Автореферат Жантохова


 УДК 665

УДК 665.68:628.544 На правах рукописи




ЖАНТОХОВ САПИ КАРАБАЕВИЧ





Снижение техногенного воздействия на

окружающую среду при внутрипромысловом

сборе и подготовке нефти

(на примере месторождения Кенкияк)




25.00.З6 – Геоэкология






Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук









Республика Казахстан

Алматы, 2007


Работа выполнена в ДГП «Институт горного дела им. Д.А. Кунаева»

РГП «Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан»



Научный руководитель:

доктор технических наук Жалгасулы Н.


Официальные оппоненты:


доктор технических наук Естемесов З.А.


кандидат технических наук Бекбасаров Ш.Ш.


Ведущая организация: Атырауский институт нефти и газа.



Защита состоится «07» сентября 2007 г. на заседании диссертационного Совета Д14.15.07 при КазНТУ им. К.И. Сатпаева по адресу: 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22, конференц-зал НК

Отзывы на автореферат диссертации направлять по адресу: 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22, ауд. 252, факс: 8(3272)2925417 (156).





С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета им. К.И. Сатпаева.



Автореферат разослан « » 2007 г.



Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук Сарыбаев О.А.


Введение


Актуальность проблемы

Проблема повышения экологической безопасности при обращении с отходами нефтедобычи актуальна практически в каждом нефтедобывающем регионе Республики Казахстан.

С одной стороны - значительные количества нефтяных отходов негативно воздействуют практически на все компоненты окружающей среды (людей, промышленные, транспортные и жилищно-коммунальные объекты, сельскохозяйственные угодья, леса, водоемы и т.п.). Эти отрицательные воздействия проявляются в основном в повышении заболеваемости людей, ухудшении их жизненных условий, в снижении продуктивности биологических природных ресурсов, ускорении износа зданий, сооружений и оборудования.

С другой стороны – нефтесодержащие отходы – это ценное углеводородное сырье. Его переработка может обеспечить доходность, которая позволит провести необходимые природоохранные и реабилитационные мероприятия и сохранить финансовую устойчивость нефтедобывающего предприятия. На месторождении Кенкияк при добыче нефти, в результате производства ремонтных работ, утечек нефти через неплотности запорной арматуры и аварийных утечек нефти при прорывах сборных трубопроводов, а также при очистке резервуаров образуются жидко-текучие отходы и замазученный грунт.

Содержание нефтепродуктов в отходах, по данным мониторинга, превышает предельно допустимые концентрации более чем в 30 раз. С целью предотвращения загрязнения окружающей среды пожароопасными продуктами – замазученным грунтом и осадком из резервуаров - их размещают на полигоне, так как на предприятии отсутствует технология по переработке и утилизации отходов такого характера.

Нефтешламы и их накопители являются реальным источником техногенных эмиссий и воздействия на экосистему. Между тем нефтешламы могут быть использованы для производства на их основе различных строительных материалов.

Утилизация отходов нефтедобычи по сравнению с их размещением в амбарах снижает удельный ущерб окружающей среде в 64 раза, а по сравнению с их размещением на полигонах – в 41,7 раза. Утилизация отходов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности исключительно актуальна для большинства развитых стран. Затрачиваются огромные средства для решения этого вопроса во многих высокоразвитых странах (США, Япония, Германия и др.), но до сих пор нет универсальной технологии и способов утилизации отходов нефтяной промышленности.

При всем многообразии технологий и способов утилизации такого рода отходов существуют два принципиально разных направления их переработки: а) способы утилизации без предварительного выделения полезных компонентов; б) способы, основанные на использовании отходов как ресурсного потенциала (вторичного сырья) и позволяющие получить ценные нефтепродукты и другие компоненты. В этом случае остаток после извлечения нефтепродуктов следует рассматривать как условно экологически безвредный, который может быть безопасно использован. Поскольку характер нефти на каждом месторождении практически уникален, то и технология утилизации нефтешламов должна разрабатываться специально для рассматриваемого месторождения.

Работа выполнялась в соответствии с комплексной программой ИГД им. Д.А. Кунаева по снижению техногенной нагрузки на компоненты окружающей среды по объектам объединения при ОАО «СНПС Актобемунайгаз» (2005-2007 гг.).

Цель работы: - минимизация эколого-экономического ущерба от захоронения нефтесодержащих отходов при внутрипромысловом сборе и подготовке нефти.

Идея работы: - предотвращение отрицательного воздействия на окружающую среду путем разработки новых технических решений для очистки резервуаров - отстойников и утилизации нефтешламов и замазученного грунта.

Задачи исследований:

- мониторинг техногенной нагрузки на окружающую среду на месторождении Кенкияк;

- анализ и оценка известных способов утилизации нефтешламов;

- разработка технических решений для очистки резервуаров - отстойников;

- оптимизация параметров отмывки нефтешламов водными щелочными растворами;

- разработка технологической схемы отмывки нефтешламов;

- эколого-экономическая оценка разработанной технологии.

Методы исследований. При выполнении работы использовался комплексный метод исследований, включающий мониторинг состояния окружающей среды, анализ и обобщение литературных источников, проведение теоретических и экспериментальных исследований с использованием аппаратуры для определения концентрации нефти в водонефтяных эмульсиях, конструирование технологического оборудования с подачей заявок на предполагаемые изобретения, обработку экспериментальных данных с использованием стандартных компьютерных программ.

Научные положения, выносимые на защиту:

- снижение загрязненности окружающей среды легколетучими углеводородами и сопутствующими газами зависит от сроков очистки резервуаров-отстойников и переработки нефтешламов;

- фукциональные зависимости извлечения нефти из нефтешламов и накопления её в водонефтяной эмульсии при отмывке нефтешламов водными щелочными растворами в режиме противотока от содержания нефти в шламах и числа операций отмывки.

