Содержание к диссертации
Введение
1. Научно-технические предпосылки оценки и при менения бурового шлама в производстве строи тельных материалов 10
1.1. Геоэкологические условия нефтяных и газовых месторождений полуострова Ямал 12
1.2. Безвозвратная утилизация отходов бурения 23
1.3. Утилизация отходов бурения в производстве строительных материалов 28
1.4. Утилизация буровых раствора и шлама в нефтегазовой отрасли 33
1.5. Методики оценки опасности бурового шлама 38
1.6. Выводы по главе 1. Научная гипотеза 40
2. Методика и резулбтаты исследований состава и свойств бурового шлама 42
2.1. Методика исследований и оборудование 42
2.2. Рентгенофазовый анализ, гранулометрический и минеральный составы и свойства шлама 45
2.3. Микроструктурный, элементный и химический анализы 52
2.4. Жизненный цикл бурового шлама 68
2.5. Выводы по главе 2 70
3. Геоэкологическая и материаловедческая оценка утилизации бурового шлама в технологии керами ческого кирпича 72
3.1. Применение бурового шлама в технологии производства эффективных стеновых материалов 73
3.2. Структура и свойства эффективных стеновых материалов 78
3.3. Геоэкологическая оценка утилизации 86
3.4. Выводы по главе 3 94
4. Геоэкологическая, техническая оценка утилизации бурового шлама при балластировке подвод ных трубопроводов и экономический эффект утилизации бурового шлама 96
4.1. Применение бурового шлама для строительства подводных трубопроводов 96
4.2. Структура цементного бетона для строительства подводных трубопроводов 102
4.3. Геоэкологическая оценка утилизации бурового шлама при строительстве подводных трубопроводов 106
4.4. Внедрение результатов работы и экономический эффект утили зации бурового шлама 113
4.5. Выводы по главе 4 118
Заключение 121
Библиографический список
- Безвозвратная утилизация отходов бурения
- Микроструктурный, элементный и химический анализы
- Структура и свойства эффективных стеновых материалов
- Геоэкологическая оценка утилизации бурового шлама при строительстве подводных трубопроводов
Введение к работе
Актуальность темы исследования. При бурении нефтяных и газовых скважин образуется много бурового шлама. После подъма на поверхность земли шлам проходит через несколько сит, центрифугу, обезвреживается и перемещается в отвалы и т.п. Отвалы бурового шлама на Бованенковском нефтегазоконденсатном месторождении (НГКМ) занимают более 1000 га территории и составляют свыше миллиона тонн. Это наносит вред окружающей среде, нарушает экосистемы, равновесие многолетних мрзлых пород - ММП, отравляет водные ресурсы, уничтожает почвенный слой, растительность и мешает устойчивому развитию перспективного региона. Известные методики не позволяют комплексно оценить использование бурового шлама в производстве строительных материалов с учтом их технических и структурных характеристик, соответствующих стандартам. В настоящий момент утилизация бурового шлама, например, на полуострове Ямал является большой народнохозяйственной проблемой.
Решением проблемы геоэкологической безопасности в режиме устойчивого развития региона является разработка комплексной методики территориально-геоэкологической оценки по жизненному циклу бурового шлама в производстве строительных материалов. Это позволит высвободить территории и получить геоэкологический и экономический эффекты.
Работа выполнена в соответствии с локальным проектом № 12 НИУ МГСУ и программой «Сервисного Центра СБМ» по договору № К.362-11 от 18.07.20011 г.
Объект исследования: геоэкологическая оценка утилизации бурового шлама в технологии производства строительных материалов.
Предмет исследования: геоэкологическая оценка утилизации бурового шлама в технологии производства керамического щелевого кирпича и фибробетона для балластировки подводных трубопроводов.
