- Технология утилизации буровых шламов с получением экологически чистого дорожно-строительного материала
- Библиографическое описание:
- Утилизация бурового шлама и его переработка
- Что такое буровые отходы?
- Что содержится в буровых отходах?
- Утилизация и переработка буровых отходов
- Применение бурового шлама в строительстве
Технология утилизации буровых шламов с получением экологически чистого дорожно-строительного материала
Дата публикации: 02.09.2013 2013-09-02
Статья просмотрена: 2745 раз
Библиографическое описание:
Пичугин, Е. А. Технология утилизации буровых шламов с получением экологически чистого дорожно-строительного материала / Е. А. Пичугин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2013. — № 9 (56). — С. 124-126. — URL: https://moluch.ru/archive/56/7725/ (дата обращения: 11.11.2020).
В настоящее время значительный ущерб окружающей среде наносят производственно-технологические отходы бурения (буровой шлам). Токсичные буровые отходы загрязняют недра, атмосферу, поверхностные и подземные водные объекты, почву, негативно воздействуют на растительный и животный мир.
Существует множество способов утилизации отходов бурения, большинство из которых сводится к захоронению, либо размещению буровых шламов на территории буровой или в специально отведенных местах (шламохранилище, земляные амбары и т. д.). Однако перспективным направлением утилизации буровых шламов является использование их в качестве исходного сырья для получения строительных материалов, грунтовых смесей, материалов для отсыпки внутрипромысловых дорог и буровых площадок. Вместе с тем, большое разнообразие состава и свойств буровых шламов, недостаточная изученность их характеристик, в том числе токсичности и способов ее снижения, не позволили в настоящее время этим направлениям утилизации получить широкое распространение в промышленности.
Цель работы заключалась в разработке технологии утилизации токсичных буровых шламов с получением экологически чистых дорожно-строительных материалов, пригодных для строительства внутрипромысловых дорог в условиях Западной Сибири.
Первоначально для разработки технологии были проведены анализы образцов бурового шлама с целью определения комплекса свойств, допускающих применение буровых шламов для изготовления экологически чистых дорожно-строительных материалов.
В ходе экспериментов определялись химический состав твердой фазы и водной вытяжки образцов буровых шламов, класс опасности для окружающей природной среды. Были выделены три главных фактора, которые влияют на токсичность буровых шламов и разработаны условия, накладываемые на буровой шлам и производимую продукцию с целью обеспечения ее экологической безопасности для окружающей среды [1, 2].
Далее были проведены эксперименты по определению физико-механических свойств буровых шламов и смесей, полученных на его основе, с целью разработки строительных условий применения производимой продукции в дорожно-строительной отрасли в условиях Западной Сибири [2].
После проведенных экспериментов была разработана система ограничений (табл. 1), накладываемая на дорожно-строительные смеси для обеспечения их экологической безопасности для окружающей среды. Эффективность разработанной системы ограничений была подтверждена экспериментально [2].
Требования к производимой продукции
Параметр
Ед. изм.
Ограничение
Доля глинистых частиц
— Поток B — если содержание нефтепродуктов > 5 г/кг или сухого остатка > 25 г/кг, карбонат-ионов 3 ;
— Поток C — если содержание нефтепродуктов > 5 г/кг или сухого остатка > 25 г/кг, карбонат-ионов > 660 мг/дм 3 ;
Для доведения продукции до требуемой оптимальной влажности предусмотрена барабанная сушилка, в которой происходит сушка шламо-песчаной смеси при температуре 400 0 C. В качестве топлива для сушки шламо-песчаной смеси может быть использован попутный газ, образующийся на нефтегазодобывающих месторождениях.
Для исключения неполного окисления воздухом углеводородов, которые могут выделяться из бурового шлама, предусмотрена камера дожигания отходящих газов из барабанной сушилки при температуре 800 0 C.
Для рационального использования тепла отходящих газов предусмотрен кожухотрубчатый теплообменник. Подогретый воздух из межтрубного пространства кожухотрубчатого теплообменника может использоваться для обогрева склада бурового шлама в зимний период, либо может быть направлен на горелки камеры дожигания и барабанной сушилки.
Для исключения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу предусмотрены местные отсосы и циклоны.
