Введение
Ключевой задачей при разработке месторождений остается оптимизация технологических процессов обращения с отходами от добычи сырой нефти и газа, поскольку их накопление увеличивает затраты на транспортировку и хранение, а также создает риски для бесперебойной работы промыслов, так как в связи с ненадлежащим обращением с отходами деятельность предприятия может быть приостановлена на срок до 90 суток [1].
Согласно статистическим данным Федеральной службы государственной статистики (Росстат), общая тенденция обращения с отходами от добычи сырой нефти и газа говорит о необходимости оптимизации процессов обращения с ними, так как за период 2016–2022 гг. количество утилизируемых отходов не достигало и 50 %, что указано на рисунке 1. В 2022 году было образовано примерно 8255,5 тысячи тонн отходов от добычи сырой нефти и природного газа, из которых было переработано в соответствии с действующими нормативными актами приблизительно 2864,2 тысячи тонн, что составляет примерно 35 % от всего объема [2].
Рисунок 1. График образования и утилизации отходов от добычи сырой нефти и газа по данным Росстата
Необходимо отметить, что около 70 % от общей массы отходов составляют буровые шламы, которые содержат большое количество токсичных веществ. Ненадлежащая утилизация буровых шламов приводит к загрязнению почвы, поверхностных и грунтовых вод, нарушению экосистем, вследствие чего ухудшается состояние окружающей среды и возникает угроза здоровью человека [3, 4].
Стоит обратить внимание на то, что существует множество методов обращения с буровыми шламами, например термический, когда под воздействием температуры уменьшается объем бурового шлама и в дальнейшем остаток может быть использован для производства инертных строительных материалов [5]. При биологическом методе обращения с буровыми шламами применяются микроорганизмы для уменьшения объема отходов и снижения токсичности. Оба метода являются эффективными, однако их внедрение связано с высокой сложностью интеграции в существующие технологические процессы промыслов и необходимостью дополнительного оборудования, поэтому в дальнейшем рассматривались химические методы обращения с буровыми шламами.
Метод
Химический метод обезвреживания буровых шламов заключается в добавлении специальных реагентов к отходам с целью нейтрализации и улучшения компонентного состава бурового шлама. Реагенты, используемые при химическом методе обезвреживания, могут включать в себя окислители, коагулянты, флокулянты и другие химические вещества, уменьшающие токсичность отходов и улучшающие их свойства для дальнейшего использования в качестве сырья для строительных материалов.
Учитывая современные тенденции ресурсосберегающих технологий, предполагающие использование отходов одних производств в качестве сырья для других, а также основываясь на химических особенностях взаимодействия лигносульфонатов (отхода целлюлозно-бумажной промышленности) с буровыми шламами, была выдвинута гипотеза о возможности применения данного подхода для улучшения фильтрационных свойств отходов бурения. Такой подход способствует улучшению аэробных свойств, а также может стать косвенным признаком изменения гранулометрического состава грунта (в положительную сторону) нейтрализованного шлама, что расширяет возможности его применения в строительстве и при проведении рекультивации.
Данный подход позволит минимизировать загрязнение окружающей среды и упростит внедрение технологии благодаря использованию существующей системы сбора и транспортировки указанного вида отхода. В дальнейшем, при условии успешного проведения нейтрализации бурового шлама, после проверки данной смеси по параметрам, необходимым для строительных материалов, может быть применен в качестве техногенного грунта, используемого для отсыпки дорог и засыпки оврагов. Это станет хорошей предпосылкой для использования бурового шлама в целях рекультивации шламовых амбаров, так как улучшатся свойства грунта, а значит, повысится всходимость травосмесей.
Результаты
Учитывая химические особенности реакции взаимодействия лигносульфонатов и буровых шламов, была выдвинута гипотеза о возможности улучшения фильтрационных свойств, что, в свою очередь, будет предотвращать просачивание вредных веществ из отходов бурения в грунт, тем самым снижая негативное воздействие на окружающую среду. Для проведения опытов был использован буровой шлам разного уровня pH (7,5 и 9), лигносульфонат в жидкой форме (для проб 1–6 с шагом 1 мл 0–5 мл соответственно).
В результате проведения экспериментов на буровых шламах с различным уровнем pH было выявлено, что лигносульфонаты демонстрируют эффективность при обработке высокощелочных шламов (pH > 9); в случаях, когда pH = 7,5, положительного эффекта от использования лигносульфонатов не обнаружено. На рисунке 2 указаны результаты проведения эксперимента по методике трубок из сборника Вадюниной А. Ф., Корчагиной З. А. «Методы исследования свойств почв и грунтов» (1961 г.), используемого в целях изучения варьирования водопроницаемости почвы с поверхности и по генетическом горизонтам.
Рисунок 2. Результаты лабораторных исследований с буровыми шламами с добавлением лигносульфонатов разной щелочности и количество фильтрата, полученного за часовой период
Обращаем внимание на то, что величина достоверности аппроксимации при проведении экспериментов в обоих случаях составила 0,8, что говорит о точности прогноза. В дальнейшем планируется проведение экспериментов с буровыми шламами более щелочной среды в целях определения верхней границы применения лигносульфонатов для нейтрализации буровых шламов. Внедрение этой технологии способствует снижению эксплуатационных затрат на утилизацию отходов.
В перспективе применение лигносульфонатов для обработки буровых шламов может быть интегрировано в технологические схемы разработки и эксплуатации нефтяных месторождений, что снизит производственные риски.
Выводы
Установлено, что лигносульфонаты эффективно нейтрализуют буровые шламы с высоким уровнем pH (pH > 9), что свидетельствует об улучшении аэробных свойств, соответственно, является предпосылкой к использованию этого материала для создания техногенного грунта, который можно применять при дальнейшей эксплуатации месторождения. Однако при нейтрализации буровых шламов с нейтральным уровнем (pH ≈ 7,5) применение лигносульфонатов не является эффективным, что определяет границы их технологической применимости.
Внедрение лигносульфонатов в схемы обращения с отходами бурения позволяет повысить экологическую безопасность и снизить эксплуатационные затраты на утилизацию отходов при разработке месторождений за счет использования отходов целлюлозно-бумажной промышленности в качестве сырья, что снижает себестоимость утилизации. Результаты подтверждают перспективность дальнейших исследований по оптимизации дозировок и расширению области применения лигносульфонатов для повышения экономической и экологической эффективности эксплуатации нефтегазовых объектов.