Научная новизна

- получены закономерности извлечения нефти из шламов водными растворами метасиликата натрия в присутствии ПАВ и накопления её в водонефтяной эмульсии при различных параметрах отмывки, которые описываются регрессионными уравнениями первой – четвертой степени приближения;

- на основе диаграммного анализа функций получены поверхности отклика от числа операций отмывки в системе «нефтешлам – реагент» (метасиликат натрия, ПАВ);

- разработана новая технология очистки резервуаров-отстойников от нефтешламов с применением механического очистителя карусельного типа и шнекового транспортера;

- установлена эффективность использования центробежного пневмосепаратора для извлечения нефти из шлама;

- разработана новая технологическая схема отмывки нефти из шламов водными щелочными растворами, отличающаяся простотой аппаратурного оформления и высокой эффективностью.

Достоверность научных положений подтверждается корректной постановкой задач исследований, большим объемом лабораторных и вычислительных экспериментов на современном оборудовании, высокой (85-90%) сходимостью расчетных значений основных параметров отмывки нефтешламов с полученными экспериментальными данными, положительными решениями государственной патентной экспертизы.

Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования, выявлении эмпирических зависимостей, характеризующих изменение извлечения нефти из шламов и ее содержания в водонефтяной эмульсии от параметров отмывки, разработке на основе полученных закономерностей технологической схемы отмывки нефтешламов, обеспечивающей интенсификацию процесса и полноту извлечения нефти из шламов, разработке комплекса технологического оборудования на уровне изобретений для механизированной очистки резервуаров отстойников и переработки нефтяных шламов (подано две заявки в НИИС РК).

Практическая значимость работы

Использование комплекса технологического оборудования для механизированной очистки резервуаров отстойников и переработки нефтяных шламов позволит ликвидировать трудоемкие и опасные ручные операции и получить высокий экономический эффект.

Использование предлагаемой технологии очистки нефтяных шламов водными щелочными растворами позволяет исключить капитальные вложения на строительство могильников для хранения отходов производства и экологические выплаты (за хранение отходов, выбросы в атмосферу).

Реализация результатов работы

Результаты исследований и рекомендации автора приняты к использованию на нефтедобывающих предприятиях ОАО «СНПС Актобемунайгаз».

Апробация работы

Научные и практические результаты диссертации, отражающие исследования автора, докладывались и обсуждались на Международной конференции «Геодинамические и геофизические основы прогноза землетрясения и оценки сейсмического риска», Алматы, 2004г.; на семинаре с участием сотрудников Польского промышленного института электроники (г. Варшава) – Алматы, 2005 г.; научно-практической конференции «Совершенствование взаимосвязи образования и науки в XXI веке», Шымкент, 2006; на 8-й Международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности», Алматы, 2006 г.; на Международной научно-практической конференции, посвященной 40-летию ДГП ГНПОПЭ «Казмеханобр», Алматы, 2006 г.; на 2-й Международной конференции «Горное дело и металлургия в Казахстане», посвященной 15-летию независимости Казахстана; на расширенном заседании лаборатории ФХСПМС, ЭРОН, ФТПРМ ИГД им. Д.А. Кунаева, 2006 г.; на НТС ОАО «Актобемунайгаз» (2005-2007 гг.); в Актюбинском территориальном управлении охраны окружающей среды (2005-2007 гг.).

Публикации

Основные научные результаты опубликованы в 14 работах, в том числе 5 – в изданиях, перечень которых утвержден Комитетом по надзору и аттестации в сфере образования и науки МОиН РК, 1 статья опубликована в журнале РФ, 5 – в трудах международных научных конференций, подано 2 заявки на предполагаемые изобретения.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка использованных источников из 100 наименований. Объем диссертации - 101 страница текста компьютерного набора, включая 31 таблиц, 20 рисунков и приложения.


Основная часть


Проблема повышения экологической безопасности при обращении с твердыми отходами нефтедобычи актуальна практически в каждом нефтедобывающем регионе Западного Казахстана.

Вопросам переработки, утилизации и эффективного использования нефтеотходов посвящены работы известных российских и казахстанских ученых Абросимова А.А., Ручкиновой О.И., Мазловой Е.А., Соркина Я.Т., Надирова Н.К., Бишимбаева В.К., Естемесова З.А., Нуркеева С.С., Ахметжанова Т.К., Махамбетовой У.К., Нурпеисовой М.Б., Курманкожаева А.К., Жалгасулы Н. и др.

Нефтяные отходы негативно воздействуют практически на все компоненты окружающей среды (людей, промышленные, транспортные и жилищно-коммунальные объекты, сельскохозяйственные угодья, леса, водоемы и т.п.). Это проявляется в повышении заболеваемости людей, ухудшении их жизненных условий, в снижении продуктивности биологических природных ресурсов, ускорении износа зданий, сооружений и оборудования.

В то же время, переработка нефтесодержащих отходов может обеспечить дополнительный доход, который позволит провести необходимые природоохранные и реабилитационные мероприятия и сохранить финансовую устойчивость нефтедобывающего предприятия.

На месторождении Кенкияк высокообводненная, парафинистая и пескосодержащая нефть надсолевого горизонта подвергается первичной обработке на нефтесборной площадке, на которой размещены 9 резервуаров по 2000 м3 каждый. Отстой нефти от твердых осадков и слив воды осуществляются при ее перекачке в последовательной цепи резервуаров.

При первичной обработке сырой нефти образуются газообразные (углеводороды, сероводород, диоксиды и оксиды углерода, азота, серы, сажа, меркаптаны); жидкие (нейтральные нефтесодержащие, солесодержащие, сернисто-щелочные, кислые и сероводородсодержащие сточные воды); твердые (замазученный грунт, асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО), нефтешламы) отходы. В нефтешламах часто встречаются тяжелые металлы (таблица 1).


