И. К. Бейсембетов ректор Зам главного редактора
жүктеу/скачать 51,43 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Рис. 4.
- Ұңғылардың каверналы аймақтарын өңдеу маңыздылығы жайында Түйіндеме.
- On the question of the need to treat cavernous zones of wells Summary.
- ИЗВЛЕЧЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД С ПОМОЩЬЮ ПРИРОДНОГО ЦЕОЛИТА Аннотация.
- Рис. 1.
- Рис. 3.
- Результаты сравнения степени извлечения ионов тяжелых металлов из осадка
Рис. 3. Изменение пластической прочности тампонажного раствора при введении в него монтмориллонитовой глины Анализ графических зависимостей (рис. 1 – 3) показывает наличие тесной связи между типом вводимых добавок, их процентным содержанием, а также продолжительностью твердения и предель- ными значениями пластической прочности. На каждом из приведенных графиков можно выделить условно три зоны, начальная характеризуется медленным нарастанием пластической прочности, сле- дующая – стремительным увеличением показателя пластичности и конечная – стабилизацией роста контролируемого параметра, вплоть до полного затвердения. В то же время, продолжительность су- ществования каждой из зон во времени различна и определяется физико-химическими свойствами вводимых добавок. В целом изучение характера изменения пластической прочности дает ответ о дли- тельности периода нахождения тампонажного раствора в подвижном состоянии, в котором он наибо- лее подвержен проникновению в свой состав активных шламов. Одним из самых распространенных лабораторных методов контроля качества цементных и прочих тампонажных растворов, принятых в научных исследованиях, равно как и промышленных условиях, является испытание образцов кубической формы на сжатие. Такой подход сравнительно прост и воспроизводим в отношении полученных результатов, а кроме того многие проектируемые характеристики тампонажных смесей качественно зависят от их прочности. Образцы для испытаний были изготовлены в виде кубов с размером 505050 мм, в количестве 12 штук по видам примесей и в каждом численном значении концентрации. Выдерживались они во влажных условиях, что в некоторой мере соответствует нахождению тампонажного камня в сква- жине, в течение 28 суток. Результаты определения прочности образцов на одноосное сжатие пред- ставлены на рис. 4. Контрольные точки значений прочности образцов тампонажного камня были получены с привлечением аппарата математической статистики. Кроме того, прочностные характеристики корректировались с учетом условий формирования образцов и их испытания. Данные представленные на рис. 4 вполне определенно свидетельствуют о значительности влияния примесей на механические свойства тампонажного камня при их поступлении в твердеющий раствор. Для сравнения условий проведения испытаний кубов были осуществлены исследования при их различной пространственной ориентации относительно плиты пресса. Прочность цементных кубиков на сжатие определялась при положении их оси паралеллельно и перпендикулярно плите пресса, что представлено на рис. 5.
● Технические науки
144 №2 2016 Вестник КазНИТУ
при испытаниях на одноосное сжатие
Рис. 5. Прочность образцов тампонажного камня, содержащих активные примеси, при испытаниях на одноос- ное сжатие и различном их пространственном положении
Следует отметить, что существует определенная зависимость прочности образцов от пространственного положения последних при испытаниях; в условиях исследования кубов в положении их оси параллельно плите пресса значения прочности на одноосное сжатие несколько ниже, чем при расположении оси образцов перпендикулярно плите. Вместе с тем по причинам влияния на прочность образцов значительного спектра факторов установить непосредственное влияние на этот показатель пространственного положения кубов при испытании не удается. В результате проведения исследований образцов тампонажного камня при вдавливании в них штампа с автоматической записью деформаций на приборе УМГП – 3, были получены значения условного коэффициента пластичности (рис. 6).
● Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016 145
Рис. 6. Условный коэффициент пластичности при испытании образцов тампонажного камня на приборе УМГП – 3 Данные рис. 6 показывают, что степень пластичности образцов тампонажного камня определя- ется величиной прочности цементных кубов при их одноосном сжатии. Резкое снижение показателя условного коэффициента пластичности для кубов, содержащих в качестве примеси аргиллит, можно объяснить наличием в их изломе центров скопления частиц активного шлама и их физическим взаи- модействием с внедряемым штампом. С целью выяснения достоверности полученных данных в отношении величин прочности об- разцов на одноосное сжатие были рассчитаны показатели коэффициента вариации, что представлено на рис. 7. Анализируя значения коэффициента вариации можно отметить, что с повышение прочно- сти образцов тампонажного камня на одноосное сжатие он стремится к предельному минимальному значению. В целом разброс коэффициента вариации говорит о надежности полученных результатов и их соответствии применяемым методикам исследований.
камня на одноосное сжатие
● Технические науки
146 №2 2016 Вестник КазНИТУ
Таким образом, для исключения негативного влияния активных примесей на свойства тампо- нажного камня необходимо проводить обработку ствола скважины, подлежащей креплению и осо- бенно его кавернозных интервалов. Этой цели и подчинен принцип работы устройства по очистке каверн, выражающийся в силовом взаимодействии его исполнительного органа – лопасти с обтекаю- щим ее потоком [5,6,7]. Сила воздействия лопасти на объем жидкости создает вынужденное движе- ние потока, с сообщением ему определенных скорости и давления, иными словами механической энергии, что в конечном итоге приводит к разрушению и удалению глинисто-шламовых образований из кавернозной зоны скважины. Выводы Исследованы условия формирования тампонажного камня в кавернозных интервалах скважи- ны. Рассмотрены условия изменения прочностных показателей тампонажных растворов во времени. Лабораторными методами исследований показана зависимость прочностных показателей тампонаж- ного камня от наличия в его составе активных примесей глинистых пород и фрагментов фильтраци- онной корки. Доказана необходимость осуществления тщательных подготовительных мероприятий при проведении тампонажных работ.
ЛИТЕРАТУРА [1] Будников В.Ф., Булатов А.И., Макаренко П.Г. Проблемы механики бурения и заканчивания сква- жин – М.: « Недра», 1996. – 496 с. [2] Булатов А.И. Формирование и работа цементного камня в скважине – М.: «Недра», 1990. – 408 с. [3] Булатов А.И., Габузов Г.Г., Макаренко П.П. Гидромеханика углубления и цементирования скважин – М.: «Недра», 1999. – 438 с. [4] Ивачев Л.М. Борьба с поглощениями промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин– М.: «Недра», 1982. – 293 с. [5] Давиденко А.Н., Игнатов А.А., Яцык В.В. Усовершенствование устройства для обработки скважины // Науковий вісник НГУ. – 2008. – вып. № 4. – 36 – 37 c. [6] Нифонтов Ю.А., Ратов Б.Т., ЖанабаевТ.А. Буровые промывочные жидкости и тампонажные раство- ры на основе полимерных композиций нового поколения. Труды международного форума «Инженерное обра- зование и наука в XXI века: Проблемы и перспективы», посвященного 80-летию КазНТУ имени К.И.Сатпаева, I-ТОМ, г.Алматы, 22-24 октября 2014г. (ISBN: 978-601-228-666-3) С:294-297. [7] Biletski M. T., Ratov B. T., Kasenov A. K., Ibyldaev M. H. Caving control while drilling through highly dispersible clays at uranium deposits of Kazakhstan. 15th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2015, www.sgem.org, SGEM2015 Conference Proceedings, ISBN 978-619-7105-32-2 / ISSN 1314-2704, June 18-24, 2015, Book 1 Vol. 2, 157-164 pp. DOI: 10.5593/SGEM2015/B12/S2.021. Friday 7 August 2015 by Libadmin 2015 (www.scopus.com)
REFERENCES [1] Budnikov V.F, Bulatov A.I, Makarenko P.G. Problemy mehaniki bureniya i zakanchivaniya skvazhin - M .: «Nedra», 1996. - 496 s. [2] Bulatov A.I. Formirovaniye I rabota cementnogo kamniya v skvazhine - M .: «Nedra», 1990. – 408 s. [3] Bulatov A.I., Gabuzov G.G., Makarenko P.P. Gydromehanika uglubleniya I cementirovaniya slvazhin - M .: «Nedra», 1999. – 438 s. [4] Ivachev L.M. Borba s poglosheniyami promyvochnnoi zhidkosti pri bureniy geologorazvedochnyh skva- zhyn - M .: «Nedra», 1982. – 293 s. [5] Davydenko A.N, Ignatov A.A, Yatsyk V.V. Usovershenstvovaniye ustroistva dliya obrabotki skvazhyny // Naukoviy visnik NGU. – 2008. – vyp. № 4. – 36 – 37 s. [6] Nifontov YA, Ratov BT, ZhanabaevA.A. Drilling fluids and cement slurries based polymer compositions of the new generation. Proceedings of the International Forum "Engineering Education and Science in the XXI Century: Problems and Prospects", dedicated to the 80th anniversary of KazNTU, I-TOM, Almaty, 22-24 October 2014. (ISBN: 978-601-228-666-3) S: 294-297. [7] Biletski M. T., Ratov B. T., Kasenov A. K., Ibyldaev M. H. Caving control while drilling through highly dispersible clays at uranium deposits of Kazakhstan. 15th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2015, www.sgem.org, SGEM2015 Conference Proceedings, ISBN 978-619-7105-32-2 / ISSN 1314-2704, June 18-24, 2015, Book 1 Vol. 2, 157-164 pp. DOI: 10.5593/SGEM2015/B12/S2.021. Friday 7 August 2015 by Libadmin 2015 (www.scopus.com)
● Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016 147
Давиденко А.Н., Ратов Б.Т., Игнатов А.А., Тулепбергенов А.Т. Ұңғылардың каверналы аймақтарын өңдеу маңыздылығы жайында Түйіндеме. Мақалада ұңғы оқпанында каверналардың пайда болуы жайлы қысқаша мағлұмат берілген. Күрделі аралықтарда тампонаж тасының қалыптасу ерекшеліктері қарастырылғын. Тампонаж ерітіндісі мен тасынның технологиялық көрсеткіштеріне белсенді қоспалар әсерінің зертханалық зерттеулерінің нәтижелері сипатталған. Ұңғылардың каверналы аймақтарында тампонаж тасының қалыптасу жағдайлары зерттелген. Уақыттың өтуіне байланысты тампонаж ерітінділерінің беріктік көрсеткіштерінің өзгеру жағдайлары қарастырылған. Тампонаж тасының беріктік көрсеткіштері оның құрамындағы саз жыныстарының белсенді қоспалары және сүзгілік қабыршақ бөліктерінің болуына байланысты екені зертханалық зерттеулер әдістерімен анықталды. Тампонаж жұмыстарын жүргізген уақытта дайындық іс-шараларын тиянақты атқару қажет екені дәлелденді.
Davydenko A.N, Ratov B.T, Ignatov A.A, Tulepbergenov A.T. On the question of the need to treat cavernous zones of wells Summary. In the article presents a summary of the appearance of caving in the wellbore. The peculiarities of formation plugging stone complicated intervals. The results of laboratory studies of the effect of active additives on the technological characteristics of grouting mortar and stone. The conditions of formation plugging stone cavernous hole intervals. The conditions change strength characteris- tics of cement slurries in time. Laboratory studies shows the strength characteristics of grouting stone of the presence in its composition of active impurities clay rocks and fragments of the filter cake. The necessity of the thorough prepara- tions during the grouting works.