Степень разработанности избранной темы. При работе над диссертацией была проанализирована научно-техническая, патентная и нормативная литература. Были обобщены литературные источники по геоэкологии
криолитозоны, геологии, технологии бурения и освоения скважин, климатологии, почвоведению, механике грунтов, строительному материаловедению российских и зарубежных авторов (Теличенко В.И., Потапов А.Д., Евграфова И.М., Чертес К.Л., Грива Г.И., Березняков А.И., Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Скоробогатов В.А., Орешкин Д.В., Тупицына О.В., Соков В.Н., Перфи-лов В.А.). Были изучены работы по негативному влиянию отходов бурения на ММП и всю окружающую среду, а также технологии производства строительных материалов, в том числе по жизненному циклу. Работы по данным вопросам имеют несомненную научную значимость. Однако, вопрос утилизации бурового шлама в производстве строительных материалов изучен мало, а методика геоэкологической оценки использования бурового шлама в таком производстве в связи с территориальной принадлежностью и их техническими свойствами не изучались.
Научная гипотеза. Буровой шлам оказывает негативное влияние на окружающую среду и его накопление изменяет ландшафт, режимы сезонного протаивания, снеготаяния, режимы подземных и поверхностных грунтовых вод, рек и водомов, растительность, уничтожает почвы в условиях ММП. Было предположено, что утилизация бурового шлама при производстве строительных материалов позволит освободить площади, сохранить окружающую среду и получить геоэкологический и экономический эффекты.
Цель и задачи. Целью диссертации является разработка методики геоэкологической оценки по жизненному циклу утилизации бурового шлама в производстве щелевого керамического кирпича и фибробетона для балластировки подводных трубопроводов (на примере Бованенковского месторождения).
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Анализ научно-технических предпосылок оценки и применения бурового
шлама в производстве строительных материалов.
2. Разработка методики и получение результатов исследования состава и
свойств бурового шлама.
3. Геоэкологическая и материаловедческая оценка утилизации бурового
шлама в технологии керамического кирпича.
4. Геоэкологическая, техническая оценка утилизации бурового шлама при
балластировке подводных трубопроводов и определение экономического
эффекта утилизации бурового шлама.
Научная новизна.
- Разработаны научные основы комплексной методики территориально-
геоэкологической оценки бурового шлама, его утилизации при производстве
керамического кирпича и фибробетона для балластировки подводных трубо
проводов по жизненному циклу для снижения негативных воздействий на
окружающую среду на 25 ...40 % за счт, расходов газа и электроэнергии.
- Результаты снижения уровня опасности при утилизация бурового шлама с III
класса опасности при получении керамического кирпича IV класса опасности
за счт уменьшения температуры обжига на 110 ...200 0С, времени сушки
сырца, уменьшения выбросов парниковых газов в атмосферу и пыли в рабо
чей зоне.
Установлены зависимости величины негативных геоэкологических воздействий материалов на основе бурового шлама и технологий утилизации в производстве от продолжительности жизненного цикла бурового шлама.
Установлено время восстановления экосистем территорий при утилизации бурового шлама, равное 7,5 годам, за счт применения технологий производства щелевого керамического кирпича и фибробетона для балластировки подводных трубопроводов с высокими техническими свойствами.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Разработана комплексная методика территориально-геоэкологической оценки бурового шлама, производства строительных материалов на его основе и е блок-схема. Установлена продолжительность жизненного цикла бурового шлама при утилизации, определяемая началом производства керамического кирпича и фибробетона на основе шлама.
Ряд положений диссертации используются учебном процессе при изу-
чении дисциплины «Современные строительные материалы и системы».
Разработаны и утверждены в ООО «Фрегат Строй» ТУ 5741-014-92661614-2015 «Эффективный щелевой керамический кирпич на основе бурового шлама». Разработаны и утверждены ООО «Комбинат производственных предприятий» технические условия ТУ 5853-036-70436213-2015 «Цементный фибробетон на основе бурового шлама для балластировки подводных трубопроводов».
Методология и методы диссертационного исследования. Методической основой работы являются физико-механические методы, методы рент-генофазового, растрового микроструктурного и химического анализов, метод экологической оценки отрицательных воздействий строительных материалов по жизненному циклу.