Таблица 1 - Микроэлементы в составе нефтешламов


Микроэлементы

Содержание микроэлемента, мг/кг

ПДК, мг/м3

Никель

4,5

3,0

Ванадий

10,8

23,0

Кобальт

0,5

2,8

Железо

2800

10,0

Марганец

33

15,00

Хром

3,8

18,3


Как видно из приведенных в таблице 1 данных, содержание некоторых тяжелых металлов в нефтешламах значительно превышает предельно допустимые концентрации. То есть, даже по содержанию тяжелых металлов нефтешламы несут потенциальную опасность для окружающей среды.

Очистка нефтеотстойников на нефтепромысле Кенкиякнефть обычно выполняется вручную через смотровые люки с предварительным пропариванием и размывом горячей водой сгущенных нефтеосадков. Объёмы очистки в результате увеличиваются более чем на порядок за счёт промывочной воды. Операция ручной очистки весьма трудоёмка и опасна для людей, находящихся внутри резервуара и сообщающихся в этот период с атмосферой только через смотровые люки. Очистка одного резервуара средней ёмкости (около 2000 м3) продолжает в течение 20-25 суток. В этот период полость резервуара имеет выход в атмосферу через два придонных люка диаметром 650-700 мм. В атмосферу выбрасываются все легколетучие компоненты твердых отходов (таблица 2), а персонал подвергается воздействию вредных примесей, присутствующих в нефтешламах.


Таблица 2 – Загрязнение атмосферы при очистке нефтеотстойников


Виды вредного вещества, одновременно воздействующего на воздушный бассейн

Интегральная оценка (Jm) состояния воздушного бассейна в зависимости от продолжительности воздействия на него вредного вещества, сут.

1

5

10

15

20

Углеводороды + диоксид серы + оксид углерода + диоксид азота + сероводород + аммиак + фенол

4,88

1,844

0,423

0,21

0,14

Сероводород + оксид азота + диоксид серы

2,051

0,624

0,213

0,129

0,082

Оксид углерода + сероводород + углеводороды

2,07

0,9

0,543

0,047

0,035

Фенол + аммиак

1,303

0,471

0,1

0,062

0,043


Нефтесодержащая масса из отстойников вначале перемещается во временный котлован под одним из люков, из которого промывочная вода откачивается и используется повторно для нагнетания в скважины надсолевого комплекса, а сгущённый осадок перемешивается с добавленными грунтами и вывозится на специальный полигон. Захоронение продуктов очистки нефтеотстойников выполняется послойно по 300 мм с последующим перекрытием чистыми грунтами слоями по 500 мм. При заполнении проектного объема полигона закрывается толстым слоем глины.

В задачи данной работы входит научное обоснование и разработка оборудования и технологии для снижения экологического риска при внутрипромысловой подготовке и транспортировке нефти.

Разработан комплекс оборудования для механизированной, безопасной для людей очистки нефтеотстойников без размыва сгущенного осадка

водой и без укладки осадка на полигон (рисунок 1). Новая схема включает в себя неполноповоротную гребеночную карусель, выполненную в виде трубчатой траверсы, состоящей из двух радиальных частей. При этом обе части траверсы оборудованы откидывающимися гребками. Траверса монтируется на центральной колонне с возможностью свободного поворота внутри цилиндрического резервуара в пределах 200 градусов. Обе радиальные части траверсы выполнены трубчатыми и могут соединяться с источником пара. Оборудование приводится в действие скреперной лебедкой ЛС-100 по схеме обратного скреперования.

Перемещение шлама за пределы резервуара осуществляется радиальным шнеком, установленным на днище. Шлам выгружается во временный котлован, откуда перегружается в транспортные средства специальным шнековым транспортером.

Шнековый транспортер, используемый для отгрузки шлама, содержит трубчатый корпус с продольной щелевой прорезью, в которую заглубляется бесконечный пакет из тонких и прочных лент, имеющих прорези для прохода винтовой ленты шнека (рисунок 2).


1-труба; 2- шнек; 3- привод шнека; 4- бесконечная лента; 5- концевые барабаны; 6- кронштейны для барабанов; 7- кронштейн для ограничения ленты.

Рисунок 2 - Шнековый транспортер.

Пакет лент натягивается концевыми барабанами с наружными относительно корпуса ребордами, которые прижимают и фиксируют заглубленные междувитковые участки пакета в контакте с поверхностью шнекового вала. Полость трубчатого шнекового вала в консольно выступающей части соединена с паропроводом. Ленточный пакет вовлекается в продольное движение витками шнека и предотвращает прокручивание транспортируемой вязкой массы вокруг оси шнека. Предлагаемое оборудование позволяет исключить опасный ручной труд при очистке отстойников.

Выгруженная из резервуара нефтешламовая масса достаточно быстро саморазделяется на жидкую часть, которая может откачиваться насосами в резервур-отстойник, и нефтесодержащий осадок, содержащий до 30-35% нефти. Сгущённый осадок доставляется автотранспортом на переработку. Переработка может осуществляться двумя способами: разработанным для этой цели центробежным нефтесепаратором или на установке для отмыва нефти из шламов, характеристика которой приведена далее.

Усовершенствованный нефтесепаратор использует центробежные силы в сочетании с подогревом и газовым подпором (рисунок 3).



1- корпус; 2 - центрифуга; 3 - фильтр съёмный; 4 - питающий патрубок; 5 - демпферный редуктор; 6 – пневмопривод; 7 - вал трубчатый; 8 - шнековая лента; 9 - патрубок подачи горячего газа; 10 - окна разгрузочные; 11 - лопатки; 12 - улитка; 13 - патрубок выхлопной; 14 - донный патрубок.

Рисунок 3 - Пневмоцентробежный сепаратор.

Нефтесепаратор включает в себя цилиндрический корпус, в котором установлена цилиндрическая центрифуга с перфорированными стенками. При среднем содержании нефти в сгущенном осадке при очистке нефтеотстойников 30% из каждого 1м3 перерабатываемого материала отжимается до 300 л нефти. За час непрерывной работы нефтесепаратора по расчёту может быть отжато и возвращено в оборот порядка 18 м3 нефти.

