Методы переработки отходов бурения: от глинистых шламов до строительных компонентов

Введение.

Бурение нефтяных и газовых скважин в России сопровождается образованием значительных объёмов отходов, в том числе глинистых шламов. Актуальность решения вопроса обусловлена рядом проблем, среди которых:

• накопление глинистых шламов на местах бурения приводящее к загрязнению почвы, водных ресурсов и окружающей среды в целом;
• значительные финансовые затрат на транспортировку к полигонам, их обустройство и эксплуатацию, а также на утилизацию шламов;
• переработка шламов в материалы для вторичного использования позволяет сократить потребление природных ресурсов, таких как песок и цемент, используемых в строительстве.
• строгие экологические нормы и требования к утилизации отходов бурения, невыполнение которых может привести к штрафам и судебным разбирательствам.

Масштабы ежегодного производства глинистых шламов при бурении нефтяных и газовых скважин весьма значительны. В зависимости от геологических условий и технологии бурения, объёмы образующихся шламов могут варьироваться от нескольких сотен до нескольких тысяч кубических метров в год на одну скважину.

Согласно данным Минэнерго России [1], в 2020 г. в России было пробурено около 1800 новых нефтяных и газовых скважин. Учитывая средний объем образующихся глинистых шламов на одну скважину (примерно 1000-2000 куб.м), можно оценить, что ежегодно в России образуется около 1,8-3,6 млн куб.м глинистых шламов.

В мировом масштабе производства глинистых шламов при бурении нефтяных и газовых скважин также весьма значительны. Согласно исследованию компании Global Market Insights, Inc. [2], в 2021 г. мировое производство глинистых шламов составило около 40 млн т. Прогнозируется, что к 2026 г. объёмы производства глинистых шламов достигнут 50 млн т в год.

Такие масштабы производства глинистых шламов при бурении нефтяных и газовых скважин требуют эффективных и экологически безопасных методов утилизации и переработки этих отходов. Использование глинистых шламов в строительстве и других отраслях промышленности может существенно снизить объёмы отходов и уменьшить негативное воздействие на окружающую среду.

Традиционные методы утилизации этих отходов, такие как захоронение, не только занимают большие территории, но и могут приводить к экологическим проблемам. В связи с этим, актуальным становится поиск инновационных подходов по переработке глинистых шламов в ценные материалы. В данной статье рассматриваются современные технологии, позволяющие преобразовывать глинистые шламы в строительные компоненты, что способствует реализации концепции Zero Waste и устойчивому развитию нефтегазовой отрасли с примерами из практики на территории Российской Федерации.

Производство лёгких бетонов. Одним из перспективных направлений является использование глинистых шламов в качестве заменителя песка или цемента при производстве лёгких бетонов. Глинистые частицы способствуют формированию структуры бетона, улучшая его прочностные и теп-лоизоляционные характеристики. Исследования показывают, что включение до 30 % глинистых шламов в состав бетона не снижает его качество, а в некоторых случаях даже улучшает. в 2019 г. в России был запущен завод по переработке глинистых шламов в легкие бетонные блоки в городе Краснодаре. ООО РН-Краснодарнефтегаз приступило к эксплуатации мобильной установки по переработке нефтешламов на месторождении Зыбза-Глубокий Яр. За год эксплуатации планируется переработать около 5,5 тыс. куб.м шлама и получить из него порядка 1,5 тыс. т нефти. Ранее использование мобильной установки на Ново-Дмитриевском месторождении внесло существенный вклад в ликвидацию шламов, накопленных предыдущими недропользователями — так называемого «исторического наследия». С помощью установки было переработано более 6 тыс. куб.м нефтешламов и сепарировано около 2 тыс. т нефти, сообщает пресс-служба Роснефти. Установка работает на основе трехфазной центрифуги, разделяющей нефтешламы на составные компоненты — нефть, воду и механические примеси. Это дает возможность уменьшить концентрацию нефпродукта в шламах, подлежащих утилизации, получить дополнительные объемы нефти. Установка может применяться также при очистке резервуаров и технологического оборудования. [3].

Изготовление керамических изделий. Глинистые шламы, образующиеся при бурении нефтяных и газовых скважин, могут быть эффективно использованы в качестве основного сырья для производства различных керамических изделий, таких как кирпич, плитка, изразцы, санитарная керамика и декоративные элементы.

Глинистые шламы содержат органические примеси, которые могут негативно повлиять на качество конечного продукта. Для их удаления ис-пользуются различные методы, такие как фильтрация, центрифугирование или термическая обработка. Для достижения оптимального состава используются добавки, такие как песок, известь или флюсующие добавки, которые позволяют регулировать показатели пластичности, прочности и термической стабильности глины.

После предварительной обработки глинистые шламы используются для формования керамических изделий. Затем изделия подвергаются обжигу при высоких температурах, что позволяет получить прочные и долговечные керамические изделия.

