способ утилизации отходов бурения

Формула изобретения

1. Способ утилизации отходов бурения, включающий перемешивание отходов бурения с суглинком, термическую обработку полученной сырьевой смеси, отличающийся тем, что в качестве отходов бурения используют твердую фазу от разделения на жидкую и твердую фазы бурового шлама и отработанного бурового раствора при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанная твердая фаза 30 – 60

Суглинок 40 –70

термическую обработку осуществляют во вращающейся барабанной печи при температуре не более 1100°С, а перед указанной термической обработкой осуществляют грануляцию сырьевой смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкую фазу используют повторно для приготовления бурового раствора .

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для указанной термической обработки используют попутный нефтяной газ.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на выходе вращающейся барабанной печи улавливают пылегазовую смесь, из пылегазовой смеси выделяют пыль, последнюю дополнительно вводят в сырьевую смесь.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам переработки и утилизации нефтяных отходов бурения и может найти применение в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, а именно при строительстве дорог и обустройстве кустовых площадок.

Основные источники загрязнения природной среды при бурении нефтяных скважин - шламовые амбары с содержащимися в них производственно- технологическими отходами бурения: буровыми сточными водами (БСВ), отработанными буровыми растворами (ОБР) и выбуренной породой или буровым шламом (БШ). В их составе присутствуют нефть и нефтепродукты, химические реагенты различной степени токсичности, растворимые минеральные соли и другие опасные вещества. Поэтому особую значимость приобретают вопросы охраны окружающей среды, а именно своевременная ликвидация шламовых амбаров с БСВ, ОБР и БШ или отходов бурения без складирования амбаров.

Известен способ ликвидации земляного амбара - накопителя отходов бурения, по которому снимают плодородный слой почвы, накапливают отходы в земляном амбаре, территорию буровой площадки покрывают слоем гравия, в котловане возводят противофильтрационный глинистый экран, осветленную жидкую фазу отходов равномерно распыляют над буровой площадкой до возврата плодородного слоя почвы, отверждают загущенную фазу отходов и на верхний твердый слой наносят непроницаемый экран, перед засыпкой загущенной фазы грунтом на экран наносят дренажное покрытие (пат. RU №2123574, кл. Е 21 В 21/06, С 09 К 7/02, 1998).

Недостатком способа является трудность обеспечения герметичности котлована и существующая опасность попадания загрязняющих веществ в окружающую среду (в гидросферу).

Известен способ утилизации бурового шлама, включающий отверждение ОБР, реализуемое с помощью специальных составов или добавок. (Булатов А.И. и др. Актуальные проблемы охраны окружающей среды при бурении скважин. Нефтяное хозяйство, 1988, №6, с.5-8). Обезвреживающий эффект достигается за счет превращения ОБР или БШ в инертную консолидированную массу, в структуру которой связываются основные загрязнители. В качестве консолидантов применяют вещества и составы, содержащие компоненты удобрений и питательных биогенных элементов.

Однако разработка данной технологии связана с определенными трудностями из-за отсутствия специальной техники.

Известен способ плазмокаталитической утилизации нефтяных отходов, содержащих в своем составе нефтепродукты, воду, песок, глину и др., т.е. нефтяной шлам, включающий плазменную обработку при температуре не менее 1500К в одну стадию.

(Плазмокаталическая утилизация нефтяных отходов. Рекламный листок, ТПУ, Томск, 2003).

Недостатками этого технического предложения являются высокие удельные энергозатраты, связанные с высокой температурой термообработки (1500-4000К), и низкая производительность - до 1000 кг/ч - установки, реализующей указанный способ. Фактическое энергопотребление плазмокаталитической установки высокое. Кроме того, использование мокрой очистки газов на выходе печи влечет за собой необходимость сооружения сложного водооборотного хозяйства, нейтрализацию кислых стоков, антикоррозионной защиты оборудования (наличие в газах окислов серы). Это делает нецелесообразным его применение при утилизации отходов бурения, особенно в случае небольшого содержания нефти в отходах.

