ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 66.092-977
DOI: 10.18503/1995-2732-2025-23-3-59-68
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Рост объемов бурового шлама, образующегося при добыче нефти и газа, требует разработки эффективных методов его утилизации. Традиционные способы, такие как захоронение и инъекция в глубинные горизонты, сопряжены с экологическими рисками. Одним из перспек-тивных методов переработки является пиролиз, обеспечивающий снижение токсичности отходов и извлечение ценных продуктов. Цель работы. Изучение процесса пиролиза бурового шлама и характеристика полученных продуктов. Используемые методы. В ходе экспериментов проведен анализ исходного сырья, выполнены тер-мический анализ, пиролиз в лабораторной установке с неподвижным слоем при температуре 550°C, а также исследование состава и свойств продуктов пиролиза. Получены данные о материальном балансе, выходе жид-кой и твердой фракций, а также газообразных продуктов. Новизна работы. Заключается в детальном исследо-вании химического состава пиролизной жидкости методом ГХМС, а также в оценке свойств твердого остатка. Результаты. Установлено, что органическая часть пиролизной жидкости на 62% состоит из алканов, что делает её пригодной для использования в качестве топлива. Твердый остаток, содержащий преимущественно минеральную часть шлама, может применяться в строительстве или в качестве сорбента. Практическая значимость. Данные, полученные в ходе исследования, подтверждают, что пиролиз является эффективным методом переработки бурового шлама с возможностью извлечения полезных продуктов, что способствует снижению экологического ущерба и оптимизации процессов нефтегазовой отрасли.
Ключевые слова
буровой шлам, пиролиз, утилизация отходов, термическая деструкция, вторичные продукты
Для цитирования
Исследование продуктов пиролиза бурового шлама / Валеева А.Р., Хазиахмедова Р.М., Валиуллина А.И., Забелкин С.А., Грачев А.Н., Киселев Д.Ю. // Вестник Магнитогорского государственного технического уни-верситета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23. №3. С. 59-68. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2025-23-3-59-68
1. Оценка токсичности буровых шламов / Л.П. Капелькина, М.В. Чугунова, Т.В. Бардина и др. // Токсикологический вестник. 2013. №6 (123). С. 46-51.
2. Климова А.А., Язиков Е.Г., Азарова С.В. Содержание химических элементов и оценка токсичности бурового шлама нефтяных месторождений Томской области / // Биогеохимия химических элементов и соединений в природных средах: материалы III Международной школы-семинара молодых исследователей. Тюмень: Тюменский государственный университет, 2018. С. 353-356.
3. Картушина Ю.Н., Кваша К.А., Аракчеева А.Н. Утилизация буровых шламов с использованием минеральных сорбентов // Инновации и инвестиции. 2023. №6. С. 156-159. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/utilizatsiya-burovyh-shlamov-s-ispolzovaniem-mineralnyh-sorbentov (дата обращения: 02.04.2024).
4. Пат. 48979 Российская Федерация, МПК C02F 11/00. Установка для сушки и обжига бурового шлама / С.А. Шакиров; заявитель и правообладатель «Шакиров Салават Ахатович». № 2005120407/22; заявл. 30.06.2005; опубл. 10.11.2005.
5. Пат. 87107 Российская Федерация, МПК B09B 3/00. Комплекс двойного обезвреживания и утилизации бурового шлама / В.М. Горин, М.К. Кабанова, И.К. Казмалы [и др.]; заявитель и патентообладатель ЗАО «НИИКерамзит». № 2009122099/22; заявл. 10.06.2009; опубл. 27.09.2009.
6. Пат. 2422347 Российская Федерация, МПК B65G 5/00. Способ подземного захоронения буровых отходов в многолетнемерзлых породах / Н.А. Гафаров, А.А. Рябоконь, О.И. Савич [и др.]; заявитель и патентообладатель ООО «Подземгазпром». № 2009148161/03; заявл. 25.12.2009; опубл. 27.06.2011.
7. Прогнозное моделирование гидравлического разрыва пласта алюмосиликатными пропантами, изготовленными на основе буровых шламов / Третьяк А.А., Яценко Е.А., Доронин С.В., Борисов К.А., Кузнецова А.В. // Известия ТПУ. 2023. №3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/prognoznoe-modelirovanie-gidravlicheskogo-razryva-plasta-alyumosilikatnymi-propantami-izgotovlennymi-na-osnove-burovyh-shlamov (дата обращения: 02.04.2024).
8. Малиновская Л.В., Перевалов С.Н. Комплексный подход к обезвреживанию высокоминерализованных отходов бурения // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2015. №. 3. С. 27-31.
9. Пичугин Е.А. Закономерности получения стабилизированных геоэкологически устойчивых грунтовых смесей на основе буровых шламов: дис. … канд. тех. наук. Пермь, 2019. 183 с.
10. Воробьева С.Ю., Шпинькова М.С., Мерициди И.А. Переработка нефтешламов, буровых шламов, нефтезагрязненных грунтов методом реагентного капсулирования // Территория Нефтегаз. 2011. №2. С. 68-71. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/pererabotka-nefteshlamov-burovyh-shlamov-neftezagryaznennyh-gruntov-metodom-reagentnogo-kapsulirovaniya (дата обращения: 02.04.2024).
