Материал: Очистка сточных вод на предприятиях нефтегазового комплекса

На полупогружных буровых установках и буровых судах над вертлюгом размещают компенсатор вертикальных перемещений, позволяющий сохранять постоянную нагрузку на буровой инструмент при вертикальных перемещениях судна, вызванных волнением моря. Аналогичную технику применяют при бурении с искусственных плавучих ледовых островов.

При бурении с бурового судна с водоотделяющей колонной и подводным устьевым буровым комплексом максимальная глубина воды 2074 м, без водоотделяющей колонны (с выносом шлама на дно океана) - 6100 м.

Стоимость морского бурения выше, чем на суше: стоимость поисково-разведочной скважины (глубина около 500 м) составляет 3-6 млн. долларов для условий Мексиканского залива, 15-20 млн. долларов для условий Северного моря и до 50 млн. долларов на шельфе арктических морей.

Обусловлено это наличием над придонным устьем скважины водного пространства, необходимостью применять специальные морские основания для размещения на них бурового оборудования и выполнения с них комплекса работ, связанных с проводкой скважины, сложными гидрологическими и метеорологическими условиями работы на акваториях (ветры и волнения, приливы, отливы и течения, туманы, морось, снег и горизонтальная видимость, ледовый режим, температура воздуха и воды) и т.д.

Ветры, волнения и течения водного пространства, находящегося над придонным устьем скважины, вызывают качку плавучей буровой установки, перемещение оборудования и инструментов по ее палубе, дрейф и снос установки в направлении ветра или течения. Качка оказывает неблагоприятное физиологическое воздействие на людей, работающих на буровой установке. Волнение моря вредно и при бурении со стационарных (неподвижных) установок, так как волны, обрушивающиеся на основание буровой, могут повредить его или полностью разрушить.

Рыхлые породы морского дна обычно сильно обводнены. При бурении в таких породах для обеспечения сохранности керна и устойчивости стенок скважин приходится использовать специальные технические средства и осуществлять технологические мероприятия, требующие дополнительных материальных затрат и удовлетворяющие жестким требованиям охраны окружающей среды от загрязнения.

Бурение морских разведочных скважин на незамерзающем шельфе проводится почти исключительно с буровых установок погружного, полупогружного, самоподъёмного типов и буровых судов. Бурение эксплуатационных скважин ведётся со стационарных буровых платформ одним или двумя буровыми станками. Куст морских скважин на стационарной платформе может содержать от 12 до 96 скважин. Наметилась тенденция к росту числа эксплуатационных скважин с подводным закачиванием устья, бурение которых ведётся с самоподъёмных или полупогружных платформ[1,2].

Морская буровая платформа [3]

Рис. 3.3. Буровая и производственная платформа

Рис. 3.4. Буровая платформа.

Рис. 3.5.Буровая платформа.

Рис. 3.6. Производственная палуба.

Рис. 3.7.Палуба переработки.

Процессы, проходящие на морской буровой платформе, представлены на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Процессы, проходящие на морской буровой платформе.

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД И ОТХОДОВ БУРЕНИЯ НА СУШЕ И НА МОРЕ

При строительстве нефтяных скважин на суше и на море одной из важнейших задач является защита природной среды от жидких и твердых буровых отходов (БО), образующихся в процессе работы бурового оборудования.

БО представляют собой вещества, очистка и повторное использование которых экономически невыгодны или технологически нецелесообразны.

При бурении нефтяных и газовых скважин потребляется значительное количество природной воды, в результате чего образуются загрязненные стоки в виде буровых сточных вод.

При бурении кроме буровых сточных вод образуются: отработанные буровые растворы и буровой шлам.

Систематизация источников загрязнения природной среды при бурении скважин представлена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Систематизация источников загрязнения природной среды при бурении скважин[4].

очистка сточный скважина бурение

Источники загрязнения при бурении скважин условно можно разделить на постоянные и временные.

К первым относятся фильтрация и утечки жидких отходов бурения из шламовых амбаров.

Ко вторым - нарушение герметичности зацементированного заколонного пространства, приводящее к заколонным проявлениям и межпластовым перетокам; поглощение бурового раствора при бурении; выбросы пластового флюида на дневную поверхность; затопление территории буровой паводковыми водами или при таянии снегов и разлив при этом содержимого ША.

Общим для второй группы является то, что источники загрязнения носят вероятностный характер, а их последствия трудно предсказуемы [4].

Очистка буровых сточных вод[5]

Наибольший объем среди отходов бурения составляют буровые сточные воды.

Это связано с тем, что строительство скважин сопровождается потреблением значительных объемов природной воды и образованием загрязненных стоков в виде БСВ.

Чем больше используется оборотной воды на технологические нужды, тем меньше объемы сточных вод; но в то же время степень загрязненности их выше.

Производственные сточные воды формируются в процессе выполнения различных технологических операций, работы механизмов, оборудования и устройств.

Хозяйственно-бытовые сточные воды на буровых предприятиях образуются в результате деятельности пунктов питания, объектов культурно-бытового и санитарно-гигиенического назначения.

Атмосферные сточные воды, образующиеся в результате выпадения атмосферных осадков, подразделяют на дождевые и талые (таяние снега и льда).

В процессе бурения скважин формирующиеся сточные воды загрязняются буровым раствором и его компонентами, выбуренной породой, химреагентами, нефтью и нефтепродуктами, в том числе и горюче-смазочными материалами (которые попадают в БСВ в местах, где производятся технологические операции с этими компонентами и где возможны их потери).

Выбор метода очистки буровых сточных вод зависит в основном от степени дисперсности частиц, физико-химических свойств и концентрации примесей, а также требований, обусловленных направлением утилизации очищенной воды.

Основным принципом выбора метода очистки является состав сточной воды. Среди многообразия подходов в настоящее время наиболее удачным и общепринятым считается подход, предложенный Л.А.Кульским (Табл. 4.1.). Его основу составляет классификация примесей по признаку фазового дисперсного состояния веществ в растворах. Согласно нему, все примеси, содержащиеся воде, делятся на четыре группы:

.Взвеси в виде тонкодисперсных суспензий и эмульсий.

.Коллоидный и высокомолекулярные соединения.

.Растворимые органические вещества и газы.

.Растворимые минеральные соли.

Загрязнители БСВ, относящиеся к первым двум группам, представляют собой инерогенные системы со специфической кинетической и агрегативной устойчивостью. Они как правило являются термодинамическими неустойчивыми системами. Загрязнители третьей и четвёртой групп относятся к гомогенным системам и являются термодинамическими неустойчивыми, обратимыми системами[5].

Табл. 4.1. Классификация сточных вод поЛ.А.Кульскому[6].

Принципиальная технологическая схема сбора, очистки и повторного использования буровых сточных вод представлена на рис. 4.2.[13].

Рис. 4.2.Принципиальная технологическая схема сбора, очистки и повторного использования буровых сточных вод.

Буровые сточные воды по коммуникациям 1, установленным под настилом платформ или приэстакадных площадок, направляются в специальный блок сбора буровых сточных вод 2, откудаПесковым насосом подаются в блок очистки 4, где при помощи гидроциклонов отделившаяся твердая фаза сбрасывается в контейнер или специальный блок 5. Очищенная буровая сточная вода поступает в блок доочистки и хранения 6, где посредством фильтров тонкой очистки отделяется от илистых частиц и с помощью аппарата электрокоагуляции очищается от нефтяной пленки. Насосом 7 полностью очищенная сточная вода подается в общую систему водоснабжения буровой установки.

Вода, нефть и масло в сточной воде отделяются в блоке доочистки и хранений 6 и сливаются в приемную емкость буровых насосов 8 и используются для обработки бурового раствора [13].

Методы очистки буровых сточных вод [5]

Наиболее простой и часто применяемый способ выделения из сточных вод грубо дисперсных примесей, которые под действием гравитационной силы оседают на дне отстойникаили всплывают на его поверхности. Нефтетранспортные предприятия (нефтебазы, нефтеперекачивающие станции) оборудуют различными отстойниками для сбора и очистки воды от нефти и нефтепродуктов. Для этой цели обычно используют стандартные стальные или железобетонные резервуары (отстойники), которые могут работать в режиме резервуара-накопителя, резервуара-отстойника(рис.4.3.) или буферного резервуара-отстойника в зависимости от технологической схемы очистки сточных вод.