Известен способ утилизации отходов бурения для изготовления кирпича, включающий получение сырьевой смеси смешиванием отходов бурения – отработанного бентонитового бурового раствора - с суглинком при следующем соотношении компонентов, мас.%: суглинок 95,5–98,2, отработанный бентонитовый буровой раствор 1,5–3,8, продукты пиролиза древесины 0,3–0,7, термическую обработку сырьевой смеси (см., например, авторское свидетельство СССР №1719354, С 04 В 33/00, 15.03.1992, 3 с.). Выбран в качестве прототипа.

Недостаток данной смеси - отсутствие возможности реализации высокопроизводительной технологии утилизации отработанного бурового раствора, так как в заявленной смеси содержание его крайне низко 1,5–3,8%. При утилизации больших объемов ОБР, например, из центральных шлаконакопителей или амбаров, это имеет первостепенное значение. Кроме того, применение кирпичей, в состав которых входит ОБР и глина, ограничено, так как в состав ОБР входят токсичные вещества, которые отрицательно влияют на здоровье людей.

В основу предлагаемого изобретения положена задача создания способа утилизации отходов бурения, при котором обеспечивалось бы получение керамического заполнителя с высокой морозостойкостью, прочностью и водопоглощением, используемого при дорожном строительстве.

Технический результат при использовании этого изобретения - повышение эффективности утилизации отходов бурения.

Технический результат достигается тем, что в известном способе утилизации отходов бурения, включающем перемешивание отходов бурения с суглинком и термическую обработку полученной сырьевой смеси, в качестве отходов бурения используют твердую фазу от разделения на жидкую и твердую фазы бурового шлама и отработанного бурового раствора при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанная твердая фаза 30–40

Суглинок 40–70

термическую обработку осуществляют во вращающейся барабанной печи при температуре не более 1100°С, а перед указанной термообработкой осуществляют грануляцию сырьевой смеси.

При этом жидкую фазу используют повторно (многократно) для приготовления бурового раствора, т. е. возвращают в циркуляционную систему буровой установки.

Для термообработки смеси суглинка и отходов бурения используют попутный нефтяной газ. При термообработке происходит вспучивание гранул с последующим отверждением.

На выходе вращающейся печи из пылегазовой смеси выделяют пыль, которую дополнительно вводят в сырьевую смесь в количестве не более 5% от массы сырьевой смеси. Это позволяет уменьшить содержание влаги в приготовленной сырьевой смеси, обеспечить предварительный подогрев и увеличить выпуск керамического заполнителя.

Содержание воды в подготовленной сырьевой смеси не должно превышать 30%, что обеспечивает сохранность гранул и уменьшает энергозатраты.

Увеличение содержания твердой фазы в смеси более 60% приводит к уменьшению спучивания гранул при термической обработке, т.к. увеличивается содержание трудноплавких компонентов (кварц и полевой шпат), а уменьшение содержания твердой фазы в смеси меньше 30% экономически нецелесообразно. При этом твердая фаза содержит до 35% жидкости.

Термическую обработку (или предварительная сушка) гранул осуществляют при температуре 350-400°С, а окончательную термообработку (обжиг) - при температуре 1000-1100°С. Время термической обработки определяют экспериментально, и оно определяется числом оборотов вращающейся барабанной печи.

В результате заявленного способа присутствующие в нефтяных отходах твердой фазы органические вещества связываются с суглинком. Последующая термическая обработка приводит к еще более прочному связыванию токсичных соединений и предотвращению последующего их растворения при воздействии окружающей среды.

Смешение в заявленных пропорциях твердой фазы с суглинком, выбранная последовательность и режимы утилизации обеспечивают получение продукта, соответствующего стандартам строительных материалов, который может быть использован при дорожном строительстве и обустройстве кустовых площадок. Требуемые характеристики керамического заполнителя обеспечиваются заявляемым содержанием компонентов, температурным режимом обработки и последовательностью проведения операций.

На чертеже приведена схема реализации способа.

Для этого используют стандартное оборудование: вибросита, гидроциклоны, двухступенчатые циклоны, центрифугу, глиномешалку, гранулятор, вращающуюся барабанную печь, т.е. оборудование, выпускаемое промышленностью серийно для получения керамзита.