В целом в период эксплуатации установки воздействие на атмосферу, подземные и поверхностные воды, геологическую среду, почву, растительный и животный мир будет допустимым при условии соблюдения технологических параметров и природоохранных мероприятий.
Экономическая эффективность разработанной технологии подтверждена технико-экономическими расчетами. Срок окупаемости производства составит 5 лет. Годовой экономический потенциал установки — 60,413 тыс. рублей.
1. Зильберман М. В., Пичугин Е. А., Шенфельд Б. Е., Черепанов М. В., Ходяшев Н. Б. Оценка влияния состава буровых шламов на класс опасности для окружающей природной среды // Научно-технический вестник Поволжья. — 2012. — № 2. — С. 194–202.
2. Зильберман М. В., Пичугин Е. А., Шенфельд Б. Е., Козлова Г. А., Долганов В. Л.. Требования, предъявляемые к шламо-песчаным смесям на основе буровых шламов для их применения в качестве экологически чистого строительного дорожного материала // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. — 2013. — № 6. — С. 29–34.
3. ГОСТ 8736–93. Песок для строительных работ [Электронный ресурс]. М.: Издательство стандартов, 1995 — Доступ из справ.-правовой системы «Техэксперт».
4. ГОСТ 3344–83. Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства [Электронный ресурс]. М: Стандартинформ, 2007 — Доступ из справ.-правовой системы «Техэксперт».
Утилизация бурового шлама и его переработка
Утилизация бурового шлама – это процесс, который требует профессионального оборудования и опыта. Заботясь об окружающей среде, а также о своем здоровье, важно доверить это правильной компании. В отличие от обычного мусора, этот вид отходов представляет повышенную опасность для окружающей среды и здоровья человека, может стать причиной уничтожения эко системы. Они требуют особого обращения.
Что такое буровые отходы?
Буровой шлам – это такой тип отходов, который образуется во время бурения или испытания скважины компаниями, ищущими и получающими сырье таким способом с использованием скважинных методов. Они образуются в результате отделения твердой породы от так называемого бурового раствора на таких устройствах, как центрифуги, опреснители, вибрационные грохоты и осадки. Еще один способ получения отходов добычи – изменение параметров бурения, когда буровой раствор заменяется другим типом.
Буровой шлам включает в себя:
Буровые отходы обладают экологически вредными химическими свойствами. Они зависят от состава бурильной породы, типа используемого бурового оборудования, типа бурового раствора, а также от способа обработки и самой технологии бурения.
Что содержится в буровых отходах?
Не все вещества, содержащиеся в отходах этого типа, одинаково вредны для окружающей среды, но все они требуют профессиональной утилизации. Несоленые отходы представляют меньший риск, чем солевые отходы, возникающие при бурении соответствующих пород.
Кроме того, отходы бурения могут содержать:
Необходимы комплексные услуги в области утилизации бурового шлама и нефтяных отходов. Вывоз бурового шлама осуществляют специализированные компании, с оформленными лицензиями. Причина – 3 и 4 класс опасности этих отходов.
Для пользователей сайта Vyvoz.org нами был собран (и постоянно пополняется) перечень организаций в крупных (и не только) городах России, которые занимаются утилизацией буровых отходов:
Утилизация и переработка буровых отходов
Независимо от того, планируется ли утилизация или переработка бурового шлама, проводится его предварительная очистка. Для этого используют следующие методы:
Применяются и комбинированные методы, например, химико-физический. При нем шлам подвергается воздействию как реагентами, так и в специальных устройствах для увеличения давления и продуцирования центробежных сил. Это позволяет снизить класс опасности бурового шлама с третьего или четвертого до пятого. То есть, сделать его неопасным.
Полученную массу могут не только отвозить на полигоны для захоронения. Она служит вторсырьем, которое используется в производстве как битума, так и бетонных смесей, плитки для тротуаров, шлакоблоков и т.п.
Морские операции по бурению на нефть и газ приводят к образованию значительного количества отходов бурового раствора, часть из которых транспортируется на берег для последующей термической обработки (т.е. посредством термического восстановления). В результате этого процесса обработки образуются побочные продукты минеральных отходов, называемые термически обработанными отходами бурового раствора.
Необходимы современные решения, основанные на специализированном оборудовании, инновационных технологиях и многолетнем опыте. Они должны быть направлены на решение таких задач, как ликвидация ущерба окружающей среде, сбор отходов, утилизация жидких нефтяных отходов, отработанных масел, очисткой промывок.