УДК 628.38 К.Т. Оспанов 1 , Ж. Адилханов 1 , Г.Н. Муханова 2 ( 1 Казахский национальный исследовательский технический университет им. К.И. Сатпаева, 2 Государственное коммунальное предприятие «Алматы су холдинг», Алматы, Республика Казахстан, ospanovkairat@mail.ru)
ПРИРОДНОГО ЦЕОЛИТА Аннотация. В настоящей статье приведены результаты лабораторных экспериментальных исследований по извлечению ионов тяжелых металлов из осадков сточных вод станций аэрации г.Алматы. По результатам экспериментальных исследований доказано, что для извлечения ионов тяжелых металлов из осадка сточных вод целесообразно применение природного цеолита Чанканайского месторождения, Казахстан. По извлечению тяжелых металлов, в том числе марганец, хром, цинк, железо и меди, закономерность извлечения находится в пределах 2,4 – 47,9%. При этом по загрязняющему веществу марганцу наблюдается самый максимальный эф- фект - 47,9 % при объеме цеолита 200 мл.
В процессах механической, биологической и физико-химической очистки сточных вод на очистных сооружениях образуются различного вида осадки, содержащие органические и минераль- ные компоненты. В зависимости от типа сооружений, применяемых для очистки сточных вод, осадки бытовых сточных вод можно подразделять на следующие виды: грубые примеси (отбросы с решеток); тяже- лые примеси (песок из песколовок); плавающие примеси (жировые вещества и т.п., всплывающие в первичных отстойниках); сырой осадок (суспензия, включающая в основном оседающие взвешенные вещества из первичных отстойников); избыточный активный ил (комплекс микроорганизмов из вто- ричных отстойников) [1,2]. Из выше изложенных разновидностей осадков обработка и утилизация сырого осадка и избы- точного активного ила является сложной технологической и экологической проблемой во всем мире. При этом, осадки бытовых сточных вод городов и других населенных пунктов представляют собой удобрение, содержащее биогенные элементы (азот, фосфор, калий, их соединения), а также необходимые для развития растений микроэлементы.
● Технические науки
148 №2 2016 Вестник КазНИТУ
Состав осадка влияет на его пригодность для использования и на метод обработки и утилизации. Ниже приведены некоторые важные свойства осадков, влияющие на выбор метода обработки и утилизации осадков сточных вод для использования в качестве удобрения: общее содержание сухих веществ, органических веществ, питательных веществ, тяжелых металлов и патогенных бактерий. В связи с этим нами были определены состав и свойства осадков сточных вод станции аэрации г. Алматы: белки (% беззольного вещества), жиры (% беззольного вещества), азот общий (% сухого вещества), фосфор (Р 2 0 5 ) (% сухого вещества), содержание бактерий, тяжелые металлы: кадмий, медь, марганец, никель, свинец, хром, цинк (все в мг/кг сухого вещества). Химический анализ показателей проводился следующими методами: атомно-абсорбционная спектрометрия, фотометрия, гравиметрия и культивирование на селективных средах. В соответствии с общими правилами отбор проб осуществлялся вручную. Пробы были взяты: с сырого осадка из первичных отстойников; избыточного ила из вторичных отстойников станции аэра- ции города Алматы. Относительно высокий уровень органического вещества в сухих веществах позволяет исполь- зовать осадок для улучшения физических свойств почвы. Согласно ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 (который действует в Казахстане) массовая доля органических веществ должна составлять не менее 20% на сухое вещество, для использования осадка как удобрение [3]. Проведенный химический анализ показал, что осадок станций аэрации г. Алматы соответствует данному требованию [4]. Питательные вещества, присутствующие в осадке, такие как азот (N) и фосфор (P), необходимы для роста растений и являются подкормкой. Содержание питательных веществ является ключевым фактором для дальнейшего использования осадка сточных вод. Согласно ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 мас- совая доля общего азота (N) должна составлять не менее 0,6 % на сухое вещество, а массовая доля общего фосфора (Р 2 О 5 ) - 1,5 % на сухое вещество. Проведенный анализ химического состава показал, что осадок станции аэрации г. Алматы соответствует данному требованию. Однако по содержанию тяжелых металлов согласно ГОСТ Р 17.4.3.07-2001, осадки сточных вод станции аэрации г.