Буровой шлам [1] представляет собой обломки твердого материала, извлеченные из скважины , пробуренной роторным , ударным или шнековым методами, и вынесенные на поверхность в буровом растворе . Скважины, пробуренные таким способом, включают нефтяные или газовые скважины , водяные скважины и скважины, пробуренные для геотехнических исследований или разведки полезных ископаемых. [2]
Буровой шлам обычно исследуют для регистрации ( каротажа скважин ) подземных материалов, вскрытых на различных глубинах. В нефтяной промышленности это часто называют грязевой каретой .
Буровой шлам образуется в результате разрушения породы буровым долотом, продвигающимся сквозь породу или почву; шлам обычно выносится на поверхность буровым раствором , циркулирующим вверх от бурового долота. Буровой шлам можно отделить от жидкого бурового раствора с помощью вибросит , центрифуг или циклонных сепараторов , причем последние также эффективны при бурении на воздухе. При бурении канатным инструментом буровой шлам периодически выбрасывается из забоя скважины. При шнековом бурении шлам выносится на поверхность скребками шнека.
Одним из методов бурения, при котором не образуется буровой шлам, является колонковое бурение , при котором вместо этого образуются твердые цилиндры из камня или почвы.
Буровой шлам, переносимый буровым раствором (буровым раствором), обычно извлекается на поверхность платформы, где он проходит через вибраторные машины или вибрационные машины для отделения шлама от бурового раствора. Этот процесс позволяет циркулирующей жидкости повторно войти в процесс бурения.
Образцы шлама затем изучаются буровыми каротажниками и геологами на буровой площадке . В нефтегазовой отрасли оператору, скорее всего, потребуется набор проб для дальнейшего анализа в своих лабораториях. Многие национальные правила предусматривают, что для любой пробуренной скважины набор проб должен храниться в национальном органе. Например, в случае Великобритании с Британской геологической службой ( BGS ).
Основная часть черенков требует утилизации. Методика утилизации зависит от типа используемого бурового раствора. При использовании бурового раствора на водной основе (РБВ) без особо опасных добавок шлам можно сбрасывать за борт (при сценарии на море). Однако если используется буровой раствор на нефтяной основе ( РУО ), то перед утилизацией шлам необходимо обработать. Либо в скипах и транспортировке на специализированный объект (так называемый скип и корабль), либо теперь есть мобильные установки, которые могут перерабатывать их на буровой, сжигая загрязнения бурового раствора. Это экономит логистику и затраты на транспортировку такого количества черенков. Хотя это, возможно, и считается неинтересной темой, в сценарии «скип и отгрузка» зависимость от операций крана при перемещении скипов может привести к ситуациям, когда плохая погода останавливает бурение, поскольку перевалка шлама не может продолжаться.
Захоронение — это помещение отходов в искусственные или естественные выемки, такие как ямы или свалки . Захоронение является наиболее распространенным методом захоронения отходов бурения (раствора и шлама) на берегу. Как правило, твердые вещества захораниваются в той же яме (резервной яме), которая используется для сбора и временного хранения отработанного бурового раствора и шлама после испарения жидкости. Захоронение в яме — недорогой, низкотехнологичный метод, не требующий вывоза отходов за пределы буровой площадки, и поэтому очень привлекательный для многих операторов.
Захоронение, возможно, является наиболее неправильно понимаемым или неправильно применяемым методом захоронения. Просто надвигать стенки резервного карьера на выбуренный шлам в целом недопустимо. Важное значение имеет глубина или расположение погребальной камеры. На закопанные черенки следует установить предел влажности и определить химический состав. Захоронение в яме на месте не может быть хорошим выбором для отходов, содержащих высокие концентрации нефти, соли, биологически доступных металлов, промышленных химикатов и других материалов с вредными компонентами, которые могут мигрировать из ямы и загрязнять полезные водные ресурсы.
В некоторых районах нефтяных месторождений эксплуатируются крупные свалки для захоронения отходов нефтепромыслов из нескольких скважин. Захоронение обычно приводит к анаэробным условиям, что ограничивает дальнейшее разложение по сравнению с отходами, которые выращиваются или разбрасываются на суше, где преобладают аэробные условия. [3]
Целью внесения отходов бурения в почву является предоставление возможности естественной микробной популяции почвы метаболизировать, трансформировать и ассимилировать компоненты отходов на месте. Использование земель как форма биоремедиации описано в отдельном информационном бюллетене. [4]
Для описания этого подхода к управлению отходами , который можно рассматривать как обработку, так и утилизацию, используется несколько терминов . В целом, земледелие подразумевает многократное внесение отходов на поверхность почвы, тогда как разбрасывание земель и обработка земель часто используются как синонимы для описания однократного внесения отходов на поверхность почвы. Некоторые практикующие специалисты не следуют одному и тому же терминологическому соглашению и могут менять местами все три термина. Читателям следует сосредоточиться на технологиях, а не на конкретных названиях, присвоенных каждому процессу.