Выполнены исследования по извлечению нефти из нефтешламов и возврату её в оборот. Для извлечения нефти выбран способ отмывки водным щелочным раствором, содержащим метасиликат натрия 5-10%; продукт оксиэтилирования алкилфенолов (ОП-7, ОП-10, ОП-20) 1-5%. Отмывка производится при температуре 700 C.

Содержание нефти в водонефтяной эмульсии и извлечение нефти из осадка рассчитывали по выражению:

, (1)

где Qас – вес навески нефтесодержащего осадка, г;

αос – содержание нефти в осадке, %;

Qэм – количество водонефтяной эмульсии, г;

αэм – содержание нефти в эмульсии, %.

Исследования проводили в несколько стадий.

На первой стадии изучали извлечение нефти из одной навески осадка несколькими последовательными порциями моющего средства. При этом извлечение нефти из осадка каждой последующей порции моющего раствора определяли по выражению:


(2)

Результаты исследования извлечения нефти из одной навески нефтесодержащего осадка несколькими последовательными порциями моющего раствора приведены на графиках рисунка 4.

Из графиков видно, что извлечение нефти из осадка с каждой новой операцией отмывки увеличивается, а с увеличением содержания нефти в осадке – уменьшается. Это связано с тем, что после каждой операции отмывки содержание нефти в осадке уменьшается, а при низком содержании нефти в осадке она отмывается лучше, чем при высоком.

Зависимость извлечения от числа операций отмывки имеет линейный характер. Ее можно выразить следующими уравнениями.

Для содержания нефти в осадке 10%:

ε = 6,49n + 60,8; R2 = 0,9936 (3)

Для содержания нефти в осадке 15%: ε = 6,24n +58,21; R2 = 0,9974 (4)



Для содержания нефти в осадке 20%:

ε = 6,86n + 52,46; R2 = 0,9964 (5)

Для содержания нефти в осадке 30%:

ε = 7,0029n+45,307; R2 = 0,9936 (6)

Здесь n – число операций отмывки.

1-содержание нефти в осадке 10%; 2-содержание нефти в осадке 15%; 3-содержание нефти в осадке 20%; 4-содержание нефти в осадке 30%.

Рисунок 4 – Зависимость извлечения нефти от числа операций отмывки при отмывке одной навески нефтесодержащего осадка

свежим моющим раствором.


На второй стадии исследований изучали общее извлечение нефти из осадка несколькими операциями отмывки свежим моющим раствором. Извлечение определяли по выражению:

(7)

Общее извлечение нефти из осадка при отмывке одной навески осадка несколькими порциями свежего моющего раствора приведено на графиках рисунка 5.

Из графиков видно, что извлечение нефти из осадка вначале резко возрастает, а затем постепенно выполаживается, достигая максимума.



1-содержание нефти в осадке 10%; 2-содержание нефти в осадке 15%; 3-содержание нефти в осадке 20%; 4-содержание нефти в осадке 30%.

Рисунок 5 –Зависимость общего извлечения нефти от числа

операций отмывки при отмывке одной навески осадка

несколькими порциями свежего моющего раствора.


При этом, чем выше содержание нефти в осадке, тем большее количество операций отмывки необходимо для полного извлечения нефти. Так, если при содержании нефти в осадке 10-15% нефть практически полностью извлекается за 3-4 операции отмывки, то при содержании нефти в осадке 20-30% необходимо 5-6 операций отмывки. Приведенные графические зависимости математически можно выразить следующими уравнениями:

Для содержания нефти в осадке 10%:

ε = 1,6967n3 – 18,28 n2 + 66,463 n + 18,02; R2 = 1 (8)

Для содержания нефти в осадке 15%:

ε = 1,2142n3 – 14,694 n2+59,032n +20,438; R2 = 0,9993 (9)

Для содержания нефти в осадке 20%:

ε = 1,2417n3 – 15,511 n2 + 64,798n + 8,58; R2 = 0,9993 (10)

Для содержания нефти в осадке 30%:

ε = -0,094n4 +2,1194 n3 –18,078n2 + 69,383n –1,5383; R2 = 1 (11)

На третьей стадии исследований изучали извлечение нефти из осадка при отмывке одной и той же порцией моющего раствора нескольких навесок осадка. Изучение этого вопроса для науки представляет большой интерес, поскольку извлечение нефти из нескольких навесок осадка одной порцией моющего раствора должно снижаться, так как моющий раствор в каждом случае содержит все большее количество нефти.

Извлечение здесь определяли по выражению:


(12)



Извлечение нефти из осадка за одну операцию отмывки при отмывке одной порцией моющего раствора нескольких навесок нефтесодержащего осадка приведено на графиках рисунка 6.


1- содержание нефти в осадке 10%; 2 - содержание нефти в осадке 15%; 3- содержание нефти в осадке 20%; 4- содержание нефти в осадке 30%.

Рисунок 6 –Зависимость извлечения нефти из осадка от числа

операций отмывки одной порцией моющего

раствора нескольких навесок осадка.


Графики свидетельствуют, что извлечение нефти из каждой последующей порции исходных нефтесодержащих осадков, отмываемой одной и той же порцией моющего раствора, уменьшается. Это объясняется тем, что содержание нефти в получаемой водонефтяной эмульсии постоянно увеличивается, что затрудняет дополнительную отмывку нефти из осадка.Зависимость извлечения нефти от числа операций отмывки носит линейный характер. Математически эту зависимость можно выразить следующими уравнениями.

