К 55-летию Тюменского государственного нефтегазового университета (стр. 26 )

Karnauhov N. N., PhD, professor, General director of «LUKOIL-engineering» Co Ltd., OJSC «LUKOIL», е-mail: Karnauhov *****@***com

Danilov O. F., PhD, professor, Tyumen State Oil and gas University, phone: (34, е-mail: *****@***ru

Kolesov V. I., Candidate of Technical Sciences, associate professor, Tyumen State Oil and gas University, phone: (34, е-mail: *****@***ru

___________________________________________________________________________________­­______

Проблемы экологии

нефтегазовых регионов

 

УДК 622.24

ВЛИЯНИЕ КОАГУЛЯНТОВ НА УЛУЧШЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БУРОВЫХ ШЛАМОВ

INFLUENCE OF COAGULANTS ON IMPROVEMENT OF PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF DRILLING CUTTINGS

, ,

V. S. Petukhova, L. N. Skipin, A. A. Galyamov

Тюменский государственный архитектурно-строительный университет, г. Тюмень

Ключевые слова: буровой шлам, коагулянта, фильтруемость

Key words: drilling cuttings, coagulating agent, filterability

Каждый шламовый амбар с накопленными отходами бурения является источником воздействия на окружающую среду. Несвоевременно ликвидированные шламовые амбары являются постоянно действующим фактором загрязнения природной среды. По данным
(1997) из-за несвоевременной ликвидации шламовых амбаров, в объекты окружающей среды попадает до 6,5% их содержимого [1].

Выбуренный шлам благодаря разнообразию минерального состава, содержанию нефти, нефтепродуктов и сложных полимерных добавок: КМЦ (карбоксиметилцеллюлозы), ССБ (сульфитно-спиртовой барды), ПАА (полиакриламида) и других, способен при контакте с природными комплексами, их влагой, атмосферными осадками, подземными и наземными водами оказывать неуправляемое негативное влияние на установившееся природное равновесие локальных био - и агроценозов с непредсказуемым поведением этих комплексов в последующем времени. Следовательно, проблема сбора, очистки и экологически безопасного хранения выбуренного шлама крайне актуальна [2].

Количество отходов, скапливающихся на территории Тюменской области, огромно, поскольку при бурении скважины на 1 м проходки приходится 1–2 м3 отходов. Только за
2001 г в ХМАО образовано около 1 459 тыс. т производственных отходов, из которых основную долю составляют отходы бурения [3].

Одним из перспективных направлений проблемы утилизации и рекультивации бурового шлама (БШ) является применение коагулянтов с последующим сочетанием фитомелиорантов и микробиологических препаратов комплексного действия.

Поэтому проведение рекультивации или утилизации шламовых амбаров является одним из важнейших природоохранных мероприятий, направленных на восстановление экологической ситуации в районах добычи углеводородного сырья. При этом существуют проблемы, сопряженные с отрицательными химическими и физическими свойствами БШ, в частности, повышенной щелочностью и засолением, безструктурностью, высокой дисперсностью, слабой фильтрационной способностью, заплыванием при увлажнении и др.

Цель работы — создание благоприятных водно-физических и химических свойств БШ с применением коагулянта для последующего их использования как объекта рекультивации или в качестве строительного материала.

Необходимо изучить действие коагулянтов, в частности, сернокислого железа
((FeSO4)∙7H2O), извести (CaCO3) и хлористого кальция (CaCl∙2H2O) на фильтрационную способность БШ.

По результатам испытаний, химизм (тип) засоления БШ по анионному составу – содово-хлоридный, по катионному – кальциево-натриевый. По степени засоления БШ достигают градации. Как показали результаты химического анализа изучаемых нами проб БШ, рН среды составляет 8,68-9,10. Повышенная щёлочность обусловлена содержанием нормальной и двууглекислой соды, весьма токсичной для растений, земель северных районов, характеризующихся кислыми почвами с показателем рН среды 4,5-5,5.

Буровые шламы, насыщенные катионами Na+, обладают очень непрочной структурой, при увлажнении они расплываются в непроницаемую для воды и воздуха вязкую массу, а при высыхании резко сокращаются в объеме, образуют трещины и превра­щаются в монолитные, очень крепкие глыбы, трудно поддающиеся обработке [4], что затрудняет их практическое применение.

Ёмкость катионного обмена (ЕКО) в буровых шламах обусловлена коллоидными частицами минерального происхождения, что свидетельствует о высокой степени варьирования ЕКО в БШ из разных проб (от 18,0 до 64,0 мг-экв/100 г).

Известно, что глинистые минералы группы каолинита обеспечивают ЕКО от 3 до 20, монтмориллонита до 120, гумусовые кислоты 200-300, гидроксиды алюминия и железа
2-3 мг-экв/100г. Учитывая, что гумусовые вещества в буровых шламах отсутствуют, следует предполагать, что величина ЕКО в основном обусловлена разным соотношением минералов.

Методика исследований такова. В рамках настоящего опыта отбор проб БШ осуществлялся на территории шламового амбара Уватского района Тюменской области в соответствии с ГОСТ 17.4.3.01-83 «Почвы. Общие требования к отбору проб» и ГОСТ 17.4.4.02-84 «Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа» методом конверта.

В лабораторных условиях определялась фильтрационная способность насыпных образцов БШ с коагулянтами FeSO4∙7H2O, CaCO3 и CaCl∙H2O методом трубок. Всего брали
12 стеклянных цилиндров, первый из которых был контрольным, в нем находился только БШ массой 40 грамм, а начиная со второго цилиндра, добавлялась доза коагулянта с нарастающим интервалом 0,1 грамма. Опытные варианты трехкратно заливались одинаковым объемом воды, через сутки измеряли объем фильтрата по каждому цилиндру. Перед засыпанием в цилиндр БШ и коагулянт тщательно перемешивали во избежание ошибок опыта.

Результаты испытаний представлены на рис.1, 2, 3.

Рис. 1. Влияние FeSO4∙7H2O на фильтрационную способность бурового шлама

Графики отражают зависимость количества профильтровавшейся воды от дозы коагулянта (см. рис. 1, 2, 3). Коагулянт в форме FeSO4∙7H2O и CaCl способствует лучшему проявлению фильтрационных свойств БШ. К тому же коэффициент корреляции (r) по модулю у FeSO4 и CaCl находится ближе к 1, что означает наличие сильной связи между дозой коагулянта и количеством фильтрата. В отличие от CaCO3, присутствие которого в БШ почти не оказывает влияния на процесс фильтрации.

Рис. 2. Влияние CaCO3 на фильтрационную способность бурового шлама

Рис. 3. Влияние CaCl∙2H2O на фильтрационную способность бурового шлама

При добавлении FeSO4∙7H2O и CaCl∙H2O ионы Na+ и К+, входящие в поглощающий комплекс БШ, будут замещаться на Fe3+ и Ca2+, что приводит систему в равновесие. Благодаря нейтрализации соды и выносу продуктов обменных реакций происходит положительное изменение реакции среды для последующей рекультивации БШ.

Выводы

Возможны изменения водно-физических и химических свойств БШ, благодаря применению эффективных коагулянтов, часть которых может быть отходами промышленности. Применяя данный метод коренного улучшения свойств БШ, можно предотвратить их накопление в местах, где представляется угроза для окружающей среды. Это позволит утилизировать БШ как строительный материал при отсыпке дорожного полотна или в других целях, а также дает благоприятную возможность проводить биологическую рекультивацию на них после устранения ряда отрицательных физических и химических свойств, которыми они обладали до коагуляции.

Список литературы

1. , , Шеметов окружающей среды в нефтегазовой промышленности. – М.: Недра, 1997. – 365 с.

2. , , Коваленко загрязнения почв буровыми сточными водами // Нефтяная и газовая промышленность. – 1991. - №3. – С.

3. Информационный бюллетень. – Ханты-Мансийск, 2002. – Т.3. – С. 42.

4. , Яцюк с основами геологии. Изд. 2-е, испр. и доп.- М.: Колос, 1975.-304 с.

Сведения об авторах

, д. с.-х. н., профессор, заведующий кафедры «Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды», Тюменский государственный архитектурно-строительный университет,

, аспирант кафедры «Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды», Тюменский государственный архитектурно-строительный университет, [e-mail]

, соискатель кафедры «Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды», Тюменский государственный архитектурно-строительный университет,

Skipin L. N., Doctor of Sciences in Agriculture, professor, head of the chair «Safety of life activity and environmental protection», Tyumen State Architectural University, phone: 8(3452)

Petukhova V. S., post graduate student of the chair «Safety of life activity and environmental protection», Tyumen State Architectural University, e-mail: sav. *****@***ru

Galyamov A. A., applicant for a scientific degree, the Chair «Safety of life activity and environmental protection», Tyumen State Architectural University, phone: 8(3452)

_________________________________________________________________________________________

УДК 577.4:622.323(571.121)

ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ

НА ТЮМЕНСКОМ СЕВЕРЕ

PROBLEMS OF ECOLOGY IN THE TYUMEN NORTH OIL AND GAS SECTOR

,

N. L. Mamaeva, S. I. Kvashnina.

Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень

Ключевые слова: антропогенное воздействие, нефтегазовая отрасль, северные регионы,
многолетнемерзлые породы, охрана окружающей среды

Key words: man’s impact, oil and gas branch, north regions, permafrost rocks, environmental protection

В настоящее время человечество переживает углеводородную эпоху. Нефтяная отрасль является главной для мировой экономики. В нашей стране эта зависимость особенно высока. К сожалению, российская нефтяная промышленность находится сейчас в состоянии глубокого кризиса. Загрязнение окружающей среды осуществляется непроизвольно, без определенного умысла. Большой вред природе наносится, например, от потери нефтепродуктов при их транспортировке, особенно, в северных регионах [1].

Большую опасность таит использование нефти и газа в качестве топлива и при сжигании в факелах попутного газа. При сгорании этих продуктов в атмосферу выделяются в больших количествах углекислый газ, различные сернистые соединения, оксид азота и другие загрязняющие вещества. В связи с этим изучение загрязнений окружающей среды, особенно в северных условиях, как никогда актуально. Это обусловило цель настоящего исследования, а именно проведение анализа и поиск мер по предупреждению антропогенного влияния на окружающую среду Тюменского Севера.

Регионами исследования являются п. Самбург и п. Тарко-Сале, которые находятся в Пуровском районе Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО). По геокриологическому районированию данные поселки относятся к Северной зоне Харасавэй-Новоуренгойской подзоне Устьпуровско–Тазовской области и к Центральной зоне Игарко-Нумтинской подзоне Пуровской области соответственно.

Официальные экологические данные получены из статистических сборников территориального органа федеральной службы государственной статистики по Тюменской области, под редакцией за гг. [2, 3, 4]. Статистическая обработка проводилась по компьютерной программе «SPSS 11.5».

Количество организаций, имеющих выбросы и источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу представлены в табл.1.

Таблица 1

Количество организаций, имеющих выбросы и источники выбросов

загрязняющих веществ в атмосферу (единиц)

Наименование	Геокриологическая область
Устьпуровско-Тазовская	Пуровская
Количество источников выбросов	675,88 ± 131,47	17970,24 ± 1532,11*
Количество организованных источников	856,11 ± 93,01	10527,56 ± 580,87*

Достоверность различия (*р<0,001).

Выявлено, что в Пуровской геокриологической области больше как количества организаций, имеющих выбросы и самих источников выбросов загрязняющих веществ по сравнению с Устьпуровско-Тазовской геокриологической областью.

Так как количество организаций, имеющих выбросы и источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу больше в Пуровской геокриологической области, следовательно и самих загрязняющих веществ твердых и газообразных выбрасывается больше, чем в Устьпуровско-Тазовской геокриологической области (табл. 2).

Таблица 2

Выброшено загрязняющих веществ в атмосферу, тонн

Наименование	Геокриологическая область
Устьпуровско-Тазовская	Пуровская
Всего	8609,35 ± 1574,71	10 ± 34298,67*
Твердых	104,88 ± 15,14	14210,65 ± 2676,63*
Газообразных	8504,53 ± 1576,76	50 ± 31927,93*
Диоксида серы	82,71 ± 11,54	929,47 ± 39,84*
Оксида углерода	4023,41 ± 693,40	20 ± 24814,86*
Оксидов азота	1334,06 ± 235,74	23789,00 ± 1161,49*

Достоверность различия (* р<0,001).

Кроме загрязнения атмосферного воздуха, на жизнедеятельность биологических объектов влияют и показатели качества воды.

Источниками поступления нефтепродуктов в водные объекты могут быть аварии танкеров и буровых платформ, сброс сточных вод и т. д.

Химическая характеристика сточных вод, сброшенных в поверхностные водные объекты в регионах исследования, представлена в табл. 3.

Таблица 3

Характеристика сточных вод, сброшенных в поверхностные водные объекты

Наименование	Геокриологическая область
Устьпуровско-Тазовская	Пуровская
Железо, т	0,37 ± 0,11	1,57 ± 0,17***
Сульфаты, тыс. т	0,01 ± 0,001	0,02 ± 0,01
Хлориды, тыс. т	0,01 ± 0,002	0,02 ± 0,004*
Азот аммонийный, т	1,01 ± 0,17	10,89 ± 1,66***
Нитраты, т	7,55 ± 2,13	5,22 ± 2,55
Нитриты, т	0,11 ± 0,02	0,77 ± 0,45
БПКполный, тыс. т	0	0,04 ± 0,01**

Достоверность различий (*р<0,05; **р<0,01; *** р<0,001).