Буровой шлам как источник сырья

Буровой шлам как источник сырья для производства строительной керамики пластического формования

Производственная деятельность предприятий нефтяной промышленности, в том числе территориально расположенных в Оренбургской области, начиная с этапа разведки и добычи нефти и заканчивая использованием нефтепродуктов, в значительной степени способствует техногенному воздействию на окружающую среду.

В процессе строительства скважин образуется многотоннажный отход — буровой шлам, подлежащий утилизации [1]. Угрожающий рост накапливаемых ежегодно опасных нефтешламов при отсутствии необходимых масштабов их утилизации и переработки приводит к изъятию на длительный срок земельных ресурсов [2].

В настоящий момент на объектах ПАО «Оренбургнефть» хранится более 3 млн. тонн отходов получаемых как побочный продукт при бурении. Для их хранения и утилизации создаются амбары и полигоны для сбора буровых и тампонажных растворов, буровых сточных вод и шламов, пластовых вод, продуктов испытания скважин, материалов для приготовления и химической обработки буровых и тампонажных растворов, ГСМ, хозяйственно-бытовых сточных вод и твердых бытовых отходов, ливневых сточных вод. На хранение, утилизацию и переработку скопившихся буровых шламов, которые имеют II класс опасности, требуются ежегодные капиталовложения.

Однако до настоящего времени не разработан универсальный способ утилизации и обезвреживания полученного техногенного продукта нефтедобычи, хотя по своему химическому и минералогическому составу данный материал после обезвреживания может быть пригоден для получения строительных материалов. утилизация нефтяной керамика шлам Исходя из химического анализа полигонных шламов ПАО «Оренбургнефть», содержание нефтепродуктов в шламе колеблется в пределах от 800 до 9870 мг/кг. В образцах асфальто-смолистых парафиновых отложений, отобранных из амбаров нефтепромыслов Южного Урала, содержание парафино-церезиновых компонентов с температурами плавления 66−84 С составляет 40−70% масс.; содержание органической части — 72−90% масс. [4]. В экспериментальной части использован буровой шлам с минимальным процентным содержанием нефтепродукта.

Нефтяная часть отходов распределяется в шламовом амбаре следующим образом: 7−10% нефтеуглеводородов сорбируется на шламе, 5−10% находится в эмульгированном и растворенном состоянии, остальные углеводороды находятся на поверхности амбара в виде пленки.

Неорганическую часть составляют в основном оксиды кремния и железа (песок, продукты коррозии), небольшие количества (менее 1%) соединений алюминия, натрия, цинка и других металлов. По содержанию оксидов, определяющих главные свойства шламов, в процентном соотношении их можно отнести к кремнистым SiO₂? 23.

Исследование сырья c целью определения свойств выполнены по стандартным методикам на лабораторных образцах в соответствии с требованиями ГОСТ 21 216.0−81 — ГОСТ 21 216.6−81, ГОСТ 21 216.8−81 — ГОСТ 21 216.11−81.

Химический и минералогический составы минеральной составляющей исследуемого бурового шлама приведены в таблицах 1, 2.

Таблица 1. Химический состав проб минеральной составляющей бурового шлама

Таблица 2. Минералогический состав минеральной части бурового шлама

Химический, минералогический, гранулометрический составы глины Бузулукского месторождения приведены в таблицах 3 — 5, дообжиговые свойства — в таблицах 6, 7.

Таблица 3. Развернутый химический состав глины Бузулукского месторождения

Таблица 4. Минералогический состав глины Бузулукского месторождения

Таблица 5. Гранулометрический состав

Таблица 6. Чувствительность к сушке

Таблица 7. Пластичность сырья

В соответствии с методикой эксперимента разработка составов трехкомпанентной системы проводилась в зависимости от состава сырьевой шихты «глина — буровой шлам — стеклобой» и режима обжига [5].

Для применения бурового шлама в качестве источника вторичной сырьевой базы в керамике важным является показатель спекаемости, который во многом зависит как от вещественного состава исходного сырья, так и от степени его измельчения.

В связи с тем, что предварительно проведенные эксперименты свидетельствуют о низкой спекаемости бурового шлама, взятого в насыпном виде с полигона, то для получения удовлетворительных механических результатов необходимо повысить температуру обжига как для тугоплавкого сырья — в пределах от 1050 до 1350 ^оС [6]. Однако данное технологическое решение неизбежно приведет к увеличению энергозатрат.