11. An effective treatment method for shale gas drilling cuttings solidified body / Liu DS, Wang CQ, Mei XD, Qian-Huang, Ding SM // Environ Sci Pollut. 2019, no. 26(17), pp. 17853-17857. DOI: 10.1007/s11356-019-05273-0
12. Utilization of oil-based mud drilling cuttings wastes from shale gas extraction for cement clinker production / Lai H, Lv S, Lai Z, Liu L, Lu Z. // Environ Sci Pollut. 2020, no. 27(26), pp. 33075-33084. DOI: 10.1007/s11356-020-09541-2.
13. The use of oil-based mud cuttings as an alternative raw material to produce high sulfate-resistant oil well cement / Abdul-Wahab S. A. et al. // Journal of cleaner production. 2020, 269, 122207.
14. Оценка воздействия на компоненты окружающей среды буровых шламов, накопленных на нефтегазовых месторождениях, и прогноз изменения качества окружающей среды при их утилизации: отчет о НИР / Б.Е. Шенфельд, В.Е. Шапкин, Н.В. Костылева и др. Пермь: ФГБУ УралНИИ «Экология». 2014. 282 с.
15. Пат. 2491135 Российская Федерация, МПК B09B 1/00. Смесь почвенная шламово-грунтовая (варианты) для рекультивации нарушенных земель и способ рекультивации карьеров и нарушенных земель / И.Н. Кольцов, Н.Г. Митрофанов, В.С. Петухова, Л.Н Скипин; патентообладатель ООО «Салым Петролеум Девелопмент». № 2011152564/13; заявл. 23.12.2011; опубл. 27.08.2013.
16. Мельник И. В., Чиник И. И. Детоксикация отработанных буровых растворов и буровых шламов //Нефтегазовые технологии и экологическая безопасность. 2008. №. 3. С. 166-169.
17. Чуктуров Г.К., Санников Р.Х., Багаутдинов Р.Р. Безамбарное бурение как способ решения экологических проблем // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2012. №. 11. С. 36-40.
18. Комплексная система обработки и утилизации буровых шламов при помощи фильтрующих оболочек / Н.А. Сафонова, О.В. Тупицына, К.Л. Чертес и др. // Экология и промышленность России. 2013. № 7. С. 11-17.
19. Синтез и свойства фенолоформальдегидных смол из продуктов термической переработки древесины / Валиуллина А.И., Грачев А.Н., Валеева А.Р. и др. // Клеи. Герметики. Технологии. 2022. № 5. С. 2-11. DOI: 10.31044/1813-7008-2022-0-5-2-111
20. Переработка отходов скорлупы фундука методом быстрого абляционного пиролиза / А.И. Валиуллина, А.Р. Валеева, С.А. Забелкин и др. // Системы. Методы. Технологии. 2022. № 3(55). С. 111-115. DOI: 10.18324/2077-5415-2022-3-111-115
21. Effect of molar ratios of phenol, formaldehyde, and catalyst on the properties of phenol–formaldehyde resin with partial replacement of synthetic phenol with depolymerized lignocellulose biomass / A.I. Valiullina, A.R. Valeeva, S.A. Zabelkin [et al.] // Biomass Conversion and Biorefinery. 2021. DOI: 10.1007/s13399-021-02071-y.
22. Валеева А.Р. Применение жидких продуктов быстрого пиролиза древесных отходов в качестве компонента фенолоформальдегидных смол: специальность 05.21.03 «Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины»: дис. … канд. техн. наук / Валеева Айгуль Раисовна. Казань, 2022. 155 с.
23. The Use of Biopolyols Obtained from Liquid Birch Sawdust Pyrolysis Products as a Renewable Component in the Production of Rigid Polyurethane Foams / A.I. Valiullina, A.N. Grachev, A.R. Valeeva [et al.] // Polymer Science, Series D. 2022, vol. 15, no. 2, рр. 300-305. DOI: 10.1134/S1995421222020307.
24. Catalytic pyrolysis of oil-based drill cuttings over metal oxides: the product properties and environmental risk assessment of heavy metals in char / Lv Q. et al. // Process Safety and Environmental Protection. 2022. Т. 159. С. 354-361.
25. Lv Q. et al. Pyrolysis of oil-based drill cuttings from shale gas field: Kinetic, thermodynamic, and product properties // Fuel. 2022, vol. 323, pp. 124332.
26. Ержанова Н.С., Кузьмина Р.И., Кунашева З.Х. Исследование свойств твердого остатка пиролиза бурового шлама // Вестник Технологического университета. 2021. Т. 24, № 6. С. 64-68.
27. Иванов А.В., Вильдяйкин С.Н., Истомин Ю.А. Оценка возможности утилизации бурового шлама пиролизом // Молодой ученый года – 2022: сборник статей II Международного научно-исследовательского конкурса. Пенза: Наука и Просвещение, 2022. С. 18-22.
28. Co-pyrolysis of waste polyvinyl chloride and oil-based drilling cuttings: Pyrolysis process and product characteristics analysis / Xia Z. et al. // Journal of Cleaner Production. 2021, vol. 318, pp. 128521.
29. Oil-based drilling cuttings pyrolysis residues at a typical shale gas drilling field in Chongqing: pollution characteristics and environmental risk assessment / Chen X. et al. //Environmental Geochemistry and Health. 2023, vol. 45, no. 6, pp. 2949-2962.