Для содержания нефти в осадке 10%:

= -6,7914n + 74,12; R2 = 0,9960 (13)

Для содержания нефти в осадке 15%:

ε = -6,56n +71,16; R2 = 0,9985 (14)

Для содержания нефти в осадке 20%:

ε = -5,7029n + 62,56; R2 = 0,9814 (15)

Для содержания нефти в осадке 30%:

ε = -5,08n+56,547; R2 = 0,9987 (16)

На четвертой стадии определяли содержание нефти в водонефтяной эмульсии при отмывке одной порцией моющего раствора нескольких навесок нефтесодержащего осадка.

Характер накопления нефти в водонефтяной эмульсии при отмывке одной порцией моющего раствора приведен на графиках рисунка 7.

Содержание нефти в эмульсии увеличивается с увеличением числа операций отмывки и содержания нефти в исходном осадке.



1 - содержание нефти в осадке 10%; 2 -содержание нефти в осадке 15%;

3 -содержание нефти в осадке 20%; 4 -содержание нефти в осадке 30%.


Рисунок 7 –Зависимость содержания нефти в водонефтяной

эмульсии от числа операций отмывки.


Зависимость содержания нефти в водонефтяной эмульсии носит криволинейный характер. Математически ее можно выразить следующими уравнениями.

Для содержания нефти в осадке 10%:

= -0,3732n2 + 8,0268n +0,15; R2 = 1 (17)

Для содержания нефти в осадке 15%:

ε = -0,2482n2 + 5,6746n +0,47; R2 = 1 (18)

Для содержания нефти в осадке 20%:

ε = -0,2411n2 +5,0475n + 0,09; R2 = 1 (19)

Для содержания нефти в осадке 30%:

ε = -0,2732n2 + 3,8068n+0,13; R2 = 0,9998 (20)

Полученные результаты исследований явились основой для разработки технологии очистки нефтесодержащих осадков и загрязненных нефтью грунтов.

Установка по очистке нефтесодержащих осадков включает следующие узлы: узел приготовления моющего раствора, отмыва нефти из осадка, подачи осадка в установку, уборки отмытого песка и емкостей для воды, компонентов моющего раствора и товарной эмульсии (рисунок 8).


Рисунок 8 – Технологическая схема отмыва нефти из нефтешламов водными щелочными растворами.

Нефтесодержащий осадок из транспортных средств разгружается в бункер 1, откуда питателем 2 подается в спиральный классификатор 3.

Определяющим для конструктивной компоновки установки является выбор оборудования для отмывки нефти из осадка.

Наиболее подходящими для этой операции являются спиральные классификаторы, применяемые на обогатительных фабриках и представляющие собой наклонно установленное корыто с дном полукруглой формы, в котором медленно вращается спираль (шнек) большого диаметра.

Спиральные классификаторы обеспечивают мягкий режим отмывки нефти из осадка. При этом в одном аппарате совмещаются операции отмывки и разделения жидкой и твердой фаз.

Для обеспечения необходимого содержания нефти в эмульсии и полноты отмывки требуется 5-6 классификаторов. Они устанавливаются вплотную один к другому так, чтобы головная часть последующего классификатора примыкала к хвостовой части предыдущего. Это делает возможным самотечный перепуск отмываемого материала из одного классификатора в другой. Из последнего классификатора отмытый от осадка песок конвейером 5 подается в бункер 6. Стекающий моющий раствор собирается в сборнике 7 и возвращается в процесс. Технологический процесс построен по принципу противотока.

Узел приготовления моющего раствора включает бункер для силикат -гранулята 8, емкость для ПАВ 9, емкость для воды 10, автоклав для разваривания силикат-гранулята 11, емкость для раствора жидкого стекла 12, контактный чан с мешалкой 13. Готовый моющий раствор насосом 4 перекачивается в последний классификатор. Эмульсия из классификатора в классификатор также перекачивается насосами.

В процессе приготовления эмульсии из осадка отмываются не только нефть, но и глинистые частицы, количество которых можно уменьшить, установив после одного из классификаторов центрифугу 14. Готовая, насыщенная нефтью эмульсия, получаемая после первого классификатора, направляется в емкость 15, откуда перекачивается в резервуары–отстойники. Отвальный песок, отмытый от нефти и глинистых частиц, может использоваться как строительный материал или отсыпается в отвал.

Экономический эффект от использования рекомендуемых способов снижения вредного воздействия на окружающую среду складывается из предотвращенного ущерба и стоимости возвращенной в оборот нефти за вычетом затрат на осуществление рекомендуемых мероприятий.


Э= ΣУпрдоп –Зтех,


где: Упр – предотвращенный ущерб от какого-либо вредного воздействия;

Ддоп – дополнительный доход от возвращенной в оборот нефти;

Зтех – затраты на осуществление рекомендованных технологий.

В случае полной переработки нефтесодержащих грунтов и нефтешламов по разработанной технологии отпадает необходимость сооружения полигона для захоронения отходов.

В этом случае предотвращенный ущерб будет складываться из предотвращенных затрат на строительство полигона, затрат на захоронение отходов и платы за их хранение.

Имеющийся в Кенкияке полигон рассчитан на захоронение 19835,6 т отходов. Сметная стоимость его строительства составляет 37429,83 тыс. тенге. Капитальные вложения в расчете на 1 т отходов составляют 234,18 тенге. Эксплуатационные затраты на захоронение 1 т отходов составляют 8200 тенге.

Дополнительный доход от нефти, извлекаемой при переработке отходов, зависит от содержания нефти в отходах и ее рыночной цены.

Сумма затрат, приходящаяся на 1 т отходов, составляет 2065 тенге.

Годовой экономический эффект от применения предлагаемой технологии очистки нефтешламов в расчете на 1 т шламов приведен на графике рисунка 9.

1- цена нефти 30 долларов США за баррель; 2- цена нефти 40 долларов США за баррель; 3- цена нефти 50 долларов США за баррель.

Рисунок 9 - Экономический эффект от применения предлагаемой

технологии очистки нефтешламов.


