса самоочищения рек и озер в условиях Крайнего Севера огра-ничивает сброс в водоемы буровых отходов. В загрязненной почве резко меняется соотношение между углеродом и азотом, что ухудшает азотный режим почвы и нарушает корневое питание растений. При углеводородных загрязнениях почвы из нее выделяется кислород, почва теряет продуктивность и плодо-родный слой долго не восстанавливается. Самоочищение почв происходит очень медленно. Строитель-ство на буровой амбаров-накопителей практически заключается в выемке определенного объема грунта и обвалования полученного котлована. Гидроизоляция дна и стенок амбара, как правило, не производится. При такой конструкции избежать фильтрации жидкой фазы и попадания ее на окружающий ландшафт практически невозможно [ 2 ]. Свойства образующегося бурового шлама обусловлены минералогическим составом выбуренной породы, пластовых флюидов и остатками бурового раствора. За счет адсорбции на поверхности частиц шлама химических реагентов, используемых для обработки буровых растворов, проявляет ярко выраженные загрязняющие свойства. Воздействие отходов бурения на природные объ-екты не обязательно может проявляться в токсическом эффекте на биосферу, а способно выражаться в нарушении равновесия биотопов различных трофических уровней при их взаимодействии с абиотической средой, носящей механизм функциональных повреждений экосистем [ 3 ].

При бурении скважин задача очистки шламов от экологически опасных буровых отходов является наи-более актуальной. Однако унифицированного способа переработки буровых отходов с целью его обез-вреживания с последующей утилизацией, пока не существует. Все известные технологии переработки бурового шлама подразделяются на следующие виды: термический, химический, физико-химический и биологический.

Термический метод предусматривает, по мнению одних авторов, обезвоживание буровых растворов и сточных вод с помощью бездымных горелок; в других случаях происходит сжигание бурового шлама в цементных печах при Т=1200-15000С в присутствии воздуха (USA & Indonesia Cases), в третьих – тер-мическая переработка с использованием сушильно-обжиговых барабанов (Промышленные технологии, Москва).

Химический метод переработки шлама предусматривает, в одном случае, смешивание активной до-бавки для нейтрализации рН + добавки в виде сорбентов «Сойлекс» и «Деградойлас» для обеззаражива-ния ( патент Тюменского архитектурно-строительного института); в другом случае буровой шлам смеши-вается с измельченным карбамидным пенопластом и сорбентами типа «Пеноизол» и «Юнипор» (патент Тюменского нефтегазового университета). Северный филиал ВНИИСТнефть для очистки буровых сточ-ных вод в качестве коагулянта использовали композицию сернокислого алюминия с хлорным железом. ТатНИПИнефть разработал систему очистки бурового шлама с помощью коагулянтов (соли аммония или железа) в сочетании с флокулянтом (полиакриламид).

Физико-химический метод предусматривает применение специально подобранных реагентов, изменя-ющих физико-химические свойства с последующей обработкой на специальном оборудовании. При фи-зико-химическом методе, в одном случае, производится предварительное высушивание смеси в потоке газа при Т=50-600С с вводом фосфорсодержащих минеральных удобрений и безводной окись кальция. Полученный композиционный материал запахивается в основной грунт (патент Дальневосточный центр аварийно-экологических операций), [ 4 ]. НГДУ «Туймазынефть», применяя оборудование по переработке отходов бурения немецкой фирмы «Maiken», первоначально производят нагревание шлама в печах до Т= 700 о С дальнейшей обработкой деэмульгатором [5]. АНК «Башнефть» в НГДУ «Октябрьскнефть» ис-

148 149НЕФТЬ и ГАЗ СИБИРИ, №3 (28) 2017 www.sib-ngs.ruНЕФТЬ и ГАЗ СИБИРИ, №3 (28) 2017 www.sib-ngs.ru НАУКАНАУКА

пользовала технологию по переработке буровых шламов, предложенной ООО «Техномех-сервис» ( г.Краснодар). Установка снабжена виброситом для отделения основной массы твердых частиц, трехфазной центрифугой и сепаратором для доочистки с центрифуги [6]. Среди физико-химических методов переработки отходов бурения с целью их ути-лизации (центрифугирование, экстракция, гравитационное уплотнение и т.д.) наиболее перспективным является центрифугирование с использованием флокулянтов и коагулян-тов. Центрифугированием достигается эффект извлечения нефтепродуктов на 85-87% и мехпримесей – до 95-97%. [7]. При реагентной обработке шлама повышается водоотдача, облегчается выделение нефтепродуктов, что, в свою очередь, снижает класс опасности бурового шлама [ 8 ].

