Радиоэкологические проблемы, возникающие
при добыче углеводородного сырья
Михальченко проблемы, возникающие при добыче углеводо-родного сырья // Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом: Сб. науч. тр. посв.100-лет. / СПбГТИ(ТУ). – СПб., 2007.– С. 71-76.
Введение. В последние 20-30 лет проблема постоянного ухудшения радио-экологической обстановки в местах добычи углеводородного сырья приобретает все большую остроту. Объясняется это тремя причинами: 1). Накоплением отходов, загрязненных природными радионуклидами (ПРН), по мере продолжения добычи при фактически полном отсутствии переработки отходов; 2). Увеличением активности ПРН, извлекаемых на поверхность, приходящейся на единицу добытого сырья, что происодит из-за увеличения доли пластовой воды в сырье по мере эксплуатации месторождения; 3). Общей тенденцией на ужесточение нормативного и оперативного контроля за радиационной безопасностью при добыче, переработке и использовании углеводородного топлива. Способность ПРН переходить из вмещающих пород в подземные пластовые воды определяется многими факторами, среди них наиболее сущесвенными являются распространенность радионуклида в земной коре, способность его либо его дочерних ПРН растворяться в подземных водах. В силу вышеперечисленных факторов радиоактивность подземных вод определяется тремя ПРН: 226Ra из природного радиоактивного семейства урана, 228Ra из природного радиоактивного семейства тория и природным радионуклидом 40К. В зависимости от состава пород определяющий вклад в удельную активность подземных вод будет вносить, обычно, либо 226Ra либо 228Ra. Основная причина образования твердых ПРН-отходов, содержащих соли из пластовой воды,– это последовательный подъем по мере добычи пластовых вод с разных уровней и с различной анионной составляющей (хлоридная, сульфатная, карбонатная). При их смешении образуются осадки типа Ва(226Ra)SО4. Кроме того образованию солевых отложений на оборудовании способствует остывание и испарение пластовых вод в различных резервуарах, трубопроводах и т. п. Согласно нормативным документам /1/, регламентирующим обращение с твердыми ПРН-отходами по уровню их суммарной эффективной активности Аэфф, в случае нефтепромысловых ПРН-отходов именно 226Ra будет определять радиационную опасность этих материалов. Согласно /1/ безопасным, не требующим дезактивации уровнем удельной активности Аэфф, который является практически равным АRa-226 , является уровень 1,5 кБк/кг.
Характеристика отходов. В предыдущей работе /2/ нами с помощью сцинтилляционного гамма-спектрометра были исследованы отходы типов ЗПШ, МПШ и ГНП (смотри таблицу 1). В настоящей работе загрязненность этих, а также двух других типов отходов (ТПШ и ГРЗ) была определена с помощью полупроводникового гамма-спектрометра(ППГС). Типичный спектр для образцов ТПШ представлен на рисунке 1. Для всех исследованных отходов по данным ППГС не обнаружено присутствия радионуклидов семейства тория (например весьма гамма-активных 228Ас, 212Pb, 208Tl).
Таблица 1 – Свойства ПРН-отходов
Происхож- дение образцов отходов | Услов-ное обозна-чение типа отхо-дов | Внешний вид образцов отходов | Удельная активность Ra-226 в исходных образцах, кБк/кг | Удельная активность Ra-226 после удаления парафина, кБк/кг | Необходимая степень дезак-тивации СД после удаления парафина |
Из резер-вуаров-отстойников РВС с пластовой водой | ЗПШ | Вязкая темнокорич-невая масса с нефтяным запахом | 1,2 – 1,8 | 5 – 8 | 7% |
Из нефте-ловушки | МПШ | Рассыпчатая коричневая масса со слабым запахом | 9 – 12 | 10 - 14 | 85 – 90 % |
Из трубо-проводов | ТПШ | Мелкодис-персная светлоко-ричневый порошок (после измельчения | 8 – 11 | 9 – 12 | 83 – 88 % |
Грунт с мест пролива плас-товой воды на нефтепромыслах | ГНП | Крупнодис-персный песок желтого цвета | 10 - 15 | 10 - 15 | 86 – 90 % |
Грунт с про-мышленной площадки радиевого завода (п. Водный) | ГРЗ | Мелкодис-персная почва светло-серого цвета | 99 – 99,6 % |
Технология дезактивации. Последние исследования эффективности различных приемов воздействия на отходы всех типов привели к следующим схемам дезактивации, изображенным на рисунках 3 и 4. Схема на рисунке 3 предназначена для дезактивации грунтов типа ГНП и ГРЗ. Так как последний тип отходов требует горазда более высокой степени дезактивации (СД), то для него предусмотрена технология, основанная на двух отхигах (окислительном и восстановительном) с двумя дезактивациями горячей 10 % соляной кислотой. При этом после окислительного отжига на воздухе ( 2 часа при 900 –1000 0С) СД достигает обычно 30-40 %. Затем, как правило, проводится восстановительный отжиг при 850 – 900 0С с мелкодисперсным коксом: либо с использованием барабанной печи с внутренним факельным нагревом /3/, либо с использованием закрытого тигля с внешним нагревом. В последнем случае, как нами было установлено процесс целесообразно проводить в расплаве хлорида кальция. Положительный эффект от использования CaCl2 иллюстрирует рисунок 2. В результате обоих стадий дезактивации общая СД для ГРЗ будет составлять 93 –97 % и в случае необходимости уровень 1,5 кБк/кг может быть достигнут двух - или трехкратным разбавлением чистым грунтом.
