В настоящее время на территории Российской Федерации реализуются крупномасштабные проекты, связанные с освоением нефтегазовых месторождений.

Несомненная экономическая выгода, которую несет в себе развитие нефтегазового комплекса, тем не менее, не снимает актуальную эколого-социальную проблему - утилизации и захоронения нефтепромысловых отходов. Несмотря на то, что вопросам обеспечения экологической безопасности, связанной с размещением и захоронением отходов уделяется большое внимание на государственном уровне, компаниями-операторами и в научных институтах, тем не менее, с каждым годом количество нефтепромысловых отходов растет, занимая все большие площади под захоронения, требуя новых подходов и организационно-технологических решений.

При всем многообразии характеристик нефтепромысловых отходов, их можно разделить на следующие основные группы:

• Шламы очистки трубопроводов и емкостей от нефти и нефтепродуктов;

• Кислые и соляные жидкие и пастообразные нефтесодержащие отходы, образующиеся при промывке разведочных и эксплуатационных скважин, освоения месторождения, работы бригад капитального ремонта скважин и очистки призабойной зоны;

• Жидкие и пастообразные отходы с низким содержанием нефтепродуктов, образующиеся в процессе эксплуатации установок подготовки нефти и установок очистки ливневых сточных вод;

• Отходы ликвидации аварийных разливов нефти;

• Тара из-под химреагентов;

• Отходы, образование которых связано с жизнедеятельностью персонала - мусор бытовых помещений и пищевые отходы (ТБО), медицинские отходы, отходы (осадки) водоподготовки и установок очистки хозяйственно-фекальных сточных вод;

• Отходы автотранспортных подразделений - промасленная ветошь, отработанные масляные и топливные фильтры, накладки тормозных колодок, отходы отработанных аккумуляторов;

• Золы, шлаки и пыль от топочных установок;

• Строительные отходы (отходы лакокрасочных средств и растворителей, древесные отходы, отходы искусственных инертных материалов, сварочные отходы);

• Металлолом;

• Ртутные лампы.

Основная доля нефтепромысловых отходов представляет собой обводненный нефтешлам различного состава. В упрощенном виде нефтешламы представляют собой многокомпонентные устойчивые агрегативные физико-химические системы, состоящие главным образом, из нефтепродуктов, воды и минеральных добавок (песок, глина, окислы металлов и т.д.). Нефтешламы в зависимости от условий образования подразделяются на буровые, резервуарные, грунтовые и технологические осадки.

Отходы бурения представляют собой отработанный буровой раствор и выбуренный шлам (измельченная горная порода). В состав буровых растворов входят различные, в т. ч. токсичные компоненты, содержащие тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, медь, цинк, железо, никель, мышьяк), биоциды, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ). Буровые сточные воды характеризуются содержанием металлов (Al, As, Ba, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb, Zn, K, Na), нефтепродуктов и взвешенных веществ, а также значительной величиной соленасыщения. В соответствии с результатами биотестирования буровые сточные воды после установок обезвоживания оказывают острое токсическое действие на биоту. При прохождении твердых горных пород в состав бурового раствора практически всегда добавляются смазочные вещества на углеводородной основе. А бурение наклонных скважин требует применения синтетических буровых растворов, либо растворов на нефтяной основе - в обоих случаях их токсичность очень высока. Вследствие контакта с буровым раствором токсичность приобретает и выбуренный шлам. Ориентировоч-ный объем бурового раствора при работе на море составляет 60000 м куб. и 15000 м куб. шлама с одной платформы в год и приблизительно 600 м куб. пластовой воды в сутки (с учетом полного срока освоения месторождения). На отдельных платформах объем сбрасываемой пластовой воды может достигать 20000 м куб. в сутки.

Технологические осадки представляют собой сильно обводненные суспензии с низким содержанием нефтепродуктов и образуются в процессе работы установок подготовки нефти и очистки ливневых сточных вод. Ориентировочный объем образования обводненных технологических осадков варьируется от 3до 10 тыс. куб. м в год на одном нефтепромысле.

Грунтовые нефтешламы образуются в результате проливов нефтепродуктов на почву в процессе производственных операций, либо при аварийных ситуациях.

