Изобретение предлагает способ утилизации бурового шлама, образующегося при бурении нефтяных скважин, с использованием негашеной извести и глины в соотношении 3:1 для создания конгломератной массы, которая применима в дорожном строительстве. Этот метод эффективно минимизирует затраты и улучшает экологическую ситуацию, позволяя использовать отходы в качестве строительного материала без специальных затрат на оборудование. Результаты испытаний показывают увеличение прочностных характеристик при увеличении давления прессования до 15 МПа.

1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28938
(51) E21C 41/32 (2006.01)
B09B 3/00 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/0997.1
(22) 26.07.2013
(45) 15.09.2014, бюл. №9
(72) Монтаев Сарсенбек Алиакбар лы; Таскалиев
Азамат Тюлепкалиевич; Адилова Нургуль
Болатовна; Жарылгапов Сабит Муратович; Нариков
Канат Амангельдыевич; Монтаева Айнур
Сарсенбековна; Монтаева Нургуль Сарсенбековна
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Западно-
Казахстанский аграрно-технический университет
им. Жангир хана" Министерства образования и
науки Республики Казахстан
(56) KZ 24716, E21B 43/00, 17.10.2011
(54) СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ БУРОВОГО
ШЛАМА
(57) Изобретение относится к нефтедобывающей
промышленности и может найти применение при
утилизации буровых шламов, образующиеся при
бурении нефтяных скважин. Задачей, на решение
которой направлено предлагаемое изобретение,
является создание способа, позволяющего
эффективно и с минимальными затратами
производить утилизацию буровых шламов, с
выходом готовой продукции для дорожного
строительства, что решает проблему расширения
сырьевой базы дорожной отрасли и устраняет
вредные воздействия бурового шлама на
окружающую среду.
Способ утилизации бурового шлама,
включающий химическую фиксацию с помощью
негашеной извести, отличающийся тем, что в
буровой шлам с естественной влажностью вводят
послойно негашеную известь и глину в
соотношении 1:3 по объему и подвергают
совместному перемешиванию с буровым шламом
без добавления воды до образования
конгломератной массы с влажностью 8 - 10% с
последующим хранением и отправкой для
строительства дорожного полотна, где производят
уплотнения при давлении 10,0 -15,0 МПа.
Использование предлагаемого изобретения
позволяет улучшить экологическую обстановку за
счет эффективной утилизации буровых шламов
путем практического их использования и не требует
больших материальных затрат.
(19)KZ(13)A4(11)28938

2. 28938
2
Изобретение относится к нефтедобывающей
промышленности и может найти применение при
утилизации буровых шламов, образующихся при
бурении не нефтяных скважин. Задачей, на решение
которой направлено предлагаемое изобретение,
является создание способа, позволяющего
эффективно и с минимальными затратами
производить утилизацию буровых шламов, что
улучшает состояние окружающей среды.
Использование предлагаемого изобретения
позволяет улучшить экологическую обстановку за
счет эффективной утилизации буровых шламов и не
требует больших материальных затрат.
Одним из известных способов утилизации
буровых отходов включает рытье котлована в
минеральном грунте [Агзамов Ф.А.,
Измухамбетов Б.С. Долговечность тампонажного
камня в коррозионных средах. - СПб.: Недра, 2005.
с.318, Быков И.Ю. Техника экологической защиты
Крайнего Севера при строительстве скважин. - Л.:
Издательство Ленинградского университета,
1991.с.240. Быков И.Ю., Гуменюк А.С,
Литвиенко В.И. Охрана окружающей среды при
строительстве скважин. - М.: ВНИИОЭНГ, 1985.
с.37. (Обзор, информ. Сер. Коррозия и защита
окружающей среды в нефтегазовой
промышленности).]. Извлеченный грунт
используется для обвалования котлована и
гидроизоляции полости котлована слоем глины.
Затем котлован заполняется отходами бурения,
проходит процесс расслоения отходов бурения на
загущенную и жидкую фазы. Амбары освобождают
от жидкой фазы, которую направляют в систему
сбора и подготовки нефти с последующим
использованием ее в системе поддержания
пластового давления. Вода из жидкой фазы может
удаляться путем испарения. Затем загущенные
отходы бурения засыпают минеральным грунтом.
