Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Осадки буровых сточных вод (ОБСВ) образуются при регенерации отработанных промывных растворов, тампонаже затрубного пространства скважин, их ремонте, а также отстаивании сточных вод в накопителях на нефтедобывающих месторождениях. ОБСВ представляют собой частицы выбуренной горной породы, взвешенные в объеме отработанного бурового раствора. Их исходная влажность колеблется в широком диапазоне от 78 до 98,0 %. В связи с этим основной технологической операцией по обработке осадков выступает обезвоживание.
В условиях удаленных месторождений нефтегазового комплекса строительство сооружений механического обезвоживания осадков является высокозатратным мероприятием. В настоящее время наиболее распространенным методом обработки осадков является их размещение в земляных выемках - шламовых амбарах, являющихся аналогом иловых площадок на естественном основании. Их существование приводит к отторжению значительных земельных территорий и загрязнению подземных вод.
Кроме обезвоживания, осадки должны подвергаться дополнительной обработке: кондиционированию, стабилизации, упрочнению и др. Создание узлов и оборудования по стабилизации обезвоженных осадков также приводит к дополнительным затратам.
Обезвоживание и стабилизация ОБСВ сопровождаются образованием загрязненного фильтрата и необходимостью создания дополнительных мощностей по его очистке перед сбросом в окружающую среду.
Таким образом, необходимость создания малозатратных сооружений обработки ОБСВ, совмещающих в одном технологическом узле обезвоживание, упрочнение осадка и очистку фильтрата, является актуальной задачей.
Перспективным направлением является обработка осадков в контейнерах, выполненных в виде оболочек из фильтрующих текстильных материалов, представляющих собой макропористые полимерные мембраны. Фильтрующие текстильные оболочки обеспечивают обработку осадков в одном технологическом узле с их обезвоживанием, упрочнением структуры (фильтрационная консолидация), образованием малозагрязненного фильтрата. Данный метод применятся, в основном, для обработки осадков станций аэрации, а также осадков водоподготовки. В отличие от них, ОБСВ обладают рядом особенностей, вызванных неоднородностью состава выбуренной горной породы.
Степень разработанности темы исследования. Вопросы обработки осадков буровых сточных вод рассматривались в работах Булатова А. И., Грешишина В. И, Ягафаровой Г. Г., Шиманского А. А., Барахниной В. Б., Быкова Ю. И., Кроль В. В. и др. Все существующие методы и технологии обработки осадков буровых сточных вод имеют ряд недостатков: сложные и дорогостоящие конструктивные решения, необходимость точного дозирования реагентов, ограниченный диапазон характеристик осадка. Актуальной остается задача разработки доступной унифицированной технологии обработки осадков буровых сточных вод, позволяющей с минимальными затратами перерабатывать осадки буровых сточных вод различной природы.
Целью настоящей работы является разработка и исследование малозатратной технологии обработки осадков буровых сточных вод с применением фильтрующих текстильных оболочек.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Определить целесообразность разработки предлагаемого способа обработки
ОБСВ на основе анализа состава и свойств осадкообразующих компонентов.
2. Провести теоретические и экспериментальные исследования процесса
обезвоживания ОБСВ различной природы и состава при фильтровании через
макропористую текстильную мембрану односторонней проводимости и последовательно
наращиваемый намывной слой.
3. Исследовать процесс фильтрационной консолидации ОБСВ при долговременном
пребывании в фильтрующем контейнере.
-
Получить математические зависимости, описывающие кинетику процесса обезвоживания ОБСВ в лабораторных и промышленных условиях.
-
Разработать конструктивное оформление технологии обработки ОБСВ с применением фильтрующих оболочек и провести её промышленное испытание.
-
Оценить технико-экономическую эффективность разработанной технологии мембранной обработки ОБСВ.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Разработан новый энергосберегающий способ обработки ОБСВ,
заключающийся в последовательном осуществлении процессов обезвоживания и
упрочнения осадка в контейнерах из фильтрующих текстильных материалов с
выделением малозагрязненного фильтрата и последующей подготовке обезвоженного
осадка и фильтрата к утилизации.
