Interaction of quicklime (CaO) on the microstructure and the properties of a saline drilling waste

• Autorzy: Jamrozik A. , Malata G. , Gonet A. , Stryczek S.

Warianty tytułu

PL

Oddziaływanie CaO na mikrostrukturę i właściwości zasolonych odpadów wiertniczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Problems associated with management of saline drilling wastes are becoming more common in the drilling industry. Saline drilling wastes are hazardous to natural environment due to the toxicity and mobility of salt compounds as well as to the difficulties in designing both efficient and economic technology. This article presents the results of laboratory research which are related to the possibility of changing microstructure and limiting the salt bleaching from drilling wastes that have been treated with quicklime and heated up. Quicklime addition has been performed in order to improve physical-chemical and mechanical parameters of the composites.

PL

Jednym z rodzajów odpadów przemysłowych są odpady wiertnicze, powstające w dużych ilościach podczas prowadzenia prac wiertniczych przy poszukiwaniu i eksploatacji ropy naftowej, gazu ziemnego lub wód termalnych. W skład odpadów wiertniczych wchodzą głównie zużyte płuczki wiertnicze oraz zwierciny, które mogą być skażone środkami chemicznymi, a także płynami złożowymi (ropa naftowa, gaz, solanki). Obecnie szacuje się, że ilość odpadów wiertniczych powstających na 1 mb otworu nieco uległa zmniejszeniu i wynosi około 0,5 m3 na 1 mb wiercenia. Ograniczenie ilości odpadowych płuczek wiertniczych spowodowane jest postępem w technologiach wiertniczych oraz stosowaniem zamkniętych systemów oczyszczania płuczki (Robert, 2002). W efekcie tych poczynań odpady charakteryzują się skoncentrowanym ładunkiem zanieczyszczeń oraz większą zawartością fazy stałej - zwiercin. Po procesie wiercenia powstają znaczne ilości odpadów wiertniczych, które są zanieczyszczone rozpuszczalnymi solami, najczęściej pierwiastków alkalicznych w postaci chlorków, siarczanów czy wodorowęglanów występujących w nadmiarowych ilościach. Odpady te są składowane w szczelnych, stalowych zbiornikach i co pewien czas wywożone są na składowiska odpadów lub poddawane dalszym metodom zagospodarowania (Jamrozik, 2009). Problemy związane z zagospodarowaniem zasolonych odpadów wiertniczych są coraz powszechniejsze w przemyśle wiertniczym. Zagrożenie środowiska naturalnego zasolonymi odpadami wiertniczymi wynika z wysokiej toksyczności i mobilności związków soli oraz z trudności w opracowaniu skutecznej i ekonomicznej technologii. Zjawisko migracji soli z odpadu wykazuje dużą dynamikę w czasie, gdyż rozpuszczalne sole łatwo przemieszczają się wraz z wodą. Sole występujące w odpadzie mogą przedostawać się do środowiska gruntowo-wodnego i powodować jego degradację, poprzez zachwianie równowagi jonowej w kompleksie sorpcyjnym oraz zaburzenie metabolizmu komórek organizmów roślinnych. Wiele procesów metabolicznych, jak aktywność enzymów, synteza białek, aktywność mitochondriów i chloroplastów ulega zaburzeniu w warunkach zasolenia (Jamrozik i in., 2010). Problem ograniczenia negatywnego oddziaływania zasolonych odpadów wiertniczych jest coraz częściej podejmowany w literaturze, z powodu ciągłego wzrostu ilości tych odpadów, oraz z powodu braku skutecznej metody ograniczenia negatywnego oddziaływania zasolonych odpadów na środowisko gruntowo-wodne (Deuel i Holliday, 2001, 2003; Filippov i in., 2009; Gonet, 2006; Jamrozik i in., 2010; Leonard i Stegemann, 2010). W pracy przedstawiono rezultaty badań laboratoryjnych prowadzonych nad możliwością zmiany mikrostruktury i ograniczeniem ługowania soli z odpadów wiertniczych modyfikowanych wapnem palonym i temperaturą. Dodatek wapna palonego miał za zadanie poprawę fizyko-chemicznych oraz mechanicznych parametrów kompozytów. Przedmiotem badań laboratoryjnych były próbki odpadu wiertniczego i odpadu z domieszką 25% wag. wapna palonego. Skład chemiczny odpadów wiertniczych oraz wykorzystanych dodatków przedstawiono w tabeli 1. Materiał badawczy stanowiły próby odpadów wiertniczych pobranych ze zbiorczego składowiska odpadów oraz mieszaniny odpadów z wapnem palonym. Badane odpady pochodziły z wierceń prowadzonych w Karpatach oraz Zapadlisku Przedkarpackim przy użyciu płuczek na bazie wody wykorzystywanych do przewiercania warstw ilasto-łupkowych oraz do dowiercania złóż ropy naftowej i gazu ziemnego. Mieszaniny odpadów po granulacji i wypaleniu poddano badaniom, które obejmowały: a) analizę składu fazowego, b) badanie mikrostruktury z analizą EDS, c) test ługowalności w wodzie destylowanej. Podjęta próba immobilizacji ponadnormatywnych ilości soli w odpadzie opierała się na założeniu, że odpady wiertnicze są stabilnymi ośrodkami drobnodyspersyjnymi, tworzonymi przez kompleksy substancji mineralnych. Zużyte płuczki przeważnie zawierały w swoim składzie takie fazy krystaliczne jak: baryt, kalcyt, dolomit i kwarc - które to fazy pozostają w rozpatrywanych układzie nienaruszone (rys. 1). Materiał o takim składzie po dodaniu wapna palonego wykazuje zwiększoną zdolność wiązania chlorków. Możliwość wiązania chlorków w układach zawierających reaktywne gliniany i krzemiany wykazuje liniową zależność od ich całkowitej zawartości w materiale. Głównym czynnikiem odpowiedzialnym za zdolność wiązania chlorków w takich układach jest zawartość reaktywnych faz glinianowych, których reakcja z chlorkami prowadzić może do powstania chloroglinianów (Cheewaket i in., 2010). Alternatywnie chlorki mogą być wiązane w fazie C - S - H poprzez chemisoprcję, zaadsorbowane między warstwy lub podstawienie chemiczne (Loser i in., 2010; Zibara i in., 2008). Dodatkowo zdolność wiązania chlorków ulega poprawie w wyniku obecności w układach dodatków pucolanowych (Loser i in., 2010) w tym metakaolinitu (Zibara i in., 2008) oraz wapna palonego (Yuan i in., 2009).

