Технологические схемы очистки буровых сточных вод

В настоящее время рекомендуется использовать два основных варианта технологических схем очистки и доочистки буровых сточных вод — стационарную и нестационарную технологические схемы.

Стационарная технологическая схема ориентирована на систематическую очистку БСВ непосредственно в процессе бурения для решения задач оборотного водоснабжения буровой. Она обеспечивает реализацию замкнутого цикла водообеснечения процесса строительства скважин, что способствует существенному снижению объемов образования отходов и, как следствие, уменьшению размеров и количества земляных котлованов для их накопления и хранения. Такая схема рекомендуется для глубоких скважин с продолжительным циклом строительства (свыше 6—8 мес.), а также для скважин, бурящихся в благоприятных природно-климатических условиях со значительным периодом положительных температур, или отдельных интервалов скважин в теплое время года. Кроме того, такая схема водоочистки может быть использована и при бурении скважин в зимний период или в суровых природноклиматических условиях, но при обязательном наличии на буровой обогреваемых инженерных коммуникаций системы сбора, накопления, хранения стоков и их обработки (очистки).

Нестационарная технологическая схема рекомендуется в основном для разовой, однократной очистки БСВ, например, непосредственно при ликвидации шламовых амбаров или в непредвиденных аварийных ситуациях (при переполнении шламовых амбаров и угрозе загрязнения указанными отходами объектов окружающей среды). Наиболее целесообразно применять такую схему при бурении неглубоких скважин, время строительства которых не превышает 6 мес. Такая схема целесообразна и в том случае, когда технология бурения не предусматривает использования значительных объемов природных и технологических вод для технологических нужд строительства скважин.

Оправданным представляется применение такой схемы в случае наличия соответствующей возможности безопасного сброса очищенных стоков в значительных количествах на рельеф местности, использования их на земледельческих полях орошения, откачки на пункт сбора и подготовки нефти для последующего использования в системе поддержания пластового давления (при обустроенном нефтепромысловом сборном коллекторе разбуриваемого месторождения), закачки на подземное захоронение в поглощающие скважины.

Выбор вариантов технологических схем очистки БСВ производится в каждом конкретном случае строго индивидуально в зависимости от принятой технологии бурения, природно-климатических условий и ландшафтных особенностей мест бурения.

Общим для них является обязательный раздельный сбор БСВ от других видов отходов бурения, а также стадии технологии водоочистки, включающие: приготовление растворов коагулянта и флокулянтов; подачу исходной БСВ на узел обработки; дозирование коагулянтов и флокулянтов; обработку сточных вод; отстаивание обработанной БСВ с целью разделения фаз путем отделения осадка и осветления надосадочной жидкости, а также система распределения очищенной воды на точки водопользования буровой; утилизацию или сброс в объекты природной среды. Несмотря на общность многих технологических аспектов очистки БСВ, принципиальное построение технологических схем водоочистки и их реализация на практике в зависимости от принятой технологии бурения имеет существенные различия.

При строительстве скважин с использованием земляных шламовых амбаров основной емкостью для накопления БСВ являются земляные котлованы, сооружаемые в грунте на буровой. Наиболее оптимальным предусматривается двухсекционный земляной амбар. Первая его секция служит для сбора и накопления загрязненной БСВ, а вторая — для отстоя обработанных вод. Секции должны разделяться земляной перемычкой для исключения смешения очищенной и исходной БСВ. Размеры амбаров определяются объемами образующихся стоков с учетом их повторного использования в системе оборотного водоснабжения буровой, сброса на рельеф местности и других направлений утилизации, а также частотой обработки БСВ с целью ее очистки. Частным случаем такой системы сбора является применение односекционного накопительного амбара для сбора БСВ. Для этого буровая установка должна быть оборудована специальной емкостью для отстоя обработанной воды. В качестве такой емкости рекомендуется использовать одну из емкостей циркуляционной системы (ЦС). Основной предпосылкой целесообразности применения емкости ЦС в качестве отстойника обработанных БСВ является ее высокая монтажеспособность и унифицируемость, а также достаточный полезный объем для разового отстоя очищаемых вод.

Наиболее оправдана такая система сбора БСВ и отстоя обработанной воды для кустового бурения скважин, так как из-за ограниченности территории кустовой площадки сооружение дополнительной секции земляного амбара вызывает значительную трудность, а в ряде случаев не представляется возможным вообще.

В технологической стационарной водоочистке используется стандартное оборудование буровой (рис. 5.6).

Очистка буровой сточной воды производится следующим образом. Загрязненная БСВ насосом 4 подается из накопительной емкости или амбара 2 в рабочую камеру гидросмесителя с объемной скоростью 9—30 м³/ч. За счет эжекции раствором коагулянта и флокулянта она поступает в рабочую камеру гидросмесителя и смешивается со сточной водой. Расход коагулянта и флокулянта устанавливается в каждом конкретном случае строго индивидуально в зависимости от уровня загрязнения сточной воды. Обработанная БСВ сбрасывается в отстойную емкость или вторую секцию водяного амбара 7, где она отстаивается в течение не менее 30—60 мин. Затем осветленную сточную воду тем же насосом 4 откачивают в систему утилизации 3. Если очищенная вода не удовлетворяет требованиям качества вод в соответствии с направлением утилизации, то она подается на узел доочистки 1. Образующийся осадок БСВ либо утилизируется путем откачки насосом 4 из отстойной емкости или земляного шламового амбара в циркуляционную систему, либо сбрасывается в шламовый амбар или обезвреживается одним из известных методов.

Нестационарная технологическая схема водоочистки реализуется как с использованием оборудования буровой, так и с использованием цементировочного агрегата (ЦА) или водоочистной установки на его базе. В первом случае.

Рис. 5.6. Принципиальная технологическая схема стационарной водоочистки:

• 1 — узел доочистки; 2 — накопительный резервуар или шламовый амбар; 3 — система коммуникаций для откачки очищенной БСВ на утилизацию, доочистку или сброс; 4 — узел подачи загрязненной БСВ на обработку (водяной насос); 5, 8 — блок реагентного хозяйства (емкости для растворов коагулянта 5 и флокулянта 8)
• 6 — узел обработки БСВ; 7 — узел отстоя обработанной БСВ (земляной котлован или металлический резервуар); 9 — узел приготовления коагулянта и флокулянта технология водоочистки идентична описанной выше стационарной технологии, а во втором отличительной ее особенностью является использование возможностей цементировочного агрегата для решения всех функциональных задач очистки БСВ.

Для этого ЦА оборудован дополнительными емкостями объемом по 1,4 м³ каждая и гидросмесителем. При использовании такой передвижной водоочистной установки все основные технологические операции (растворение и приготовление растворов коагулянтов и флокулянтов, подача загрязненной БСВ из накопительного амбара или накопительной емкости на узел обработки, дозирование реагентов, откачка очищенных сточных вод в технологические линии утилизации или сброс на рельеф местности) осуществляется данной установкой. При этом емкости цементировочного агрегата используются как емкости для раствора коагулянта, а дополнительные съемные емкости — для раствора флокулянга. Технологические режимы процесса очистки с использованием таких нестационарных схем сохраняются теми же, что и при использовании стационарных схем. Достоинством нестационарной технологической схемы является ее мобильность и многофункциональность, что особенно важно при ликвидации шламовых амбаров после окончания строительства скважин.

Приведенные выше технологические схемы ориентированы на использование реагентного метода очистки буровых сточных вод. Вместе с тем в ряде случаев более эффективным представляется электрокоагуляциоиный метод очистки, например, при очистке минерализованных БСВ. Электрокоагуляционная очистка является разновидностью стационарной технологии водоочистки и экономически более выгодна при невысокой производительности процесса. Принципиальная технологическая схема электрокоагуляционной очистки буровых сточных вод приведена на рис. 5.7. Ее отличительной особенностью является совмещение узлов реагентного хозяйства и обработки БСВ в одном блоке-электролизере.

В такой технологической схеме предусматривается дополнительная осреднительная емкость перед электрокоагулянтом объемом до 10—20 м³. Все остальные элементы технологии остаются такими же, как и в случае реагентной очистки.

Рис. 5.7. Принципиальная технологическая схема электрокоагуляционной очистки БСВ:

• 1 — накопительный амбар с БСВ; 2 — насос;
• 3 — осреднительная емкость; 4 — электрокоагулятор;
• 5 — источник постоянного тока; 6 — отстойный резервуар

или амбар Для реализации процесса строительства скважин без использования земляных шламовых амбаров наиболее приемлема стационарная технологическая схема водоочистки. Отличительной особенностью такой схемы является наличие специальных емкостей или резервуаров для сбора загрязненной воды. В качестве накопительной емкости при бурении одиночных скважин используется бетонированная шахта размером не менее 4×4 м и глубиной до 3,5—4,0 м, сооружаемая в грунте на месте размещения блока емкостей циркуляционной системы (рис. 5.8), а также шахта привышечного блока буровой установки. Обязательным элементом такой схемы является наличие емкости для отстоя обработанных вод. Обработка БСВ производится либо с помощью гидросмесителя (реагентная очистка), либо электрокоагулятора (электрохимическая очистка). В случае использования реагентного метода очистки приготовление рабочих растворов коагулянта и флокулянта осуществляется в глиномешалке узла приготовления и обработки буровых растворов. Эта технологическая схема работает следующим образом. Накопившаяся в шахтах 1 и 12 загрязненная сточная вода подается насосом 8 на узел обработки 7, в который вводятся (принудительно или за счет эжекции) растворы коагулянта и флокулянта. Обработанная БСВ сбрасывается в отстойную емкость 4 и после осветления направляется насосом 8 в водораспределительную емкость буровой установки 10, откуда затем распределяется, но точкам технического водоснабжения системы оборотного водоснабжения буровой. Для сброса очищенной воды на рельеф местности или ее откачки в действующий нефтепромысловый коллектор на пункт сбора и подготовки нефти используется насос 8.

Если же предварительно очищенная вода не удовлетворяет требованиям ее дальнейшей утилизации, то она подвергается доочистке методом ионного обмена 17, а затем направляется на утилизацию.

Рис. 5.8. Принципиальная технологическая схема очистки БСВ при бурении скважин без использования земляных шламовых амбаров:

• 1, 12 — шахты для накопления БСВ; 2 — насосный блок;
• 3 — энергоблок; 4 — емкость для отстоя обработанной БСВ; 5,6 — емкости для коагулянта и флокулянта;
• 7 — узел обработки; 8 — насос; 9 — узел приготовления буровых растворов; 10 — водораспределительная емкость; 11 — ЦС; 13 — узел приготовления растворов коагулянта и флокулянта; 14 — узел обработки осадка БСВ отверждающим составом; 15 — площадка для твердения отвержденного осадка БСВ; 16 — дренажная фильтрующая площадка; 17 — узел доочистки

Образующийся осадок БСВ подлежит утилизации путем его использования для приготовления и обработки буровых растворов. Для этого через 2—3 цикла очистки сточных вод он откачивается из емкости 4 и подается непосредственно либо в одну из емкостей циркуляционной системы, либо на узел приготовления буровых растворов 9. При необходимости он может быть обезврежен методом отверждения и безопасно сброшен в шламовый амбар или на специальную площадку для твердения 15, которая в общем случае представляет собой обвалованную грунтом свободную территорию буровой без углубления почвогрунта.