Экологические проблемы освоения нефтяных и газовых месторождении очень актуальны в настоящее время. Нефтяные загрязнения наносят непоправимый вред окружающей среде.
На современном этапе развития технологии нефтедобычи при эксплуатации нефтяных месторождений образуются большие объемы отходов.
Наибольшую опасность для объектов природной среды представляют производственно- технологические отходы бурения, которые накапливаются и хранятся непосредственно на территории буровой. В своем составе они содержат широкий спектр загрязнителей минеральной и органической природы, представленных материалами и химреагентами. На 1 м3 отходов приходится до 68 кг загрязняющей органики, не считая нефти и нефтепродуктов и загрязнителей минеральной природы.
Традиционно складирование отходов буровых шламом происходит в прискважинных шламовых амбарах или производится на централизованном полигоне, предназначенном для сбора, обезвреживания и захоронения токсичных отходов бурения. Строительство амбаров практически заключается в выемке определенного объема грунта и обваловании полученного котлована, дно котлована должно быть гидроизолировано. Практика показывает, что гидроизоляция дна и стенок амбара производится не всегда. При такой конструкции практически невозможно избежать фильтрации жидкой фазы и попадания ее на окружающую среду.
По мере хранения отходы в амбаре «стареют» вследствие испарения легких фракций углеводородов, увеличения доли смол, асфальтенов, парафинов, механических примесей. Это обуславливает широкий диапазон изменения физико-химических свойств нефтешламов и стойкости образования этих эмульсий. Накапливаясь и хранясь в земляных амбарах, нефтешламы негативно влияют на окружающую среду.
В последние годы нефтедобывающими предприятиями в производство внедряются различные технологические решения, направленные на утилизацию отходов бурения.
Среди существующих методов разделения нефтешламов с целью утилизации существует метод центрифугирования нагретого нефтешлама, экстракции, гравитационного уплотнения, вакуумфильтрации, фильтропрессования, замораживания и др.
Наиболее перспективным является центрифугирование с использованием флокулянтов. Центрифугированием можно достичь эффекта извлечения нефтепродуктов на 85 %, мехпримесей
– на 95 %. При реагентной обработке нефтешламов изменяются их свойства: повышается водоотдача, облегчается выделение нефтепродуктов. Вода пригодна для последующей биологической очистки; отделенная нефть может быть использована в технологических целях, обезвоженный осадок – для производства строительных материалов.
В мире существует много различных технологий по уничтожению твердых бытовых и производственных отходов при высоких температурах. Но среди них нет безотходных и экономически рентабельных. Все они выделяют в окружающую среду вредные вещества, имеют собственные отходы. Все действующие и проектируемые предприятия по уничтожению производственных отходов при высоких температурах обладают общими недостатками. Ни в одном из них не предусмотрены контроль регулирования процесса горения органических компонентов отходов после воспламенения в высокотемпературной зоне агрегата. Не предпринималось попыток химического воздействия на продукты горения отходов в высокотемпературных зонах агрегатов с целью предотвращения возможности образования вредных веществ (типа диоксинов, фуранов и т.п.) в отходящих из печи газах.
Нефтешламы могут быть подвержены биологической очистке. Поскольку биологической очистке подвергаются нефтешламы с содержанием нефти не более 10 % солей (NaCl) не более
60 г/кг, то предварительно перед биоочисткой нефтешламы проходят предварительную подготовку. Очищенный грунт может быть использован при строительных работах. Жидкая часть нефтешламов перерабатывается на установке в товарную нефть.
