Фундаментальные основы технологий рециклинга отходов нефтедобывающей отрасли Арктической зоны Российской Федерации с получением эффективных строительных материалов и расклинивающих агентов

Актуальность проблемы заключается в формировании фундаментальных принципов разработки и управления свойствами эффективных строительных материалов и расклинивающих агентов для добычи нефти и газа на основе экономически и экологически доступного сырья, а именно с использованием буровых шламов нефтегазовых скважин Арктической зоны Российской Федерации. Текущая ситуация в топливно-энергетическом кластере экономики складывается из того, что доля углеводородной энергетики продолжает занимать основную нишу и нефтегазовые компании продолжают увеличивать объемы работ по разведке и добыче нефти и газа, тем самым увеличивая долю извлекаемых запасов углеводородов. Параллельно этим процессам энергетическая промышленность стремится создать баланс в потреблении «грязной» и генерации «чистой» энергии, общество стремится к устойчивому развитию, в котором особо важными являются экологические и социальные аспекты. Следовательно, на производителей энергии с высокими эмиссиями и генерацией отходов накладываются обязательства по их минимизации и предотвращению. Так, при бурении нефтяных и газовых скважин образуются колоссальные объемы сложно утилизируемых отходов ввиду их многокомпонентного состава – буровых шламов – которые относятся к отходам IV класса опасности и требуют утилизации с целью достижения экономической эффективности и снижения нагрузки на окружающую среду. Анализ многокомпонентного состава буровых шламов позволил выявить, что наиболее эффективными способами их утилизации является их рециклинг в новые виды продукции, такие как строительные материалы для жилищного и дорожного строительства и расклинивающих агентов, используемых для увеличения добычи нефти и газа. Актуальность производства строительных материалов в непосредственной близости от нефтедобывающих скважин обусловлена как острым дефицитом качественных традиционных сырьевых материалов (алюмосиликатных каолинитовых глин) для их производства на этих территориях, так и труднодоступностью и значительной удаленностью этих регионов. При этом можно отметить, что жилищное и дорожное строительство в жестких климатических условиях Арктической зоны требует применения материалов с особыми нетрадиционными технико-эксплуатационными свойствами, по сравнению с классическим керамическим кирпичом для возведения зданий и сооружений и пористыми материалами для их теплоизоляции. Так, материалы для жилищного строительства должны обладать пониженной теплопроводностью, повышенной морозостойкостью и прочностью. К таким материалам можно отнести новый вид теплоизоляционных материалов – шламолит, который обладает требуемыми свойствами, а в качестве конструкционных материалов – керамстенов, произведенных на основе буровых шламов. Необходимость разработки и использования расклинивающих агентов российского производства также не вызывает сомнения, так как несмотря на растущие объемы добычи углеводородов, существует и большое количество проблем, тормозящих развитие нефтегазовой отрасли в России, так как не всегда рационально используются разрабатываемые месторождения и коэффициент извлечения запасов находится на низком уровне. Добыча углеводородов с каждым годом становится все более трудоемкой и дорогостоящей и все более весомую роль в отрасли играют технологии, повышающие нефтеотдачу скважин и снижающие себестоимость разработки месторождений. Сегодня наиболее доступный и дешевый метод интенсификации добычи нефти и газа – гидравлический разрыв пласта (ГРП) посредством синтетических расклинивающих агентов, который позволяет в несколько раз повысить дебит скважин, на которых добыча традиционными способами уже невозможна или малорентабельна. ГРП используется и для разработки новых месторождений для добычи трудноизвлекаемой нефти, а к этой категории относят до 60 процентов всех российских запасов. В связи с этим особую актуальность приобретает оптимизация направлений и увеличение объемов добычи углеводородного сырья посредством метода гидравлического разрыва пласта, позволяющего значительно увеличить производительность скважин. Для этого в продуктивный пласт под большим давлением закачивают жидкость, в результате чего образуются трещины, которые во много раз увеличивают площадь охвата продуктивной зоны. Расклинивающие агенты, проникая с жидкостью гидроразрыва в трещины и заполняя их, создают прочный расклинивающий каркас с высокой проницаемостью для нефти и газа. Расклинивающие агенты должны отличаться способностью выдерживать высокие пластовые давления и противостоять агрессивной среде при высоких температурах. В настоящее время стойкий рост потребления расклинивающих агентов в первую очередь связан с развитием технологии горизонтального бурения и многократного гидроразрыва пласта, что в свою очередь определяется геологическими условиями залегания месторождений углеводородов. При этом все российские производители пропантов сосредоточены на северо-западе европейской части страны и Урале, а в Ямало-Нененском автономном округе производств нет. Поэтому разработка составов и технологии расклинивающих агентов из шламовых отходов нефтедобычи актуальна.