Наиболее существенную часть экономического эффекта составляет стоимость возвращенной в оборот нефти. Экономический эффект увеличивается с увеличением содержания нефти в шламах и стоимости барреля нефти.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


В диссертации изложены научно обоснованные решения по снижению техногенного воздействия при внутрипромысловом сборе и транспортировке нефти на нефтепромысле «Кенкиякнефть». Основные результаты, практические выводы и рекомендации заключаются в следующем.

1. На месторождении Кенкияк при добыче нефти в результате производства ремонтных работ, утечек нефти через неплотности запорной арматуры и аварийных утечек нефти при прорывах сборных трубопроводов, а также при очистке резервуаров образуются нефтешламы и замазученный грунт. Содержание нефтепродуктов, по данным мониторинга превышает предельно допустимые концентрации более чем в 30 раз. С целью предотвращения загрязнения окружающей среды пожароопасными продуктами – замазученным грунтом и осадком из резервуаров их размещают на полигоне, так как на предприятии отсутствует технология по переработке и утилизации отходов такого характера. Нефтешламы и их накопители являются реальным источником техногенных эмиссий и воздействия на экосистему.

2.На нефтяном месторождении Кенкияк очистка резервуаров-отстойников производится вручную, с большими трудозатратами, в опасных для здоровья трудящихся условиях. Разработано оборудование для механизированной очистки резервуаров - отстойников, обеспечивающее высокую производительность и безопасные условия труда.

3. Разработана эффективная технология извлечения нефти из свежих нефтешламов и нефтесодержащих грунтов с отмывкой воднощелочными растворами. При отмывке одной навески нефтесодержащего осадка несколькими порциями моющего раствора извлечение нефти на каждой последующей стадии отмывки увеличивается по сравнению с предыдущими. При отмывке одной порцией моющего раствора нескольких навесок осадка извлечение нефти на каждой последующей стадии отмывки уменьшается по сравнению с предыдущими. Число стадий отмывки при очистке нефтесодержащих осадков от нефти нецелесообразно принимать более шести, так как при последующих стадиях отмывки извлечение нефти из осадка уменьшается до 20-25%. Технологическую схему очистки нефтесодержащих осадков и загрязненных нефтью грунтов целесообразно компоновать по принципу противотока.

4. Экономический эффект от использования рекомендуемых способов снижения вредного воздействия на окружающую среду складывается из предотвращенного ущерба и стоимости возвращенной в оборот нефти за вычетом затрат на осуществление рекомендуемых мероприятий. Наиболее существенную часть экономического эффекта составляет стоимость возвращенной в оборот нефти. Экономический эффект увеличивается с увеличением содержания нефти в шламах и стоимости барреля нефти.



Оценка полноты решения поставленных задач.

Поставленные в работе задачи решены полностью. В результате мониторинга установлены основные источники загрязнения окружающей среды. Разработаны новые технические решения по механизированной очистке резервуаров-отстойников, переработке нефтешламов и для предотвращения замазучивания грунтов при обработке новых эксплуатационных скважин. Определены оптимальные технологические параметры отмывки нефтешламов водными щелочными растворами, разработана технологическая схема установки для отмывки нефти из шламов.

Разработка рекомендаций и исходных данных по использованию результатов.

На основании результатов диссертационных исследований разработанные механизмы для очистки нефтеотстойников и способ очистки нефтешламов с использованием водных щелочных растворов могут быть применены на промыслах ОАО «СНПС–Актобемунайгаз» и обеспечат значительный экономический эффект. Результаты опытно-промышленных испытаний могут служить основой для проектирования и строительства промышленной установки для очистки нефтешламов.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения.

Внедрение разработанных на основе выполненных исследований технических решений позволит резко уменьшить затраты на строительство могильников и выплаты за нарушение экологии. Экономический эффект может составить от 8400 до 20600 тенге на 1 т нефтешламов.

Оценка технико-экономического уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области.

Разработаны комплекс оборудования для механизированной очистки нефтеотстойников и эффективный способ очистки нефтешламов, позволяющий избежать потерь нефти. По технико-экономическим показателям разработанные решения значительно превосходят известные способы утилизации нефтешламов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Жантохов С.К., Нусипов Е., Оспанов А.Б. и др. Методика и предварительные результаты сейсмологического мониторинга на нефтяных и газовых месторождениях Казахстана //Геодинамические и геофизические основы прогноза землетрясений и оценки сейсмического риска: сб. тезисов докл. Казахстанско-Российской межд.конф. -Алматы, 2004. - С. 195-196.

2 Жалгасулы Н., Жантохов С.К., Оразбекова Р.Ж. Мұнай қоймаларының қалдықтарын өндеу //Горный журнал Казахстана.- 2006.- №5. - С.8-9.

3 Жантохов С.К., Жалгасулы Н., Гуменников Е.С. Безопасная очистка нефтяных отстойников от шлама и его переработка //Промышленность Казахстана.-2006.-№5.-С.58-60.

4 Жантохов С.К., Жалгасулы Н., Гуменников Е.С. Экологически безопасная технология очистки нефтеотстойников и переработка нефтешламов // Состояние, проблема, исследования в области обогащения руд цветных металлов и экологии: сб. тр. межд. научн.- практ. конф. посвящ. 40-летию ДГП ГНПОПЭ «Казмеханобр». -Алматы, 2006.-С.206-209.

5 Жалгасулы Н., Гуменников Е.С ., Жантохов С.К. Снижение вредного воздействия на окружающую среду внутрипромыслового сбора и подготовки нефти на месторождении Кенкияк //Горное дело и металлургия в Казахстане. Состояние и перспективы: сб. тр. 2 -й межд. конф. посвящен. 15-летию независимости РК.-Алматы, 2006.-С.125-127.

6 Жалгасулы Н., Жантохов С.К., Байсынов Ш.Д. Технология очистки загрязненных нефтью грунтов и осадков нефтеотстойников //Научно-техническое обеспечение горного производства: сб. тр. ИГД – Алматы, 2006, Т.72.-С.238-243.