Британская фирма «Мi-SWACO» на месторождениях ОАО «Роснефть» использует ме-тод утилизации закачкой бурового раствора в пласт [9]. Следует отметить, что данный ме-тод сопряжен с риском потери приемистости скважины, герметичностью гидравлической трещины, а также с возможными помехами при бурении и добыче.

Биологический метод переработки бурового шлама основан на очистке буровых сточ-ных вод через центрифугу с добавлением штаммов. Обезвоженный осадок применяется в качестве стройматериала [ 10 ].

РАССМОТРИМ СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ БШ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ В ЗАПАДНО-СИБИРСКОМ РЕГИОНЕ. Так, на м/р Приобское ОАО «РН-Юганскнефтегаз» применяется термический способ

переработки БШ с помощью сушильно-обжиговых барабанов. Шлам доставляется авто-транспортом с 4-х буровых установок на специально отведенную площадку для приема и переработки БШ. Далее скреперными лебедками шлам подается в сушильную камеру барабана, проходит стадию обжига при Т= 1700 С (рис. 1-1а), ссыпается в специально вы-рытый ров и далее вывозится на строительство внутрипромысловых автодорог.

Метод термической переработка БШ производится и в ТПП «Лангепаснефтегаз» уста-новкой УЗГ-1М на полигоне твердых бытовых и промышленных отходов ранее накоплен-ного бурового шлама силами подрядной организации (рис.2)

Установка стационарная, под нее требуется землеотвод и дополнительная отсыпка территории. Кроме того, применение такой установки не снимает вопрос о строитель-стве амбаров с последующей технической и биологической рекультивацией, что в итоге приносит предприятию дополнительные расходы. На месторождениях ОАО «Роснефть», г.Ханты-Мансийск применяется оборудование и централизованный комплекс британской фирмы «Мi -SWACO» по закачке буровых отходов в пласт ( вибросито, центрифуги, ем-кость для готовой пульпы, установка подготовки пульпы, вибросито установки для закач-ки БШ, насос высокого давления и скважина для утилизации), (рис.3).

На м/р «Каменное» ТПП «Урайнефтегаз» ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь» перера-ботка отходов бурения осуществляется химическим методом непосредственно в теле кустовой площадки в специально отведенных амбарах (используется гашеная известь, портландцемент и обезвреживающий сорбент) (рис.4).

Отходы бурения – буровые сточные воды (БСВ), БШ и отработанный буровой раствор (ОБР) – накапливаются в оборудованных амбарах, расположенных каскадно в теле кусто-вой площадки, один ниже другого, амбары разделены перегородками.

Перегородки оснащены заслонками, позволяющими производить сток отстоявшейся воды с верхнего уровня в нижний. В результате переработки отходов образуются обез-вреженный консолидированный прочный БШ и обезвреженная осветленная БСВ.

Обезвреживание бурового шлама сорбентами позволяет снизить ПДК акриловых по-лимеров, анионактивных ПАВ и полиакриламидов, входящих в состав буровых растворов, при возможном попадании их в почву и поверхностные воды после утилизации шлама.

Аналогичным способом переработка буровых отходов проводилась в 2001г.в СП «Ватойл», г.Когалым с последующим применением обезвреженного и отвержденного шлама в качестве ком-позитного материала при укладке дорожного полотна (рис.6). Проведен 3-х летний мониторинг при-родных экосистем в местах размещения композитного продукта на основе бурового шлама. Получено

положительное Заключение государственной экологической экспертизы на утилизацию бурового шлама в качестве композитного материала при строительстве внутрипромысловых автодорог 5 кате-гории на Вать-Еганском м/р.

Способы химической переработки, применяемые на открытой площадке, имеют ряд недостатков, связанных, в основном, с низкими температурными условиями Западной Сибири, при этом пере-работка с последующей утилизацией БШ ведется только в весенне-летне-осенний период времени (около 5 мес. в году) при температуре окружающей среды не ниже +50С. В связи с чем, появилась не-обходимость усовершенствовать данный способ переработки шлама с помощью крытых мобильных Установок с подогревом, обеспечивающих круглогодичную переработку.

Химический метод переработки бурового шлама был усовершенствован с применением мобиль-ной Установки, разработанной ООО «СПКТБ Нефтегазмаш», г.Уфа.

УСЛОВИЯМИ ДЛЯ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ЯВЛЯЮТСЯ: I. Система очистки бурового раствора на буровой установке должна состоять из 4-х ступеней

очистки. Проводка скважины ведется в режиме «безамбарного» бурения.II. Наличие площадки для отсыпки под промышленную площадку на кустовой площадке или от-

сыпка внутрипромысловых автодорог 5 категории. Комплекс состоит из трех блоков, два из которых выполнены на полуприцепных автомобильных

платформах.Первый блок – состоит из: двух обогреваемых приемных емкостей с гидроцилиндрами объемом

по 5 м3 каждый, оборудованных поворотным приемным лотком и позволяющим попеременно на-полнять их пульпой, поступающей с выходного конца шнека буровой установки; активатора цемента, состоящего из дробилки и собственно активатора; загрузочного бункера; трех бункеров для сыпучих продуктов; системой пневмотранспорта для их раздельной доставки в зону перемешивания; фрезы – перемешивателя; ленточного транспортера; кабины оператора; гидростанции. Доставка цемента, извести и сорбентов из бункеров в смесительную емкость осуществляется пневмотранспортом.

Второй блок – накопительный, состоит из 40м3 емкости с дном, обеспечивающим полный слив из

Рис. 1-1а. – Термическая переработка отходов бурения

Рис. 2. – Переработка отходов бурения на УЗГ-1М

Рис. 3. – Схема расположения оборудования при закачке отходов бурения в пласт

Рис. 4. – Метод переработки бурового шлама на кустовой площадке

Рис. 5. – Переработка бурового шлама с последующей его утилизацией в тело кустовой площадки в ТПП «Когалымнефтегаз» (экспериментальный участок)

Рис. 6– Экспериментальный участок внутрипромысловой автодороги Вать-Еганского м/р через 11 лет эксплуатации

150 151НЕФТЬ и ГАЗ СИБИРИ, №3 (28) 2017 www.sib-ngs.ruНЕФТЬ и ГАЗ СИБИРИ, №3 (28) 2017 www.sib-ngs.ru НАУКАНАУКА

неё вязкого глинистого раствора; двух шламовых насосов.Дополнительное оборудование. Установка транспортная специальная – УТС, обе-

спечивающая разгрузку 1т мягких контейнеров с автомобилей, подвоз их к УБШ-1,5, загрузку их в питатель (или сверху или вакуумником), погрузку полусухой формовой смеси с УБШ-1,5 и транспортировку смеси в пределах 3-10 км.

Описание организации работ с применением комплекса. Комплекс состоит из двух полуприцепов и одного транспортного средства и транспортируется на объект работы до начала бурения.

Монтаж блоков заключается в планировании площадки под блоки, фиксировании полуприцепов выдвижными опорами, обеспечивающими разгрузку ходовой подвески, соединение блоков между собой двумя гибкими трубопроводами (напорным и пода-ющим), обвязка блоков электроснабжением от буровой установки. Производится завоз и разгрузка извести, цемента и сорбента в приемные бункера и на площадку временного хранения. Разгрузка и погрузка в бункера производится УТС, входящим в комплекс. Прием пульпы с очистного оборудования буровой установки производится в приемные емкости УБШ-1,5 поочередно. В номинальном режиме после набора 3-х кубов пуль-пы производится перевод лотка во 2-ю емкость. С помощью манипулятора в 1-ю ем-кость опускается фреза, а в зону фрезы при помощи пневмотранспорта компрессором из бункеров поступают известь, цемент и сорбент в 1-ю емкость для перемешивания. Пульпа загущается за счет отбора влаги и процессов схватывания вяжущих материа-лов, но, благодаря активному постоянному перемешиванию, образующиеся связи раз-рушаются и создания монолитной массы не происходит. В зависимости от скорости поступления пульпы процесс перемешивания может продолжаться до 2часов. После чего фреза-перемешиватель гидроманипулятором перемещается во вторую приёмную емкость, а готовый отсыпной грунт высыпается путем поднятия приемной емкости ги-дроцилиндром на транспортер и отгружает в кузов УТС. УТС транспортирует массу к месту захоронения, разравнивает ее и уплотняет, тем самым, создавая все условия для продолжения процесса твердения и упрочнения массы. Полученная отсыпная масса предназначается для отсыпки оснований под промышленные площадки или для отсып-ки внутрипромысловых дорог 5 категории.

Так как сырьем для работы комплекса являются Технологические отходы бурения, то их поступление тесно связано с технологическим процессом проводки ствола сква-жины.

При цементировании направления происходит замещение промывочной жидкости тампонажным раствором, но т.к. раствора немного, то избытка не образуется, а из-лишняя цементная смесь не попадает в промывочную жидкость, т.к. будет сброшена на УБШ-1,5. Объем сброса не превысит 10 м3.

Технологический перерыв в поступлении сырья на УБШ-1,5 связан с периодом за-твердения цемента, сменой компоновки бурового инструмента, монтажом устьевой во-ронки и составляет примерно 14 часов. Времени достаточно для переработки разового сброса.