Наиболее близким к изобретению является
утилизация бурового шлама с фиксацией с
помощью извести [Патент №24716]. Недостатками
указанных способов является большое количество
содержания извести и низкие физико-механические
свойства готового продукта.
Предлагаемый нами способ утилизации
реализуется согласно разработанной
технологической схеме (Фиг.1).
Для получения композиционной смеси в
металлическую емкость сначала был залит буровой
шлам естественного отбора толщиной 40 см. Затем
на поверхность бурового шлама равномерно
засыпалась негашеная известь толщиной 10 см и
вылеживался в течении 2 часов. После истечения
этого времени в поверхность двухслойной
композиции засыпалась глина толщиной 20 см и
вылеживался в течении 2 часов. После чего
трехслойная смесь подавалась в двухвальный
смеситель, где тщательно перемешивался. Из
перемешанной трехкомпонентной композиционной
смеси формовались образцы цилиндры (50×50мм) и
балочки (40×40×160мм) методом полусухого
прессования. Давление прессования составляет
10 МПа. Полученные образцы хранились в
естественных условиях в течении 28 суток и
испытывались для определения физико-
механических свойств.
В процессе засыпки негашеной извести на
поверхность бурового шлама наблюдается
интенсивная адсорбция влаги содержащейся в
буровом шламе и происходит процесс гашения
извести с выделением тепла.
Кроме того, параллельно наблюдалась испарение
влаги вследствие нагрева смеси связанные с
процессами химических реакций. При засыпке в
двухкомпонентный слой глины и вылеживание
глины наблюдается интенсивная адсорбция влаги
глинистого компонента. При этом трехслойная
композиционная смесь приобретает конгломератное
состояние.
При этом установлено, что по истечении
определенного времени смесь бурового шлама
негашеной извести и глины приобретает
способность формоваться.
Из полученных сырьевых смесей для
исследования их формовочных свойств
формовались образцы цилиндры (5×5×5см) и
балочки (4×4×16см).
Цель данного этапа исследования - изучить
процесс уплотнения в зависимости от давления
прессования и выявить возможность использования
их как насыпного грунта и как элемент конструкции
дорожной одежды.
Отформованные образцы сначала испытывались
для определения сырцовой прочности, а остальные
образцы сушились в сушильном шкафу при
температуре 35 -40°С, т. е. максимально
приближенных условиях к естественной сушке.
Высушенные образцы подвергались к физико-
механическим испытаниям по стандартным
методикам. Результаты экспериментальных
исследований представлены в таблице 1.
Табл. 1.
Результаты экспериментальных исследований физико - механических свойств образцов от давления
прессования
№
состава
Состав
сырьевой смеси
Давление
прессования, МПа
Сырцовая
прочность, МПа
Прочность при
сжатии, МПа
Прочность при
изгибе, МПа
Средняя
плотность, г/см3
10 1,48 4,6 0,96 1,321 Буровой шлам
70
глиняноизвестк
овая смесь
-30
15 1,65 5,4 1,25 1,37

3. 28938
3
№
состава
Состав
сырьевой смеси
Давление
прессования, МПа
Сырцовая
прочность, МПа
Прочность при
сжатии, МПа
Прочность при
изгибе, МПа
Средняя
плотность, г/см3
10 1,62 5,6 1,28 1,362 Буровой шлам
-60 глиняно-
известковая
смесь -40
15 1,71 5,8 1,32 1,39
10 1,72 6,3 1,35 1,413 Буровой шлам
-50
глиняно-
известковая
смесь -50
15 1,85 6,7 1,36 1,432
Как показывает результаты экспериментальных
исследований, с увеличением давления прессования
от 10 до 15 МПа наблюдается стабильное
увеличение значение сырцовой прочности,
прочности при сжатии и изгибе высушенных
образцов, а также средней плотности.
При этом максимальное значение сырцовой
прочности, прочности при сжатии и изгибе
высушенных образцов, а также средней плотности
наблюдается в тех составах, где содержание глиняно
- известковой смеси - 50%. Например, сырцовая
прочность состава №3, где содержание глиняно -
известковой смеси - 50%, при давлении прессования
15 МПа значение сырцовой прочности составило
1,85 МПа, прочности при сжатии высушенных
образцов 6,7 МПа, при изгибе 1,36 МПа, а значение
средней плотности составило 1,432 г/см3
.