Способ реализуется следующим образом. Отходы бурения, состоящие из БШ и ОБР, разделяют на жидкую и твердую фазы. Жидкую фазу возвращают в циркуляционную систему буровой установки, а твердую фазу направляют в контейнеры, которые транспортируют твердые отходы бурения в установку для утилизации (утилизацию можно осуществить также непосредственно на буровой площадке). Затем осуществляют перемешивание твердой фазы нефтяных отходов бурения с суглинком, грануляцию полученной сырьевой смеси и термообработку гранул. Грануляцию полученной сырьевой смеси осуществляют при помощи дырчатых вальцов. Вращающаяся барабанная печь содержит топку с горелочными устройствами, на которые подают нефтяной газ и воздух.

После термообработки керамический заполнитель из вращающейся барабанной печи выгружают в стальной транспортер и подают в промежуточный бункер, при этом полученный заполнитель охлаждают вентилятором.

Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности.

Схема реализации способа утилизации отходов бурения включает буровую установку 1, которая содержит циркуляционную систему 2 бурового раствора, соединенной через вибросито 3, центрифугу 4 с транспортером отходов 5 и контейнером 6. Установка термообработки 7 содержит смеситель 8, выход которого соединен через гранулятор 9 с вращающейся барабанной печью 10. Вращающаяся барабанная печь 10 содержит топку 11 с горелочными устройствами 12, выходы ее соединены с пылеуловителем 13 и через транспортер 14 с контейнером 15 для керамического заполнителя и вентилятор 16.

Схема работает следующим образом. В процессе бурения с выхода вибросито 3 и центрифуги 4 буровой шлам и отработанный буровой раствор при помощи транспортера 5 направляют в контейнер 6. После заполнения нескольких контейнеров их перевозят на установку по термообработке 7 отходов бурения. Сюда же доставляют и суглинок. Эти компоненты в требуемых пропорциях перемешивают в смесителе 8, после чего полученную сырьевую смесь подают на гранулятор 9, а затем из него - во вращающуюся барабанную печь 10. Одновременно с подачей гранул в печь на горелочные устройства 12 подают смесь нефтяного газа и воздуха, которую поджигают дистанционно. Горелочным устройством 12 обеспечивается требуемый температурный режим внутри печи: в зоне предварительной термообработки 350-400°С, а в зоне основной термообработки - 1000-1100°С. Время обжига определяют на основе практического опыта и регулируют числом оборотов вращающейся барабанной печи 10. Готовый продукт - керамический заполнитель поступает на металлический транспортер 14, где охлаждают воздухом при помощи вентилятора 16, а затем подают на контейнер 15. Так, на выходе вращающейся барабанной печи 10 пылегазовая смесь содержит пыль до 0,5% от массы смеси и ее выделяют с помощью двухступенчатого циклона-пылеуловителя 13. Пыль направляют на вход смесителя 8.

Для выяснения возможности применения полученного керамического заполнителя в дорожном строительстве были проведены лабораторные опыты. В результате испытаний определены основные характеристики: зерновой состав, прочность керамического заполнителя, морозостойкость и водопоглощение. Опыты проводились в соответствии с ГОСТ: зерновой состав, прочность и морозостойкость - ГОСТ 8269.0-97, а водопоглощение - ГОСТ 9758-84.

Результаты опытов приведены в табл. 1, 2, 3, 4 и 5.

Составы 1, 2 соответствуют марке керамического заполнителя 800, а составы 3,4 - марке 1000.

Анализ данных, приведенных в табл.2, 3, 4 и 5, свидетельствует, что полученный керамический заполнитель соответствует требованиям, предъявляемым стандартами для строительных материалов и соответственно он может быть использован при дорожном строительстве и обустройстве кустовых площадок.

Выяснено, что содержание пыли в сырьевой смеси до 5% при температуре 1000-1100°С не уменьшает предел прочности керамического заполнителя ниже требуемого (75 МПа).

Таким образом, термообработка приготовленной в определенных пропорциях сырьевой смеси из суглинка и твердой фазы отходов бурения позволяет получить керамический заполнитель, который можно использовать при дорожном строительстве и обустройстве кустовых площадок. Кроме того, по сравнению с прототипом, в 2-3 раза уменьшаются удельные энергозатраты (за счет снижения температуры с 4000К (3727°С) до 1100°С) и увеличивается производительность установок утилизации отходов бурения.

Это позволит использовать заявляемый способ при безамбарном способе бурения скважин.

Срок окупаемости (расчет технико-экономических показателей) предлагаемого способа составляет примерно 1-2 года.