Положения, выносимые на защиту:
- Разработка основ комплексной методики территориально-геоэкологической
оценки бурового шлама, его утилизации при производстве керамического
кирпича и фибробетона для балластировки подводных трубопроводов по
жизненному циклу для снижения негативных воздействий на окружающую
среду на 25 ...40 % за счт, расходов газа и электроэнергии.
- Установленные зависимости величины негативных геоэкологических воз
действий материалов на основе бурового шлама и технологий утилизации в
производстве от продолжительности жизненного цикла бурового шлама.
- Определено, что утилизация бурового шлама III класса опасности позволяет
получить керамический кирпич IV класса опасности за счт уменьшения
температуры обжига на 110 ...200 0С, времени сушки сырца, уменьшения
выбросов парниковых газов в атмосферу и пыли в рабочей зоне.
- Установленное время восстановления экосистем территорий при утилиза
ции бурового шлама, равное 7,5 годам, за счт применения технологий про
изводства щелевого керамического кирпича и фибробетона для балластиров
ки подводных трубопроводов с высокими техническими свойствами.
Личный вклад соискателя в решение исследуемой проблемы заключа -
ется в обобщении, систематизации, анализе и развитии теоретических аспектов исследуемых вопросов, а также разработке и апробации полученных результатов. Соискателем самостоятельно получены, интерпретированы и апробированы результаты исследований.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность ре-зультатов работы обеспечена использованием адекватного научной практике исследовательского и аналитического аппарата, апробацией полученных результатов при опытном внедрении. При геоэкологической оценке по жизненному циклу материалов применялись апробированные научно-технические положения. При получении новых данных и испытаниях стандартного числа образцов оптимизированного состава использовалось поверенное оборудование с получением результатов с вероятностью не менее 95 %.
Основные результаты работы обсуждались и докладывались на российских, международных конференциях, форумах и выставках: Петербургской технической ярмарке (Санкт-Петербург, 2012); всероссийской конференции «Устойчивость, безопасность и энергоресурсосбережение в современных архитектурных, конструктивных, технологических решениях и инженерных системах зданий и сооружений», (Москва, 2013); выставке «Нефтедобыча. Нефтепереработка. Химия», «Экспо-Волга» (Самара, 2013), международной конференции «Оценка рисков и безопасность в строительстве. Новое качество и надежность строительных материалов и конструкций на основе высоких технологий» (Москва, 2012, 2013,2014).
Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 5 научных публикациях, в том числе, в 4 статьях в журналах, входящих в Перечень ВАК РФ, и 1 статья в журнале, индексируемый в Scopus.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и результатов, библиографического списка из 191 наименования и 4 приложений. Работа изложена на 144 страницах текста, содержит 55 рисунков, 29 таблиц.
Безвозвратная утилизация отходов бурения
В России месторождения находятся, в основном, в труднодоступных регионах страны: на Севере Западной Сибири, Крайнем Севере и др. В этих регионах наблюдаются сложные геологические и климатические условия, которые осложняются наличием многолетних мёрзлых пород (ММП) [8, 9-25].