Рис.2 – Зависимость эффективности дезактивации грунта с радиевого завода
от длительности восстановительного отжига и отсостава шихты:
(-D - D - - D-) – шихта без CaCl2 ;
(¾о ¾о¾о ) – шихта с добавлением 20 % CaCl2
Рис.3 – Принципиальная технологическая схема дезактивации
грунтов, загрязненных радием-226.
Рис.4 – Принципиальная технологическая схема дезактивации
запарафиненных шламов из нефтеловушек и отстойников РВС.
Технологическая схема на рисунке 4 описывает последовательность дезактивции шламов с нефтеперерабатывающего оборудования (образцы типов ЗПШ, МПШ и ТРШ). Необходимость в пиролитическом отжиге нефтяного парафина вызывается тем, что при отделении его от минерального компонента шлама на стадии кипячения в солевом растворе, не происходит достаточно полной дезактивации парафина. Обычно исходная активность распределяется между минеральным осадком, парафином и раствором как 10 : 2 :1, в результате чего удельная активность парафина после разделения обычно составляет 0,3–0,5 кБк/кг. Поэтому целесообразно подвергнуть парафин пиролизу, при котором, как было установлено, не происходит удаление 226Ra из получающегося углеобразного пека, и использовать пек ( после измельчения) для восстановительного отжига минеральной части. Восстановительный отжиг с последующей дезактивацией 10 % горячей соляной кислотой обеспечивают СД на уровне 70-85 %, чего обычно оказывается достаточно. В противном случае производится повторый восстановительный отжиг и дезактивация либо разбавление чистым грунтом.
Судьба дезактивирующих растворов, содержание 226Ra в которых после обработки нефтешламо, будет составлять примерно 500-800 Бк/кг, в натоящее время не определена. Экономически наиболее привлекательный путь – это нейтрализация этих растворов, их разбовление и закачка в подземные горизонты. Другой, традиционный путь, - это переработка их как ЖРО традиционными методами, что и обозначено на схемах ( рисунки 3 и 4).
Вывод. Экспериментально установлено, что технология дезактивации грунтов, загрязненных солями 226Ra из пластовых вод на уровне нескольких сотен кБк/кг, при сочетании окислительного и восстановительного отжигов с горячей солянокислотной обработкой, способна обеспечить степень дезактивации на уровне 95 % и очистку до 1,5 кБк/кг.
Литература
1. СПОРБ ПО НГК -2001. Гигиенические требования к обеспечению радиационной безопасности при обращении с производственными отходами с повышенным содержанием природных радионуклидов на объектах нефтегазового комплекса России. –Москва: Минздрав РФ, 2001.-16 с.
2. , , К вопросу о радиоэкологической безопасности на нефте - и гаопромыслах // Экология. Энергетика. Экономика: Сборник научных трудов / V выпуск: Безопасность в чрезвычайных ситуациях. –СПб: Изд-во «Менделеев», 2002, вып. 5, - С. 84-87.
3. Рыжаков радиоактивных нефтешламов. –СПб: Недра, 20с.
