Zestalanie zużytych płuczek wiertniczych – próba półprzemysłowa

• Autorzy: Steliga T. , Uliasz M. , Jakubowicz P. , Szajna A.

Warianty tytułu

EN

Solidification of used drilling muds – semi-industrial test

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych zestalania płuczek bentonitowych i beziłowych polimerowych pod kątem dobru rodzaju i optymalnej ilości środka wiążącego oraz badania otrzymanego zestalonego półproduktu. Przy zestalaniu płuczki ważny jest dobór środków wiążących, których zadaniem jest takie przekształcenie suspensji płuczki wiertniczej w ciało stałe o odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej, aby w jak największym stopniu ograniczyć wymywanie się z niego substancji niebezpiecznych występujących w postaci związków rozpuszczalnych. W wyniku tych badań wytypowano zestaw środków stanowiących kompozycję na bazie cementu portlandzkiego CEM I 32,5 lub spoiwa hydraulicznego – Silment CQ-25 w ilości 20÷35% zawierającą 4÷5% szkła wodnego sodowego. O wyborze tych środków zdecydowały ich właściwości chemiczne i wpływ na właściwości mechaniczne ciała stałego powstałego po zestaleniu płuczki otworowej. W celu weryfikacji opracowanej technologii zestalania zużytych płuczek wiertniczych przeprowadzono próbę w skali półprzemysłowej. Zestalony półprodukt poddano badaniom pod kątem wytrzymałości na ściskanie – po 7 dniach wytrzymałość wynosiła 0,9 MPa, a po 14 dniach – 1,9 MPa. Przeprowadzone badania wymywalności substancji szkodliwych w odcieku z półproduktu wykazały następujące wartości oznaczeń: stałe związki rozpuszczone (TDS) – 58 424 mg/kg s.m., chlorki Cl− – 21 300 mg/kg s.m., siarczany – 1984 mg/kg s.m., ogólny węgiel organiczny (DOC) – 3200 mg O2/kg s.m., zawartość metali ciężkich – na niskim poziomie. Spośród wykonanych oznaczeń jedynie zawartość węgla organicznego (DOC) przekroczyła graniczne wartości wymywania (Dz.U. z 2015 r., poz. 1277, załącznik nr 5), co mogło być spowodowane obecnością polimerów organicznych zawartych w składach zestalonych płuczek oraz zanieczyszczających je substancji ropopochodnych. Ponadto wykonano badania toksykologiczne odcieku z zestalonego półproduktu z wykorzystaniem wytypowanych testów toksykologicznych. Toksyczność wyrażona w jednostkach toksyczności (TU) w wytypowanych do badań testach wynosiła: Microtox – 4,3; Daphtoxkit (48 h) – 9,9; Spirodela – 9,5. Odciek z półproduktu można zaliczyć do niskotoksycz- nych (II klasa toksyczności, TU < 10). Prezentowana technologia została objęta ochroną patentową nr P.418959 pt.: Sposób zestalania zużytych wodnodyspersyjnych płuczek wiertniczych typu bentonitowego i polimerowego.

EN

The article presents results of laboratory tests of solidification of bentonite and non-clay polymeric muds to select a type and an optimum amount of a bonding agent and to examine the obtained solidified semi-finished product. When solidifying the fluid, it is important to select binding agents, the task of which is to convert the suspension of the drilling fluid into a solid body of sufficient mechanical strength in order to minimize the leaching of hazardous substances in the form of soluble compounds. As a result of these tests, a set of agents constituting a composition based on Portland cement CEM I 32.5 or hydraulic binder – CQ-25 Silment in the amount of 20÷35% containing 4÷5% sodium water glass was selected. The choice of these agents was determined by their chemical properties and their effect on the mechanical properties of the solid produced after the solidification of the borehole fluid. In order to verify the developed technology of solidification of used drilling fluids, a semi-industrial test was carried out. The semiproduct of solidification was tested for compressive strength – after 7 days it was 0.9 MPa, whereas after 14 days – 1.9 MPa. The test of leaching of harmful substances in the leachate from the semi-finished product, showed the following values of determinations: solid dissolved compounds (TDS) – 58 424 mg/kg d. m., Cl-chlorides – 21 300 mg/kg d. m., sulphates – 1984 mg/kg d. m., total organic carbon (DOC) – 3200 mg O2/kg d. m., heavy metal content, which was at a low level. Of the performed determinations, only organic carbon content (DOC) exceeded the leaching limit values (Journal of Laws of 2015, item 1277, Appendix no. 5), which may have been caused by the presence of organic polymers contained in solidified fluids and petroleum substances contaminating them. In addition, toxicological studies of leachate from the solidified semi-finished product were performed using selected toxicological tests. The toxicity expressed in TU units of the tests selected for the research was as follows: Microtox – 4.3; Daphtoxkit (48 h) – 9.9; Spirodela – 9.5. Leachate from the semi-finished product may be classified as low toxic (toxicity class II TU < 10). The presented technology has been granted patent protection No. P. 418959 under the title The method of solidification of used water dispersion bentonite and polymeric drilling fluids, which was awarded with a gold medal at the international exhibition of inventions in Geneva.