Процесс, проходящий в резервуаре-отстойнике подчиняется закону Джорджа Стокса: wос=d2g(pтв-р)*R/ 18μ

Woc - установившаяся скорость частицы (м/с) (частица движется вниз если ρp>ρf, и вверх в случае ρp<ρf),

d - радиус Стокса частицы (м),- ускорение свободного падения (м/с²),

ρтв - плотность частиц (кг/м³),

ρж- плотность жидкости (кг/м³),

μ - динамическая вязкость жидкости (Па*с).

Рис. 4.3.Резервуар-отстойник.

Коагуляция - один из наиболее доступных и дешевых методов очистки буровых сточных вод. Цель коагуляции - освобождение воды от нефти, мути, взвешенных веществ, физико-химические свойства которых не позволяют или делают нерациональным удаление их отстаиванием. Высокая эффективность очистки сточных вод достигнута при использовании сернокислого алюминия в качестве коагулянта. Очищенные таким методом буровые сточные воды по коррозионной активности соответствуют чистым водам, в большинстве случаев прозрачны. Их можно повторно использовать в технологических процессах бурения скважин. Для улучшения очистки сточную воду перед подачей на коагуляцию необходимо предварительно отстаивать от нефти и взвешенных частиц в шламовых амбарах [2].

Методы очистки буровых сточных вод: фильтрация, центрифугирование, окисление органических примесей озоном с последующим использованием вод в оборотном водоснабжении не получили широкого распространения.

Коагуляция - процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. В очист­ке СВ ее применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных в-в. В процессах очистки СВ коагуляция происходит под влиянием добавляемых к ним специальных веществ - коагулянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидратов окисей Ме, кот.быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способностью улавли­вать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их. Так как коллоидные частицы имеют слабый отрицательный заряд, а хлопья коагулянтов слабый положительный заряд, то между ними возникает взаимное притяжение. В кач-ве коагулянтов исп. соли алюминия, железа или их смеси.

Буровые отходы

При строительстве нефтяных скважин на суше и на море одной из важнейших задач является защита природной среды от жидких и твердых буровых отходов (БО), образующихся в процессе работы бурового оборудования.

БО представляют собой вещества, очистка и повторное использование которых экономически невыгодны или технологически нецелесообразны. Они состоят из буровых сточных вод, отработанного бурового раствора (БР) и бурового шлама, в ряде случаев перемешанных в шламовых амбарах. Основные факторы воздействия БО на окружающие элементы биоценоза определяются составом БР и попадающими в него из забойного пространства нефтепродуктами и минерализованными водами [7].

Буровые отходы в большинстве своем состоят на 30-45% масс, из выбуренной породы (частицы глины и песка); 30-45% БР и 10-20% возможных технологических сбросов, подземных вод и нефти. БР, в свою очередь, состоят из: воды - 85-89%, бентонитовыхглинопорошков - 10-11%, в оставшиеся 1-5% могут входить различные смазывающие, антисептические, пеногаситель-ные, антифильтрационные и гидрофобизирующие жидкости [8,9]. Наиболее распространены гидрофобизированная кремнийорганическая жидкость (ГКЖ), натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), рыбожировая смазка, полиакриламид (ПАА), гепан, графитовая смазка, каустическая сода, едкий калий, кальцинированная сода.

Буровой шлам[5]

Буровой шлам - смесь выбуренной породы и бурового раствора, удаляемая из циркуляционной системы буровой различными очистными устройствами. Буровой шлам наряду с выбуренной породой и нефтью включает все химические реагенты, применяемые для приготовления буровых растворов.

Все известные технологии переработки нефтешламов по методам переработки можно разделить на следующие группы:

термические - сжигание в открытых амбарах, печах различных типов, получение битуминозных остатков;

физические - захоронение в специальных могильниках, разделение в центробежном поле, вакуумное фильтрование и фильтрование под давлением;

химические - экстрагирование с помощью растворителей, отвердение с применением (цемент, жидкое стекло, глина) и органических (эпоксидные и полистирольные смолы, полиуретаны и др.) добавок;