Более половины территории России находится в зоне с многолетними мерзлыми породами. На территории полуострова Ямал льдистость достигает 80 % [1, 3, 7]. В замёрзшем состоянии ММП имеет хорошую несущую способность: прочность при сжатии, например, льда более 10 МПа [1, 4, 6, 7]. С точки зрения геоэкологических условий в зоне распространения ММП следует отметить несколько значимых составляющих, оказывающих негативное влияние на окружающую среду [1, 7, 28, 129-84, 85]: 1. Атмосфера, в том числе климатические условия. 2. Гидрологические условия, создаваемые реками, озёрами, подземными водами, в том числе таликами. 3. Лито- и биосферными условиями, которые определяются горными поро дами, многолетней мерзлотой, ландшафтом, покрытым почвенным слоем с растительностью. Через указанные слои осуществляется проводка разведоч ных, нефтяных и газовых скважин. При бурении скважин образуются боль шое количество техногенных отходов в виде бурового шлама, который фор мирует отвалы и т.п. Это явление наносит вред окружающей среде. Полуостров Ямал расположен в арктической зоне на севере Тюменской области за Полярным кругом [85, 86] и со всех сторон окружен Байдарацкой, Обской, Тазовской губами – заливами Карского моря. Протяженность береговой линии составляет около 5100 километров. Ямал имеет большую протяженность с севера на юг: от 68 до 73 с.ш. Климат региона является морским, арктическим: с низкими температурами воздуха, большими влажностью и облачностью, малым количеством осадков и частыми туманами в лет 13 ний период. Климат формируется под действием своеобразного радиационного режима, близостью Карского моря и материка и др. [32, 85, 86].
Среднее месячные температуры воздуха на Ямале в январе и феврале изменяются от минус (17 до 27) С. Периоды с сильными морозами и ветрами не продолжительны (2...4 дня подряд). Абсолютный максимум температуры наблюдается в июле – плюс (26 ...30) С. Однако, летом возможны отрицательные температуры [29, 32]. В конце сентября - начале октября повсеместно происходит переход к отрицательным температурам. Относительная влажность воздуха составляет 82...88 % - зимой, а летом – 88...91 % [29, 32].
Средняя скорость ветра для Ямала: зимой – 7...10 м/с, а летом – 5...6 м/с. Максимальная скорость ветра зимой достигает 34...40 м/с.
Среднее число дней с сильным ветром – 34...49 дней в году. Повторяемость штормов зимой - 13...18 %, а летом – 4...6 %. Во время штормов наблюдается повышение температуры воздуха и метели [29, 32, 85, 86].
На Ямале достаточно часто бывают туманы: в основном - в теплоё время года. Летом над Ямалом наблюдается наибольшая облачность, которая составляет 8...9 баллов, а наименьшая облачность отмечается зимой – 5...6 баллов [85, 86].
Годовое количество осадков на Ямале составляет от 300 до 450 мм. За счёт недостаточного испарения и тепла это количество является избыточным, поэтому число дней в году со снежным покровом составляет 230...250. Высота снежного покрова изменяется от 140...200 мм в октябре-ноябре до 450...500 мм – в апреле. Снежный покров сходит в июне – июле. Среднегодовое число дней с метелями колеблется от 85 до 130. Устойчивое образование льда в прибрежных водах н Карского моря начинается в октябре, а в открытом море – в ноябре. В прибрежной зоне формируется припай разной ширины до заприпайных полыней. Так, например, средняя ширина Ямальской полыньи в период с февраля по июнь колеблется от 25 до 115 км. Повторяемость ее образования в этот период составля 14 ет от 32 до 84 %. Интенсивное очищение Карского моря начинается с июля и происходит с большой скоростью за 20...30 суток [29, 32, 85, 86]. На полуострове Ямал более 50 тысяч озер, большое количество малых рек. К значительным можно отнести три реки [85, 86, 95-99]: - р. Юрибей (длина - 450 км, ширина - 200 м, глубина – 4...4,5 м, ширина поймы – 9 км, максимальный подъем уровня воды в половодье 3...4 м, толщина льда - до 2 м). - р. Ясавэй-Яха (длина - 195 км, ширина - 100 м, глубина – 3...3,5 м, ширина поймы - 3 км, пойма заболочена, толщина льда - до 2 м. - р. Морды-Яха (длина - 300 км, ширина русла - 180 м, глубина – 4...5 м, ширина поймы - 17 км, поверхность поймы плоская, покрыта травяным дёрном и низким кустарником, ледостав устанавливается в начале октября, толщина льда – до 2 м, мощный ледоход в течение 3...5 дней.
Все реки Ямала принадлежат бассейну Карского моря и относятся к двум водосборам. Реки западной половины Ямала несут свои воды в Байда-рацкую губу или непосредственно в Карское море, а реки восточной части полуострова впадают в Обскую губу [85, 86].