Для решения данной проблемы с целью повышения плотности и прочности синтезированного искусственного композиционного камня была выбрана методика дополнительного введения в шихту тарного стеклобоя в качестве дополнительного плавня в количестве от 10 до 15 масс. %[7,8]. Как наиболее перспективное для этих целей подходит тарное стекло по ГОСТ 54 170–2010. Стеклобой предварительно измельчался до крупности частиц 0,3 мм. Химический состав стеклобоя представлен в таблице 8.

Таблица 8. Химический состав стеклобоя

Для проведения оптимизации шихты были приготовлены смеси в виде формовочных масс, в которых количество техногенного сырья составляло от 0 до 30%. Сырьевые материалы, смеси, образцы подготавливались по стандартной методике, принятой в керамическом производстве [9].

Образцы формовались в виде цилиндров диаметром 50 мм. Сушка проводилась при температуре 100 ^оС в течение 5 часов до постоянной влажности. Обжиг осуществлялся в интервале от 650 до 1100 ^оС при скорости нагрева 5 ^оС/мин и выдержке при максимальной температуре в течение 60 мин.

Полученные экспериментальные данные указывают на то, что прочностные характеристики, плотность образов с ростом темератры увеличиваются, водопоглошение уменьшается. Активизации процесса спекания способствует присутствие стеклобоя, который, характеризясь низкой эвтектикой плавления, является инициатором образования жидкой фазы в структуре керамики. Образующейся при обжиге расплав расходуется частично на заполнение крупных пор и обволакивание зерен материала, выступая в роли связующего между частицами керамики [10].

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о возможности и целесообразности разработки ресурсосберегающих технологий получения керамики с содержанием в трехкомпонентной шихте бурового шлама до 30% при температуре обжига в диапазоне до 1100 ^оС различной номенклатуры (кирпич, плитка, черепица).

• 1. Кувыкин, Н.А., Бубнов А. Г., Гриневич В. И. Опасные промышленные отходы // Иван. гос. хим.-технол. ун-т., 2004. — 148 с.
• 2. Жуков, А. А. Результаты контрольно-надзорной деятельности в части обращения с отходами производства и потребления Управления Росприроднадзора по Оренбургской области по итогам 9 месяцев и задачи на IV квартал 2012 года // Оренбург: Упр-ние Росприроднадзора, 2012. — 6 с.
• 3. Полигон по утилизации и переработке отходов бурения и нефтедобычи: Принципиальные технологические решения. Кн. 3. Разработка принципиальных технологических решений по обезвреживанию и утилизации буровых шламов и нефтезагрязненных песков /под ред. Савельева В. Н. // Сургут: НГДУ, 1996. — 101 с.
• 4. Дубинецкий В. В., Гурьева В. А. Экологические аспекты утилизации нефтешламов Оренбургской области как вторичных материальных ресурсов // материалы Всероссийской научно-практической конференции — ОГУ, 2012. — С. 2091;2094.
• 5. Дубинецкий В. В., Гурьева В. А., Вдовин К. М. Буровой шлам в производстве изделий строительной керамики // Строительные материалы, 2015, № 4, С. 75−76.
• 6. Дубинецкий В. В., Гурьева В. А., Вдовин К. М. Применение бурового шлама в качестве отощителя для производства керамического кирпича // материалы Всероссийской научно-методической конференцииОГУ, 2014. — С. 145−147.
• 7. Bolelli G., Cannillo V ., Lusvarghi T., Manfredini T., Siligardi C., Bartuli C., Loreto A., V alente T. Plasma — sprayed glass-ceramic coatings on ceramic tiles: nicrostructure, chemical resistanace and mechanical proprties // Jonrnal of the Eukopean Ceranic Sociaty. — 2005. — T.25, № 11. — С. 1835−1853.
• 8. Bessmertnyi V .S., Krokhin V .P., Panasenko V .A., Drichd N.F., Dyumina P. S., Kolchina O.M. Plasma rod dekorating of household class // Glass and Geramics. — 2001. — T. 58. № 5−6. — С. 214−215.
• 9. Зотов С. Н. Исследование влияния различных видов стеклобоя на свойства керамических изделий. Труды НИИСтройкерамики. // М., 1996. Вып. 58. С.24−25.
• 10. Кетова Г. Б., Пузанов А. И., Пузанов И. С. и др. Проблемы вторичного использования стеклобоя и пути их решения. Сборник. Промышленная экология на рубеже веков. // Пермь, 2001. С. 247−252.