УДК 666.712
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БУРОВОГО ШЛАМА (ОТХОДОВ БУРЕНИЯ) В СТРОИТЕЛЬСТВЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Сагинов Е.Е.
Магистрант ЗКАТУ
Научные руководители: Монтаев С.А., д.т.н., проф., Шакешев Б.Т., канд., техн., наук
Достижение мирового уровня дорожного строительства потребует нового подхода к проектированию составов и выбору методов химического закрепления грунтов, создание нового оборудования и машин, а также вовлечения в сырьевой оборот многотоннажных промышленных отходов. Следует отметить, что дорога и ее конструктивное строение, позволяют рассматривать нижние слои основания как места захоронения экологически опасных отходов, к числу которых относятся шламы нефтепереработки, попутные вскрышные породы при добыче нефти, отработанные буровые растворы и т.д. Как правило, такие отходы депонируются на открытых площадках, полигонах, занимают огромные площади на территориях промышленно развитых регионов и районов добычи нефти [1].
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое исследование, является создание способа, позволяющего эффективно и с минимальными затратами производить утилизацию буровых шламов с последующим использованием их для дорожного строительства, и дополнительно улучшает состояние окружающей среды.
Одним из известных способов утилизации буровых отходов включает рытье котлована в минеральном грунте [1-6]. Извлеченный грунт используется для обвалования котлована и гидроизоляции полости котлована слоем глины. Затем котлован заполняется отходами бурения, проходит процесс расслоения отходов бурения на загущенную и жидкую фазы. Амбары освобождают от жидкой фазы, которую направляют в систему сбора и подготовки нефти с последующим использованием ее в системе поддержания пластового давления. Вода из жидкой фазы может удаляться путем испарения. Затем загущенные отходы бурения засыпают минеральным грунтом.
Другой способ ликвидации буровых отходов предусматривает сооружение котлованов в минеральном грунте с гидроизоляцией металлическими листами, или синтетической пленкой, или железобетонными плитами, или деревянными щитами с битумным покрытием, или композициями на основе глины, извести, цемента. После отвода осветленной воды и заполнения котлована-отстойника загущенным отстоявшимся осадком его периодически чистят или навсегда выключают из работы. Такая система широко используется в бурении, однако удовлетворительной ее назвать нельзя, во-первых, потому, что она не решает проблемы обезвоживания осадка в целом и, во-вторых, потому, что методически непрерывно загрязняет прилегающие к котлованам окрестности и гидросети [7-8].
Наиболее близким к изобретению является утилизация бурового шлама с фиксацией с помощью извести [9]. Буровой шлам подвергали химической фиксации с помощью негашеной извести СаО (10% вес.) Полученную смесь тщательно перемешивали для получения гомогенной среды с целью снижения выщелачиваемости углеводородов в буровом шламе. Недостатками указанных способов является отсутствие технологических методов практического применения обезвреженных буровых шламов.
146
Для составления смеси бурового шлама с известью сначала буровой шлам высушивался в сушильном шкафу до остаточной влажности 25 – 27%
Добавление извести в высушенный буровой шлам производилось в естественном камковом виде. Были приготовлены три партии сырьевой смеси содержанием 20%, 25%, 30%. В лабораторных условиях сырьевые компоненты взвешивались на электронных весах.
Взвешенные и отдозированные компоненты перемешивались в сферической лабораторной чаше до получения влажной однородной массы. Перемешанная сырьевая композиция обладает следующими свойствами (таблица 1):
Таблица 1 - Изменение влажности и средней плотности в зависимости от содержания извести
№
Состав сырьевой смеси
Влажность, Средняя плотность влажной
состава % смеси, г/см3
1 Буровой шлам – 80%
14 – 16 1,271
Известь – 20%
2 Буровой шлам – 75%
10 – 12 1,292
Известь – 25%
3 Буровой шлам – 70%
8 - 10 1,346
Известь – 30%
Как показывает результаты исследования, с увеличением содержания извести от 20%
до 30% снижается влажность от14-16% до 8-10%, а средняя плотность влажной смеси возрастает от 1,271 до 1,346 г/см3.
В процессе перемешивания бурового шлама с негашеной известью наблюдались интенсивная адсорбция влаги содержащейся в буровом шламе, и происходить процесс гашения извести с выделением тепла.
Кроме того, параллельно наблюдалась испарение влаги вследствие нагрева смеси связанные с процессами химических реакций.
При этом установлено, что по истечении определенного времени смесь шлама с известью приобретает способность формоваться.
Из полученных сырьевых смеси для исследования их формовочных свойств формовались образцы цилиндры (5х5х5см) и бабочки (4х4х16см).
Отформованные образцы сначала испытывались для определения сырцовой прочности, а остальные образцы сушились в сушильном шкафу при температуре 35 – 40 0С, т.е. максимально приближенных условиях к естественной сушке.