Все реки Ямала - равнинные. Русла рек имеют форму корыта и слабо врезаны. Разрушение берегов проходит в период половодья.
Полуостров Ямал обладает большими ресурсами пресной воды в виде озер, которых более 50 тысяч. К крупным относятся озёра: Ярато, Ямбуто, Нейто. Из них 92 имеют площадь более 5 км2. В основном, питаются озера талыми водами. Осенью на озерах Ямала устанавливается ледостав [85, 86].
Почвенные покровы ландшафтов речных долин полуострова Ямал очень динамичны, молоды и легко уязвимы при антропогенном воздействии.
Ландшафт Ямала, в основном, ровный. Есть холмы, впадины, овраги. Перепады высот не превышают 90 метров. Средняя высота полуострова около 50-ти метров. Ландшафт также составляют, как уже отмечалось, более 50 тысяч озер, большое количество рек с долинами и территориями между ними [29, 87-94].
Микроструктурный, элементный и химический анализы
По данным таблицы 2.2.4 и рисунка 2.2.5 на долю частиц с размерами от 10 до 50 мкм приходится 60,71 % шлама по массе. Доля частиц с размерами менее 10 мкм составляет 30,74 %. Количество частиц с размерами от 50 до 100 мкм – 4,18 %. Количество частиц в шламе, имеющих размер более 100 мкм составило 5,4 %.
Таким образом, буровой шлам (образец № 1) Бованенковского месторождения по модулю крупности относится к очень крупному строительному песку с водопотребностью 4 %. Однако, в нём содержится около 20 % частиц, имеющих размеры менее 1 мм. Такие частицы способствуют эрозии поверхностного слоя ландшафта полуострова Ямал, легко перемещаются ветрами, талыми и поверхностными водами. При увлажнении слоёв из бурового шлама такие грунты не имеют несущей способности. Они в данном случае похожи на растаявшие многолетние мёрзлые породы с высокой льдистостью. Однако, буровой шлам является техногенным отходом при буровых работах, поэтому его необходимо удалять с территории промыслов. Лучшим способом ликвидации жизненного цикла бурового шлама является утилизация в виде размещения при производстве строительных материалов.
Для определения элементного и химического состава исходного бурового шлама были проведены исследования микроструктуры образцов шлама на разных локальных участках. Образец № 1- из остатка шлама, непрошедшего через сита; образец № 2 – из шлама и химический анализы образца шлама № 1 на прошедшего через сита и центрифугированного. Шлам предварительно был высушен и подготовлен к исследованиям. Одновременно со съёмкой производился элементный и химический анализы на выбранных участках. Результаты исследований представлены на рисунках 2.3.1 – 2.3.7 и 2.3.16 – 2.3.24 и таблицах 2.3.1 – 2.3.10. S 0,39...0,82 SO 0,69...0,71 Ba 0,16...0,36 BaO 0, Элементный анализ образца шлама № 1 на локальном участке 3(Quanta 200 с системой микроанализа Apollo 40). Таблица 2.3.4 – Элементный локальном участке 4 (Quanta 200 с системой микроанализа Apollo 40).
Элемент Содержание атома, % Оксид Содержание оксида, % Элемент Содержание атома, % Оксид Содержание оксида, %
59 Аналогичным образом проведены исследования образца центрифугированного шлама № 2. Вначале была произведена съёмка на электронно-растровом микроскопе Quanta 200 c системой микроанализа Apollo 40 поверхности шлама образца № 2 и намечены на ней 4 локальных участка для подробного физико-химического анализа микроструктуры шлама (рисунок 2.3.16). участке 1(Quanta 200 с системой микроанализа Apollo 40). Таблица 2.3.7–Элементный и химический анализ образца шлама № 2 на локальном участке 2.(Quanta 200 с системой микроанализа Apollo 40). Элемент Содержание атома, % Оксид Содержание оксида, % Элемент Содержание атома, % Оксид Содержание оксида, %
Элементный анализ образца шлама № 2 на локальном участке 2 (Quanta 200 с системой микроанализа Apollo 40). Таблица 2.3.8 – Элементный и химический анализы образца шлама № 2 на локальном участке 3.(Quanta 200 с системой микроанализа Apollo 40).
