Assessment of mechanical parameters and physical and chemical properties of solidified drilling-related waste

• Autorzy: Steliga T. , Uliasz M. , Kotwica Ł. , Kremieniewski M.

Identyfikatory

DOI

10.24425/118645

Warianty tytułu

PL

Ocena parametrów mechanicznych i właściwości fizykochemicznych zestalonych odpadów wiertniczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Research works were undertaken at the Oil and Gas Institute–National Research Institute, in order to solidify drilling-related waste with the use of Portland cement CEM I 32.5R, hydraulic binder SCQ 25, as well as an additive of sodium water glass fulfilling a function of the binding activator. The aim of the conducted works was to assess the efficiency of the solidification of drilling-related waste in terms of the possibility of its further use or storage. Drilling-related waste solidified with individual components was subjected to tests in terms of the possibility of its deposition on a landfill for hazardous waste according to the Regulation of the Minister of Economy and Labor dated January 8, 2013 on the Criteria and Procedures of Approval of Waste for Storage at a Landfill for a Specific Type of Waste (Journal of Laws of 2013, item 38). The paper presents the optimal methods of the management of drilling-related waste containing the remains of drilling fluid. Attempts of solidification were conducted according to the bases of operation of modern waste management, taking the possible harmfulness of the generated waste on the environment into account. The test material was the drilling-related waste from the B-1 and P-1 opening drilled with the use of bentonite drilling fluid and salted polymer-potassium drilling fluid, while the disposal through solidification was conducted by offering a new technology of solidification developed at INiG-PIB with the use of binding agents selected based on laboratory tests (sodium water glass + additives of hydraulic binder/Portland cement CEM I 32.5R as well as the SCQ 25 binder). The obtained results of the analyses of the leachability of harmful substances after the solidification of drilling waste prove that the solidified samples do not meet the criteria for the acceptance of the obtained semi-finished products to be deposited at a landfill. This is associated with exceeding the acceptable content of dissolved organic carbon (DOC), despite the fact that the obtained (TDS) and remaining indicators were within the range acceptable by the standard. The presented method of immobilization of drilling-related waste allows for the proper selection of the quantitative and qualitative composition of immobilizing agents in the future. Such an activity will contribute to the management of drilling-related waste in a manner neutral to the natural environment.

PL

W Instytucie Nafty i Gazu–Państwowym Instytucie Badawczym podjęto prace badawcze w celu zestalenia odpadów wiertniczych przy użyciu cementu portlandzkiego CEM I 32,5R, spoiwa hydraulicznego SCQ 25 oraz dodatku szkła wodnego sodowego pełniącego funkcję aktywatora wiązania. Celem realizowanych prac była ocena efektywności zestalania odpadów wiertniczych pod kątem możliwości ich dalszego wykorzystania bądź składowania. Zestalone poszczególnymi komponentami odpady wiertnicze poddano badaniom pod kątem możliwości ich składowania na składowisku odpadów niebezpiecznych zgodnie z rozporządzeniem Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 8 stycznia 2013 r. w sprawie kryteriów oraz procedur dopuszczania odpadów do składowania na składowisku odpadów danego typu (Dz. U. z 2013 r. poz. 38). W publikacji przedstawiono optymalne metody zagospodarowania odpadów wiertniczych zawierających pozostałości płuczki wiertniczej. Próby zestalania przeprowadzono zgodnie z podstawami funkcjonowania współczesnej gospodarki odpadami biorąc pod uwagę potencjalną szkodliwość dla środowiska wytwarzanych odpadów. Materiałem badawczym były odpady wiertnicze z otworu B-1 oraz P-1 wiercone przy użyciu płuczki bentonitowej i zasolonej płuczki polimerowo-potasowej, natomiast unieszkodliwianie poprzez zestalanie przeprowadzono proponując nową technologię zestalania opracowaną w INiG-PIB przy użyciu środków wiążących wytypowanych na podstawie badań laboratoryjnych (szkło wodne sodowe + dodatki spoiwa hydraulicznego/cement portlandzki CEM I 32,5R oraz spoiwo SCQ 25). Uzyskane wyniki analiz wymywalności substancji szkodliwych po zestaleniu odpadów wiertniczych dowodzą, że zestalone próbki nie spełniają kryteriów dopuszczenia otrzymanych półproduktów do składowania na składowisku. Związane jest to z przekroczeniem dopuszczalnej zawartości rozpuszczonego węgla organicznego (DOC), pomimo iż uzyskane (TDS) oraz pozostałe wskaźniki zawierały się w przedziale dopuszczalnym przez normę. Przedstawiona metoda immobilizacji odpadów wiertniczych umożliwia w przyszłości odpowiednio dobrać skład ilościowy i jakościowy środków immobilizujących. Działanie takie przyczyni się do zagospodarowania odpadów wiertniczych w sposób neutralny dla środowiska naturalnego.