7 Жантохов С.К., Гуменников Е.С., Жалгасулы Н. и др.Переработка замазученных грунтов на нефтепромыслах // Научно-техническое обеспечение горного производства: сб.тр. ИГД – Алматы, 2006, Т.73.-С. 271 – 274.

8 Жантохов С.К. Утилизация нефтешламов //Химия и нефтехимия.-2007. - №2 .- С. 11 – 12.

9 Ковальска Э., Венх М., Жалгасулы Н., Жантохов С.К. Процессы и системы термического уничтожения опасных отходов//Совершенствование взаимосвязи образования и науки в XXI веке…: сб. мат. межд. науч.-практ. конф.- Шымкент, 2006.-С.19-21.

10 Жантохов С.К., Байсынов Ш.Д., Оразбекова Р.Ж. и др. Высокопроизводительная переработка земляных амбаров нефти. //Новое в безопасности жизнедеятельности:сб. трудов 8-й межд.науч.-практ.конф.-Алматы,- 2006.- С.56-62.

11 Венх М., Жалгасулы Н., Жантохов С.К.Перспективы снижения загрязнения окружающей среды //Вестник КазНТУ. -2007, №1.-С.158-161.

12 Заявка на предполагаемое изобретение 2007/0300.1 от 02.03.07 Шнековый конвейер / Жантохов С.К., Гуменников Е.С., Жалгасулы Н.

13 Заявка на предполагаемое изобретение 2007/0445.1 от 05.04.07 Устройство для очистки нефтеотстойника / Жантохов С.К., Гуменников Е.С., Жалгасулы Н.

14 Жалгасулы Н., Оразбекова Р.Ж., Жантохов С.К. и др. Мұнай ұңғымасына қажетті реагент шығару // Горный журнал Казахстана, 2007, №4. – С. 30 – 31.






Жантоқов Сапи Қарабайұлының


25.00.36- «Геоэкология» мамандығы бойынша

«Мұнайды дайындау өндірісіндегі техногендік әсерді төмендету»

тақырыбына жазылған диссертациялық жұмысына


ТҮЙІН


Зерттеу нысаны. Кеңқияқ мұнай өндірісіндегі қалдықтар, резервуар түбіндегі шламдар.

Диссертациялық жұмыстың мақсаты: Мұнай қоймаларының түбіндегі шламдарды тазалап, оны қайта өңдеуден өткізу, жерге көмілетін мұнай қалдықтарын болдырмау.

Зерттеу әдістері: Жұмыс барысында осы уақытқа дейінгі ғылыми зерттеулерде белгілі болған жан-жақты тәсілдердің жиынтығына талдау жасалынды. Экологиялық мониторинг жүргізілді, технологиялық жаңа құрал-жабдықтардың конструкциясы есептелініп, жасалынып және олар сынақтан өткізілді. Қорытындылары компьютерлік бағдарламалармен есептелініп одан алынған көрсеткіштер сарапталынды.

Жұмыстың негізгі ғылыми және тәжірибелік нәтижелері. Бүгінгі Кеңқияқ өндірісіндегі экологиялық жағдай ауаға бөлінетін зиянды заттардың есебінен өте қауіпті екенін оны мониторингтеу көрсетті. Орта есеппен, құрамында 10-56% - ға дейін жететін ауыр қоспалары, 30-85% су және 13-40% - ға жететін механикалық қосындылары бар қалдықтар көптеп кездеседі. Қоршаған ортаға ең қауіптісі мұнай сақталатын резервуарларды тазалағанда оның түбінде жиылатын қойыртпақтан бөлінетін көмірсутектің жеңіл фракциялары, ұңғы айналасындағы топыраққа сіңіп кеткен мұнай және ауаға тарайтын улы газдары. Олар айналасындағы топыраққа сіңуімен қатар ол жерлерде еш өсімдіктің өсуіне мүмкіндік бермейді.

Осы уақытқа дейін сол резервуарлар қолмен, сыйымдылығына қарай, 30-60 күнде тазаланады. Ол тазалаумен айналысып жатқан адамдарға өте қауіпті: ластығымен бірге улы газдар бөлінеді. Бір резервуардан 220 м3 қоймалжың шығарылып полигонға жеткізіліп, көміледі.

Бірақ сол қоймалжың ішінде мұнай кетеді (30%), ол өз кезегінде жерге сіңіп айналасын бүлдіреді, жәндіктер індерімен тесіліп жерасты суын уландырады, күннің ыстығымен буланып ауаға лас газдар бөлінеді.

Міне осы диссертациялық жұмыстың авторы сол резервуарларды тазалаудың жаңа әдісін ұсынып, оны өндірісте сынақтан өткізіп отыр. Қалдық шламын жерге көмуге қарағанда бұл технология бұрынғыдан бірнеше есе тиімді болып отыр.



Жұмыстың негізгі технологиялық сипаты.

Бұл технология резервуардың үстіне грейфер кранын орнатып, ал тұнба жататын түбіне шнек қойылып іске қосылғанда, бұрын 2 ай көлемінде тазаланатын үлкен резервуар, 12-14 сағатта-ақ тазаланады және оның ішіне жұмысшы кірмей механикалық жолмен іске асады.

Ал енді резервуардан шыққан тұнбаны полигонға жеткізіп могильникке көмуге жібермей, бірден сол жерде орналасқан, автордың конструкциясымен жасалған, қайта өңдеу кешеніне жеткізіліп 1 м3 шламнан 300 л мұнай алынды. Бұл кешеннің өндірістік қуаты сағатына 60 м3 болса, мұнайдың сұйық бөлігін айыру кезіндегі қуаты 50-70 т/сағ. Бұл қондырғы жылжымалы түрінде де, құбыр арқылы стационар түрінде де жұмыс атқара алады.