2. Теоретически и экспериментально обоснованы закономерности фильтрации
ОБСВ через замкнутую макропористую мембрану с наращиваемым слоем уплотняемого
осадка в зависимости от исходных параметров обрабатываемого осадка.
-
Определены граничные показатели состояния осадков в процессе пребывания в фильтрующих контейнерах: фильтрационно-пластификационный и пластификационно-консолидационный переходы.
-
Получены функциональные зависимости эффективности обезвоживания ОБСВ от продолжительности их пребывания в фильтрующем контейнере.
Теоретическая и практическая значимость работы.
-
Разработанная контейнерная технология послужила основой для создания новых и модернизации существующих сооружений обработки ОБСВ с последовательным осуществлением процессов обезвоживания и упрочнения осадков, а также подготовки полученных кека и фильтрата к утилизации в едином технологическом узле.
-
Выявлены закономерности процесса фильтрации через мембрану и уплотненный слой осадка, полученные на их основе расчетные характеристики, а также получены математические зависимости обезвоживания, позволяющие разработать технологический регламент контейнерной обработки ОБСВ для производства грунтоподобных рекультивационных материалов.
-
Предложена новая система оценки, подготовки и утилизации осадков буровых сточных вод, учитывающая генезис физико-механических свойств исходных осадков буровых сточных вод.
-
Разработано конструктивно-технологическое оформление комплекса обработки ОБСВ при помощи фильтрующих оболочек.
Методология и методы исследований.
В работе осуществлено обобщение сведений, содержащихся в научно-технической и специальной литературе. Проведены лабораторные исследования и промышленные испытания с применением современных математических методов планирования и обработки экспериментальных данных. Применены общепринятые методики для расчета технико-экономической эффективности разработанной технологии.
Автор выносит на защиту:
- способ и технологию обработки осадков буровых сточных вод при помощи
макропористых мембран с последующей утилизацией обезвоженного осадка;
результаты экспериментальных исследований процесса фильтрации осадков через пористую эластичную перегородку с постепенно наращиваемой толщиной уплотняемого осадка (кека);
математические зависимости, описывающие процессы обезвоживания осадков в контейнере;
- закономерности изменения прочностных свойств кека;
- конструктивное оформление комплексов совместной обработки и утилизации осадков буровых сточных вод с выделением функциональных технологических зон.
Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом проведенных экспериментальных исследований состава и свойств ОБСВ и фильтрата, процессов обезвоживания и упрочнения осадка в лабораторных и промышленных условиях с использованием утвержденных методик анализа, высокоточных приборов и оборудования.
Практическая реализация работы.
Разработанная технология обработки осадков буровых сточных вод при помощи фильтрующих текстильных материалов внедрена в проектирование очистных сооружений на Самотлорском месторождении Ханты-Мансийского автономного округа. Полученный расчетный среднегодовой экономический эффект от внедрения предложенной технологии составляет 18,6 млн.руб. в ценах 2013 года.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на VI Международной научно-практической конференции "Нефтегазовые технологии", Самара, 2009; Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР 2009 года «Традиции и инновации в строительстве и архитектуре», Самара, 2010; IV Всероссийской (78-ой Итоговой) студенческой научной конференции «Студенческая наука и медицина XXI века: традиции, инновации и приоритеты» (Секция «Коммерциализация результатов научно-технической деятельности»), Самара, 2010; Всероссийской (инновационной) молодежной научной конференции «Металлургия и новые материалы», Самара, 2010; VTI Международной научно-практической конференции "Нефтегазовые технологии", Туапсе, 2010; 69-ой Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР «Традиции и инновации в строительстве и архитектуре», Самара, 2012; III Международном экологическом конгрессе (V Международной научно-технической конференции) «Проблемы и инновационные решения в области инженерного обеспечения экологической и промышленной безопасности», Тольятти, 2011; 70-ой научно-технической конференции «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика», Самара, 2013.
Публикации по результатам исследований. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 135 листах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав, библиографического списка литературы из 183 наименований, содержит 19 рисунков, 16 таблиц и 6 приложений.
