CC BY
28экология
УДК 622.24.658.7
П.Г. Дровников, Институт нефти и газа ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ЭМУЛЬСИЙ
Для повышения эффективности использования и охраны земельных ресурсов при добыче и переработке полезных ископаемых (нефти, газа) необходимо обеспечить рациональные и доступные методы утилизации отходов, образующихся в процессе буровых работ.
Существенную роль в ухудшении окружающей среды играет загрязнение объектов природы нефтепродуктами. Во всем мире при добыче, транспортировании, переработке и использовании теряется примерно 2% ежегодно добываемой нефти, при этом 7 млн т - только при ее добыче. Из 50 млн т потерь нефти теряется на суше 25 млн т, в океане -8 млн т и выбрасывается в атмосферу 17 млн т (в виде паров бензина и других углеводородов). Для сравнения, естественное поступление нефти по разломам земной коры в океанах не превышает 0,5 млн т в год. Одна тонна сырой нефти покрывает пленкой 6 км2 акватории. В случае ее попадания на водную поверхность происходит процесс естественного рафинирования: легкие фракции (примерно 1/3 массы) испаряются, водорастворимые фракции (1/3 массы) выщелачиваются в течение 1-3 недель, отравляя воду. Остаток, имеющий повышенную вязкость, образует «шоколадный мусс», оседает на дне и сохраняется там месяцами. Необходимо отметить, что человечество за свое недолгое существование уничтожило 70% естественных экосистем, которые способны были переработать все отходы и выбросы производства. В настоящее время пожинаем плоды этого в виде разрушения озонового слоя, снижения планктона морей и океанов, уничтожения биосферы и замедленного процесса трансформации и восстановления критически опасных для среды обитания веществ.
Процесс минерализации нефтепродуктов происходит за счет химического и бактериологического окисления. Наи-
более быстро, в течение двух недель, процесс окисления идет при температуре воды 250С; при 150С процесс окисления длится 6 недель, а при 50С - в течение года. В полярных водах нефть может сохраняться годами и приводит к гибели 1/3 молодых морских организмов /1/.
В технологических процессах бурения глубоких скважин также применяются нефтепродукты в значительных количествах. Они используются в стандартных дизельных установках, промышленных и коммунальных котлоагрегатах и при приготовлении нефтеэмульсионных буровых растворов. Для приготовления и регулирования показателей буровых растворов используются неорганические реагенты, такие как хлориды натрия, калия, кальция, магния, гидроокись кальция, силикат натрия, едкий натр, едкий калий, кальцинированная сода и др. К органическим соединениям относятся нефть, карбоксиметилцеллюлоза, конденсированная сульфит спиртовая барда, углещелочной реагент, дисолван, нитролигнин, гипан, полиакриламид и ряд других поверхностно- активных веществ. По токсичности они относятся к II и IV кл. малоопасных веществ /4/. Исходя из вышеизложенного, снижение опасности загрязнения природы отходами нефтепромыслового производства можно представить в виде решения следующих проблем:
• использование экологически чистых и малотоксичных веществ в технологии строительства скважин;
• обезвреживание и утилизация буровых отходов;
• применение биопрепаратов и биосорбентов для ликвидации нефтяных загрязнений.
В настоящее время большое внимание уделяется обезвреживанию и утилизации отработанных буровых растворов (ОБР) на площадях Ванкорского месторождения Восточной Сибири, где производится осветление и утилизация ОБР по разработанным технологиям в больших объёмах (более 15 тыс. м3/год). На сегодняшний день наиболее эффективные решения в области экологии приготовления и утилизации буровых растворов разработаны в морском бурении, где особенно остро стоит вопрос охраны водного бассейна. Для этого используются катионные поверхностно-активные вещества, биополимеры (декстрин, декстран), нетоксичные эфиры целлюлозы и экзополисахариды,продуцируемые бактериями и микробными ассоциациями.
В результате буровых работ при строительстве скважин образуются отходы: выбуренный шлам,отработанный буровой раствор, которые скапливаются в амбаре-накопителе. В амбар-накопитель также стекают так называемые буровые сточные воды (БСВ) после обмывки бурильного инструмента, оборудования, охлаждения машин и механизмов и площадки буровой. Отходы являются активными источниками загрязнения окружающей среды /2, 3/. Поэтому одной из главных природоохранных мер при бурении скважин является складирование БСВ, обезвреживание и своевременная ликвидация амбаров-накопителей с отходами бурения.
62 \\ ТЕРРИТОРИЯ нефтегаз \\
\\ № 10 \\ октябрь \ 2003
\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
№ 10 \\ октябрь \ 2009
С этой целью для утилизации отходов производства может быть предложен ряд технологий.
термодесорбция
Принцип технологии термодесорбции заключается в пиролизе отходов производства при двухстадийном процессе. На первой стадии загрязненные отходы (выбуренный шлам, углеводородные эмульсии, загрязненный горючесмазочными материалами грунт и пр.) загружается в изолированную термокамеру.
Нагрев камеры осуществляется косвенным путем до точки кипения исходного материала, тем самым выпаривая углеводороды.
