CC BY
22Waste in production of building materials
УДК 691.41:625.8:622
Г.Ю. ШАГИГАЛИН, бакалавр, А.В. ГАТАУЛЛИН, бакалавр, Н.Б. ХАБАБУТДИНОВА, магистр ([email protected]), Л.Н. ЛОМАКИНА, канд. техн. наук ([email protected])
Уфимский государственный нефтяной технический университет (450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1)
Оценка возможности применения в строительстве бурового шлама Республики Башкортостан
Буровой шлам является отходом бурения скважин при нефтедобыче. Поэтому вопрос его переработки всегда остро стоит перед нефтяниками. Существуют различные методы переработки буровых отходов. Особенно актуальным является вопрос полезного их применения в различных отраслях промышленности, в том числе в строительстве. Авторами проведены исследования буровых шламов Згурицкого и Чермасанского месторождений Республики Башкортостан для оценки возможности их применения в составе композиционного дорожно-строительного материала для основания дорог, промысловых площадок и прочих подобных сооружений. Разработанные составы содержали буровой шлам в количестве не менее 50 мас. %. Результаты исследований свидетельствуют, что данный материал не содержит экологически опасных элементов и может применяться для оснований и покрытий дорог IV категории.
Ключевые слова: переработка отходов, буровой шлам, дорожно-строительный композиционный материал.
G.Yu. SHAGIGALIN, Bachelor, A.V. GATAULLIN, Bachelor, N.B. KHABABUTDINOVA, Master ([email protected]), L.N. LOMAKINA, Candidate of Sciences (Engineering) ([email protected]) Ufa State Petroleum Technological University
(1, Kosmonavtov Street, Republic of Bashkortostan, Ufa, 450062, Russian Federation)
Assessment of the Use of Drilling Cuttings of the Republic of Bashkortostan in Construction
Drilling cuttings are waste of well boring at oil extraction. That's why the problem of its processing always sharply faces the oil workers. There are various methods of drilling waste processing. An issue of their useful application in different branches of the industry including constructing is especially relevant. Authors conducted studies of drilling cuttings of Zguritskoye and Chermasanskoye oil deposits for assessing the possibility of their use in the composition of a composite road-building material for road beds, oilfields and other similar structures. The content of drilling cuttings in the developed composition is not less than 50 mass %. Results of the study show that this material does not contain ecologically dangerous elements and can be used for beds and pavements of the IV category roads. Keywords: waste processing, drilling cuttings, road building composite material.
При бурении скважин в нефтедобыче образуется большое количество отходов, содержащих различные компоненты, опасные для окружающей среды. Одним из таких отходов является буровой шлам. Многочисленные шламовые амбары могут являться постоянным источником загрязнения [1, 2]. Поэтому вопрос переработки бурового шлама всегда остро стоит перед нефтяниками.
Существуют различные методы переработки буровых отходов [3, 4]. Однако на сегодняшний день особенно актуальным является вопрос полезного применения отходов в различных отраслях промышленности, и в первую очередь в строительстве [5, 6].
Исследованный буровой шлам является отходом бурения на технической воде Згурицкого и Чермасанского
месторождений Республики Башкортостан. Целью исследований являлась оценка возможности применения исходного бурового шлама (без каких-либо энергозатрат на его переработку) в качестве материала (с добавлением цемента) для устройства оснований дорог, промысловых площадок и других подобных сооружений. На первом этапе необходимо было исследовать шлам на содержание в нем опасных для окружающей среды элементов (Li, As, Be, P, Cd, Pb). С этой целью был проведен морфологический анализ поверхности и спектральный элементный анализ бурового шлама на растровом электронном микроскопе «JEOL JSM 6610-LV» с энер-го-дисперсионным спектрометром «Oxford Inca Energy». По результатам анализа опасных элементов не выявлено, а обнаруженные элементы (Ca, C, K, Cl, Fe, Al, Na,
Количественные результаты
Рис. 1. Морфологический анализ поверхности (а) и элементарный состав бурового шлама (б)
40
30
ов 20
10
Карбонат кальция Доломит Хлорид натрия
Диоксид кремния _
Эттрингит Гипс Ангидрит
0 10 20 30 40 50 60
Рис. 2. Процентное соотношение фаз бурового шлама
C O Na Mg Al Si Cl K Ca Fe
а
0
■ ■■■','J'.-: í ^ ■ i Г;-' научно-технический и производственный журнал
® ноябрь 2016 57~
Отходы в производстве строительных материалов
O, Mg, Si) опасности не представляют и связываются с цементом в процессе его гидратации (рис. 1).