Słowa kluczowe

EN

waste solidification; drill cuttings; drilling related waste; leachability of hazardous contaminants

PL

zestalanie odpadów; zwierciny; odpady wiertnicze; wymywalność szkodliwych zanieczyszczeń

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 34, z. 1
• Strony: 97--118
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Steliga T.

• Oil and Gas Institute – National Research Institute, Krakow, Poland

autor

Uliasz M.

• Oil and Gas Institute – National Research Institute, Krakow, Poland

autor

Kotwica Ł.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Material Science and Ceramics, Department of Building Materials Technology, Kraków, Poland

autor

Kremieniewski M.

• Oil and Gas Institute – National Research Institute, Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Al-Ansary Marwa, S. and Al-Tabbaa, A. 2006 – Stabilisation/solidification of synthetic petroleum drill cuttings. Journal of Hazardous Materials 141(2), pp. 410–421.
• [2] Ball et al. 2012 – Ball, S.A., Stewart, R.J. and Schlieohake, K. 2012. A review of current options for the treatment and safe disposal of drill cuttuings. Waste Management & Research Vol. 30, No. 5, pp. 457–473.
• [3] Batayneh Malek, Marie Iqbal and Asi Ibrahim 2007. Use of selected waste materials in concrete mixes. Waste Management 27, pp. 1870–1876.
• [4] Batchelor, B. 2006. Overview of waste stabilization with cement. Waste Managament 26 pp. 689–698.
• [5] Bensted, J. 2002. Cementy wiertnicze. Oilwell Cements. Cement – Wapno – Beton Nr 6, pp. 249–265.
• [6] Brylicki et al. 2009 – Brylicki, W., Stryczek, S., Gonet, A., Małolepszy, J., Jamrozik, A. and Czekaj, L. 2009. Patent No. PL 212941 B1.
• [7] Fengler, M. 2012. Stabilizacja i zestalanie (imobilizacja) odpadów niebezpiecznych ze spalarni odpadów komunalnych w technologii “Geodur”. Piece przemysłowe & kotły 10, pp. 38–44 (in Polish).
• [8] Glasser, F.P. 1996. Properties of cement waste composites. Waste Management Vol. 16, Nos 1–3, pp. 159–168.
• [9] Gonet et al. 2005 – Gonet, A., Stryczek, S., Czekaj, L. and Fijał, J. 2005 – Immobilizacja składników toksycznych w solidyfikowanej strukturze odpadów wiertniczych. Materiały konferencyjne pt. Nowe Technologie w Geologii Naftowej, Wiertnictwie, Eksploatacji Otworowej i Gazowniczej. Krynica Zdrój (in Polish).
• [10] Gonet, A. 2006. Metody przetwarzania organiczno-mineralnych odpadów wiertniczych w aspekcie ich zagospodarowania. Kraków: Wyd. Wydział Wiertnictwa Nafty i Gazu, pp. 9–25 (in Polish).
• [11] Gonet et al. 2009 – Gonet, A., Jamrozik, A., Brylicki, W. and Czekaj, L. 2009. Zagospodarowanie odpadów wiertniczych jako dodatku do zaczynów cementowych. Wiertnictwo Nafta Gaz t. 26, z. 1, 2, pp. 147–155 (in Polish).
• [12] Jamroźik et al. 2011 – Jamroźik, A, Ziaja, J. and Gonet, A. 2011. Analysis of applicability of modified drilling waste for filling out annular space in horizontal directional drilling. Polish J. Environ. Studies 3, pp. 671–675.
• [13] Grabowska, E. and Małolepszy, J. 2016. Effect of binder containing clinoptilolite on resistance of mortars to sulphate attack. Cement Wapno Beton 83, pp. 106–111.
• [14] Juenger, M.C.G. and Siddique, R., 2015. Recent advances in understanding the role of supplementary cementitious materials in concrete. Cement and Concrete Research 78, pp. 71–80.
• [15] Koś, K. and Zawisza, E. 2016. Stabilization of bottom sediments from the backwater of Czorsztyn Reservoir using hydraulic binding agent. Cement Lime Concrete 4, pp. 227–238.
