РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ БУРОВЫХ ОТХОДОВ В ТЕХНОГЕННЫЙ ГРУНТ НА ТЕРРИТОРИИ САХАЛИНСКОЙ ОБЛАСТИ

В настоящее время мировое сообщество диктует свои правила в развитии нефтегазовой отрасли – если раньше большее внимание уделялось вопросу экономической выгоды, то теперь экологические аспекты добычи стоят наравне с экономическими, а иногда и выше. Это обусловлено непрекращающимся антропогенным воздействием на окружающую среду (ОС) и множественными экологическими рисками, связанными с высокотехнологичным производством.

Добыча нефти – сложный процесс, состоящий из нескольких основных технологических операций, таких как разведочные работы, бурение скважины, непосредственно добыча нефти и ее транспортировка. Каждая из этих операций сопровождается колоссальным негативным воздействием на ОС.

Одна из главных проблем – это образование значительных объемов токсичного бурового шлама (БШ). Тем не менее, в таком важном нефтедобывающем регионе, как Сахалинская область, проблема обращения с БШ находится лишь на стадии поиска оптимального решения и апробаций различных методов. Для ускорения процесса необходима разработка методики подхода к проблеме для такого климатически сложного и, при этом, биологически разнообразного региона.

Таким образом, цель данной работы – выбор способа обращения с БШ для Сахалинской области с учетом основных аспектов возможности его применения.

В настоящее время распространены следующие способы переработки буровых отходов (Табл.1) [9], [11].

Таблица 1  

Методы обращения с буровыми отходами

В России основным способом переработки БШ является его захоронение в шламовых амбарах или складирование на специализированных полигонах промышленных отходов [13]. Такой метод нельзя назвать ни современным, ни перспективным, так как при этом оказывается значительное негативное воздействие на ОС, и компании вынуждены платить соответствующие экологические штрафы.

Наиболее экономически и экологически выгодным методом является введение добавок в буровой шлам с последующей его солидификацией для использования полученного продукта в хозяйственной деятельности, иными словами, переработка БШ в техногенный грунт.

Переработка буровых отходов в техногенный грунт заключается в добавлении композиционных материалов, которые снижают токсичность, влажность и увеличивают плодородие образовавшегося грунта. Чтобы выбрать необходимые добавки нужно знать состав БШ. В среднем, БШ состоят на 30-45% из выбуренной породы (частицы глины и песка), 30-45% - буровой раствор и 10-20% - подземные воды и нефть [1].

Все буровые растворы (БР) можно условно разделить на 3 группы: водные, нефтяные и синтетические. В качестве присадок для БР применяются: ингибиторы коррозии, противопенные присадки, эмульгаторы, флоккулянты, смазывающие составы, ПАВ, диспергирующие агенты, загустители, утяжелители и т.д. Таким образом, буровые растворы – это многокомпонентная жидкость, и взаимное влияние компонентов друг на друга еще более усиливает токсический эффект каждого из них [2].

При разработке действующих месторождений Сахалинской области при больших глубинах бурения применяются буровые растворы на углеводородной основе, так как на практике неоднократно доказана их эффективность (проекты Сахалин-1 и Сахалин-2). Углеводородные БР будут применяться и при строительстве скважин на новом, перспективном месторождении «Лебединское». Согласно проектной документации, БР на основе инвертной эмульсии имеет следующий состав:

–      углеводородная фаза – дизельное топливо Л-40-К2 по ГОСТ 305-2013 (летнее), нефть Охинская, эмультал, СМАД-1М, СЭТ-1, VG-plus, окись кальция;

–      водная фаза – вода пресная, кальций хлористый, утяжелитель баритовый УБПМ-1. Соотношение фаз – 70:30 и 80:20.

В качестве эмульгаторов для создания эмульсии выступают эмультал и СЭТ-1, в качестве загустителя – VG- plus на основе бентонита и СМАД-1 как стабилизатор БР.

Очевидно, что, зная состав применяемого БР можно определить ориентировочный состав и самого БШ для выбора подходящих композиционных материалов с целью улучшения химических и физических свойств разбавляемого БШ.

Для буровых шламов на основе буровых растворов, подобных тем, что применяются на Сахалине, обычно используются следующие композиционные составляющие смеси для получения техногенного грунта (Табл.2) [3], [6-8], [10].

Таблица 2  

Добавки, применяющиеся для приготовления смеси на основе БШ

Для детоксикации БШ могут также применяться дрожжи [8].

Применение описанных добавок решает основную задачу при переработке БШ в техногенный грунт – устраняют текучесть БШ, придают материалу сыпучие свойства и препятствуют миграции загрязняющих веществ в окружающую среду.

Правильным решением будет использовать те добавки, которые присутствуют в регионе месторождения, то есть для которых не требуется транспортировка и/или которые легко извлекаются из природной среды (материалы естественного происхождения), так как они, к тому же, лучше всего подходят к местным климатическим условиям. Для Сахалинской области такими материалами являются в первую очередь торф (торфяные болота занимают больше площади, особенно на севере) и различные строительные материалы (производятся для обеспечения развития нефтегазового комплекса). Благодаря тому, что наличие торфа свойственно для почв Сахалина, он лучше других материалов подходит для применения в качестве добавки к БШ с учетом климатических особенностей – пониженных температур и сильных ветров, которые способствует развитию почвенной эрозии и в целом пониженной плодородности почв.

Помимо аспектов, приведенных выше, при разработке состава композиционной смеси для получения техногенного грунта необходимо учитывать требования законодательства, предъявляемые к грунтам на основе буровых отходов, которые могут использоваться для рекультивации нарушенных земель. В законодательстве РФ определены общие требования, предъявляемые к рекультивационным грунтам (смесям) на основе БШ, которые изложены в ГОСТ 17.5.1.02-85, ГОСТ 17.5.1.03-86, ГОСТ 17.5.3.04-83 и [5]. Также для некоторых регионов разработаны проекты нормативов допустимого остаточного содержания нефти и нефтепродуктов в почвах после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ. В настоящее время в Сахалинской области такой проект нормативов и материалов их оценки воздействия на окружающую среду находится только на стадии Государственной экологической экспертизы [4], что усложняет оценку экологической безопасности применяемого композиционного материала в части остаточного содержания нефтепродуктов в этом регионе.

При рассмотрении возможности использования бурового шлама в качестве техногенного грунта необходимо учитывать важное отличие плодородной почвы от безжизненной глинистой или другой коллоидной среды - наличие структуры, т.е. агрегатов грунта и пор между ними, что обеспечивает движение влаги и воздуха. Буровой шлам содержит значительное количество глинисто-коллоидной фазы (порядка 50%) и не имеет структуры. При высыхании шлам превращается в крупные каменистые комки, а при увлажнении переходит в пластичное состояние [13]. Обводненность и бесструктурность бурового шлама определяют его механическую неустойчивость как почвообразующей породы и затрудняют заселение такой структуры высшими растениями.

Учитывая все вышеприведенные аспекты, порядок выбора композиционной смеси для разбавления БШ с целью переработки в техногенный грунт для Сахалинской области выглядит следующим образом:

1)     Определение состава БР и БШ;

2)     Учет климатических характеристик и учет преобладания в материально-сырьевой базе региона торфа и строительных материалов;

3)     Учет всех требований законодательства в части возможности применения техногенного грунта, в том числе и материалов «проекта нормативов...»;

4)     Выбор композиционной смеси.

На этапе контроля качества получаемого техногенного грунта особое внимание предлагается уделять влажности продукта (в %) и структурированности (визуальным методом).

Применение описанной методики поможет принять экологически и экономически эффективное решение для переработки БШ в техногенный грунт на территории Сахалинской области.