Для этого применяются экологически чистые установки с подготовленным обслуживающим персоналом. Утилизация отходов бурения должна осуществляться в соответствии с законодательством и в полной безопасности для людей и окружающей среды.
Основная проблема по утилизации бурового шлама – нежелание собственников и руководителей добывающих предприятий нести дополнительные расходы на его правильную утилизацию. Они ограничиваются физическим методом, после которого оставшуюся твердую массу заливают бетоном. В таких захоронениях вредные, токсичные вещества шлама вступают в реакцию с другими веществами. Тем самым расширяются площади непригодные для какого-либо использования.
Применение бурового шлама в строительстве
Изобретение относится к строительным материалам, используемым для укладки в качестве покрытия дороги IV категории, а также для укрепления откосов земляных сооружений и грунтовых оснований зданий и сооружений.
Недостатком является то, что данная смесь состоит из многочисленных компонентов, которые могут варьироваться. Главный упор делается на низкую себестоимость, но при этом не описываются свойства смеси и не конкретизируется область применения. Трудно судить о качестве только по составу. При меньшем количестве составляющих и с использованием большего объема бурового шлама можно получить состав, который возможно использовать так же, как и данную смесь.
Недостатком изобретения является то, что материал имеет низкую прочность за счет большого содержания количества песка. За счет содержания разнообразных добавок по своему назначению себестоимость материала существенно возрастает. Конечная и максимальная прочность материала через 28 суток всего лишь 4,0 МПа, что не позволяет его применять в качестве покрытия дороги.
Недостатком этого изобретения является то, что в нем не приведены сведения о результатах исследований материала, указано лишь, что «покрытие, получаемое при использовании этого материала, отвечает требованиям ГОСТа». Поэтому сложно судить о конкретной области применения, не зная результатов исследований. Общеизвестно, что хлористый кальций взаимодействует с цементом, а не с буровым шламом, так как буровой шлам является инертным материалом и не может взаимодействовать с данной добавкой, следовательно, применение хлористого кальция от массы бурового шлама приводит к значительному перерасходу добавки без эффекта, повышая стоимость материала.
Использование карбамидоформальдегидного пенопласта приводит в процессе эксплуатации на открытом воздухе к деструкции гранул пенопласта в поверхностных слоях конструкции. В результате на изделии возникает повышенное трещинообразование в районе гранул, снижающих эксплуатационный его ресурс. Динамическое воздействие (транспортная нагрузка), а также воздействие солнечного излучения приводит к повышению температуры поверхности изделия из данного материала. В результате из различных коэффициентов линейного термического расширения бурового шлама, цементного камня и пенопласта приводит к отслоению гранул пенопласта. Кроме того, нагретый полистирол выделяет токсичные вещества, влияющие на окружающую среду.
Из существующего уровня техники известен строительный материал, принятый нами за прототип, полученный перемешиванием влажного бурового шлама, цемента, хлорида кальция, воды, при количестве последней в зависимости от влажности шлама (WO 2007/102743, 13.09.2007).
Недостатком данного технического решения является снижение прочности, а значит долговечности, вследствие того, что применение сорбента совместно с нефтяными компонентами при взаимодействии с водой приведет к образованию высокой пористости цементного камня. Кроме того, недостатком данного изобретения является то, что буровой шлам, утилизируемый методом захоронения с применением сорбента, с течением времени из-за периодического омывания его поверхностными или грунтовыми водами приведет к техногенные последствиям на окружающую среду за счет потери впитывающих свойств сорбента. Данный состав из-за низкой прочности и наличия в составе нефтяных компонентов непригоден для устройства дорог.
Учитывая, что минералогический состав бурового шлама зависит от состава грунта, следовательно, предлагаемая в изобретении смесь (в части принятия 10-20% минерального наполнителя от бурового шлама) не является универсальной, а пригодна лишь для конкретного вида бурового шлама.
Задачей, на которую направлено заявленное изобретение, является расширение ассортимента дорожно-строительных композиционных материалов (ДСКМ) путем создания смеси, где буровой шлам утилизируется без термической обработки в качестве основного компонента материала для покрытия дороги IV категории, а также для укрепления откосов земляных сооружений и грунтовых оснований зданий и сооружений.
