Химия и химические технологии. 5.Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий.

Д. с.-х.н. Гамм Т.А., Гамм А.А.

Оренбургский государственный университет, Россия

Основы технологии утилизации горных пород с использованием горячего пара на нефтегазовых месторождениях

Технология современного бурения разведочных скважин на нефть и газ изложена в работах [1,2]. Суммарный объем образующихся выбуренных пород на одной скважине составляет около 419,2 м³. В настоящее время вопросы утилизации выбуренных пород, содержащих нефть, из шламовых амбаров на месторождениях является не решенной проблемой [2], поэтому разработка технологии их утилизации актуальна.

Целью исследований являлась разработка технологии утилизации выбуренного шлама с использованием горячего пара на основе диагностики содержания в нем нефти методом замедленной флуоресценции. Научная новизна работы в том, что впервые исследованы параметры замедленной флуоресценции осадочных нефтесодержащих пород и разработаны способы их утилизации с использованием обжига и горячего пара. На основе результатов исследований была разработана технология утилизации буровых шламов, которая может быть использована в нефтегазовой промышленности. Методы исследований - инструментальный, полевой, термического и графического анализа.

Разработанная технология утилизации горных пород на нефтегазовых месторождениях имеет ряд операций. Выбуренная порода вместе с буровым раствором и буровыми сточными водами от скважины отводится по перфорированному лотку, где происходит разделение жидкой и твердой фазы. Жидкая фаза отводится на утилизацию в установленном порядке. Выбуренная порода очищается от жидкой фазы горячим паром, возможности которого для обработки отходов еще не исследовались другими авторами. В лабораторных условиях установлено, что полная очистка горной породы от нефти достигается через 60 секунд. Рассматривались варианты с содержанием нефти на горной породе 20, 33 и 50%. Удаление нефти при температуре воздуха +20⁰С не зависело от ее содержания на поверхности породы. В процессе большую роль играет термическое нагревание, в том числе и самой породы, поэтому для равномерного распределения горячего пара предусмотрены вращательные движения насадки парогенератора. В открытом сосуде, при температуре воздуха +10⁰С, извлечение нефти с поверхности горных пород составляет 62% , песка - 55%, глины и почвы – 52%.

Разработанный способ очистки горных пород от нефти горячим паром отличается тем, что очистку проводят в условиях турбулентных потоков, создаваемых в закрытом пространстве, с использованием растворяющей, разжижающей среды - водяного пара, в сосуде различной формы при температуре 130⁰С и давлении 3.5 атм.

При исследованиях содержащих нефть геологических пород и решении вопросов об их утилизации мы исходили из того, что углеводороды обладают флуоресценцией, и точность этого этот метода позволяет использовать его для диагностики даже низких концентраций нефтепродуктов в породах. Отбор известняка, доломита, песчаника, глинисто-алевролитовой породы, слагающих нефтеносные горизонты, был проведен на скважинах глубокого бурения из бийского, турнейского и воробьевского горизонтов.

Мы установили, что каждая геологическая порода имеет определенный интервал значений замедленной флуоресценции, по которому ее можно идентифицировать в составе бурового шлама без химических анализов и решить вопрос о возможности дальнейшей их утилизации. Присутствие нефти снижает значения замедленной флуоресценции всех исследованных геологических пород, но в большей степени известняка, и эффективность замедленной флуоресценции также больше у известняка.

По результатам исследований получены математические модели средних значений замедленной флуоресценции от концентрации в породах нефти, которые можно использовать в практике для решения вопроса о выборе дальнейшего направления технологии утилизации.

При отсутствии нефти порода направляется непосредственно на утилизацию, а при наличии нефти порода отправляется на термическую обработку, которая состоит из двух фаз. Первая фаза - низкотемпературная термическая десорбция пород при температуре 50, 100, 200 и 280⁰С, когда удаляется нефть, что позволяет снизить токсичность отходов пород и расширить сферу их применения. Вторая фаза заключалась в обжиге пород при температуре 400, 600, 800 и 1000⁰С. Метод термического анализа позволяет рассмотреть фазовые превращения геологических пород при обжиге и формировать материал с заданными свойствами. В песчаниках при температуре 800⁰С наблюдалось максимальное содержание подвижного фосфора – 53,5 мг/кг, подвижного калия при температуре 400⁰С - 200,0 мг/кг и увеличение рН от 9,2 до 13,7 при изменении углекислого и подвижного кальция, поэтому для получения максимального содержания калия в породе не следует увеличивать температуру обжига выше 400⁰С.

Таким образом, после завершения технологического цикла по обработке выбуренных пород проводим оценку токсичности полученного материала методом биотестирования и используем субстрат для рекультивации земель на месторождениях после аварийных ситуаций.

Литература

1..Булатов А.И., Проселков Ю.М., Шаманов С.А. Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин. М.: Издательство: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2003г., - 1007 с.

2. Храмов Р.А., Персиянцев М.Н. Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений ОАО «Оренбургнефть». – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр». 1999г. - с. 11, 482-483.

Сведения об авторе.

ФИО	Гамм Тамара Алексеевна
Место жительства	460044, г.Оренбург, С.Лазо 13/1 кв. 69 тел (3532) 36-92-50, с.т. 8 922 844 98 33
Место работы	Оренбургский государственный университет (osu.ru), профессор кафедры экологии и природопользования