Słowa kluczowe

PL

zużyte płuczki wiertnicze; zestalanie; środki wiążące; testy toksykologiczne

EN

used drilling muds; solidification; bonding agent; toxicological tests

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 74, nr 11
• Strony: 821--827
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Steliga T.

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Uliasz M.

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Jakubowicz P.

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Szajna A.

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• [1] Bakopoulou S., Emmanouil C., Kungolos A.: Assessment of Wastewater Effluent Quality in Thessaly Region, Greece, for Determining its Irrigation Reuse Potential. Ecotoxicology and Environmental Safety 2011, vol. 74, nr 2, s. 188–194.
• [2] Baudo R., Foudoulakis M., Arapis G., Perdaen K., Lanneau W., Paxinou A.-C.M., Kouvdou S., Persoone G.: History and sensitivity comparison of the Spirodela polyrhiza microbiotest and Lemna toxicity tests. Knowledge and Management of Aquatic Ecosystems 2015, vol. 416, s. 21–28.
• [3] Foucault Y., Durand M.J., Tack K., Schreck E., Geret F., Leveque T., Pradère P., Goix S., Dumat C.: Use of ecotoxicity test and ecoscores to improve the management of polluted soils: case of a secondary lead smelter plant. Journal of Hazardous Materials 2013, vol. 246–247, s. 291–299.
• [4] Gatidou G., Stasinakis A.S., Iatrou E.I.: Assessing single and joint toxicity of three phenylurea herbicides using Lemna minor and Vibrio fischeri bioassays. Chemosphere 2015, vol. 119, s. S69–S74.
• [5] Gondek K., Baran A., Kopeć M.: The effect of low – temperature transformation of mixtures of sewage sludge and plant materials on Content, leachability and toxicity heavy metals. Chemosphere 2014, vol. 117, s. 33–39.
• [6] Leonard S.A., Stegemann J.A.: Stabilization/solidification petroleum drill cuttings: leaching studies. Journal of Hazardous Materials 2010, vol. 174, nr 1–3, s. 885–889.
• [7] Steliga T., Uliasz M.: Innowacyjna technologia zestalania zużytych płuczek wiertniczych. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – PIB 2018, nr 221, DOI: 10.18668/PN2018.221.
• [8] Steliga T., Uliasz M.: Spent drilling muds management and natural environment protection. Mineral Resources Management 2014, vol. 30, nr 2, s. 135–156.
• [9] Steliga T., Uliasz M.: Wybrane zagadnienia środowiskowe podczas poszukiwania, udostępniania i eksploatacji gazu ziemnego z formacji łupkowych. Nafta-Gaz 2012, nr 5, s. 273–283.
• [10] Steliga T., Uliasz M., Kotwica Ł., Kremieniewski M.: Assessment of mechanical parameters and physical and chemical properties of solidified drilling-related waste. Mineral Resources Management 2018, vol. 34, nr 1, s. 97–118.
• [11] Uliasz M.: Wpływ polimerów z I-rzędowymi grupami aminowymi na właściwości inhibitacyjne płuczki wiertniczej. Nafta-Gaz 2011, nr 1, s. 19–29.
• [12] Uliasz M., Steliga T.: Technologia zestalania zużytych płuczek wiertniczych. Przegląd Górniczy 2013, t. 69, nr 4, s. 145–154.
• [13] Yu-Cheng L., Mian W., Ming-Yan C.: Research progress and prospection on technology of solidification of waste drilling mud treatment. Environmental Science & Technology 2010, vol. 33, s. 534–537.

Uwagi

PL

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