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

Изучение динамики химического состава выбуренных на нефтегазовых месторождениях пород при прокаливании и обжиге

При бурении нефтегазовых скважин в настоящее время не решены вопросы утилизации буровых шламов, содержащих нефть [2], поэтому разработка комплексного использования отходов является актуальной проблемой. Целью исследований являлось изучение закономерностей изменения химического состава геологических пород при прокаливании и обжиге с целью дальнейшей их утилизации.

Нефтеносные породы были представлены известняком, доломитом, глинисто-алевролитовой породой и песчаником, которые обогащены водой и углекислым газом, имеют углерод биологического происхождения, обладают целым рядом физических свойств, знание которых необходимо для решения многих практических вопросов [1,2]. Наличие нефти в выбуренной породе лимитирует ее утилизацию, поэтому нами разработан двухфазный метод термического удаления нефти из выбуренной породы. Первая фаза - низкотемпературная термическая десорбция нефти из пород. Известно, что начальная температура возгонки нефти составляет около 200⁰С, поэтому мы прокалили породы при температуре 50, 100, 200 и 280⁰С. При температуре 110 – 120⁰С происходят потери гигроскопической и кристаллизационной воды. Нами установлено, что прокаливание геологических пород при температурах до 280⁰С позволяет удалить из них нефть без существенного изменения химического состава и фазовых превращений горных пород.

Вторая фаза заключалась в обжиге пород в течение 30 минут при температурах 400, 600, 800 и 1000⁰С. В производственных условиях мы отобрали и исследовали шлам после сжигания его на факеле в шламовом амбаре, где находились все выбуренные породы, а в лабораторных условиях исследовали воздействие высоких температур на химический состав каждой из пород. В производственных условиях в отходах бурения шламового амбара после сжигания на факеле содержание подвижного фосфора составляет 55,2 мг/кг, подвижного калия – 267,0 мг/кг, углекислого кальция - 8,13;%, что выше, чем в черноземе южном.

Визуально было установлено, что породы в зависимости от температурного режима обжига изменяли свой цвет, что указывает на их фазовые превращения. Следует отметить, что наиболее увеличивают содержание фосфора с повышением температуры глинисто-алевролитовая порода и известняк при температуре обжига 1000⁰С. Песчаник увеличивает содержание фосфора при температуре обжига до 800⁰С, а при более высокой температуре содержание фосфора уменьшается. В доломите содержание фосфора при обжиге уменьшается. Содержание подвижного калия значительно увеличилось при обжиге глинисто-алевролитовой породы и имеет два пика повышения - при температуре обжига 600 и 1000⁰С. Для других пород увеличение незначительно, за исключением некоторого увеличения подвижного фосфора в песчанике при температуре обжига 400⁰С.

Динамика изменения рН в породах имеет сложный характер и связана с фазовыми превращениями горных пород. Содержания углекислого кальция в каждой геологической породе после обжиге имеет свою динамику. В доломите содержания углекислого кальция уменьшается при температуры до 600⁰ С, в глинисто-алевролитовой породе происходит некоторое уменьшение углекислого кальция до температуры 800⁰ С, но все изменения незначительные. В известняке происходит резкое уменьшение углекислого кальция при обжиге после 800⁰ С. В песчанике содержание углекислого кальция не изменяется до температуре 800⁰ С.

Мы также установили, что при обжиге изменяется содержание подвижных тяжелых металлов в геологических породах.

В доломите при обжиге уменьшалось содержание подвижной меди по сравнению с фоном от 0,27 до 0,02 мг/кг при температуре до 800⁰С и затем возрастало при температуре 1000⁰С, содержание подвижного цинка увеличилось от 2,03 до 4,69 мг/кг, подвижного кобальта увеличилось незначительно, подвижного марганца - уменьшилось от 38,18 до 0,41 мг/кг. Глинисто-алевролитовая порода незначительно изменяет содержание подвижных меди и кобальта, уменьшает содержание подвижного цинка с 4,92 до 1,77 мг/кг, увеличивает содержание подвижного марганца от 18,51 до 27,23 мг/кг. В песчаниках не наблюдалось увеличения подвижных меди, цинка, кобальта, но увеличилось содержание подвижного марганца с 1,21 до 22,62 мг/кг. В известняке содержание подвижной меди изменилось незначительно, уменьшилось содержание подвижных цинка и кобальта, содержание подвижного марганца увеличилось от 1,21 до 22,62 мг/кг.

В производственных условиях в отходах бурения шламового амбара после сжигания на факеле содержание подвижной меди составляет 0,18, цинка – 2,09, кобальта - 0,16, марганца – 78,88 мг/кг, содержание которого намного выше, чем в геологических породах.

Таким образом, двухфазная термическая обработка выбуренной породы позволяет снизить ее класс опасности и расширить сферу применения, а при варьировании параметрами температуры обжига мы можем получать геологические породы с различными химическими свойствами и выбрать способ их утилизации.

Литература

1. Зырин Н.Г., Орлов Д.С. Физико-химические методы исследования почв. М.: МГУ. 1964. – с. 32.

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