Элемент Содержание атома, % Оксид Содержание оксида, % Элемент Содержание атома, % Оксид Содержание оксида, %
Элементный анализ образца шлама № 2 на локальном участке 3 (Quanta 200 с системой микроанализа Apollo 40). № 2 при разном увеличении хорошо просматриваются кристаллы кварца, карбонатов; таблитчатые кристаллы барита, гипса и глинистых минералов– каолинита, галлуазита, монтмориллонита в «паутине» аморфизованных коллоидных частиц бентонита, адсорбированных полимеров и др. веществ из бурового раствора.
Также, как и рентгенофазовый анализ, элементный и химический анализы подтверждают преимущественное содержание в буровом шламе основных минералообразующих элементов (в убывающем порядке) – кремния, алюминия, кальция, кварца, бария, гипса, железа. натрия, калия и соответствующих оксидов. В образце центрифугированного шлама № 2 их оказывается также больше, чем в образце № 1, что согласуется с данными рентгенофазового анализа.
Структура и свойства эффективных стеновых материалов
Данный критерий во многом определяет экологическую безопасность производства. Рабочей зоной, как определено ГОСТ 12.1.005-88, называется объём цеха, ограниченный высотой 2 м над уровнем пола. Именно в этой зоне находятся рабочие места трудящихся на таком производстве людей.
На рисунке 3.3.1 представлены негативные эффекты хранения бурового шлама, жизненный цикл щелевого керамического кирпича с использованием бурового шлама, технологическая схема его производства и влияние всего этого на окружающую среду.
В свою очередь, схема производства щелевого керамического кирпича на основе бурового шлама имеет основные технологические переделы: подготовки смеси для формования (полусухого прессования). Смесь состоит из бурового шлама (глинистой породы). Шлам, если это необходимо, измельчается на вальцах грубого и тонкого помола. Шлам проходит входной и текущий контроль. Максимальный размер зерён не должен превышать 0,1 мм.
Как было определено в о 2-й главе, буровой шлам имеет размер частиц значительно меньше, чем указанный размер. Однако, вальцы грубого и тонкого помола представлены в технологической схеме традиционных производств керамического кирпича. Затем происходит перемешивание с добавлением необходимого количества воды. После перемешивания смесь поступает в пресс полусухого прессования глиняного сырца с необходимым количеством щелей. Затем происходит укладка на сушильные паллеты. После процесса непродолжительного досушивания сырец должен иметь влажность по массе 6...8 %. Затем сырец поступает в печь на обжиг. Температура процесса обжига при использовании бурового шлама уменьшается до 840 ...850 0С. Это связано с тем, что в состав бурового шлама входят лёгкоплавкие глинистые вещества, которые образуют расплав и спекаются при более низких температурах. Следовательно, при производстве керамического кирпича на основе бурового шлама происходит значительное сокращение расхода электроэнергии при сушке сырца и его обжиге.
На всех технологических переделах формируется керамическая пыль. Она относится к 3 классу опасности. При использовании бурового шлама происходит снижение образования керамической пыли в воздухе рабочей зоны за счёт более высокой адсорбционной активности более мелких частиц к воде, а также увеличения адгезии твёрдых частиц между собой в формовочной смеси и прочности сцепления – в обожжённом кирпиче.
При внедрении изделий было определено, что концентрация керамической пыли в рабочей зоне цеха сокращалась на 40..50 %. Также удалось снизить температуру обжига на 100 ... 200 0С и практически исключить процесс сушки сырца по сравнению с традиционной технологией.