Słowa kluczowe

EN

drilling waste; waste management; desalinate drilling waste

PL

odpady wiertnicze; zagospodarowanie odpadów wiertniczych; ochrona środowiska

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 56, no 1
• Strony: 35--46
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Jamrozik A.

autor

Malata G.

autor

Gonet A.

autor

Stryczek S.

• Faculty of Drilling, Oil and Gas, AGH University Science and Technology in Cracow, Al. Mickiewicza30, 30-059 Cracow, Poland,

Bibliografia

• Al-Ansary M., Al-Tabbaa A., 2005. Stabilization/solidification of synthetic North Sea drill cuttings containing oil and chloride. International Conference on Stabilization/Solidification treatment and remediation (STAR). Cambridge, Balkema.
• Al-Ansary M., Al-Tabbaa A., 2007. Stabilization/solidification of synthetic petroleum drill cuttings. Journal of Hazardous materials, vol. 141, iss. 2, 15 March 2007.
• Alba A. et. al., 2008. Waste injection: a definitive, cost effective, and environmentally safe disposal solution. VI INGEPET.
• Bakhshian S. et. al., 2009. Review on Impacts of Drilling Mud Disposal on Environment and Undegrand Water Resources in South of Iran. SPE/IADC Middle East Drilling Technology Conference & Exhibition. Manama, Bahrain, 26-28 October 2009.
• Candler J., Friedheim J., 2006. Designing Environmental Performance into New Drilling Fluids and Waste Management Technology. 13th International Petroleum Environmental Conference San Antonio, Texas, October 17-20, 2006.
• Cheewaket T., Jaturapitakkul C., Chalee W., 2010. Long term performance of chloride binding capacity in fly ash concrete in a marine environment. Construction and Building Materials.
• Deuel L.E., Holliday G.H., 2001. Lime Treatment of Oily Saline Drilling Wastes, SPE 66517, February 2001.
• Deuel L.E., Holliday G.H., 2003. Remediation of salt-Impact Soil and Waste. SPE 80947, March 2003.
• Filippov L., Thomas F., Filippova I., Yvon J., Morillon-Jeanmaire A., 2009. Stabilization of NaCl-containing cuttings wastes in cement concrete by in situ formed mineral phases. Journal of Hazardous Materials, 171.
• Gonet A., 2006. Elaboration of a method of organic-mineral drilling waste processing in the aspect of its management. Faculty of Drilling, Oil and Gas, AGH, UST Cracow [in Polish].
• Gonzalez M., Crawley W., 2006. New Reduce, Reuse, Recycle Drilling Waste Treatment Technologies and Programs. 13th International Petroleum Environmental Conference San Antonio, Texas, October 16th-19th 2006.
• Hardy, Stanley., 1988. Handling and disposal of waste drilling fluids from on-land sumps in the Northwest Territories and Yukon. Environmental Studies Research Funds Report, No. 093. Ottawa.
• Hydzik J., Czaja P., 2010. Betony nowej generacji w budownictwie podziemnym. Archives of Mining Sciences, Seria: Monografia, no 9, Kraków.
• Jamrozik A., 2009. Possibility of complex recycling of waste drilling mud. AGH, UST Cracow [in Polish].
• Jamrozik A., Gonet A., Stryczek St., Czekaj L., 2010. Possibilities and conditions for desalinization of drilling waste. Drilling Oil Gas, Quarterly, vol. 27, no 1-2, Cracow [in Polish].
• Leonard S.A, Stegemann J.A., 2010a. Stabilization/solidification of petroleum drill cuttings: leaching studies. Journal of Hazardous Materials, 174.
• Leonard S.A., Stegemann J.A., 2010b. Stabilization/solidification of petroleum drill cuttings. Journal of Hazardous Materials, 174.
• Loser R., Lothenbach B., Leemann A., Tuchschmid M., 2010. Chloride resistance of concrete and its binding capacity - Comparison between experimental results and thermodynamic modelin. Cement & Concrete Composites, 32.
• Morillon-Jeanmaire A., Marcillat Y., Thomas F., Filippov L., 2002. Salted cuttings stabilization. SPE 73922, march 2002.
• Murray A.J. et al., 2008. Friction Based Thermal Desorption Technology: Kashagan Development project Meets Environmental Compliance in Drill-Cuttings Treatment and Disposal. SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Denver , Colorado, 21-24 September 2008.
• Navarro-Torres V.F., Singh R.N., Pathan A.G., 2008. Mine water sustainability and management of sustainable mining practices with special reference to tungsten mining. Archives of Mining Sciences, vol. 53, no 1, p. 75-85.
• Neff J.M. Composition, Environmental fates, and biological effect of Water Based Drilling Muds and Cuttings Discharged to the Marine Environment: a synthesis annotated bibliography. Prepared for Petroleum Environmental Research Forum (PERF) and American Petroleum Institute. Neff Battelle Duxbury, MA. http://www.perf.org/pdf/ APIPERFreport.pdf
• Ogechi Opete S.E., Mangibo I.A., Iyagba E.T., 2010. Stabilization/solidification of synthetic Nigerian drill cuttings. African Journal of Environmental Science and Technology, Vol. 4, March 2010.
• Permata E., Mcbride S., 2010. Regulatory Challenges of Drilling Cuttings Waste Management in Indonesia. SPE International Conference on Health, Safety and Environment in Oil and Gas and Production. Rio de Janerio, Brazil, 12-14 April 2010.
• Rana S., 2009. Environmental Risks - Oil & Gas Operations Reducing Compliance Cost Using Smarter Technologies. SPE Asia Pacific Health, Safety, Security and Environment Conference and Exhibition. Jakarta, Indonesia, 4-6 August 2009.
• Robert J., 2002. Northwest Territories Region Drilling Mud Sumps in the Mackenzie Delta Region: Construction, Abandonment and Past" 30th April 2002.
• Yuan Q., Shi C., De Schutter G., Audenaert K., Deng D., 2009 Chloride binding of cement-based materials subjected to external chloride environment - A review. Construction and Building Materials, 23.
• Zibara H., Hooton R., Thomas M, Stanish K., 2008. Influence of the C/S and C/A ratios of hydration products on the chloride ion binding capacity of lime-SF and lime-MK mixtures. Cement and Concrete Research, 38.