Список литературы

1.     Баталин, Б.С. Утилизация бурового шлама переработкой в материалы строительного назначения / Б.С. Баталин, А.Е. Нечаева // Master’s journal. – ПНИПУ, 2013. – №2. –с.148-152.

2.     Беляков, А.Ю. Оценка токсичности буровых шламов и эколого-функциональные особенности выделенных из них микроорганизмов // Диссертация на соискание ученой степени д.б.н. – Саратов, 2014, – 173с.

3.     Миронов, Н. А. Использование отходов бурения для строительства автомобильных дорог на территории Оренбургской области / Н. А. Миронов, С. В. Агеев // Актуальные вопросы современной науки.– 2014. —№34. — с. 177-

4.     Нормативы допустимого остаточного содержания в почве нефти и продуктов ее трансформации после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ на территории Сахалинской области [Электронный ресурс] : Экотерра. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://www.eco-terra.ru/novosti- kompanii/1889-materialy – Загл. с экрана.

5.     Об утверждении основных положений о рекультивации земель, снятии, сохранении и рациональном использовании плодородного слоя почвы: Приказ Минприроды РФ, Комитета по земельным ресурсам и землеустройству РФ от 22.12. 1995 г. № 525/67.

6.     Пат. 2490224 Российская Федерация, МПК С04B 18/00 C04B 28/00. Смесь для получения строительного материала [Текст] / Денеко Ю.В., Рядинский В.Ю.; Патентообладатель Денеко Ю.В., Рядинский В.Ю. – № 2011151820/03; заявл. 19.12.2011; опубл. 20.08.2013, Бюл. № 23.

7.     Пат. 2491135 Российская Федерация, МПК B09B 1/00. Смесь почвенная шламово-грунтовая (варианты) для рекультивации нарушенных земель и способ рекультивации карьеров и нарушенных земель [Текст] / Кольцов И.Н., Митрофанов Н.Г., Петухова В.С., Скипин Л.Н. — № 2011152564/13; заявл. 23.12.2011; опубл. 27.08.2013, Бюл. № 24.

8.     Пат. 2575950 Российская Федерация, МПК С04B 18/00 C04B 28/00 B09B 3/00. Композиционный строительный материал «Гумиком» [Текст] / Циппер А.А., Горелов В.В., Басов В.Н., Иларионов С.А., Басов А.А.; Патентообладатель ООО «Межрегиональный центр биол. и хим. технологий». – № 2014141312/03; заявл. 15.10.2014; опубл. 27.02.2016, Бюл. № 6.

9.       Пляцук Л. Д. Утилизация отходов нефтедобычи / Л. Д. Пляцук, И. Ю. Матюшенко // Екол. безпека. – 2013.– № 1. – с. 33-36.

10. Сагинов, Е. Е. Исследования возможности использования бурового шлама (отходов бурения) в строительстве автомобильных дорог [Текст] / Е. Е. Сагинов, С. А. Монтаев, Б. Т. Шакешев // "Наука и образование 2011": мат. VII междунар. науч. конф. молодых ученых / Астана, ЕНУ имени Л. Н. Гумилева. - 2011. Ч. ІІІ. Подсекция 2.2. Строительство. – с. 146-149

11. Сравнительная характеристика технологий переработки нефтесодержащих отходов бурения / Исаев Т.А., Киреев И.Р., Барахнина В.Б., Рустембекова Г.А., Сарманаев Р.С. // Наука и образование Южного Казахстана.– Шымкент. – 2010.

12. Шамраев, А. В. Влияние нефти и нефтепродуктов на различные компоненты окружающей среды / А. В. Шамраев, Т. С. Шорина // Вестник ОГУ. – 2009. – №6 (100). – с. 642-645.

13. Фоминых, Д.Е. Определение токсичности бурового шлама нефтегазовых месторождений Томской области методом биотестирования / Д.Е. Фоминых, А.В. Голещихин, Т.С. Постернак // Научно-технический вестник ОАО «НК Роснефть». – 2014. – №3(36). –с.66-72.