способ утилизации отработанного бурового раствора

Формула изобретения

Способ утилизации отработанного бурового раствора, включающий обработку указанного раствора коагулянтом и флокулянтом, разделение в центрифуге на жидкую и твердую фазы с последующим использованием их, отличающийся тем, что в качестве коагулянта и флокулянта используют реагент ФЛОК-С, представляющий собой органоминеральную комбинацию состава, мас.%: окись кальция 70-97, полигликоль 1,0, олигосахарид 1,0, моносахарид 1-28.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области утилизации отработанного бурового раствора, накапливаемого при строительстве нефтяных и газовых скважин.

Применяемая до настоящего времени методика утилизации отработанных буровых растворов посредством накопления их в земляных котлованах (амбарах) непосредственно на территории буровой (см. а.с. СССР №1188185, кл. С 09 К 7/02, 1983) полностью изжила себя из экологических соображений, поскольку амбары являются источником постоянного загрязнения окружающей среды. Вывоз же раствора за территорию буровой для последующей его утилизации является экономически невыгодным мероприятием, поскольку предусматривает применение специальной техники.

Из известных способов утилизации бурового раствора наиболее распространены и эффективны физические и физико-химические способы.

Физический способ основан на принципе разделения отработанного бурового раствора на жидкую и твердую фазы посредством гравитационных сил в специальных аппаратах: виброситах, гидроциклонах и центрифугах.

Вибросито состоит из вибрационных или вращающихся сеток, отверстия в которых достаточно велики для прохождения бурового раствора и его твердой фазы, но достаточно малы для удержания шлама (см. Рабиа X. Технология бурения нефтяных скважин. М.: Недра, 1989. - 181 с.).

В гидроциклоне за счет центробежной силы обеспечивается очистка бурового раствора от твердых частиц диаметром более 15-20 мкм (см. Мустафьев А.М., Гутман Б.Н. Гидроциклоны в нефтедобывающей промышленности. - М.: Недра, 1981. - 260 с.).

Применение промышленных осадительных центрифуг позволяет удалять до 40-70% взвешенных веществ (см. ОИ Методы и техника очистки и утилизации отходов бурения. - М.: ВНИОЭНГ. 1989. – 21 с. и а.с. СССР №1335672, кл. Е 21 В 21/06, 1987).

Жидкая фаза - вода может возвращаться для приготовления нового раствора или использоваться для технических нужд буровой. Твердая фаза может использоваться для строительства подъездных путей или идет на дальнейшую утилизацию.

Недостатком данного способа является возможность выделения из жидкой фазы только частиц, обладающих большим удельным весом, таких как барит и песок, тогда как более легкие частицы и растворимые полимерные комплексы остаются в воде, что зачастую делает ее непригодной для дальнейшего применения.

Данный недостаток решен в физико-химическом способе фазового разделения бурового раствора с целью его утилизации. Данный способ основан на предварительной обработке бурового раствора специальными реагентами - флокулянтами и коагулянтами, которые способствуют агрегатированию взвешенных частиц под действием электростатических сил и последующему полному его разделению на центрифуге. Флокулянты и коагулянты образуют в воде сорбционно-активные гидроокиси, которые легко адсорбируют дисперсные и коллоидные фракции. В результате образуются крупные хлопьевидные ассоциаты, которые легко выпадают в осадок на центрифуге. В этом случае объем отделенной жидкой фазы составляет до 50% от общего объема раствора, а влажность твердой фазы до 60% (см. Сравнительная оценка эффективности коагулянтов, используемых для очистки буровых сточных вод /В.А.Шишов, В.Ю.Шеметов, Ю.Н.Мойса, O.O.Лаштабега// Нефтяное хозяйство. - 1982. - №11. - С 54-56).

Наиболее близким аналогом является способ утилизации отработанного бурового раствора с помощью флокуляционно-коагуляционной установки (ФСУ), широко применяемой в настоящее время в мировой практике (см. Очищение буровых жидкостей в замкнутой системе. /Grzesiak В. //Techn. poszuk. geol Geosynoptyka i geotermia, 31. - 1992. - №5. - С.33-35. (Польск.)).