Алматы отвечают только требованиям, предъявляемым к II-ой группе осадков ис- пользуемых как органоминеральные удобрения, при этом содержание практически всех тяжелых ме- таллов не соответствует требованиям, предъявляемым к I-ой группе осадков. А также состав осадков сточных вод не соответствует требованию по содержанию патогенной микрофлоры. То есть, основным фактором, ограничивающим использование отходов в качестве органиче- ских удобрений или технических грунтов, является содержание в них тяжелых металлов, а также па- тогенной микрофлоры. Следовательно, возникает необходимость исследования способов для извлечения тяжелых ме- таллов из осадков сточных вод. Высокие адсорбционные и ионообменные свойства цеолита, наличие крупных промышленных месторождений и дешевизна, эффективные методы регулирования их геометрической структуры и свойств поверхности делают экономически целесообразным использование природных алюмосили- катов в процессах очистки осадков от тяжелых металлов [5]. По сравнению с традиционными зернистыми материалами, цеолит обладает более высокой по- ристостью и удельной поверхностью. В процессе эксплуатации практически не изменяет своих свойств, легко регенерируется и подлежит многократному использованию. Поэтому, согласно календарного плана темы № 0782/ ГФ3 «Разработка комплексной техноло- гии обработки и утилизации осадков сточных вод, учитывающей природно-климатические условия Республики Казахстан» были проведены лабораторные экспериментальные исследования с использо- ванием цеолита Чанканайского месторождения для сорбции ионов тяжелых металлов из осадков сточных вод с целью снижения их концентрации в осадке. В лабораторных экспериментальных исследованиях для извлечения тяжелых металлов из осадков сточных вод использовался природный цеолит Чанканайского месторождения, выпускаемый ТОО «Таза су» крупностью 2,5-5 мм. Для проведения лабораторных экспериментальных исследований использовались образцы осадка сточных вод станции аэрации г.Алматы до сброса на иловые площадки. В соответствии с об- щими правилами отбор проб осуществлялся вручную.
● Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016 149
Подготовка пробы заключалась в следующем. До проведения лабораторных исследований предва- рительно природный цеолит был помещен в воду на 54 часа. После этого поместили цеолит в прономеро- ванные мерные сосуды объемом 500 мл в количестве 50, 100 и 200 мл. Далее в мерные сосуды с цеолитом добавляли пробы осадков сточных вод станции аэрации г.Алматы до отметки в 400 мл. Химический анализ по определению тяжелых металлов проводился методом атомно- абсорбционной спектрометрии. В качестве контрольной пробы был взят осадок без обработки цеолитом. Эксперимент проводился в лабораторных условиях. Каждой серии соответствовали свои тех- нологические режимы, менялся объем загрузочного цеолита и время исходного осадка в контакте с цеолитом. В течение всего эксперимента влажность осадка поддерживалась на уровне 97%. Результаты лабораторных экспериментальных исследований по извлечению тяжелых металлов, в том числе марганец, хром, цинк, железо и меди в зависимости от времени приведены на рисунках 1, 2, 3, 4, и 5.
Рис. 1. Концентрация марганца, мг/кг
Рис.2. Концентрация хрома, мг/кг
● Технические науки
150 №2 2016 Вестник КазНИТУ
Рис. 4. Концентрация железа, мг/кг
Рис. 5. Концентрация меди, мг/кг
● Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016 151
Как видно из представленных данных, наблюдается снижение концентрации по исследованным ионам тяжелых металлов, что свидетельствует о сорбционной способности цеолита. Максимальная эффективность извлечения тяжелых металлов из осадков сточных вод достигается при времени кон- такта 48 часов. Далее нами было проведено сравнение степени извлечения ионов тяжелых металлов из осадка сточных вод отдельно по каждому металлу в зависимости от объема цеолита и при времени контакта 48 часов. Результаты сравнения степени извлечения ионов тяжелых металлов из осадка сточных вод по- казаны в таблице 1.
Таблица 1. Результаты сравнения степени извлечения ионов тяжелых металлов из осадка жүктеу/скачать 51,43 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|