CC BY
10Проблемы экологии нефтегазовых регионов
УДК 622.24
ВОЗМОЖНОСТИ УЛУЧШЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БУРОВОГО ШЛАМА
POSSIBILITIES OF IMPROVEMENT OF DRILLING SLUDGE PHYSICAL AND
CHEMICAL PROPERTIES
Л. H. Ckiiiiiiii, H. В. Храмиов, В. С. Псгухова, А. Я. Мшриковскии, IO. А. Козина
L. N. Skipin. N. V. Khraintsov. V. S. Pctukhova. A. Ya. Milrikovasky. Yu. A. Koxina
Тюменский государственный архитектурио-строипнаьныи университет, ,>. Тюмень
При бурении скважин происходит образование отходов, при котором под земельный отвод предоставляется от 3 до 5 га земли во временное краткосрочное пользование — на период строительства. Во временное долгосрочное пользование выделяется только 0.36 га на период эксплуатации скважин. В течение года после строительства скважины территория б> ровой площадки должна быть очищена от образовавшихся отходов, рекультивирована и передана постоянном) землепользователю 111.
Количество отходов, скапливающихся на территории Тюменской области, огромно. поскольку при бурении скважины на 1 м проходки приходится 1-2 м' от-
Ключевш слова: буровой пиши, фосфогипс, коагу:шшп. фильтрация Key words: drilling sludg, phosphogypsimi, coagulant; iHtciin
ходов. За 2001 г. образовано около 1 459 тыс. т производственных отходов, из которых основную долю составляют отходы бурения |2|. Поэтому проведение рекультивации или утилизации шламовых амбаров является одним из важнейших природоохранных мероприятий, направленных на восстановление экологической ситу ации. При этом существуют проблемы, сопряженные с отрицательными химическими и физическими свойствами бурового шлама (БШ). в частности, повышенной щелочностью, бссструктурностью. слабой фильтрационной способностью, заплывание.м при увлажнении и др.
Для подбора технологий извлечения и утилизации шламовых амбаров, замазу-ченных грунтов необходимо коренное улучшение физико-химических свойств
Цель работы — создать благоприятные физические и химические свойства БШ с помощью коагу лянта-мелиоранта.
В ходе исследований предстояло установить действие фосфогипса на физические свойства БШ. изучить влияние коагулянта-фосфогипса на изменение химических свойств БШ.
МспюОика исслеОовании. Определение химических соединений в БШ проводилось согласно нормативным документам: нефтепродукты (мг/кг) — ПНД Ф 16.1 ;2.21-98: массовая доля влаги (%) — ПНД Ф 16.2.2:2.3:3.27: массовая доля диоксида кремния (%) — ПНД Ф16.1:2:2.2:3.65-10: хлорид-ион (мг/кг) — ПНД Ф 16.2.2:2.3:3.28-02: с\льфат-ион (мг/кг) — ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.53-08: рН (сд. рН) — ПНД Ф 16.2.2:2.3:3.33-02: натрий (моль/100 г) — ГОСТ 26427-85: калий (моль/100 г) — ГОСТ 26427-85: свинец (мг/кг) — М-МВИ-80-2008: цинк (мг/кг) — М-МВИ-80-2008: медь (мг/кг) — М-МВИ-80-2008: никель (мг/кг) — М-МВИ-80-2008: кадмий (мг/кг) — М-МВИ-80-2008: кальций (мг/кг) — ПНД Ф 16.2.2:2.3:3.34-02: барий (мг/кг) — М-МВИ-80-2008: магний (мг/кг) — ПНД Ф 16.2.2:2.3:3.34-02.
Фильтрационная способность определялась в лабораторных условиях насыпных образцов БШ в сочетании с коагу лянтом-мелиорантом (отходом) фосфогип-со.м методом тру бок. Всего бралось 12 стеклянных цилиндров, первый из которых был контрольным, в нем находился только БШ массой 40 г. а начиная со второго цилиндра, добавлялась доза коагу лянта с нарастающим интервалом 0.1 г. Опытные варианты заливались одинаковым объемом воды, через сутки измерялся объем фильтрата по каждому цилиндру. Перед помещением в цилиндр БШ и коагулянт тщательно перемешивались между собой во избежание ошибок опыта. Повтор-ность опыта 3-кратная.
В данной работе было рассмотрено два вида отходов, это БШ — отход нефтегазовой промышленности и фосфогипс — отход химический промышленности.
Фосфогипс образуется при производстве двойного суперфосфата, фосфорной кислоты и содержит 80-90 % гипса. 0.5-0.6 % <]юсфорной кислоты. 5-6 % глины. Основная масса фосфогипса сбрасывается в отвалы, в которых содержатся десятки миллионов тонн этого отхода. Огромные массы неиспользованного фосфогипса скопились на территории Украины. Северном Кавказе, в Крыму, в Кыргызстане. Казахстане, на Урале и Западной Сибири. Он не только занимает территорию, но и отравляет почв\ и водоемы содержащимися в нем растворимыми примесями фтора и (|юс<|юрной кислоты |3|.
Буровой шлам — это многокомпонентные токсиканты. Их токсические свойства определяются химическим составом, который зависит от дисперсности размельченных пород, сорбирмоших компоненты отработанного бу рового раствора (ОБР). Кроме того, на их состав влияет целый ряд факторов: рецептура бурового раствора, физико-химические условия в зоне бурения, условия контакта с извлекаемыми углеводородами, характер хранения и т. д. Состав бурового шлама весьма изменчив даже при проходке одной скважины. Главным токсическим агентом в составе буровых шламов. по мнению большинства исследователей, считается нефть и ее фракции, которые накапливаются в твердой фазе буровых выработок
БШ.
№ 2, 2014
111
при их контакте с пластовой (сырой) нефтью в процессе бурения и за счет аккумуляции нефтепродуктов из буровых растворов |4. 5. 6|.
Результаты исследований. Задача рентгенофа'ювого анализа состоит в идентификации кристаллических веществ (фаз), входящих в состав анализируемого материала. Нами был рассмотрен БШ (контроль) (рис. 1).
/. ими с 6000
5000
4000 3000 2000 1000 о
• —'—кл JL
-J--
10
20
30
40
50
60
70
80
Рис. 1. Рентгенограмма образца Hill (контроль)
Содержание образца: почти что чистый кварц: K:0*3Al:03*6Si0;*2H;0: Na, L,0( Al.Mg)2 Si ,0, п(ОН );*.\Н;0.
Рснтгснофазовая диаграмма показала, что источником посту пления гидроксида кремния являются полевые шпаты, в которых присутствует гидроксид кремния, являющийся достаточно гидрофильным, то есть его присутствие наглядно видно по пику, имеющем) ярко выраженный характер.
Модельные опыты показали, что БШ без внесения фосфогипса ис обладал фильтрационной способностью. Добавление фосфогипса приводило к коренному улучшению, при этом зависимость фильтрации от доз фосфогипса была тесной (рис. 2). Это свидетельствует о том. что в естественных условиях свойства БШ не могу т быть изменены.
Рис. 2. Влияние дозы фосфогипса на фн:и>трационную способность 1HII
После проведения исследований на фильтрационную способность БШ. с помощью коагулянта фосфогипса. данные образцы прошли химический анализ (таблица). Для исследований на химический анализ брали БШ (контроль) и БШ с оптимальной дозой коагулянта-фосфогипса. Данные исследования проводились в испытательной лаборатории ЗАО «Региональный аналитический центр» (г. Тюмень).
112
Нефть и газ № 2, 2014
Изменение химического состава ШИ при истиыовании коагу. ынта-фосфогшгеа, 2013 г.
Компоненты (ед. ичм.) 1)111 (без коагулянта) 1>1П (с коагулянтом)
11ефтенродукты (мг/кг) 865+216 805+201
Массовая доля влаги (%) 2.73+0.27 2.57+0-26
Массовая доля диоксид;! кремния (%) 95.61+21.99 95.77+22.03
Хлорид-ион (мг/кг) 70+7 60+6
Сульфат-ион (мг/кг) 2 768+277 458+46
pi 1 (ед. pi 1) 9,77+0,10 8.36+0.10
Натрий (моль/100 г) 9.47+0.71 1.79+0.13
Калий (моль/100 г) 9.91 + 1.09 6.02+0.66
Свинец (мг/кг) 13+4 33+10
Цинк (мг/кг) 154.7+46.4 122+37
Ме;и> (мг/кг) 17+5 21+6
Никель (мг/кг) 25+8 23+7
Кадмий (мг/кг) 0.30+0.09 0,40+0,12
Кальций (мг/кг) 1 032+103 6 240+624
Барий (мг/кг) 81+24 124.6+37.4
Магний (мг/кг) 5521±558 5 947+495
Данные свидетельствуют о том. что улучшение фильтрационной способности произошло за счет снижения натрия (с 9.47 до 1.79 моль/100 г) и в меньшей степени калия (с 9.91 до 6.02 моль/100 г) в поглощающем комплексе и водном растворе БШ (см. табл.). Содержание кальция в поглощающем комплексе после внесения фосфогипса многократно возрастало (с 1 032 до 6 240 мг/кг). аналогичная закономерность проявлялась и с магнием, это позволило благоприятно изменить структурное состояние БШ.