ФСУ представляет собой комплекс, в котором буровой раствор предварительно обрабатывают сначала коагулянтом, а затем флокулянтом, которые подают из специальных реагентных емкостей, оборудованных мешалками, после чего обработанный буровой раствор подают на центрифугу, где происходит его разделение на жидкую и твердую фазы. Комплекс снабжен специальной обвязкой, включающей в себя трубопроводы, насосы, расходомеры и манометры, для подачи и регулирования концентрации реагентов, раствора и воды. Пульт управления вынесен в отдельную комнату с местом для оператора. В качестве флокулянтов и коагулянтов используют катионоактивные и анионоактивные импортные реагенты на основе полиакриламида, эффективно работающие при добавлении соляной кислоты.

Недостатки данного способа следующие:

высокая стоимость установки (порядка 500 тыс. долл.) и реагентов (до 10 тыс. долл./т);

применение вместе с реагентами концентрированной соляной кислоты, пары которой опасны для оборудования и обслуживающего персонала;

некачественное разделение растворов, стабилизованных неионогенным крахмалом;

высокая степень разбавления водой (до 100%) обрабатываемого раствора, что способствует наработке излишнего количества раствора.

Задача, решаемая предлагаемым способом, состоит в устранении вышеперечисленных недостатков.

Техническим результатом является удешевление способа, повышение экологической безопасности и качества утилизации.

В способе утилизации отработанного бурового раствора, включающем обработку указанного раствора коагулянтом и флокулянтом, разделение в центрифуге на жидкую и твердую фазы с последующим использованием их, в качестве коагулянта и флокулянта используют реагент ФЛОК-С, представляющий собой органоминеральную комбинацию состава, мас.%: окись кальция 70-97, полигликоль 1,0, олигосахарид 1,0, моносахарид 1-28.

Технологическая схема обработки бурового раствора представлена на чертеже, где 1 - емкость, 2 - мешалка, 3 - центрифуга типа “Альфа-Лаваль” или “Свако”, с частотой вращения ротора до 3000 об/мин, 4 - трубопровод, 5 - насосы для подачи воды и раствора, 6 - манометры, 7 - накопительная емкость для выделенной жидкой фазы бурового раствора, 8 - контейнер для твердой фазы.

Способ осуществляется следующим образом.

В емкость 1, оборудованную мешалкой 2, подают буровой раствор, где происходит его обработка реагентом ФЛОК-С, представляющим собой органоминеральную комбинацию, при следующем соотношении компонентов, мас.%: окись кальция 70; полигликоль 1,0; олигосахарид 1,0; моносахарид 28. После обработки буровой раствор подают на центрифугу 3 типа “Альфа-Лаваль” с частотой вращения ротора до 3000 об/мин. Подача раствора и воды осуществляется по трубопроводу 4 насосами 5. После разделения в центрифуге 3 жидкая фаза бурового раствора подается в накопительную емкость 7 и используется для нужд буровой или для приготовления новых растворов. Твердая фаза подается в контейнер 8 и может быть использована для строительства подъездных путей и дорожек.

Данный способ опробован в лабораторных условиях и прошел промышленные испытания. Была изготовлена опытная партия флокулянта-коагулянта ФЛОК-С. Реагент вводился в обрабатываемый раствор из расчета 10 кг на 1 м³ раствора.

Испытания заявленного способа проводились на различных типах растворов при помощи лабораторной центрифуги типа Опн-3 с частотой вращения ротора 3000 об/мин. Результаты испытаний приведены в таблице.

Из таблицы видно, что практически во всех опытах получен высокий эффект флокуляции, независимо от типа и состава раствора при оптимальных концентрациях флокулянта. Объем отделенной жидкой фазы колеблется от 69 до 78%, влажность осадка от 35 до 60%.

Использование в качестве флокулянта-коагулянта дешевого отечественного реагента ФЛОК-С (до 1 тыс. дол./т), разработанного в OOO “ЛУКОЙЛ-ВолгоградНИПИморнефть”, позволяет эффективно разделять любые типы буровых растворов без применения соляной кислоты и с малой степенью разбавления водой (до 40%).

Предлагаемый способ позволяет выделять из исходного раствора до 70% жидкой фазы и получать осадок с влажностью 35-50%.