Оптимальные методы земледелия уравновешивают добавление отходов со способностью почвы ассимилировать компоненты отходов, не разрушая целостность почвы, не создавая проблем с подземным загрязнением почвы или не вызывая других неблагоприятных воздействий на окружающую среду.
Разведочная и добывающая промышленность уже много лет использует земледелие для очистки отходов нефтедобывающей промышленности. Земледелие — это контролируемое и многократное внесение отходов на поверхность почвы с использованием микроорганизмов в почве для естественного биоразложения углеводородных компонентов, разбавления и ослабления металлов, а также преобразования и ассимиляции компонентов отходов.
Земледелие может быть относительно дешевым подходом к обращению с отходами бурения . Некоторые исследования показывают, что земледелие не оказывает отрицательного воздействия на почвы и может даже принести пользу некоторым песчаным почвам за счет увеличения их водоудерживающей способности и снижения потерь удобрений . Неорганические соединения и металлы разбавлены в почве, а также могут быть включены в матрицу (посредством хелатирования , реакций обмена, ковалентной связи или других процессов) или могут стать менее растворимыми в результате окисления , осаждения и воздействия pH. Ослабление тяжелых металлов (или поглощение металлов растениями ) может зависеть от содержания глины и катионообменной способности.
Оптимизация работы наземных ферм: добавление воды , питательных веществ и других добавок (например, навоза , соломы ) может повысить биологическую активность и аэрацию почвы, тем самым предотвращая развитие условий, которые могут способствовать выщелачиванию и мобилизации неорганических загрязнителей. В периоды продолжительной засухи также может потребоваться контроль влажности, чтобы свести к минимуму пыль.
Периодическая обработка смеси (для увеличения аэрации ) и добавки питательных веществ в смесь отходов и почвы могут усилить аэробное биоразложение углеводородов. После применения отходов осуществляется мониторинг концентрации углеводородов для измерения прогресса и определения необходимости усиления процессов биоразложения . Нормы внесения следует контролировать, чтобы свести к минимуму возможность стока.
Предварительная обработка отходов путем компостирования и активация аэробного биоразложения путем регулярного переворачивания ( валки ) или принудительной вентиляции (биопиля) может уменьшить площадь площадей, необходимых для земледелия (Morillon et al. 2002).
Пример фермы по переработке отходов бурения: В 1995 году HS Resources, нефтегазовая компания, действующая в Колорадо, получила разрешение на создание некоммерческой земельной фермы по переработке и переработке неопасных отходов нефтяных месторождений компании, включая буровые растворы . На ферме отходы, смешанные с почвой, загрязненной углеводородами других объектов, раскладываются слоем толщиной один фут или меньше. Естественная бактериальная активность усиливается за счет периодического внесения коммерческих удобрений, ежемесячной обработки почвы (для добавления кислорода ) и полива (для поддержания влажности 10–15%). Очистка считается завершенной, когда уровень углеводородов достигает концентрации, установленной регулирующими органами; не все агентства используют одни и те же стандарты приемлемости. Вода и почва периодически контролируются для подтверждения отсутствия негативного воздействия на почву или грунтовые воды, а также ведутся записи об источнике и расположении восстановленной почвы. Ориентировочные затраты на обработку, включая транспортировку, разбрасывание, поправки и мониторинг, составляют около 4–5 долларов за кубический ярд. Когда обработанный материал перерабатывается в качестве засыпки, чистые затраты составляют около 1 доллара за кубический ярд. Капитальные затраты (не включенные в смету затрат на лечение) были возмещены в течение первых восьми месяцев работы (Коул и Марк, 2000).
Соображения по поводу реализации: Преимущества земледелия включают его простоту и низкие капитальные затраты, возможность многократной загрузки отходов на один и тот же участок земли, а также возможность улучшения состояния почвы. Проблемы, связанные с земледелием, заключаются в высоких затратах на его содержание (например, на периодическую обработку земли, удобрения ); потенциально большие требования к земле; и необходимый анализ, тестирование, демонстрация и мониторинг. Повышенные концентрации углеводородов в отходах бурения могут ограничить норму применения отходов на площадке.
Отходы, содержащие соль, также следует вносить в почву только с осторожностью. Соль, в отличие от углеводородов, не может биоразлагаться, но может накапливаться в почвах, которые имеют ограниченную способность воспринимать соли. Если уровень соли станет слишком высоким, почвы могут быть повреждены, а обработка углеводородов может быть затруднена. Соли растворимы в воде, и с ними можно бороться. Управление солью является частью разумной эксплуатации земельного хозяйства.
Еще одна проблема, связанная с земледелием, заключается в том, что, хотя соединения нефти с более низкой молекулярной массой биоразлагаются эффективно, соединения с более высокой молекулярной массой биоразлагаются медленнее. Это означает, что повторное применение может привести к накоплению высокомолекулярных соединений. В высоких концентрациях эти непокорные компоненты могут повысить водоотталкивающие свойства почвы, повлиять на рост растений, снизить способность почвы поддерживать разнообразные сообщества организмов и сделать землю фермы непригодной для использования без обработки или внесения изменений. [5] Недавние исследования подтвердили идею о том, что добавление дождевых червей в полевых условиях с выбранными органическими добавками может ускорить долгосрочное восстановление традиционно обработанной почвы, загрязненной нефтью. Роющая и питающаяся деятельность дождевых червей создает пространство и позволяет пищевым ресурсам стать доступными для других почвенных организмов, которые в противном случае не смогли бы выжить. Использование дождевых червей в Европе улучшило биологическое качество почв некоторых крупномасштабных мелиоративных проектов.
При рассмотрении земледелия как варианта управления отходами следует учитывать несколько моментов. К ним относятся топография участка, гидрология участка, использование соседних земель, а также физический (текстура и объемная плотность) и химический состав отходов и образующейся смеси отходов и почвы. Отходы, содержащие большое количество нефти и различных добавок, могут оказывать различное воздействие на звенья пищевой цепи. Компоненты, вызывающие особую озабоченность, включают pH, азот (общая масса), основные растворимые ионы ( Ca , Mg , Na , Cl ), электропроводность, общее количество металлов, экстрагируемые органические галогены, содержание масла и углеводороды. В буровых растворах на нефтяной основе обычно используется эмульгированная фаза, содержащая от 20 до 35 процентов по массе рассола CaCl 2 . Эта соль может быть проблемой в некоторых регионах, например, в некоторых частях Канады, на Среднем континенте и в Скалистых горах. По этой причине появились альтернативные системы бурового раствора, в которых в качестве эмульгированной внутренней водной фазы используется экологически предпочтительная полезная соль, такая как нитрат кальция или сульфат калия .
Отходы, которые содержат значительные уровни биологически доступных тяжелых металлов и стойких токсичных соединений, не являются хорошими кандидатами для земледелия, поскольку эти вещества могут накапливаться в почве до уровня, который делает землю непригодной для дальнейшего использования (E&P Forum 1993). (Мониторинг территории может помочь гарантировать, что такого накопления не произойдет.) Наземным фермам могут потребоваться разрешения или другие одобрения регулирующих органов, и, в зависимости от состояния почвы, некоторым наземным фермам могут потребоваться облицовки и/или скважины для мониторинга грунтовых вод.
При обработке земель (также известной как разбрасывание земель) процессы аналогичны процессам земледелия, где естественные почвенные процессы используются для биоразложения органических компонентов отходов. Однако при обработке земель отходы вносятся единоразово на земельный участок. Цель состоит в том, чтобы утилизировать отходы таким образом, чтобы сохранить химические , биологические и физические свойства недр, ограничивая накопление загрязняющих веществ и защищая качество поверхностных и подземных вод. Площадь распространения земли определяется на основе расчетной нормы загрузки, которая учитывает абсолютную концентрацию солей , концентрацию углеводородов , концентрацию металлов и уровень pH после смешивания с почвой. Отходы бурения разбрасываются по земле и заделываются в верхнюю зону почвы (обычно верхние 6–8 дюймов почвы) для усиления испарения и биоразложения углеводородов . Земля управляется таким образом, чтобы почвенная система могла разлагать, транспортировать и ассимилировать компоненты отходов. Каждый участок обработки земли обычно используется только один раз.
Оптимизация операций по обработке земель: Добавление воды, питательных веществ и других добавок (например, навоза, соломы) может повысить биологическую активность/аэрацию почвы и предотвратить развитие условий, которые могут способствовать выщелачиванию и мобилизации неорганических загрязнителей. В периоды продолжительной засухи также может потребоваться контроль влажности, чтобы свести к минимуму пыль. Периодическая обработка смеси (для увеличения аэрации) и добавление питательных веществ в отходную почвенную смесь могут усилить аэробное биоразложение углеводородов, хотя на практике не все проекты обработки земель включают повторную обработку. После применения отходов можно контролировать концентрацию углеводородов для измерения прогресса и определения необходимости усиления процессов биоразложения.
Рекомендации по реализации: Поскольку на места распределения отходов поступает только однократное внесение отходов, вероятность накопления компонентов отходов в почве снижается (по сравнению с земледелием, где отходы вносятся неоднократно). Хотя облицовки и мониторинг фильтрата обычно не требуются на участках обработки земель, следует оценить топографию участка , гидрологию , а также физический и химический состав отходов и полученной смеси отходов и почвы, при этом нормы внесения отходов должны контролироваться, чтобы свести к минимуму возможность стока. .
Эксперименты, проведенные во Франции, показали, что после разбрасывания на сельскохозяйственных угодьях шлама на нефтяной основе с последующей вспашкой , вспашкой и внесением удобрений в почве остается примерно 10% исходного количества нефти. Фитотоксического воздействия на всхожесть и прорастание семян не наблюдалось, однако урожайность кукурузы и пшеницы снизилась на 10%. [6] Урожайность других культур не пострадала. Процент снижения содержания углеводородов и урожайность будут варьироваться от участка к участку в зависимости от многих факторов (например, продолжительности времени после внесения, типа углеводорода, химического состава почвы, температуры).
Затраты на разбрасывание по земле обычно составляют от 2,50 до 3,00 долларов США за баррель буровых растворов на водной основе, не загрязненных нефтью, и они могут быть выше для нефтесодержащих отходов, содержащих соли (Бансал и Суджиарто, 1999). Затраты также зависят от требований к отбору проб и анализу.
Преимуществами разбрасывания земли являются низкие затраты на обработку и возможность того, что этот подход может улучшить характеристики почвы. Распределение по земле наиболее эффективно используется для отходов бурения, имеющих низкое содержание углеводородов и солей. Потенциальные проблемы включают потребность в больших земельных участках; относительно медленный процесс разложения (скорость биоразложения контролируется собственными биоразлагаемыми свойствами компонентов отходов, температурой почвы, содержанием почвенной воды и контактом между микроорганизмами и отходами); и необходимость анализа, тестов и демонстраций. Кроме того, высокие концентрации растворимых солей или металлов могут ограничить использование наземного разбрасывания.
При оценке распределения земель как варианта обращения с отходами бурения следует учитывать несколько моментов. К ним относятся топографические и геологические особенности всей территории; текущая и вероятная будущая деятельность вокруг места захоронения; гидрогеологические данные (местоположение, размер и направление стока существующих поверхностных водоемов и пресных или пригодных для использования водоносных горизонтов); естественные или существующие схемы дренажа; близлежащие экологически чувствительные объекты, такие как водно-болотные угодья, городские территории, исторические или археологические памятники и охраняемые места обитания; наличие исчезающих видов; и потенциальное воздействие на качество воздуха. Кроме того, следует проанализировать исторические данные о распределении осадков, чтобы установить требования к влажности для распределения земель и спрогнозировать чистую скорость испарения. Должны быть идентифицированы устройства, необходимые для контроля потока воды в, на или из систем объекта. Отходы должны быть охарактеризованы в ходе оценки; отходы бурения с высоким содержанием углеводородов и солей могут оказаться непригодными для разбрасывания по земле.
Некоторые черенки можно с пользой использовать повторно. Прежде чем шлам можно будет повторно использовать или переработать, может потребоваться предпринять шаги, чтобы гарантировать, что содержание углеводородов и хлоридов будет снижено до значений, установленных стандартами повторного использования соответствующих руководящих органов.
На некоторых участках допускается повторное использование отходов путем разбрасывания дорог. Для этого может потребоваться разрешение как соответствующих государственных органов, так и владельцев земли.
Буровой шлам также может быть переработан для использования в качестве сыпучих твердых строительных материалов, таких как дорожное основание для дорог и площадок. Черенки необходимо сначала просеять и высушить, прежде чем обрабатывать их в мельнице или аналогичном методе смешивания. [3] [7] Отходы бурения также можно перерабатывать в смесях для других крупных, по существу монолитных специализированных бетонных конструкций.
Эта статья включает общедоступные материалы с веб-сайтов или документов Министерства энергетики США .
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )