Введение к работе
Актуальность работы. Строительство нефте - и газодобывающих скважин сопровождается загрязнением окружающей среды буровыми растворами (БР), отработанными буровыми растворами (ОБР), буровыми сточными водами (БСВ), буровыми шламами (БШ) и т.д. ОБР накапливаются из-за длительности осаждения выбуренной, чаще всего, глинистой породы при отстаивании в шламовых амбарах. Осаждение ОБР резко ускоряется при центрифугировании и одновременной обработке коагулятами и флокулянтами (химическими реагентами - ХР) с разделением глинистых суспензий на водную фазу и твердый остаток. Этот процесс, названный химической очисткой (ХО), реализован на передвижных установках импортного и отечественного производства, позволяющих уменьшить вредное экологическое влияние ОБР.
При ХО в качестве химреагентов используют композиции различных коагулянтов и флокулянтов (в основном анионных и неионогенных полиэлектролитов), научные основы составления которых мало изучены. В го же время известно, что катионные флокулянты с положительно заряженными макромолекулами наиболее эффективны для осаждения глинистых суспензий, несущих отрицательный заряд на своих частицах. Выбор наименее токсичных и наиболее быстро биоразлагаемых отечественных флокулянтов позволил бы уменьшить экологическую опасность содержащей их водной фазы, образующейся при химической очистке БР, ОБР и БСВ.
Цель работы. Изучение флокулирующей способности, токсичности и био-разлагаемости ряда катионных нолиэлектролитов при химической очистке глинистых суспензий, составляющих основу БР, ОБР, БСВ, и разработка рекомендаций по применению наилучшего из испытанных флокулянтов.
Для достижения поставленной цели в диссертации решались следующие задачи:
-
Изучение взаимосвязи вязкости и рН водных растворов катионных флокулянтов;
-
Сравнение флокулирующей активности ряда полиэлектролитов и их композиций с коагулянтом (сульфатом алюминия), а также электропроводно-
ста, рН среды и окислительно - восстановительного потенциала (ОВП) глинистых суспензий в присутствии и в отсутствие ХР;
-
Оценка эффективности кашонных флокулянтов при ХО суспензий сапропеля, а также минеральных и углеводородных примесей из водно-метанольного раствора (в условиях электрокоагуляции) перед его регепе-рацией с помощью ректификации;
-
Оценка токсичности и биоразлагаемости применяемых реагентов в водной фазе, образующейся при химической очистке глинистых суспензий (по показателям ХПК, БПК и биолюминесценции).
Научная новизна. Оценена флокулирующая способность полиэлектролитов методами седиментации и фильтрования 0,4% водных суспензий сарипохского бентонита в присутствии отечественных, а также большого числа импортных реагентов и их композиций с коагулянтом (сульфатом А1). Показано, что при седиментации активность анионных флокулянтов выше, чем катионных, и уменьшается с добавкой коагулянта. Отделение водной фазы суспензий резко интенсифицируется при фильтровании, которое в большей степени ускоряется катионными полиэлектролитами, чем анионными. Обнаружено, что наиболее эффективен КФ-91, обеспечивающий минимальное время фильтрования суспензии. При фильтровании водной суспензии палыгорскита, как и бентонита, необходима та же эффективная концентрация КФ-91, однако скорость отделения водной фазы в этом случае выше в 1,34 раза.
Измерены рН, ОВП и электропроводность глинистых суспензий до и после фильтрования в присутствии и в отсутствие катионных флокулянтов. Наблюдаемые скачкообразные изменения измеренных величин подтверждают найденные ранее эффективные концентрации флокулянтов.
Показана возможность осаждения водной 7%-ной суспензии сапропеля фильтрованием в присутствии катионных полиэлектролитов. При этом эффективная концентрация КФ-91 составила 70 мг/л. Установлено, что гораздо меньшая концентрация КФ-91 (5 мг/л) необходима для осаждения взвешенных минерально-органических примесей в условиях электрокоагуляции из водно-метанольного рас-
твора (суспензии), образующегося при сепарации осушаемого металолом природного сероводородсодержащего газа. При этом содержание указанных примесей уменьшается в 1,2 - 2,7 раза при их осаждении с помощью электрокоагуляции.
Определена токсичность водных растворов катионных полиэлекгролитов, с использованием в качестве тест-объекта биолюминесцеїггньгх бактерий. Показано, что интенсивность свечения растворов уменьшается на 33 % при концентрации КФ-91, равной 1 мг/л, при той же концентрации ВПК-402 свечение сокращается на 98 %. Выявлена минимальная концентрация КФ-91 (-0,2 мг/л), при которой он проявляет острую токсичность за 96 ч. в отношении микроорганизмов Daphnia magna.
По измеренным по стандартным методикам показателям ХПК и БПК5 0,5% растворов флокулянтов вычислен коэффициент диссимиляции (БПК5/ ХПК). Обнаружено, что КФ-91 (коэффициент диссимиляции 0,18) обладает несколько большей скоростью биораспада по сравнению с ВПК-402 (коэффициент диссимиляции 0,14).
Практическая ценность.
Катионный полиэлектролит КФ-91 может быть рекомендован в качестве эффективного флокулянта для ХО глинистых и других видов водных суспензий. Высокая эффективность КФ-91 подтверждена при испытании процесса очистки БР в ПО "Беларусьнефть", а также при опытно-промышлишом испытании процесса обезвоживания сапропелей (из оз. Немсга) в АОЗТ "Кондор".
Апробация работы и публикации. Отдельные фрагменты диссертационной работы докладывались на 51 Межвузовской студенческой научной конференции «Нефть и газ - 97» (Москва 1997 г.), на десятой Всероссийской конференции по химическим реактивам «Реактив - 97», на 3-ей научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва 1999 г.). Результаты исследований опубликованы в 4 научных статьях и в 3 тезисах докладов на научпых конференциях.
Объем работы. Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста, включая 34 таблицы и 21 рисунок, состоит из общей характеристики работы, введения, четырех глав, выводов и приложения. Библиография включает 97 наименований.