При цементировании кондуктора продавка цементного раствора, как правило, про-изводится водой и к тому же происходит смена типа раствора. Разовый сброс будет представлен в виде цементного раствора, перемешанного с глинистым раствором в объеме до 10 кубов и 10-20 кубов бурового раствора с повышенным содержанием пе-ска – источник образования – очистка циркуляционной системы грубой очистки (ЦСГО) и основной рабочей емкости.

Основной, неизбежный, разовый сброс происходит при цементировании эксплуата-ционной колонны, когда объема емкостей на буровой установке не хватает для приема вытесненного цементным раствором бурового раствора. Прием раствора производится в дополнительную 40м3 емкость, входящую в состав комплекса. Данный раствор или используется при проводке следующей скважины или перерабатывается во время ОЗЦ и передвижке бурового станка.

Расчет объемов выбуренной породы при строительстве одной эксплуатационной скважины по безамбарной технологии производился по методике [ 10 ].

Экологические вопросы. При получении разрешения на применение УБШ-1,5 потре-буется выполнить исследование по подбору нескольких рецептур для капсулирования пульпы. Эти исследования вызваны неоднородностью пульпы в процессе проводки ствола скважины. Полученные образцы должны быть исследованы на прочностные

ЛИТЕРАТУРА:1. Боровский Н.А. Изменение гидро-

динамических показателей воды при по-падании буровых компонентов. -Газовая промышленность.– №6.-1990.-С.30-38

2. Булатов А.И., Левшин В.А. Методы и техника очистки и утилизации отходов бурения. – М.: ВНИИОЭНГ.-1989.– 56с. ( Серия борьба с коррозией и защита окру-жающей среды)

3. Бобович Б.Б., Девяткин В.В. Перера-ботка отходов производства и потребле-ния. М.: «Интенмет Инжиринг».– 2000.

4. Мельников И.И., Гнездилов В.П. Способ переработки бурового раствора.– Патент 2187531.– Дальцентр аварийно-экологических операций

5. Король В.В., Позднышев Г.Н. Маны-рин В.Н. Утилизация отходов бурениря скважин. Экология и промышленность России.– №1.– 2005.– С. 40-42

6. Абдуллин В.Р., Мавлютов М.Р. Пат. РФ №899840.– Устройсиво для ренене-рации компонентов бурового раствора.– Бюлл.– №29.– 282с.

7. Танатаров М.А. Опыт утилизации отходов бурения ЛПДС «Черкассы» //Промышленные и бытовые отходы. Про-блемы и решения: Мат. Конф. -Ч. 1. –Уфа.– 1996.

8. Митрофанов Н.Г., Ольков В.Н. Ком-позиция для рекультивации карьеров и нарушенных земель.– Пат. 2293103.– ТюмГАСУ.– 2006

9. Ягафарова Г.Г., Мавлютов М.Р. Био-технологический способ утилизации бу-ровых отходов и нефтешламов.– Горный вестник.-№4.-1998.-С.43-46.

10. Методика расчета объемов обра-зования эмиссий от бурения скважины. – Утверждена Министром охраны окружа-ющей среды РК от 03.05.2012г.– №129-е

11. Bansal K.M., Sugiarto Р. Exploration and Production Operation. – West Management A Corporaion Ovtrview. – US & Indonesia Cases. – SPT 54345.

характеристики с учетом временного фактора, а также надежности иммобилизации загрязня-ющего материала в капсулах на органолептические свойства воды, в которой выдержаны об-разцы.

ПЕРЕЧЕНЬ НЕОБХОДИМЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ АНАЛИЗОВ И ИЗМЕРЕНИЙI. Для оценки качества обезвреженных и отвержденных БШ:– предел прочности на сжатие, МПа;– рН водной вытяжки из отвержденного БШ;– сухой остаток водной вытяжки, мг/л;– содержание нефтепродуктов в водной вытяжке, мг/л

II. Для оценки качества очищенных БСВ:– содержание взвешенных веществ, мг/л;– рН;– содержание нефтепродуктов, мг/л;– содержание хлоридов, мг/л;– содержание сульфатов, мг/л;– сухой остаток, мг/л.

ВЫВОД. Разработан комплекс, позволяющий перерабатывать буровые отходы на месте строитель-

ства скважин (для условий Западной Сибири и идентичных с ней разрезов разбуриваемых по-род). Подготовлены регламенты на использование грунта холодного отверждения. Составлен перечень контрольных показателей качества обезвреживания и качества грунта холодного отверждения. Получены сертификаты.