Техническим результатом изобретения являются: увеличение прочности покрытий и оснований дорог, снижение затрат на энергоресурсы за счет применения исходного бурового шлама, снижение затрат на содержание и рекультивацию шламовых амбаров и полигонов, что способствует улучшению экологической обстановки, а также снижение затрат на строительные материалы при строительстве дорог.
|
По результатам спектрального анализа опасных элементов в буровом шламе не обнаружено, поэтому он может использоваться в составе материала для дорожного покрытия без ущерба для окружающей природной среды. Обнаруженные в буровом шламе элементы (Са, С, K, Cl, Fe, Al, Na, О, Mg, Si) опасности не представляют и связываются с цементом в процессе его гидратации. Поэтому используемый буровой шлам, в отличие от предыдущих, является экологически чистым, и не нуждается в добавлении в своем составе дополнительных добавок.
Предлагаемый ДСКМ из бурового шлама имеет прочность более 7,5 МПа, что удовлетворяет, в отличие от аналогичных составов на основе бурового шлама, требованию по прочности дорожного покрытия (7,5 МПа и выше). При условии уплотнения смеси катками с втапливанием щебня прочность покрытия существенно возрастает.
Процесс утилизации бурового шлама включает следующие стадии.
I способ: ДСКМ, приготовленный на мобильном бетоносмесительном узле БСУ:
1) Подготовка бурового шлама. В этот этап входят следующие операции: отстаивание бурового шлама в шламбассейнах после доставки его на БСУ; осуществляется транспортировка бурового шлама в БСУ; дозирование бурового шлама.
2) Подготовка цемента. В этот этап входят следующие операции: складирование цемента (в силосах); дозирование; транспортировка дозированного количества цемента в БСУ.
3) Подготовка песка фр. 1,5-3 мм. В этот этап входят следующие операции: складирование песка в насыпях; фракционирование песка; транспортировка песка в бункер заполнителя; дозирование песка; транспортировка песка в БСУ.
4) Смешение ДСКМ в бетоносмесительном узле. После подготовки всех компонентов происходит смешение ДСКМ непосредственно в бетоносмесительном узле.
5) Подготовка воды. В этот этап входят следующие операции: извлечения воды из скважины с помощью насоса; после этого вода помещается в резервуар для хранения воды; затем происходит дозирование воды; смешивание с добавкой; перекачка воды в БСУ.
6) Подготовка CaCl2. В этот этап входят следующие операции: складирование добавки после доставки его на БСУ с соблюдением требований ГОСТ; дозирование добавки и добавление в воду затворения; транспортировка раствора в БСУ в смесь, состоящую из шлама, цемента и песка.
8) На строительной площадке слой устраивают из песка толщиной 40 см на всю ширину предварительно профилированного и уплотненного земляного полотна. Песок завозится на земляное полотно из карьера каменных материалов автомобилями самосвалами, после чего уплотняют катками и профилируют автогрейдерами.
9) Устройство слоя из ДСКМ производится на ширину 10 м и толщиной слоя 40 см, его завозят с завода и распределяют с помощью распределителя минеральных материалов ДС-54. Для обеспечения лучшего сцепления слоев не допускается проезд по песчаному основанию.
10) Уплотнение производят гладкими катками (2-3 прохода) и на пневмомашинах (8-10 проходов), затем производят профилирование готового основания, а после втапливание щебня в готовое покрытие. Окончательное уплотнение происходит в результате движения транспорта в течение 20 суток при ограничении скорости движения до 40 км/ч. Толщина уплотненного слоя ДСКМ: 35-40 см.
11) Укрепление обочин осуществляют на ширину 1,5 м. Щебень завозится из карьера каменных материалов, разравнивается бульдозерами или автогрейдерами и уплотняется катками.
Описание технологической схемы приготовления ДСКМ на БСУ:
После перемешивания происходит выгрузка готовой смеси сразу в автобетоносмесители, которые перевозят ее к месту укладки. Они обеспечивают лучшую однородность и качество смеси, при доставке на строительную площадку, по сравнению с другим транспортом.
II способ: ДСКМ, изготовленный на строительной площадке методом ресайклинга:
1) Подготовка песка фр. 1,5-3 мм. В этот этап входят следующие операции: складирование песка в насыпях; фракционирование песка; транспортировка песка в бункер заполнителя; доставка песка к месту непосредственной укладки с помощью автомобилей-самосвалов; распределение песка слоем толщиной 40 см.
