Утилизация буровых шламов: выбираем оптимальный метод
Любой производственный процесс сопровождается выработкой отходов, и бурение нефтяных скважин здесь не исключение. Утилизация буровых шламов — одна из насущных задач, стоящих перед добывающими компаниями. Какие методы и технологии могут предложить учёные? И какие их них уже удалось реализовать на практике?
Традиционно буровые шламы хранили на специально отведённых площадках, в шламовых амбарах и во временных шламонакопителях. Однако в 2011 году был принят ФЗ № 99, который ужесточил требования к размещению отходов бурения. Все шламовые амбары теперь должны быть лицензированы и внесены в соответствующий реестр (ГРОРО).
Кроме того, теперь эти сооружения облагаются налогами. В результате затраты на устройство подобного рода хранилищ резко выросли, отмечают специалисты компании «АКРОС» в своей статье «Утилизация и обезвреживание отходов бурения». В то же время ужесточение законодательства стало хорошим импульсом для развития технологий утилизации буровых отходов.
Утилизация буровых шламов: какие методы существуют?
Действующие методы утилизации шламов можно классифицировать на физические, химические, физико-химические, термические и биологические, читаем на портале RCYCLE.NET. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
Достаточно широко распространён термический метод. Здесь происходит разложение или химическое преобразование органических соединений под действием высоких температур и давления. Однако этот метод имеет и ряд недостатков.
Во-первых, требуется дорогостоящее оборудование, поэтому экономическая эффективность этого способа в некоторых случаях оказывается под вопросом.
Во-вторых, «во время сжигания в атмосферу выделяется большое количество опасных и вредных газов. Чтобы предупредить это негативное воздействие, необходимо проводить очистку выбросов.
Это требует привлечения дополнительных материальных, финансовых и энергетических ресурсов», как сказано в статье коллектива авторов Волгоградского государственного технического университета «Утилизация буровых шламов с использованием минеральных сорбентов».
Учёные высоко оценивают перспективы химических методов утилизации отходов бурения на основе реагентного капсулированиия. В данном случае буровые шламы превращаются в нейтральный для окружающей природной среды материал, пишут авторы статьи.
Следующий метод — физический. Здесь выделяют гравитационное отстаивание, разделение в центробежном поле, разделение фильтрованием, замораживание.
«Наиболее распространенными аппаратами для разделения и последующей переработки нефтяных отходов являются центрифуги, фильтры, гидроциклоны и сепараторы. Для обезвоживания таких буровых отходов, как нефтешламы, используют фильтры-отстойники. Преимуществом гравитационного отстаивания является отсутствие больших капитальных и эксплуатационных расходов, а к недостаткам можно отнести долговременность процесса отстаивания и малую эффективность разделения нефтяных остатков и других примесей», — пишут учёные ВГТУ.
Физико-химические методы основаны на применении специальных поверхностно-активных веществ (ПАВ).
«Также в физико-химическом методе переработки БШ используют вспомогательные вещества, такие как коагулянты и флокулянты, которые влияют на размер и структуру взвешенных частиц в нефтяной и водной фазах. Общим недостатком всех известных коагулянтов является невозможность их регенерации и возврата товарного продукта. Также к недостаткам метода относится то, что во время изменения химического состава бурового шлама процесс осаждения частиц может стать нерегулируемым», — отмечают авторы статьи.
Наконец, существуют биологические методы переработки буровых отходов. Для этого используют бактерии, культуры грибов и растений, которые способны перерабатывать углеводороды. С их помощью можно восстановить уже загрязнённый почвенный слой. В то же время учёные ВГТУ выделяют следующие недостатки этого метода:
- длительный процесс требует большого количества средств на приобретение биопрепаратов;
- область применения ограничена селективным действием используемых бактерий;
- бактерии, как правило, обладают высокой чувствительностью к составу бурового раствора и изменению факторов среды (температуры, влажности, рН и т. д.), что препятствует получению желаемого результата.
Биологический метод является оптимальным в комплексе с другими способами утилизации БВ, по мнению авторов указанной статьи. Степень очистки БШ при этом повышается до 91% после предварительной экстракции нефтепродуктов из шлама ксилолом и обработки подобранным консорциумом необходимых микроорганизмов.
Новые подходы и кейсы по внедрению
Исследователи из ВГТУ полагают, что наилучшие перспективы у комбинированного метода: центрифугирования с применением флокулянтов и коагулянтов. По их данным, в таком случае извлечение нефтепродуктов из буровых шламов достигает 85%, а механических примесей — 95%.
В свою очередь, специалисты кафедры охраны окружающей среды Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) считают, что в условиях Сибири наиболее экологичным способом утилизации отходов бурения является закачка их в пласт.
К такому выводу учёные пришли после изучения жизненного цикла отходов. Отмечается, что подобные исследования уже проводились за рубежом, однако сотрудники ПНИПУ учли климатические особенности, низкую транспортную доступность и состав отходов бурения сибирских месторождений. Воздействие на окружающую среду в таком случае будет минимальным, при условии что отходы не попадут в подземные воды, считают авторы исследования.
В Тюменском индустриальном университете (ТИУ) на кафедре техносферной безопасности предлагают для утилизации буровых шламов использовать метод высокотемпературного обжига. Его преимущество в том, что здесь из отходов бурения можно получить строительный материал, по свойствам сопоставимый с керамзитовым гравием, который можно использовать дорог или кустовых площадок.
«При исследовании были впервые установлены изменения физико-механических и химических свойств бурового шлама в зависимости от высоких температур. Выявлено, что обезвреживание бурового шлама при температуре 800 ˚С увеличивало прочность при сжатии обожжённых образцов. Концентрация остаточных нефтепродуктов при этом снижалась на 93,5% по сравнению с контрольным образцом.
Таким образом, установив наиболее подходящий температурный режим для термического обезвреживания шлама, возможно не только правильно обезвреживать его, но и производить строительные материалы», — объянила аспирант ТИУ Анастасия Зимнухова в интервью, опубликованном на официальном сайте университета.
Сейчас молодой учёный работает над изучением химических свойств буровых шламов. Для этого нужны образцы с нефтяных месторождений с разным геологическим строением. Выйти на рынок с готовой технологией Анастасия Зимнухова планирует к 2027 году.
Если оценивать опыт внедрения новых технологий по утилизации шламов, то стоит обратить внимание на кейсы «Роснефти». В компании отходы перерабатывают в искусственный грунт, безопасный для окружающей среды. Для этого используют сорбент собственной разработки, а также песок, оксид кальция и фосфогипс.
Всё это нейтрализует отходы даже при низких температурах (до -40 ˚С) и создаёт безопасный грунт, который можно использовать на месторождениях. Технологию уже внедрили «Самаранефтегаз», «Оренбургнефть» и «РН-Краснодарнефтегаз».
А на Ванкорском кластере даже построили целый завод по безотходной переработке шламов, сообщает пресс-служба компании. В год линия способна обрабатывать до 200 тысяч т отходов бурения. В результате переработки получается строительный материал для дорожной отрасли. Буровой шлам разрушают с помощью обжига, при этом для нагнетания температуры в качестве топлива используется добываемый на месторождении газ. Компания подала документы на получение патента на технологию.
В нефтедобывающем холдинге отмечают, что это не первый способ переработки шлама, который внедрили на севере Красноярского края. Сейчас там также используют технологии «Техногенный грунт» и «Грунтобетон». Первая позволила безопасно утилизировать уже 500 тысяч т бурового шлама, вторая — 219 тысяч т.
Текст: Андрей Халбашкеев.
Фото: gazprom.ru.