Были проведены исследования и выявлены негативные воздействия на окружающую среду. Была предложена территориально-геоэкологическая оценка технологии производства щелевого кирпича на основе бурового шлама по жизненному циклу. Результаты оценки приведены в таблице 3.3.2.
На рисунке 3.3.1 и в таблице 3.3.2 приведены блок-схема негативных геоэкологических эффектов, возникающих при хранении бурового шлама в отвалах, жизненный цикл щелевого керамического кирпича с использовани 92 ем шлама, технологическая схема производства, территориально геоэкологическая оценка технологии производства щелевого кирпича на основе бурового шлама по жизненному циклу, а также влияние всей совокупности представленных факторов на окружающую среду территории Бованен-ковского месторождения.
Технологическая схема производства щелевого кирпича включает в себя все традиционные переделы. Существенным отличием предлагаемой технологии является использование бурового шлама в составе формуемой смеси и значительное сокращение затрат энергии при производстве.
Таким образом, жизненный цикл эффективного щелевого кирпича на основе бурового шлама, включая технологию его производства, которая основана на традиционных технологических переделах полусухого прессования. Поэтому применение данной технологии возможно на существующих заводах по производству щелевого керамического кирпича при значительном уменьшении энергетических и финансовых затрат.
Жизненный цикл щелевого кирпича на основе бурового шлама с технологией его изготовления отличается, в первую очередь, снижением температуры обжига до 840 ... 850 0С, практическим исключением процесса сушки, уменьшению выбросов парниковых газов, а также снижению количества керамической пыли в рабочей зоне на 50 % при производстве.
По данным организации «Сервисный Центр СБМ» ОАО «ГАЗПРОМ» на Бованенковском НГКМ в отвалах скопилось более 1,2 миллиона тонн бурового шлама, прошедшего сита и центрифугирование. Крупные остатки на ситах идут на отсыпку дорог и оснований под новые буровые площадки, их можно использовать для приготовления бетонной смеси для балластировки подводных трубопроводов. Техногенные отходы бурового шлама занимают более 1000 гектаров ландшафта (территории).
В главах 1 и 2 установлено, что отвалы бурового шлама на площадях Бованенковского месторождения, наносят большой вред почвенному слою, водным ресурсам, многолетним мёрзлым породам, ландшафту в целом, рас 93 тительному и животному миру, несущей способности грунтов, подвергаются выветриванию и эррозии, занимают большие площади, нарушают экологическое равновесие криолитозоны и всего региона. Был сделан вывод, что буровой шлам необходимо удалять с территории Бованенковского нефтегазокон-денсатного месторождения. Лучшим вариантом его утилизации, как известно, является размещение таких отходов бурения при производстве строительных материалов. Главным итогом такого производства можно считать прекращение жизненного цикла бурового шлама как техногенного отхода.
Если использовать, находящийся в отвалах буровой шлам, то на основании результатов, приведённых в таблице 3.2.2, при производстве керамического 8-щелевого кирпича можно получить свыше 15 млн. штук эффективных кирпичей с размерами 25х25х6,5 см. Это позволит получить значительный геоэкологический и экономический эффекты.
Геоэкологическая оценка утилизации бурового шлама при строительстве подводных трубопроводов
При использовании бурового шлама уменьшается на 110 ... 200 С0 температура обжига, существенно снижается расход энергоносителей на сушку отформованного сырца до влажности 6...8 %. Это позволяет значительно уменьшить расход энергоносителей. Так, годовой расход природного газа по сравнению с существующей технологией сократился в 1,5 раза, а расход электроэнергии – в 1,6 раза. Экономический эффект по энергоносителям составил 144, 56 тысячи рублей.
Следовательно, общие затраты на производство 2 млн. штук 8-щелевого керамического кирпича в год на основе бурового шлама с учётом расходов на сырьё, природного газа и электроэнергии составят 531,2 тысячи рублей. При этом, общий экономический эффект по сравнению с традиционным производством (1271,81 тыс. руб.) будет более 740 тысяч рублей.