Анализ структуры бурового шлама методом рентге-но-фазового анализа (РФА) на рентгеновском дифрак-тометре «D2 Phaser» показал наличие в нем основных фаз: карбоната кальция CaCO3, доломита CaMg(CO3)2, галита NaCl, диоксида кремния SiO2, эттрингита, гипса CaSO4-2H2O, ангидрита. Процентное соотношение фаз приведено на рис. 2.
На втором этапе исследований были подобраны составы дорожно-строительного композиционного материала (ДСКМ). Наиболее близким аналогом является материал «Буролит» и материал строительный грунто-шламовый укрепленный, описанный в патентах [7, 8]. Подбор осуществляли для составов с 50—100% содержанием бурового шлама по массе. Составы получали путем внесения в буровой шлам цемента, минерального наполнителя и добавок.
Основным критерием подбора являлось достижение предела прочности при сжатии в 28 сут по СП 34.13330.2012 «Автомобильные дороги» не ниже 2 МПа — для оснований дорог, не ниже 7,5 МПа — для дорожных покрытий.
Разработанные составы удовлетворяют требованиям СП 34.13330.2012 по прочности для основания дорог, промысловых площадок и прочих подобных сооружений: от 2,56 до 5,24 МПа. Лучшим по прочности оказался состав, имеющий прочность при сжатии 8,65 МПа, удовлетворяющий минимальным требованиям в 7,5 МПа. Составы испытывались на водопогло-
Список литературы
1. Крашановский С.Е., Виноградов Е.В. Влияние буровых растворов на окружающую среду // Творчество юных — шаг в успешное будущее: Материалы VII Всероссийской научной студенческой конференции с элементами научной школы им. проф. М.К. Коровина. Томск, 10—14 ноября 2014 г. (http://www.lib.tpu. ru/Mltext/c/2015/C66/134.pdf) (дата обращения 28.03.2016).
2. Будников В.Ф., Булатов А.И., Макаренко П.П. Охрана окружающей среды в нефтегазовой промышленности. М.: Недра, 1997. 483 с.
3. Ягафарова Г.Г., Барахнина В.Б. Утилизация экологически опасных буровых отходов // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2006. № 1. (http:// ogbus.ru/authors/Yagafarova/Yagafarova_2.pdf) (дата обращения 28.03.2016).
4. Король В.В., Позднышев Г.Н., Манырин В.Н. Утилизация отходов бурения скважин // Экология и промышленность России. 2005. № 1. С. 40—42.
5. Шагигалин Г.Ю., Гатауллин А.В., Ломакина Л.Н., Бикмеева Н.Б. Возможность применения буровых отходов в производстве строительных материалов // Тезисы докладов 66-й студенческой научно-технической конференции, Уфа, 2015.
6. Шагигалин Г.Ю., Гатауллин А.В., Ломакина Л.Н. Грунто-цементный строительный материал на основе бурового шлама // Тезисы докладов VI научно-технической конференции ООО «БашНИПИнефть», Уфа, 2016.
7. Патент РФ 2426708. Строительный материал Буролит / Андреев О.П., Ахмедсафин С.К., Петров Г.Ф., Арабский А.К., Чеснов И.П., Уткина Н.Н. Заявл. 11.10.2006. Опубл. 20.07.2007. Бюл. № 23.
