В статье рассматривается исследование физико-химических свойств шламов нефтедобывающих скважин. Созданы образцы с целью определения усадки, огнеупорности, механической прочности и водопоглощения.
Ключевые слова: нефть, шламы, усадка, влагопоглощение, механическая прочность, химический анализ.
The article deals with the study of the physico-chemical properties of oil-producing well sludge. Samples were created to determine shrinkage, fire resistance, mechanical strength and water absorption.
Keywords: oil, sludge, shrinkage, moisture absorption, mechanical strength, chemical analysis.
Введение
Шламы, полученные в результате бурения скважин при добыче нефти и газа сложные физико-химические смеси, состоящие из нефтепродуктов, механических примесей (глины, окислов металлов, песка) и воды [1]. Они добываются вместе с нефтью, при её переработке, а также транспортировке. Сотни миллионов тонн токсичных отходов от производственных процессов захоронены в амбарах вблизи скважин. Целью статьи является анализ материала для определения возможности его дальнейшего использования в различных отраслях промышленности.
Материалы и методы исследования. Эксперименты и исследования проводили по сырью полученной от скважины Лугенетского месторождения, г. Кедровый, Томской области. Для исследования физико-химических свойств нефтешламов были изготовлены образцы размером 10×10×10 мм, с целью определения усадки, огнеупорность, механической прочности и влагопоглощения (рисунок 1).
|
|
|
|
Рис. 1. Образец из нефтешлама размером 10×10×10 мм |
Рис. 2. Прибор для измерения химического состава — Спектрофотометр модель СФ-2000 |
Химический состав всегда зависит от глубины скважины и места, где находится нефтедобывающее предприятие. Химический состав определяется с помощью фотометра, (рисунок 2).ГОСТ 21216−2014. Принцип действия фотометра заключен в измерении отношений двух потоков излучения, один из которых — световой поток, подаваемый на исследуемый образец, другой — световой поток, прошедший через образец. Каждый поток последовательно проецируется на фотоприемное устройство, которое преобразует его в электрический сигнал, пропорциональный потоку излучения. Усиленные и обработанные сигналы с фотоприемного устройства регистрируются. [2]
Определение усадки нефтешлама . ГОСТ 21216−2014. Отобраны три образца для определения усадки. В течении недели образцы сушились при комнатной температуре (22 градуса Цельсия) и нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.). Измерения массы образцов проводились ежедневно.
Определение устойчивости к высоким температурам. ГОСТ 21216−2014. Для определения устойчивости образцов к высоким температурам проведено шесть обжигов при различных температурах. Обжиг проводился в электропечи камерная ИТМ 72.1200, (рисунок 3).
|
|
|
|
Рис. 3. Электропечи камерная ИТМ 72.1200 |
Рис. 4. Испытательный пресс на сжатие Devotrans |
Определение механической прочности образцов на сжатие. После каждой стадии обжига образцы проходили испытание на механическую прочность на испытательном прессе Devotrans, (рисунок 4). ГОСТ 21216−2014. Данные о механической прочности выводились в Exсel таблицу.
Определение водопоглощения образцов. Водопоглощение — это способность материала впитывать и удерживать в порах воду. Определяют водопоглощение по массе и объему. Водопглощение определяли по ГОСТ 21216−2014.
Образцы после обжига опускались в колбу с водой. По истечению каждых четырёх часов записывались их данные о водопоглащении.
Результаты и обсуждение
Химический анализ.
Таблица 1
Химический состав нефтешлама скважины
|
№ |
Вещество |
Количество % |
|
1 |
Нефтепродукты |
7,56 % |
|
2 |
Гидрокарбонат магния |
0,04 % |
|
3 |
Хлорид кальция |
0,81 % |
|
4 |
Хлорид натрия |
58,97 % |
|
5 |
Сульфат натрия |
1,02 % |
|
6 |
Глина |
12,86 % |
|
7 |
Влажность (вода) |
18,74 % |
Химический состав нефтешлама включает в себя достаточно высокое содержание вредных веществ, таких как: нефтепродукты (7,56 %) и хлорид натрия (58,97 %).
Усадка.
На рисунке 5 представлен график усадки образцов в зависимотси от времени.
Рис. 5. График усадки сырцовых образцов при комнатной температуре (22 градуса Цельсия) и нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.)
Таблица 2
Изменения веса образцов в зависимости от времени
Эксперимент показал, что образцы потеряли более 19 % своей массы в течении первых суток, после чего их значения практически не изменялись.
Устойчивость к высоким температурам.
Сырцовые образцы подверглись термической обработке при различных температурах. Температурный диапазон обжига составлял от 950 до 1200°© и проходил в 6 стадий.
Механическая прочность.
Рис. 6. Механическая прочности при температуре обжига 950°©
Рис. 7. Механическая прочности при температуре обжига 1000°©
Рис. 8. Механическая прочности при температуре обжига 1050°©
Рис. 9. Механическая прочности при температуре обжига 1100°©
Рис. 10. Механическая прочности при температуре обжига 1150°©
Рис. 11. Механическая прочности при температуре обжига 1200°©
С повышением температуры образцов механическая прочность увеличивалась. Образец, обожженный при температуре 1200°© прочнее чем образец, обожженный при температуре 950°©на 20 %.
Водопоглощение.
Рис. 12. Водопоглощение образцов при температуре 950–1200°©: 1 — Водопоглощение при температуре 950°©; 2 — Водопоглощение при температуре 1000°©; 3 — Водопоглощение при температуре 1050°©; 4 — Водопоглощение при температуре 1100°©; 5 — Водопоглощение при температуре 1150°©; 6 — Водопоглощение при температуре 1200°©
Эксперимент показал, что образец, при температуре обжига 950°©, увеличил свою массу на 10 %, при температуре 1000–1200°© на 11 %.
Вывод
- В химическом составе нефтешлама содержится достаточно высокое содержание вредных веществ, таких как: нефтепродукты (7,56 %) и хлорид натрия (58,97 %). Так же в его состав входит большое количество влажности (18,74 %).
- Усадка образцов при комнатной температуре (22 градуса Цельсия) и нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) проходила интенсивно в первые сутки. Образец потерял более 19 % своей массы, после чего, практически не изменялся.
- Механическая прочность предварительно обожженных, при различных температурах (от 950°© до 1200°©), образцов увеличивалось с повышением температуры. Прочность образцов при температуре обжига 1200°© выше на 20 % чем при 950°©.
- Процесс водопоглощения на образцах, обожжённых при различных температурах, проходил интенсивно в первые 4 часа. При температуре обжига в 950°©, образец увеличил свою массу на 10 %, при 1000–1200°© на 11 %.
В настоящее время работа продолжается. Проводятся исследования данного вида сырья для дальнейшего использования в различных отраслях промышленности.
Литература:
- Нефтешламы [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Нефтешламы
- Устройство фотометра с шаровым осветителем [Электронный ресурс]. URL: RU2581429C1 — Устройство фотометра с шаровым осветителем — Яндекс.Патенты (yandex.ru)