• [16] Kremieniewski, M. 2014. Ocena przepuszczalności kamieni cementowych pod kątem ograniczenia migracji gazu. Prace naukowe INiG-PIB nr. 196. pp. 1–155, Kraków.
• [17] Kremieniewski et al. 2016 – Kremieniewski, M., Stryczek, S., Wiśniowski, R. and Gonet, A. 2016. Zmniejszanie porowatości stwardniałych zaczynów wiertniczych poprzez wprowadzenie dodatków drobnoziarnistych. Cement Wapno Beton vol. 83, pp. 325–335 (in Polish).
• [18] Kurdowski, W. 2010. Chemia cementu i betonu. Stowarzyszenie producentów cementu, pp. 221–293 (in Polish).
• [19] Leonadr, S.A. and Stegemann, J.A. 2010. Stabilization/solidification petroleum drill cuttings: Leaching studies. Journal of Hazardous Materials 174. pp. 885–889.
• [20] Steliga, T. and Kluk. D. 2010 – Badania nad doborem metody zagospodarowania zużytych płuczek otworowych. Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna GEO PETROL nt. Nowe metody i technologie zagospodarowania złóż i wydobycia węglowodorów w warunkach lądowych i morskich. Prace naukowe INiG-PIB nr 170, pp. 983–988 (in Polish).
• [21] Steliga et al. 2012 – Steliga, T., Uliasz, M. and Jakubowicz, P. 2012. Ochrona środowiska podczas udostępniania i eksploatacji gazu ziemnego z formacji łupkowych. Rzeczpospolita łupkowa – Studium wiedzy o gazie z formacji łupkowych. Prace naukowe INiG-PIB nr 183, pp. 273–296 (in Polish).
• [22] Steliga, T. and Uliasz, M. 2012. Wybrane zagadnienia środowiskowe podczas poszukiwania, udostępniania i eksploatacji gazu ziemnego z formacji łupkowych. Nafta Gaz 5, pp. 273–283 (in Polish).
• [23] Steliga, T. and Uliasz, M. 2014. Spent drilling muds management and natural environment protection. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 30 (2), pp. 135–156.
• [24] Stępień, P. and Małolepszy, J. 2014 – The impact of calcalerous gaize on alite hydration process. Cement – Wapno – Beton 84 pp. 68–76.
• [25] Stryczek et al. 2011 – Stryczek, S., Małolepszy, J., Gonet, A., Wiśniowski, R. and Kotwica, Ł. 2011. Wpływ dodatków mineralnych na kształtowanie się właściwości technologicznych zaczynów uszczelniających stosowanych w wiertnictwie i geoinżynierii. Kraków: Wyd. S.C.M.R. pp. 209–220 (in Polish).
• [26] Stryczek et al. 2014 – Stryczek, S., Wiśniowski, R., Gonet, A. and Złotkowski, A. 2014 – The influence of time of rheological parameters of fresh cement slurries. AGH Drilling Oil Gas 31, pp. 123–133.
• [27] Stryczek et al. 2015 – Stryczek, S., Wiśniowski, R., Kotwica, Ł., Złotkowski, A., Rzepka, M., Kremieniewski, M. and Skrzypaszek, K. 2015. Analysis of technological parameters of cementing slurries for horizontal casing works in Pomeranian Basin. AGH Drilling Oil Gas 32, pp. 431–442.
• [28] Tanatwy et al. 2012 –Tanatwy, M.A., EL-Roudi, A.M. and Salem, A.A. 2012. Immobilization of Cr(VI) in bagasse ash blended cement pastes. Construction and Building Materials Vol. 30, pp. 218–223.
• [29] Uliasz M., Steliga T. i zespół. 2010. Kompleksowe przedsięwzięcia ograniczenia ilości i szkodliwości odpadów wiertniczych oraz zasady ich zagospodarowania. Dokumentacja INiG-PIB (niepublikowane) (in Polish).
• [30] Uliasz, M. and Kremieniewski, M. 2012. Określenie efektywności zestalania urobku w aspekcie zagospodarowania odpadów wiertniczych. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie nr 9 (217), pp. 12–19 (in Polish).
• [31] Yu-Cheng et al. 2010 – Yu-Cheng, L., Hao, W. and Ming-Yan, C. 2010. Research progress and prospection on technology of solidification of wasted drilling mud treatment. Environmental Science & Technology 33, 6, pp. 534–537.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).