Важно отмстить, что с фильтрацией воды отмечался вынос водорастворимых солей, в первую очередь сульфатов, хлоридов и карбонатов. Снижение солей, особенно нормальной и двууглекислой соды, приводило к уменьшению рН с 9.77 до 8.36. При этом показатели содержания тяжелых металлов (свинец, медь, кадмий, магний) не снижались, или отмечалась тенденция к их накоплению. Данное явление свидетельствует о закреплении их в поглощающем комплексе БШ. Перевод их в более растворимую форму должен сопровождаться смещением показателя рН в сторону кислой реакции.
Таким образом, использование фосфогипса в качестве коагу лянта радикальным образом увеличивает фильтрационную способность БШ. В первоначальный период действия фосфогипса происходит активное снижение натрия в поглощающем комплексе и насыщение его кальцием. За кратковременный период фильтрации происходит вынос водорастворимых солей и снижение рН с 9.77 до 8.36. Вымывания основных тяжелых металлов из БШ не происходит в связи с закреплением их в поглощающем комплексе.
Список литеращ-ры
1. Хаусгов Л. 11.. Родима М. М. Охрана окружающей сроды при добыче нефти. М.: Даю. 2006.
2. Информационный бюллетень «О состоянии окружающей среды Хашы-Мансийского автономною округа Юфы в 2006-2007 годах». 2008 г. 117 с.
3. Чистяков Ь. 3.. Лядинов Д. И. Использование минеральных отходов промышленности в производстве строительных материалов (На примере предприятий Ленинградской области). Л.: Стройит-дат. Лен и тр. огд-ние. 19X4.
4. Moiborg В. Reduction of pollution from drilling operations l ',\S 91: Environment Northern Seas. Abstracts of Conference papers. Stavanger (Norvvev): lndustritoykk. 1991.
5. GKSAMR Review of potentially harmful substances: carcinogens GKSAM1' Reports and Studies No. 46. Geneva: Wl lO. 1991 57 p.
6. GKSAMP. Impact of oil and gas related chemicals and wastes on the marine environment GKSAM1' Reports and Studies № 50. I .ondon: l\l(). 1993. IX0 p.
№ 2, 2014
Нефть и газ
ИЗ
Сведения об amwpax
Скипин Леонид Николаевич, д. с.-х. я., профессор, заведующий кафедрой «Техносферная безопасность». Тюменский государственный архитектурно-строительный университет, г. Тюмень, тел. 89129924555, e-mail: lke@tgasti.rti
Хралщов Николай Васильевич, д. т. н„ профессор кафедры «Строительные процессы, основания и фундаментыТюменский государственный архитектурно-строительный университет, г. Тюмень
Пещ'хова Вера Сергеевна, аспирант кафедры «•Техносферная безопасность». Тюменский государственный архитектурно-строительный университет, г. Тюмень, тел. S905S223239. e-mail: lke@tgasit.ru
Митриковский Александр Яковлевич, к с.-х. н„ доцент кафедры «Техносферная безопасность». Тюменский государственный архитектурно-строитеяьный университет, г. Тюмень, тел. 890S82232S9, e-mail: lke((t}tgasn.ru
Козина Юлия Александровна, соискатель кафедры «•Техносферная безопасность». Тюменский государственный архитектурно-строительный университет г. Тюмень e-mail: lke@tgasu.ru
Skipin L. N.. Doctor of Sciences in Agriculture, professor, head of the chair « Technosphere safety?, Tyumen State Architectural and Building University, phone: 89129924555. e-mail: lke@tgasu.ru
Khramtsov N. V.. Doctor of Technical Sciences, professor of the chair «.Construction operations, substructures and foundations», Tyumen State Architectural and building University
Petukhova V. S„ postgraduate of the chair <tTechnosphere safety». Tyumen State Architectural and Building University. р1юпе: 89058223239, e-mail: lke((t}tgasii.rH
Mitrikovsky A. Ya., Candidate of Sciences in Agriculture, associate professor of the chair «Technosphere safety», Tyumen State Architectural and Building University, phone: 89Q58223239, e-mail: lke@tgasu.ru
Kozina Yu. A, applicant for a scientific degree of the chair <•< Technosphere safety». Tyumen State Architectural and Building University, e-mail: lke@tgasu.ru
