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.
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).