Нефтешламы резервуарного типа образуются при хранении и перевозке нефтепродуктов в емкостях разной конструкции и характеризуются высоким содержанием углеводородов. Ориентировочный объем образования нефтешламов варьируется от 50 до 100 куб. м на одну чистку резервуара, объемом 50000 м куб. Главной причиной образования резервуарных нефтешламов является физико-химическое взаимодействие нефтепродуктов в объеме конкретного нефтеприемного устройства с влагой, кислородом воздуха и механическими примесями, а также с материалом стенок резервуара. В результате таких процессов происходит частичное окисление исходных нефтепродуктов с образованием смолоподобных соединений и ржавление стенок резервуара. Попадание в объем нефтепродукта влаги и механических загрязнений приводит к образованию водно-масляных эмульсий и минеральных дисперсий. По результатам многих исследований в нефтешламах резервуарного типа соотношение нефтепродуктов, воды и механических примесей (частицы песка, глины, ржавчины и т.д.) колеблется в очень широких пределах: углеводороды составляют 5-90%, вода 1-50%, твердые примеси 1-70%. Как следствие, столь значительного изменения состава нефтешламов диапазон изменения их физико-химических характеристик тоже очень широк. Плотность нефтешламов колеблется в пределах 600-2000 кг/м3, температура застывания от -3оС до +80оС. Темпера-тура вспышки лежит в диапазоне от 35 до 120оС. При длительном хранении резервуарные нефтешламы со временем разделяются на несколько слоев с характерными для каждого из них свойствами.

Выбор метода переработки и обезвреживания нефтяных шламов, в основном, зависит от количества содержащихся в шламе нефтепродуктов. В качестве основных методов обезвреживания и утилизации нефтешламов используются:

• термические - сжигание в открытых амбарах, печах различных типов, получение битуминозных остатков;

• физические - захоронение в специальных могильниках, разделение в центробежном поле, вакуумное фильтрование и фильтрование под давлением;

• химические - экстрагирование с помощью растворителей, отвердение с применением (цемент, жид-кое стекло, глина) и органических (эпоксидные и полистирольные смолы, полиуретаны и др.) добавок;

• физико-химические - применение специально подобранных реагентов, изменяющих физико-химические свойства, с последующей обработкой на специальном оборудовании;

• биологические - микробиологическое разложение в почве непосредственно в местах хранения, биотермическое разложение.

При выборе метода переработки нефтепромысловых отходов изначально ставится задача определения экономической эффективности извлечения нефтепродуктов из нефтешлама переменного состава. Решение данной задачи осложнено необходимостью моделирования физико-химических процессов, происходящих в эмульсиях переменного состава в переменных температурных условиях. Устойчивость эмульсий типа вода-масло объясняется главным образом наличием на поверхности капелек эмульсии структурно-механического барьера, представляющего собой двойной электрический слой на межфазной поверхности. В состав таких защитных пленок могут входить соли поливалентных металлов органических кислот и других полярных компонентов нефтепродукта, которые дополнительно адсорбируются на асфальто-смолистых агрегатах и переводят их в коллоидное состояние. В коллоидном же состоянии асфальтены обладают наибольшей эмульгирующей способностью.

Многочисленные исследования указывают на существование прямой связи между устойчивостью эмульсии и концентрацией природных стабилизаторов на границе раздела фаз. Естественно, что концентрация таких веществ возрастает в объеме нефтепродуктов по мере увеличения их молекулярного веса (переход к тяжелым фракциям нефти). Помимо образования эмульсий в среде нефтепродуктов в процессе транспортировки и хранения происходит образование полидисперсных систем при взаимодействии жидких углеводородов и твердых частиц механических примесей. Таким образом, в случае принятия решения о необходимости извлечения нефтепродуктов из нефтешламов, наиболее эффективной является технология сепарирования нефтяных шламов мобильными установками непосредственной в местах их образования, не допуская их длительного хранения и битуминизации.

Кроме того, на стадии проектирования полигона принимается решение об экономической эффективности вторичного использования нефтешлама после соответствующей обработки для внутренних нужд нефтепромысла. Одним из способов обработки нефтешлама может служить его солидификация. Такая технология позволяет получить на основе обезвреженного отхода достаточно прочный материал. Образовавшаяся при твердении прочная консервирующая матрица предотвращает растворение токсичных веществ под воздействием компонентов окружающей среды, дополнительно связывает их физически и химически, снижает поверхность контакта с окружающей средой. Обезвреживание шлама проводится путем смешения в определенных пропорциях с сорбентом и цементом. Далее полученная матрица может использоваться в производстве строительных материалов - кирпича, керамзита, мелкоразмерных строительных изделий и т.п. Альтернативой солидификации является термическая обработка нефтешламов с последующим использованием шлаков и золы как наполнителя при производстве планировочных и др. работ на нефтепромысле.