На второй стадии продукты испарения поступают в конденсатор, охлаждаются и переходят в жидкую фазу. Углеводородное сырье после этого не ухудшает своих свойств и повторно используется по назначению. Твердая фаза охлаждается и тестируется на наличие углеводородных и химических загрязнений. При отсутствии последних продукт утилизируется (инертная зола, кокс, не токсичная горная порода). Данная технология позволяет извлекать до 99% углеводородной основы.
инертизация
углеводородных эмульсий
После окончания строительством скважины отработанные буровые растворы (ОБР) на основе углеводородов утилизируются при бурении очередной скважины.
При невозможности утилизации этим способом, из-за значительных расстояний, эмульсия разделяется на углеводородную и твердую фазы путем добавки поверхностно-активных веществ (деэмульгаторов).
Затем обезвоженные углеводороды сжигаются в котельной установке, а твердый осадок консолидируется портландцементом или органическим полимером. Водородный показатель водной вытяжки отвержденных отходов находится в пределах 7...9. Отвержденные и обезвреженные отходы в земляном котловане засыпаются грунтом с последующей рекультивацией нарушенной земли в соответствии с инструкцией по охране окружающей среды при строительстве скважин на нефть и газ (РД 39-022-90).
сжигание эмульсий под факелом
Сжигание ОБР на нефтяной основе осуществляется под горящим факелом в земляном котловане. После подогрева эмульсии и создания относительно высокой температуры факел гасится. Дальнейший процесс горения поддерживается самостоятельно. По данной технологии методом сжигания на одной из скважин ПГО «Ени-сейнефтегазгеология» ликвидировано 160 м3 утяжеленного инвертного эмульсионного раствора. Полученная твердая фаза объемом около 50 м3 в виде инертного шлама и барита, термически обработанного, засыпана грунтом с рекультивацией земли. На рекультивированной площадке проведена посадка кустарников и многолетних трав.
применение биопрепаратов и биосорбентов для ликвидации нефтяных загрязнений
Наряду с химическими и механическими методами ликвидации нефтяных загрязнений при строительстве скважин имеются биологические. Принцип действия его основан на использовании углево-дородоокисляющих микроорганизмов и добавок минеральных комплексов, а также окисляющихся биосорбентов. Микроорганизмы-деструкторы углеводородов известны давно и выделены из различных сред: пресных и морских вод, донных загрязнений, пластовых вод нефтяных месторождений, загрязненных нефтью почв. При создании благоприятных условий среды (температура, минерализация, рН, минеральное питание) удачно подобранная культура или смесь штаммов способны за короткое время (1 месяц) утилизировать нефтяные загрязнения толщиной 10 см в органическое удобрение.
При возникновении чрезвычайных происшествий, связанных с розливом углеводородов, например при разрыве трубопроводов и других ситуациях, эффективным способом сбора углеводородов являются биосорбенты.
закачка отработанных буровых растворов в пласт
Метод, широко применяемый в нефтяной промышленности как средство утилизации отработанных буровых растворов и эмульсий, бурового шла-
ма, образующегося в процессе бурения скважин. Предлагаемая технология на сегодняшний день является наиболее распространенным методом утилизации отходов как на суше, так и при бурении на морском шельфе. Этот метод запатентован компанией «Арко» в 1986 г. За последние 17 лет технология усовершенствована за счет комплексного предоставления услуг, позволяющих оптимизировать все операции по подготовке отходов и закачке с применением буровых растворов на месторождении.
Технологический процесс включает планирование и подготовку проекта с определением подходящей покрышки, изолирующей зону поглощения, подготовку пульпы из шлама и процесс закачки в пласт. Оборудование используется типовое. Контролирующие и отслеживающие приборы и аппараты за состоянием окружающей среды приобретаются дополнительно. Данная технология успешно применяется во многих странах мира (США/ Аляска/, Великобритания, Габон, Дания, Канада, Норвегия).
выводы
Из приведенных методов и способов утилизации буровых отходов наиболее реализуемыми являются инертизация, сжигание инвертных нефтеэмульсион-ных отработанных буровых растворов под факелом и использование биопрепаратов и биосорбентов.
Литература:
1. Замкнутая система водоснабжения буровой /Быков И.Ю., Гуменюк А.С., Литвиненко В.И., Варфоломеев Б.Г.// ВНИИОЭНГ. 1989. Вып. 1. С.1-59.
2. Кузьмин Ю.И., Ватренко В.С., Братишко Ю.А. Влияние буровых растворов на окружающую среду в условиях Крайнего Севера// Нефт. хоз-во. 1983. № 12. С.53-55.
3. Охрана окружающей среды при строительстве скважин /Быков И.Ю., Гуменюк А.С.,Литвиненко В.И., Варфоломеев Б.Г.//ВНИИОЭНГ. 1985. Вып. 1. С.31-60.
4. Экология горного производства /Мирзаев Г.Г., Иванов Б.А., Щербаков В.М., Проскуряков Н.М. М.: Недра, 1991.
WWW.NEFTEGAS.INFO
\\ экология \\ 63