8. Патент РФ 2541009. Грунт укрепленный дорожно-строительный / Заболоцкий С.С. Заявл. 11.10.2006. Опубл. 20.07.2007.
щение, которое имело значения 18,24—19,98 мас. %. Наилучший по прочности состав имел водопоглоще-ние 15,9%.
Учитывая, что испытания на прочность проводились без учета уплотнения в виде имитации дорожного катка и без добавления щебня, считаем, что прочность и плотность составов существенно увеличится при выполнении этих технологических операций.
Были разработаны технологические карты с использованием ДСКМ наилучшего по прочности состава по двум вариантам: I — ДСКМ, приготовленный на мобильном бетоносмесительном узле; II — ДСКМ, приготовленный на строительной площадке. Проведено технико-экономическое сравнение обоих вариантов, а также сравнение с дорогой IV категории — щебеночной, укрепленной цементом (базовый способ). Наиболее экономически выгодным способом является устройство покрытия из ДСКМ по второму способу с уплотнением и втапливанием щебня: в 2,65 раза дешевле первого способа и в 4,75 раза дешевле базового способа.
Буровой шлам является отходом, поэтому при использовании его в составе композиционного материала может быть решена проблема улучшения экологической обстановки на нефтедобывающих территориях в Республике Башкортостан. Утилизация бурового шлама в «первозданном» виде позволит избежать затрат на энергоресурсы, снизить затраты на содержание и рекультивацию шламовых амбаров и полигонов, а также снизить затраты на строительные материалы при строительстве дорог.
References
1. Krashanovskiy S.E., Vinogradov E.V. Impact drilling fluid environment. Young Creativity — step into a successful future:proceedings of the VII All-Russian Scientific Student Conference with elements of scientific school named after professor M.K. Korovina. Tomsk. 10—14 November 2014. (http://www.lib.tpu.rU/fulltext/c/2015/C66/134.pdf date of access 28.03.2016) (In Russian).
2. Budnikov V.F., Bulatov A.I., Makarenko P.P. Okhrana okruzhayushchei sredy v neftegazovoi promyshlennosti [Environmental protection in the oil and gas industry]. Moscow: Nedra. 1997. 483 p.
3. Yagafarova G.G., Barakhnina V.B. Disposal of environmentally hazardous drilling waste. Elektronnyi nauchnyi zhurnalNeftegazovoe delo. 2006. No. 1. ( http://ogbus.ru/ authors/Yagafarova/Yagafarova_2.pdf date of access 28.03.2016). (In Russian).
4. Korol' V.V., Pozdnyshev G.N., Manyrin V.N. Disposal of drilling waste. Ekologiya ipromyshlennost'Rossii. 2005. No. 1, pp. 40-42. (In Russian).
5. Shagigalin G.U., Gataullin A.V., Lomakina L.N., Bikmeeva N.B. The applicability of drilling waste in the production of building materials. Thesis report 66 student scientific conference. Ufa. 2015. (In Russian).
6. Shagigalin G.U., Gataullin A.V., Lomakina L.N. Soil-cement building material on the basis of drill cuttings. Thesis report VI scientific and technical conferences LLC "BashNIPIneft". Ufa. 2016. (In Russian).
7. Patent RF 2426708. Stroitel'nyi materialBurolit [Building material Burolit]. Andreev O.P., Akhmedsafin S.K., Petrov G.F., Arabskiy A.K., Chesnov I.P., Utkina N.N. Declared 11.10.2006. Published 20.07.2007. (In Russian).
8. Patent RF 2541009 Gruntukreplennyidorozhno-stroitel'nyi [Soil fortified road-building]. Zabolotskiy S.S. Declared 11.10.2006; Published 20.07.2007. (In Russian).
научно-технический и производственный журнал f -л-jj, f ^дjjijJJljlrf
ноябрь 2016 Vj! ®