Высушенные образцы подвергались к физико-механическим испытаниям по стандартным методикам. Результаты экспериментальных исследований представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств образцов в сырьевой системе буровой шлам – негашеная известь в зависимости от давления прессования
№ Состав Давление Сырцовая Прочность Прочность Средняя соста- сырьевой прессования, прочность, при при изгибе, плотность,
ва смеси МПа МПа сжатии, МПа г/см3
МПа Буровой
5 0,3 1,7 0,16 1,30
шлам 1 – 80%
10 0,38 3,1 0,28 1,31
негашеная
147
известь
15 0,47 4,6 0,49 1,37
– 20%
Буровой 5 0,42 2,7 0,18 1,34
шлам
10 0,62 3,6 0,39 1,37
2 – 75%
негашеная
известь 15 0,71 4,8 0,58 1,40
– 25%
Буровой 5 0,51 3,2 0,21 1,39
шлам– 70%
3 негашеная 10 0,72 4,8 0,45 1,41
известь
– 30% 15 0,85 5,1 0,62 1,45
Как показывает результаты экспериментальных исследований, с увеличением давления прессования от 5 МПа до 10 МПа наблюдается стабильное увеличение значение сырцовой прочности, прочности при сжатии и изгибе высушенных образцов, а также средней плотности.
При этом максимальное значение сырцовой прочности, прочности при сжатии и изгибе высушенных образцов, а также средней плотности наблюдается в тех составах, где содержание извести составляет 25 – 30%.
Например, сырцовая прочность состава №3, где содержание извести составляет 30%, значение сырцовой прочности составило 0,85 МПа, прочности при сжатии высушенных образцов 5,1 МПа, при изгибе 0,62 МПа, а значение средней плотности составило 1,45 г/см3 . Предлагаемая нами технология обезвреживания буровых отходов отличается тем, что в качестве минеральной добавки используется негашеная известь в количестве до 30% и перемешивается с буровыми отходами с влажностью 8-10% и складируются для отправки к потребителю. В результате перемешивания буровых отходов с негашеной известью происходят физико-химические реакции и процессы, способствующие обезвреживанию хлористых соединении и образованию гомогенной смеси пригодные для использования, как насыпного грунта, так и верхней дорожной одежды для строительства внутрипромысловых дорог.
Кроме того для организации работ по обезвреживанию отходов бурения не требуется специальных дорогостоящих необходимых оборудований и приборов, что облегчает до минимума затраты для их практической реализации фактически в любом регионе, где производятся буровые работы.
Следует отметить, что именно добавка извести в указанном соотношении переводить отход бурения в категорию сырьевых материалов пригодных для дорожного строительства не только как насыпного, но и как конструктивной верхней дорожной одежды т.к. известь известна как воздушное вяжущее вещество способного, твердеть в композиции с силикатными материалами.
Использование обезвреженного бурового отхода по предлагаемой технологии позволяет полностью утилизировать, используя их в качестве дорожного полотна. А это очень выгодно с точки зрения экономии природных сырьевых ресурсов т.к. дорожное строительство является крупным потребителем природного сырья в виде глины, песка, гравия и щебня.
Литература:
1. Агзамов Ф.А., Измухамбетов Б.С. Долговечность тампонажного камня в коррозионных средах. – СПб.: Недра, 2005. – 318 с.
2. Быков И.Ю. Техника экологической защиты Крайнего Севера при строительстве скважин. – Л.: Издательство Ленинградского университета, 1991. – 240 с.
148
3. Быков И.Ю., Гуменюк А.С, Литвиенко В.И. Охрана окружающей среды при строительстве скважин. - М.: ВНИИОЭНГ, 1985. - 37 с. - (Обзор. информ. Сер. Коррозия и защита окружающей среды в нефтегазовой промышленности).
4. Боровский Н.А. Изменение гидрохимических показателей воды при попадании буровых компонентов.- Газовая промышленность, № 6, 1990. - С. 30-38.
5. Булатов А.И., Левшин В.А., Шеметов В.Ю. Методы и техника очистки и утилизации отходов бурения. - М.: ВНИИОЭНГ, 1989. - 56 с. - ( Обзор. информ. Сер.
Борьба
с коррозией и защита окружающей среды).
6. Зоммер Е.А., Королѐва Л.А. Результаты воздействия различных лигносульфонатов на развитие гидробионтов. – Рига: Тр. 1 всесоюзной конф. по рыбохозяйственной токсикологии, 1988.- С.69.
7. Король В.В., Позднышев Г.Н., Манырин В.Н. Утилизация отходов бурения скважин. Экология и промышленность России, №1, 2005. – С. 40-42.
8. Обоснование инвестиций в строительство полигона утилизации и пере-
работки отходов бурения и нефтедобычи АО "ЛУКойл-Когалымнефтегаз". Т.1. Общая пояснительная записка. Сургут, 1996.
9. Гасымлы Л.Э., Ибадов И.А., Касумов Ф.К., Исмаилов Н.М. Биоремедиация бурового шлама в процессе химической фиксации.// Международный журнал
«Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ, № 4(24) 2005 с. 86- 90.