Предлагаемая нами технология обезвреживания
буровых отходов отличается тем, что в качестве
минеральной добавки используется глиняно -
известковая смесь в соотношении 3:1 и
перемешивается с буровым шламом с естественной
влажностью до получения однородной массы в виде
конгломерата и складируются для отправки к
потребителю. В результате перемешивания
бурового шлама с естественной влажностью с
глиняно - известковой смесью происходят физико -
химические реакции и процессы, способствующие
обезвреживанию хлористых соединении и
образованию гомогенной смеси пригодные для
использования, как насыпного грунта, так и верхней
дорожной одежды для строительства
внутрипромысловых дорог.
Кроме того, для организации работ по
обезвреживанию отходов бурения не требуется
специального дорогостоящего необходимого
оборудования и приборов, что облегчает до
минимума затраты для их практической реализации
фактически в любом регионе, где производятся
буровые работы.
Следует отметить, что именно добавка глиняно -
известковой смеси в указанном соотношении
переводит буровой шлам в категорию сырьевых
материалов, пригодных для дорожного
строительства не только как насыпного, но и как
конструктивной верхней дорожной одежды, так как
известь известна как воздушное вяжущее вещество
способного твердеть в композиции с силикатными
материалами.
Использование обезвреженного бурового шлама
по предлагаемой технологии позволяет полностью
утилизировать, используя их в качестве дорожного
полотна. А это очень выгодно с точки зрения
экономии природных сырьевых ресурсов, так как
дорожное строительство является крупным
потребителем природного сырья в виде глины,
песка, гравия и щебня.
Пример 1.
Для получения композиционной смеси в
металлическую емкость сначала был залит буровой
шлам естественного отбора толщиной 40 см. Затем
на поверхность бурового шлама равномерно
засыпалась негашеная известь толщиной 10 см и
вылеживался в течении 2 часов. После истечения
этого времени в поверхность двухслойной
композиции засыпалась глина толщиной 20 см и
вылеживался в течении 2 часов. После чего
трехслойная смесь подавалась в двухвальный
смеситель, где тщательно перемешивался. Из
перемешанной трехкомпонентной композиционной
смеси формовались образцы цилиндры (50×50мм) и
балочки (40×40×160мм) методом полусухого
прессования. Давление прессования составляет
10 МПа. Полученные образцы хранились в
естественных условиях в течении 28 суток и
испытывались для определения физико-
механических свойств.
Полученный материал обладает следующими
свойствами: сырцовая прочность- 1,48 МПа,
прочность при сжатии - 4,6 МПа, прочность при
изгибе - 0,96 МПа, средняя плотность - 1,32 г/см3
.
Пример 2.
Для получения композиционной смеси в
металлическую емкость сначала был залит буровой
шлам естественного отбора толщиной 40 см. Затем
на поверхность бурового шлама равномерно
засыпалась негашеная известь толщиной 15 см и
вылеживался в течении 3 часов. После истечения
этого времени в поверхность двухслойной
композиции засыпалась глина толщиной 30 см и
вылеживался в течении 2,5 часов. После чего
трехслойная смесь подавалась в двухвальный
смеситель, где тщательно перемешивался. Из
перемешанной трехкомпонентной композиционной
смеси формовались образцы цилиндры (50×50мм) и
балочки (40×40×160мм) методом полусухого
прессования. Давление прессования составляет
15 МПа. Полученные образцы хранились в
естественных условиях в течении 28 суток и
испытывались для определения физико-
механических свойств.
Полученный материал обладает следующими
свойствами: сырцовая прочность- 1,85 МПа,

4. 28938
4
прочность при сжатии - 6,7 МПа, прочность при
изгибе - 1,36 МПа, средняя плотность - 1,432 г/см3
.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ утилизации бурового шлама,
включающий химическую фиксацию с помощью
негашеной извести, отличающийся тем, что в
буровой шлам с естественной влажностью вводят
послойно негашеную известь и глину в
соотношении 3:1 по объему и подвергают
совместному перемешиванию с буровым шламом
без добавления воды до образования
конгломератной массы с влажностью 8-10% с
последующим хранением и отправкой для
строительства дорожного полотна, где производят
уплотнения при давлении 10,0-15,0 МПа.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч