Согласно прогнозам ВТБ, к 2026 году суточный объем нефтедобычи в России может вырасти почти на 6%, приблизившись к 9,7 млн баррелей. Такой рост неизбежно ведет к увеличению объёмов отходов.
Исследователи Пермского Политеха и Тюменского индустриального университета разработали технологию, которая позволяет утилизировать такие отходы на месте образования и получать из них грунт для рекультивации нарушенных земель. Это поможет повсеместно перейти на безамбарную технологию при строительстве нефтяных скважин и снизить негативное воздействие на окружающую среду.
Значительные территории на месторождениях отводятся под специальные накопители — шламовые амбары, которые создаются при строительстве скважин. В них хранятся все виды отходов бурения: твёрдая фаза (шлам), отработанный раствор и загрязнённые сточные воды. Основную массу составляет горная порода, которую выносит на поверхность поток циркулирующей жидкости. Физико-химические свойства этого осадка определяются составом используемого бурового раствора.
Возведение подобных амбаров — стандартное решение для хранения отходов. Однако длительная эксплуатация этих объектов делает их опасными для экосистемы. Со временем атмосферные осадки вымывают из накопителей загрязняющие вещества: соли, нефтепродукты, тяжелые металлы. Попадая в природную среду, эти компоненты загрязняют почвы и грунтовые воды. Например, только в Западной Сибири, где добывается более 40% российской нефти, ежегодно образуется свыше 100 тысяч тонн отходов бурения.
Под шламовые амбары изымаются значительные земельные участки. А когда эти накопители заполняются, их необходимо ликвидировать, проводя рекультивацию территории.
Рекультивация — это сложный и дорогостоящий процесс восстановления земли, включающий два основных этапа: технический (планировка поверхности, создание плодородного слоя, отвод вод) и биологический (посадка растений для восстановления плодородия и экосистемы). К сожалению, на практике этот процесс часто сводится лишь к техническому этапу, который по сути является захоронением отходов под слоем грунта.
Для обращения с уже накопленными отходами бурения существуют различные методы. Например, их можно обезвреживать на специальных установках, но этот процесс требует значительных затрат энергии и сложных систем очистки пылегазовых выбросов. Другой вариант — химическая или биологическая обработка таких отходов, которая не всегда эффективна, так как зачастую не учитывает химические свойства извлеченной породы и тип применявшихся технологических растворов. Попытки вторичного применения в строительстве также неэффективны: в смесях используют мало самого шлама, что делает процесс дорогим и экономически нерентабельным, а для биохимических методов в таких отходах не хватает органических веществ.
Учёные Пермского Политеха совместно с коллегами из Тюменского индустриального университета разработали технологию утилизации отходов с получением техногенных грунтов, которая осуществляется параллельно с бурением скважины.
Сегодня некоторые нефтяные компании уже перешли на безамбарный способ. Он является более экологичным и эффективным с экономической точки зрения. Его суть заключается в том, что образующиеся отходы не складируются, а сразу направляются в циркуляционную систему грубой очистки. С помощью вибросит и центрифуг из потока извлекается шлам, а очищенный технологический раствор возвращается в скважину для повторного использования. Однако после очистки образуется буровой шлам с влажностью не более 70%, который всё равно необходимо перерабатывать.
Ученые предлагают утилизировать такие отходы в специальной грунтовой емкости, смешивая его с природными компонентами по уникальным, разработанным ими в результате многолетних исследований рецептурам.
— Для получения грунта, пригодного для отсыпки дорог или строительства площадок, нужно добавить 25% песка, 10% гипса или доломитовой муки и 10% природного сорбента (глауконита или диатомита). Если же цель — восстановить плодородие нарушенных земель, рецептура изменится: вместо песка вносится 40% торфа, а доля других компонентов сохраняется. После тщательного перемешивания образуется не отход, а готовый к использованию техногенный грунт с заданными свойствами, — объясняет Лариса Рудакова, заведующая кафедрой охраны окружающей среды ПНИПУ, доктор технических наук.
Утилизация всего одного кубометра бурового шлама позволяет получить 2,93 тонны готового грунта для строительных нужд или 3,23 тонны материала для рекультивации земель.
— Изначально эти отходы относятся к VI классу опасности (малоопасный), имеют щелочную среду и содержат повышенные концентрации солей, нефтепродуктов и некоторых тяжелых металлов. Однако внесение рассчитанных норм природных компонентов изменяет физико-химические свойства бурового шлама. Гипс эффективно снижает концентрации водорастворимых солей. Природные сорбенты за 28-56 дней значительно уменьшают содержание нефтепродуктов и связывают тяжелые металлы. Добавление торфа создаёт основу для жизни: в полученном грунте формируется активное микробное сообщество и достигается всхожесть семян злаковых культур до 90-96% с образованием устойчивого фитоценоза, то есть разнообразного и самоподдерживающегося растительного покрова, который является основой для восстановления экосистемы, — отмечает Елена Гаевая, доцент кафедры техносферной безопасности ТИУ, кандидат биологических наук.
После завершения бурения скважины все временные сооружения демонтируются, а земельный участок возвращается в исходное состояние. Для следующего месторождения цикл повторяется заново. Такой метод позволяет полностью отказаться от отчуждения новых земель под шламовые амбары, свести к минимуму риски долгосрочного загрязнения почвы и избежать будущих затрат на ликвидацию объектов размещения отходов.
Расходы на утилизацию буровых шламов непосредственно на месте сопоставимы или даже ниже, чем совокупные издержки на строительство амбара, проведение производственного экологического мониторинга и последующую утилизацию отходов. Полученный в результате техногенный грунт сам становится ценным ресурсом — его можно использовать для отсыпки дорог и, что особенно значимо, для восстановления нарушенных земель.