Выбор мероприятий по переработке отходов нефтедобычи, в первую очередь, направлен на снижение негативного воздействия на окружающую среду. Однако определяющим является экономический эффект: уменьшение стоимости мероприятия и платы за размещение отходов; получение прибыли от реализации продуктов утилизации.

В настоящее время наиболее широко распространенным методом является захоронение нефтешламов в амбарах без их вторичного использования.

Основные проблемы, с которыми сталкиваются компании, проектирующие комплексы (полигоны) разещения, переработки и захоронения нефтепромысловых отходов, следующие:

• Переменный состав нефтешламов, наличие асфальтенов, обладающих высокой эмульгирующей способностью, что затрудняет естественное фракционное разделение нефтешламов;

• Значительные расхождения данных по количественному и качественному составу нефтепромысловых отходов, представленных в разделах "Охрана окружающей среды" в проектах на строительство и эксплуатацию промыслов, с данными фактической инвентаризации, проводимой проектировщиками полигонов при сборе исходных данных;

• Основная масса нефтепромысловых отходов находится в обводненном пастообразном состоянии, что осложняется агрессивностью некоторых компонентов отходов, и затрудняет процесс транспортировки от нефтепромысла до полигона;

• Наличие большого количества неутенных нефтепромысловых отходов, накопленных за предыдущий период геологоразведочных или эксплуатационных работ, особеннона старых нефтепрмыслах или при смене владельцев лицензии на недропользование. Такие отходы, как правило, не имеют владельца, хранятся на необорудованных площадках, могут быть частично задернованы, что затрудняет их учет, и как следствие - захламление территории, негативное воздействие на грунтовые и подземные воды, неиспользование ценного вторсырья;

• Отсутствие инфраструктуры, транспортная удаленность и сложные инженерно-геологические условия районов размещения основной массы нефтепромыслов, а следовательно и полигонов размещения, переработки и захоронения нефтепромысловых отходов - многолетняя мерзлота, наличие термокарстовых озер, высокие коррозионные свойства грунтовых вод и т.п., что затрудняет применение традиционных технологий переработки и захоронения отходов, распространенных в средней полосе России;

• Начало разработки проектов полигонов размещения, переработки и захоронения нефтепромысловых отходов, как правило, происходит уже после утверждения проектной документации на объекты обустройства месторождения и транспортной инфраструктуры, что затрудняет использование комплексного подхода при формировании внутрипромысловых потоков и приводит к дублировании некоторых блоков и удлинению сети транспортной инфраструктуры.

Опыт, накопленный ООО "НефтеГазСтрой Консалтинг и Инжиниринг" в решении вышеуказанных проблем при проведении инвентаризации нефтепромысловых отходов и проектировании комплексов (полигонов) по их утилизации, указывает на необходимость использования Компаниями-операторами комплексного подхода при проектировании нефтепромысловых объектов как единого целого с учетом всех этапов "жизненного цикла", включая этап ликвидации, нефтепромысла.

ООО "НефтеГазСтрой Консалтинг и Инжиниринг" предлагает объединить усилия проектных институтов и инжиниринговых компаний путем проведения специализированного семинара с перспективой создания Объединения (пула) независимых сервисных компаний, предлагающих услуги в сфере обращения с нефтепромысловыми отходами.

Целью создания такого объединения будет являться:

• интенсификации обмена опытом и номенклатурой услуг, современных технологий, оборудования и материалов, используемых при обращении с нефтепромысловыми отходами, создание специализированной общедоступной базы данных,

• создание унифицированных (типовых) мобильных и стационарных технологических блоков по утилизации основных нефтепромысловых отходов с целью снижения их себестоимости;

• разработке отраслевых стандартов по инвентаризации и обращению с нефтепромысловыми отходами, создание которых предусмотрено положениями статьи 17 Федерального Закона "О техническом регулировании" от 27.12.2002 N 184-ФЗ, положительным примером такой работы может служить отраслевые руководящие документы ОАО "АК "ТРАНСНЕФТЬ" РД 153-39.4-115-01 "Удельные нормативы образования отходов производства и потребления при строительстве и эксплуатации производственных объектов ОАО "АК "ТРАНСНЕФТЬ") и ОАО "НК "РОСНЕФТЬ" (РД 39-133-94 "Инструкция по охране окружающей среды при бурении скважин на нефть и газ на суше");

• развитие системы добровольной сертификации в области технологий и оборудования по обращению с нефтепромысловыми отходами.

Кузнецова Ю.А., Белов Д.В., Кузилов Л.А.

ООО "Нефтегазстрой консалтинг и инжиниринг", Москва, Россия