Таким образом, как уже отмечалось, было выпущено 42,5 тысячи штук 8-щелевого кирпича на существующей технологической линии. Годовой экономический эффект составляет более 740 тысяч рублей.
В опытном цехе «Мегионское Тампонажное управление» была выпущена партия фибробетона для балластировки подводного резервного участка газопровода «Бованенково – Ухта». Подводный участок имел длину 210 метров, диаметр трубы был 1420 мм, толщина слоя фибробетона – 80 мм. На устройство бетонного слоя ушло 75 м3 фибробетона с использованием бурового шлама, включая песчаник. Был применён соств № 3 фибробетона, который нредставлен в таблице 4.1.1.
Сравнение фибробетона, который применяется для обетонирования подводных трубопроводов, с предлагаемым бетоном, позволил получить экономический эффект в размере 47,574 тыс. рублей. Он был получен за счёт замены гранитного щебня и песка буровым шламом, который включал отходы бурения в виде песчаника.
Таким образом, территориально-геоэкологический эффект утилизации бурового шлама в производстве щелевого керамического кирпича получен, во-первых, за счёт освобождения площадей, которые занимают отвалы. Поэтому справедливо будет территориально-геоэкологический эффект связать с ущербом, наносимым окружающей среде загрязнением территории.
По методике [190] оценку загрязнения поверхности Земли можно записать выражением 4.4.1: Y = Y п (4.1) где: Y - ущерб окружающей среде; Yn - удельный ущерб от поступления 1 тонны отходов в год, m - масса таких отходов.
Удельный ущерб состоит из затрат на удаление, складирование и уничтожение (захоронение) отходов и стоимости земли. Тогда, удельный ущерб можно определить по формуле 4.4.2: Y п = Y уд Y т (4.4.2) Тогда, затраты на удаление, складирование и уничтожение (захоронение) отходов определим по формуле 4.4.3: Ууд=Зт+Сс+Ек.Ксо (4.4.3) где: Зт - затраты на погрузочно-разгрузочные и транспортные мероприятия, Сс - затраты на содержание 1 тонны отходов; Ксо - удельные расходы на создание системы склада; Ек - нормативный коэффициент экономической эффективности удельных капитальных затрат.
Затраты на выделением земель для складирования, уничтожения (захоронения) отходов можно подсчитать по формуле 4.4.4: Ym =(33+3pyS (4.4.4) где: 33 - стоимость 1 гектара земли для складирования и (уничтожение) захоронение; Зр - расходы на рекультивацию земель; S - площадь земель для складирования или уничтожение (захоронение).
Следовательно, территориально-геоэкологическая оценка утилизации и применения бурового шлама в производстве строительных материалов основывается на уменьшении расходов на содержание отвалов, амбаров и т.п., снижении объёма отвалов. Поэтому, ущерб окружающей среде при загрязнении земель за счёт хранения отходов находится по формуле 4.4.5: Y = 4 Yno4 m (4.4.5) где: Y - ущерб от загрязнения земель при складировании отходов; q - коэффициент относительной ценности земель; Yn04 - удельный ущерб окружающей среде от загрязнения земель; m - количество увеличения отходов за год.
По данным ООО «Сервисный Центр СБМ» ОАО «ГАЗПРОМ» на Бо-ваненковском НГКМ в отвалах образуется более 50 тыс. тонн бурового шлама, а занимаемые отвалами площади увеличиваются на 10 ... 20 га в год. Следовательно, наносимый ущерб окружающей среде от складирования бурового шлама составляет от 1,5 до 2 млн. рублей в год.
Таким образом, утилизация бурового шлама в производстве щелевого керамического кирпича и фибробетона для балластировки подводных трубопроводов приведёт к снижению негативной нагрузки на окружающую среду за счёт уменьшения количества буровых отходов и площадей складирования.
На основании исследований [8, 26, 27, 163, 191] разработаны технические условия по производству щелевого керамического кирпича и фибробетона для балластировки подводных трубопроводов.