Использование глинистых шламов в керамической промышленности позволяет сократить затраты на покупку дополнительного сырья для производства керамических изделий, способствует снижению экологического воздействия от нефтегазовой промышленности и позволяет сократить потребление природных ресурсов, таких как песок и глина, что способствует устойчивому развитию и экономии ресурсов.

Исследования и практические примеры показывают, что использование глинистых шламов в керамической промышленности является эффективным и экологически безопасным способом утилизации отходов бурения нефтяных и газовых скважин [4].

Применение в дорожном строительстве. Глинистые шламы, образу-ющиеся при бурении нефтяных и газовых скважин, могут быть эффективно использованы в дорожном строительстве. Они могут служить как добавки в асфальтобетонные смеси, что позволяет улучшить свойства дорожных покрытий и снизить затраты на строительство.

В 2018 г. в России был проведён эксперимент по использованию глинистых шламов в асфальтобетонных смесях для строительства дорог в городе Санкт-Петербурге. Исследования показали, что включение глинистых шламов в асфальтобетонные смеси улучшает их устойчивость к износу, воздействию погодных условий и повышает прочность дорожного покрытия.

В дорожном строительстве применение шламов способствуют улучшению адгезии между минеральными компонентами и связующим материалом, что повышает прочность и долговечность дорожного покрытия.

Однако, для успешного использования глинистых шламов в дорожном строительстве необходимо проведение дополнительных исследований и разработка стандартов качества для полученных материалов.

Изготовление алюмосиликатных пропантов. Глинистые шламы образующиеся в процессе бурения могут быть использованы и для нужд самого бурения. В последние годы доля трудноизвлекаемых запасов возрастает, по этой причине количество скважин подлежащих интенсификации притока посредствам гидравлического разрыва пласта возрастает, при этом ключевым компонентом данного процесса является пропант. Изготовления пропанта из ранее выбуренной породы наиболее полно отражает принцип Zero Waste, так как изначальные отходы бурения с помощью технологии об-работки бурового раствора постоянным магнитным полем позволяют облегчить отделение бурового шлама на поверхность и применять его в производстве пропанта [5]. Её внедрение позволит сократить экологическое воздействие буровых компаний, а также снизить затраты на обращение с отходами.

Заключение. Переработка глинистых шламов не только способствует решению проблемы утилизации отходов нефтегазовой промышленности в России, но и открывает новые перспективы для развития строительной отрасли.

Однако, для успешной реализации этих технологий необходимо про-ведение дополнительных исследований и разработка стандартов качества для полученных материалов. Также важным аспектом является создание инфраструктуры для сбора, транспортировки и переработки глинистых шламов, а также обучение персонала необходимым навыкам и знаниям.

В целом, инновационные методы переработки глинистых шламов в ценные материалы имеют большой потенциал для реализации концепции Zero Waste в нефтегазовой отрасли России. Это позволит не только снизить негативное воздействие на окружающую среду, но и создать новые экономические возможности для развития устойчивой экономики.

Список источников

1. Министерство энергетики Российской Федерации. Отчет о деятельности в нефтегазовой отрасли. 2020. [Электронный ресурс]: https://minenergo.gov.ru/ (Дата обра-щения: [12.05.2024]).
2. Global Market Insights, Inc. Oil & Gas Drilling Fluids Market Size, Share & Trends Analysis Report By Product (Water-Based, Oil-Based, Synthetic-Based), By Application (On-shore, Offshore), By Region, And Segment Forecasts, 2021 — 2028. [Электронный ресурс]: https://www.gminsights.com/industry-analysis/oil-gas-drilling-fluids-market (Дата обращения: [12.05.2024]).
3. Роснефть. Отчет о деятельности ПАО «Роснефть» за 2018 год. 2019. [Электронный ресурс]: https://www.rosneft.ru/press/subsidiaries/item/185657/?ysclid=lwj813hsbw 181 075044 [Дата обращения: 17.05.2024].
4. Строительная керамика с применением нефтяных шламов: монография / В.А. Гурьева, Н.В. Бутримова. Оренбургский гос. ун-т. Оренбург: ОГУ, 2019. 159 с. [Электронный ресурс]: http://elib.osu.ru/bitstream/123456789/12442/1/94196_ 20190515. pdf?ysclid=lwj8dcredr724929041 [Дата обращения: 19.05.2024].
5. Технология очистки и рециклинга бурового раствора / А.А. Третьяк, Е.А. Яценко, К.А. Борисов и др. // Изв. Томского политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2022. Т. 333, № 2. С. 62-70. DOI 10.18799/24131830/2022/2/3560.

Авторы: К.А. Калинин, М.В. Кулюкин, К.А. Борисов. Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск

Источник: Международная научная школа «Zero Waste» для молодых ученых, аспирантов и студентов: тезисы докладов, г. Новочеркасск, 27.05.2024 г. — 01.06.2024 г. / Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. — Новочеркасск: изд-во «НОК», 2024. — 255 с. ISBN 978-5-8431-0548-8