Лекция 9. Техника и технология очистки и утилизации буровых сточных вод (БСВ)

Характеристика состава и загрязняющих свойств БСВ. Важными факторами, определяющими возможность и эффективность очистки БСВ, является их состав и свойства.

БСВ представляют собой агрегативно-устойчивую коллоидно-дисперсную систему, стабилизированную химреагентами, используемыми для обработки буровых растворов. В своем составе они содержат минеральные и органические вещества (глина; утяжелители – барит и гематит; нефть; нефтепродукты; химреагенты; растворимые соли и другие соединения). В составе БСВ преобладают коллоидные и мелкодисперсные частицы (r£20мкм).

Взвешенные вещества - из минеральной и органической составляющих. На долю глины приходится около 70% объема нерастворимых взвесей. Грубодисперсные частицы практически отсутствуют.

Нефть и нефтепродукты в БСВ – в растворенном, эмульгированном и пленочном состоянии. Наиболее трудно удаляются две первые фракции, а они зависят от содержания в воде ПАВ.

Очень трудно удаляется из БСВ органика, представленная широкой гаммой химреагентов. Это преимущественно структурообразующая органика, обладающая стабилизационным эффектом. Количественно это определяется показателем ХПК.

Растворимые примеси представлены минеральными солями и некоторыми органическими соединениями: хлориды, сульфаты, гидрокарбонаты, Na, К, Мg. Оценка – по СО или интегральному показателю - удельная электропроводимость (-К). Растворимые минеральные соли оцениваются показателем "прокаленный остаток" (ПО). Для характеристики растворимых минеральных соединений определяется 6-ти компонентный ионный состав: Са⁺², Mg⁺², Na⁺¹+ K⁺¹, Ce^-1, SО , HCO .

Усредненный состав БСВ (для разработки рекомендаций по очистке):

ВВ – 5000 мг/л; БПК – 500 мг/л;

НП – 250 мг/л; рН – 8,6;

ХПК – 1500 мг/л;

Классификация буровых сточных вод (БСВ). Большое разнообразие состава и физико-химических свойств БСВ вызывает необходимость их строгой научной классификации, что облегчит оценку их технических и ирригационных свойств и помогает выбрать наиболее эффективные методы их очистки и утилизации. Целесообразно, исходя из состава и свойств БСВ, использовать в качестве классификационных признаков такие показатели как ХПК, БПК, ВВ, НП, СО и ПО и в обязательном порядке – рН.

По степени минерализации природные воды в соответствии с ГОСТ 17403-72 делятся на пресные, солоноватые, соленые и рассолы с минерализацией соответственно до 1, от 1 до 25, от 25 до 50 и свыше 50 мг/л. БСВ не являются природными, однако с точки зрения энергетических затрат на деминерализацию представляется целесообразным группу солоноватых вод условно разделить на подгруппы со следующей минерализацией, мг/л: 1000-3000; 3000-5000; более 5000. Это обосновывается тем, что для воды с уровнем минерализации 1000-3000 мг/л экономически целесообразно применение гидротехнических и химических методов опреснения. Для воды с минерализацией 3000-5000 мг/л по технико-экономическим соображениям целесообразно использовать промышленно освоенные методы мембранной технологии доочистки. Воды с минерализацией свыше 5000 мг/л более выгодно подвергать деминерализации термическими методами.

Целесообразно классифицировать БСВ по преобладающему аниону на классы: гидрокарбонатный, карбонатный, сульфатный и хлоридный, а классы – на группы, определяемые по соотношению между ионами. Исходя из вышеизложенного, наиболее приемлемой следует признать классификацию сточных вод по уровню загрязненности их и содержанию в них, растворенных минеральных солей (табл.2). Для оценки ирригационных свойств БСВ и установления характера их негативного воздействия на почвогрунты предлагается еще одна классификация, в основу которой положен уровень их токсичности (табл.3).

Приведенные классификации дают возможность обоснованно подходить к выбору методов очистки БСВ и наиболее целесообразных направлений их утилизации в конкретных условиях бурения. Например, Западная Сибирь имеет следующие показатели степени загрязненности и уровня токсичности сточных вод: нормальная/нормальный, Республика Коми – низкая/низкий, Башкортостан – средняя/средний.

Направления утилизации БСВ. Буровые сточные воды (БСВ) характеризуются в целом довольно высоким уровнем загрязненности и содержат в своем составе широкий спектр загрязнителей различной природы. Как отмечалось ранее, одним из основных экономических требований к технологиям добычи нефти и газа и бурения является введение оборотного в меру замкнутого цикла водоснабжения, что позволит сократить потери воды, а, значит, и объемы нарушений и загрязнений среды. Если стоки есть, то очистке и утилизации должен подвергаться такой объем стоков, при котором остаточная загрязняющая масса, отводимая с очищенными водами при их сбросе, откачке в нефтепромысловый коллектор, закачке в поглощающие горизонты не превышала бы пороговой ассимилирующей способности природной среды в районе ведения нефтепромысловых и буровых работ.

Основными технологическими точками использования БСВ в системе оборотного водоснабжения буровой являются:

- обмыв механизмов системы очистки и регенерации буровых растворов;

- обмыв бурильного инструмента при проведении спускоподъемных операций;

- обмыв оборудования и рабочих площадок вышечного, насосного и силового блоков, а также желобов;

- охлаждение штоков буровых насосов;

- приготовление химреагентов и бурового раствора;

- приготовление тампонажных растворов и буферных жидкостей при цементировании скважин;

- опрессовка обсадных труб;

Требования, предъявляемые к водам для таких технических нужд бурения, должны характеризоваться следующими составом и свойствами:

- содержание взвешенных веществ (ВВ), мг/л, не более - 250;

- содержание нефти и нефтепродуктов (НП), мг/л, не более - 25;

-содержание окисляемой органики (ХПК), мг/л, не более - 400;

- биохимическая потребность О₂ (БПК₅), мг/л, не более - 50;

- жесткость, мг-экв/л, до - 10;

- сухой остаток (СО), мг/л, не более - 10000;

- рН – 6-8;