Перспективным методом ликвидации буровых отходов можно считать их отверждение (солидификацию) с последующим захоронением под слой минерального грунта или использованием в хозяйственной деятельности. Глиноподобная отвердевшая масса служит как строительный материал или, после помола, как удобрение. Для отверждения отходов бурения их
обрабатывают активирующими добавками. Цель считается достигнутой, если прочность отвердевшей смеси через 3 сут. составляет 0,1 МПа (грунт с такой прочностью выдерживает массу автомашины или трактора). В качестве отвердителей применяют любые крепители: полимеры, формальдегидные смолы, гипс, жидкое стекло и др. Для ускорения сроков схватывания его содержание увеличивают или вводят полиэлектролиты (поваренная соль, хлористый кальций, кальцинированная сода). Проведен значительный объем исследований по отверждению отходов бурения добавками тампонажного цемента, мочевино-формальдегидных смол и полимерного реагента, представляющего собой раствор полиуретановых предполимеров с концевыми изоциануратными группами. При этом добавки барита и минеральных солей ускоряют отверждение раствора и увеличивают прочность образцов, а полимерные и органические реагенты (буровые марки КМЦ, УЩР, КССБ) замедляют отверждение и снижают прочность отвержденного материала. Недостаток применения цемента и мочевино-формальдегидных смол – значительный расход вяжущих и длительный срок отверждения. Более предпочтительным является реагент класса полиуретановых смол. При его взаимодействии с водой образуется пластичная резиноподобная смесь, которая со временем приобретает прочность цементного камня. Скорость схватывания такой смеси зависит от концентрации реагента и температуры среды отверждения. В качестве вяжущего исследовали также карбамидную смолу марки КФЖ с добавкой двойного суперфосфата в качестве отвердителя. Наибольшая прочность утвержденного материала отмечена через 21 сутки при содержании карбамидной композиции (отношение смолы к отвердителю 1:1) в количестве 5-6%. Отвержденная смесь устойчива по отношению к воде.
В качестве наиболее прогрессивных можно перечислить некоторые технологии утилизации буровых шламов, применяемых за рубежом и в Казахстане.
Компанией АСS (США) разработана мобильная система обработки и очистки гряземаслонефтяных шламов MTU 530. Установка смонтирована на базе автомобильной платформы, способна разделять нефтешламы на различные фазы – нефть, вода, твердые вещества
– за счет центрифугирования нагретого нефтешлама. Вода пригодна для последующей биологической очистки; отделенная нефть может быть использована в технических целях; обезвоженный осадок – для производства строительных материалов. Производительность установки 10 м3/ч по исходному нефтешламу (при концентрации нефти до 65 %).
Компанией KHD Humboldt Wedag AG (Германия) предложена технология разделения нефтешламов на фазы с последующим сжиганием шлама. Установка снабжена устройством для забора нефтешлама, виброситом для отделения основной массы твердых частиц, трехфазной центрифугой, сепаратором для очистки фугута с центрифуги, печью Производительность установки – до 15 м3/час по исходному нефтешламу.
На ряде нефтяных месторождений России используется установка фирмы «Татойлгаз», основанная на технологии фирмы «Майкен» (Германия). Технология заключается в нагреве нефтешлама, обработке деэмульгаторами, разрушении эмульсии в декантаторе с предварительным отделением воды и механических примесей.
На ряде нефтяных месторождений РК также действуют установки по переработке нефтешламов (установки термодесорбции). Термическая десорбция используется для извлечения минерального масла и воды из шлама. При этом солесодержащий шлам переходит в отходы III класса опасности, обычный шлам – в отходы IV класса опасности. Далее эти отходы подлежат захоронению на полигоне.
Из вышесказанного следует, что обращение с отходами бурения, нефтешламами – сложный и трудоемкий процесс. Более того, из числа всех применяемых технологий нет безотходных и экономически рентабельных. Применение любой из выше перечисленных технологий приводит к выделению в атмосферу вредных веществ, кроме того, каждая из перечисленных технологий имеет собственные отходы, которые необходимо захоранивать на полигонах.
Таким образом, в настоящее время необходим альтернативный способ обезвреживания отходов бурения, который позволит максимально снизить уровень техногенного воздействия на объекты природной среды.
ЛИТЕРАТУРА
- Калимуллин А.А., Волочков Н.С,. Фердман В.М. и др. Полигоны утилизации нефтешламов –решение экологических проблем нефтяников // Экологическая и промышленная безопасность 2003. №6.
- Шорникова Е.А. Некоторые возможные способы утилизации отходов бурения и нефтедобычи // Биологические ресурсы и природопользование. Вып. 5 Сургут: Дефис, 2002, С 99-109.
- Яманина Н.С., Фролова Е.А., Филиппова О.П., и др. Утилизация отходов машиностроительных и нефтеперерабатывающих предприятий //Экология и промышленность России, октябрь 2001. С. 13-15.