При строительстве скважин применяют различные буровые растворы, из-за которых образуются отходы, негативно влияющие на почву, растительность, поверхностные и грунтовые воды. Ученые Пермского Политеха и Тюменского индустриального университета впервые доказали, что для снижения его токсичности перспективно использование гипса.
Отходы, образующиеся при строительстве скважин, негативно влияют на почву по причине того, что в составе буровых растворов находятся: калий, кальцинированная известь и сода. Все это приводит к высокому содержанию солей в остатках промышленной деятельности и ухудшению качественного состояния почвы на территории вокруг скважины. Однако с помощью химических реагентов возможно изменить солевой состав шлама (прим.ред. измельченная горная порода с остатками бурового раствора).
Ученые ПНИПУ и ТИУ провели исследование и выявили закономерности изменения солевого состава буровых шламов в процессе ионно-обменной реакции при использовании гипса. А также разработали математическую модель прогноза растворения солей, которая учитывает все неуправляемые факторы, влияющие на этот процесс, а именно: плотность, гранулометрический состав, коэффициент фильтрации, содержание водорастворимых солей.
«В естественном состоянии буровой шлам обладает вязко-пластичными свойствами, в сухом — отличается слитностью и твердостью. Для улучшения физико-химических свойств шлама и снижения его щелочности необходимо вытеснить поглощенные ионы натрия с помощью гипса», сообщила заведующая кафедрой охраны окружающей среды ПНИПУ Лариса Рудакова.
В ходе исследования ученые смешали несколько образцов шлама с гипсом, после чего произошла ионно-обменная реакция. Внесение гипса в разных соотношениях (3-20%) изменило концентрацию хлорид-ионов и снизило содержание карбонат-ионов и фосфат-ионов. Это подтверждает эффективность гипса для снижения щелочности.
«Использование гипса значительно увеличивает водопроницаемость буровых отходов, то есть улучшаются их фильтрационные свойства. Наилучший результат наблюдали при внесении 10-20 % гипса», — отметила профессор кафедры техносферной безопасности ТИУ Елена Гаевая.
Как итог, эксперименты доказали перспективность гипса для снижения токсичности буровых отходов. Выявленные закономерности и математическая модель позволяют прогнозировать нормы внесения гипса для уменьшения содержания водорастворимых солей. Это сделает утилизацию экологичной и безвредной для окружающей среды.
Статья с результатами исследования опубликована вжурнале«Теоретическая и прикладная экология», 2024 год. Работа выполнена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».