2) Подготовка бурового шлама. В этот этап входят следующие операции: отстаивание бурового шлама в шламбассейнах; доставка бурового шлама на строительную площадку; затем буровой шлам с помощью распределителя материалов укладывается слоем 34 см.
3) Подготовка цемента. В этот этап входят следующие операции: складирование цемента после доставки его на строительную площадку; доставка цемента к месту непосредственной укладки ДСКМ с помощью автоцементовозов; распределение цемента с помощью распределителя материалов слоем толщиной 6 см.
4) Подготовка воды. В этот этап входят следующие операции: извлечение воды из скважины с помощью насоса; после этого вода помещается в цистерну для перевозки воды; затем происходит транспортирование воды на строительную площадку.
5) Подготовка CaCl2. В этот этап входят следующие операции: складирование добавки после доставки его на строительную площадку с соблюдением требований ГОСТ; осуществляется доставка добавки на строительную площадку; смешение с водой в установленных пропорциях перед смешением компонентов ресайклером.
6) Смешение ДСКМ. После подготовки всех компонентов, а именно распределения слоями бурового шлама, песка, и цемента происходит смешение ДСКМ непосредственно на строительной площадке с помощью ресайклера. Затем осуществляется уплотнение полученного материала и его профилирование полотна.
7) Уплотнение производят гладкими катками (2-3 прохода) и на пневмомашинах (8-10 проходов), затем производят профилирование готового основания, а после втапливание щебня в готовое покрытие. Окончательное уплотнение происходит в результате движения транспорта в течение 20 суток при ограничении скорости движения до 40 км/ч. Толщина уплотненного слоя ДСКМ: 35-40 см.
8) Укрепление обочин осуществляют на ширину 1,5 м. Щебень завозится из карьера каменных материалов, разравнивается бульдозерами или автогрейдерами и уплотняется катками.
Описание технологической схемы устройства покрытия из ДСКМ:
Слой из песка толщиной 40 см устраивают на всю ширину предварительно профилированного и уплотненного земляного полотна. Песок завозится на земляное полотно из карьера каменных материалов автомобилями-самосвалами, после чего его уплотняют катками и профилируют автогрейдерами.
Сущность предлагаемого изобретения подтверждается приведенными примерами.
Содержание мелкого заполнителя (кварцевый песок) подбирается в зависимости от его содержания в буровом шламе. Для этого буровой шлам предварительно высушивается до постоянной массы и просеивается через сита №1,5 и №3. Для применяемого бурового шлама отсутствуют остатки песчаной составляющей на ситах №1,5 и 3, следовательно количество мелкого заполнителя принято из расчета выполнения соотношения «портландцемент : песок» = 1:1 = 14,5%.
В первую очередь перемешивается мелкий заполнитель с портландцементом, далее добавляется буровой шлам и вода. Для определения количества добавляемой воды в смесь находят влажность бурового шлама методом высушивания до постоянной массы. Далее определяют подвижность смеси методом стандартного испытания на расплыв конуса. Если после испытания расплыв окажется менее 106 мм, количество воды добавляется до требуемого значения 106 мм.
После определения требуемого количества воды в нее добавляют хлорид кальция 3% от массы портландцемента, и смесь перемешивается.
Содержание мелкого заполнителя (кварцевый песок) подбирается в зависимости от его содержания в буровом шламе. Для этого буровой шлам предварительно высушивается до постоянной массы и просеивается через сита №1,5 и №3. Для применяемого бурового шлама отсутствуют остатки песчаной составляющей на ситах №1,5 и 3, следовательно, количество мелкого заполнителя принято из расчета выполнения соотношения «портландцемент : песок» = 1:1 = 18,5%.
В первую очередь перемешивается мелкий заполнитель с портландцементом, далее добавляется буровой шлам и вода. Для определения количества добавляемой воды в смесь находят влажность бурового шлама методом высушивания до постоянной массы. Далее определяют подвижность смеси методом стандартного испытания на расплыв конуса. Если после испытания расплыв окажется менее 106 мм, количество воды добавляется до требуемого значения 106 мм.
После определения требуемого количества воды в нее добавляют хлорид кальция 3% от массы портландцемента, и смесь перемешивается.