Құрамында мұнайы бар қоймалжыңды , осы диссертация авторының ұсынысымен жасалған қондырғыда, 80-900 С-қа жылытқанның өзінде, пневмоқайтатепкіш әдісімен мұнайлы шламды қайта өңдеуге болатынына көз жеткізілді. Бұл қондырғыда өте қуатты сыртқатепкіштік күшпен бірге пневмомеханикалық жолмен оттегісіз газ қосылады да, қоймалжыңды сығу арқылы мұнай мен суды толық бөліп алуға болады.

Ал онда қалған мұнайдың үш-төрт пайызы қазандықты жылыту үшін пайдаға асып, толық жанып кетеді.

Резервуарды механикаландырылған қондырғымен тазалаумен қатар ұңғы айналасындағы мұнай сіңіп қалған топырақты да сулы – сілтілі ертінділермен қайта өңдеу арқылы синтетикалық мұнай алу меңгеріліп, оны мұнай өңдеу зауытына қайтару жолға қойылды.

Жұмыс қорытындыларын өндіріске енгізудегі ұсыныстар.

Сонымен, бұл диссертациялық жұмыстың қорытындысын айтсақ, резервуардың түбіндегі тұнбаны тазалау, Кеңқияқ мұнай кешенінде іске асты. Қазірдің өзінде 9 резервуардың 1-і осы әдіспен тазаланды. Енді қалдық полигонға апарылмайды, сондықтан да 10-даған га жер ауыл шаруашылық айналымына қайтарылады.

Жоғарыда келтірілген технологияларды өндіріске енгізуде 1 м3 шламнан 8400-20600 теңге пайда алынды.

Егер осы жұмыс аясындағы ұсыныстарды өндіріске толық енгізгенде бір ғана Кеңқияқ мұнай кешенінен жылына 13000-нан 80000 т мұнай өнімдерін қосымша алуға болады.

Төтенше жағдайларда ысырап болған мұнайды, қоймалардағы және резервуарлардың түбіндегі шламдардан сығып алынған мұнайды толық игеріп, онан керосин, бензин, түрлі майлар, мазут және гудрон алынған уақытта олардан түсетін пайда 1,65 млрд теңге болатынына көз жетті.




RESUME


Zhantohov Sapi Karabaevich


Reduction of man-caused impact during the field oil gathering and treating

(by the example of the deposit Kenkiyak)


Research object – oil mining wastes, oil-slimes, fuel-contaminated soils.

The purpose of the work: - minimization of environmental and economic damage caused by oily waste disposal during the field oil gathering and treating.

Research methods. During the work the integrated research method was used including the environmental monitoring, review and summarizing of literature sources, conduction of theoretical and experimental researches, construction of technological equipment, processing of experimental data with the use of standard software.

The main results, practical conclusions are as following: On the basis of the conducted monitoring it was stated that the most dangerous source of volatile carbon emissions and assist gases are oil-slimes produced during the primary oil processing in the precipitation tanks. The oil-slimes that are heavy oil residuals containing in average 10-56% of the oil products, 30-85% of water and 13-40% of mechanical admixtures (clay, sand).

At the present time at the deposit Kenkiyak the oil-slimes are unloaded from the tanks by hands during 20-30 days, at that they are sent to the temporary receiving pits or trenches and then to the specially equipped polygon. At that the oil-slimes negatively affect almost all elements of the environment (people, industrial, transport and housing and communal services, agricultural lands, forests, pools, soils etc.)

However oil-containing wastes contain carbon products which can be reprocessed to receive additional products and to reduce the man caused impact on the region.

The present environmental situation compels the necessity to develop up-to-date technologies providing the wasteless process of oil contamination abandonment.

Waste recovery reduces the specific environmental damage by 41,7-64 times in comparison with its disposal in storage pits and on the polygons.

In order to reduce the adverse impact of the oil-slimes on the personnel and environment the equipment for mechanized unloading of the precipitation tanks was designed providing high productivity and labor safety during the cleaning of the tanks.

With the purpose of extraction of the oil products from the oil-containing raw materials and abandonment of oil storage pits the feasibility study of the mobile technological complex was developed consisting of: floatable intake and heating equipment for liquid oil products, special grab crane to excavate the fuel-contaminated soils out of the storage pit, receiving bunker for the fuel-contaminated soils, pneumatic-centrifugal separator, recovery boiler and hydrodynamic compressor.

This complex allows squeeze and return to production up to 300 liters of oil at the average oil content of 30% in the concentrated residual per every 1 m3. Nearly 45-50 l of oil remaining in the squeeze per every 1 m3 is a power fuel for all technological process.

According to the feasibility study the new complex will work with the productivity of not less than 60 m3 /h for the solid residual.

The productivity for the recovery of liquid fraction of the oil product can be 50-70 t/h.

Besides the mechanized complex the effective technology for oil product extraction out of oil-slimes and fuel-contaminated soils with the extraction with the help of water and alkaline solutions with the outcome of synthetic oil which can be sent to the oil refinery was developed.

In the results of the fulfilled researches the adverse impact of the oil-slimes and fuel-contaminated soils on all the environmental components is reduced and first of all on the people. Besides the oil product wastes are reduced as well, the necessity to create the polygons for oil-slime storage is excluded, the quantity of destroyed lands is decreased.

Economic effect of the implementation of the developed technologies can be 8400-20600 tenge per 1 m3 of the oil-slime.

Under the full year load of the complex equipment for storage pit cleaning the additional turnover of 13000 - 80000 tones of the oil products out of the fuel-contaminated soils is possible as well as up to 45000 tones of dehydrated oil products out of the liquid part of oil storage pits.

The total annual effect of the use of the equipment for cleaning of the storage pits and emergency oil spills due to the return of the oil products to the processing of the oil storage pit cleaning and emergency oil spills for production of low-bracket gasoline, commercial kerosene, mazut, lubrication oil, tar oil etc can be up to 1,65 bln tenge.