Spent drilling muds management and natural environment protection

Celem pracy jest przedstawienie optymalnych metod zagospodarowania zużytych płuczek wiertniczych zgodnie z podstawami funkcjonowania współczesnej gospodarki odpadami oraz biorąc pod uwagę ich potencjalną szkodliwość dla środowiska. Badania wykonano na przykładzie płuczek: bentonitowej oraz beziłowej (potasowej, potasowo-polimerowej i glikolowo-potasowej) prowadząc proces usuwania fazy płynnej przy wykorzystaniu procesu koagulacji połączonej z filtracją, bądź proponując nową technologię zestalania opracowaną przy użyciu środków wiążących wytypowanych na podstawie badań laboratoryjnych (szkło sodowe + Silment CQ 25). Przeprowadzone wyniki analiz wymywalności substancji szkodliwych z osadów po koagulacji i filtracji oraz po zestaleniu zużytych płuczek wiertniczych dowodzą, że nie spełniają one kryteriów dopuszczenia odpadów do składowania na składowisku ze względu na przekroczenie dopuszczalnej zawartości rozpuszczonego węgla organicznego (DOC i TDS) z wyjątkiem zestalonej zużytej płuczki bentonitowej. [...] Przedstawiona wielokryterialna ocena szkodliwości zużytych płuczek i czynników mających wpływ na jej obniżenie, powinna się przyczynić z punktu ekologicznego do prawidłowego doboru środków chemicznych stosowanych do sporządzania płuczek wiertniczych oraz bezpiecznych dla środowiska metod zagospodarowania płuczek wiertniczych zużytych.The purpose of this work is to present the optimum method for spent drilling mud management according to waste management principles, taking into account the potential harmful effects of such wastes on the environment. Research was conducted on samples of bentonite drillingmud (potassium), potassium polymer, and glycol-potassium. A coagulation and filtration process was employed to remove the liquid phase. As an alternative method, a new technology of solidification was proposed making use of binding agents, which were chosen based on laboratory tests (sodium silicate + Silmet CQ 25). Harmful substances leached from coagulation and filtration deposits were analyzed, and the results offer evidence that these deposits don’t fulfill the criteria allowing for their dumping at storage sites as they surpass the permissible concentrations of dissolved carbon DOC and TDS, with the exception of spent bentonite drilling mud. [...] A multi-criterion evaluation of the harmfulness of spent drilling muds and evaluation of additives that diminish fluid harmfulness may permit the selection of such additives which, from an ecologic point of view, will serve to create safer drilling muds and insure better spent drilling mud management

An effective method for the identification of total petroleum hydrocarbons (TPH) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in soils

W artykule przedstawiono metodykę oznaczania substancji ropopochodnych (TPH i WWA) w glebach. Opisano sposoby izolacji TPH i WWA z gleb za pomocą technik ekstrakcji rozpuszczalnikowej. Zanieczyszczenia ropopochodne TPH z matrycy glebowej wydzielono metodą ekstrakcji rozpuszczalnikowej, zmodyfikowaną poprzez zastosowanie ultradźwięków. Natomiast WWA wydzielono metodą ekstrakcji Soxhleta. Wykazano, że najwyższą efektywność ekstrakcji analitów z matrycy glebowej uzyskano przy zastosowaniu dichlorometanu (dla TPH) oraz eteru naftowego (dla WWA). Oczyszczenie/rozdział analitu wykonano metodą ekstrakcji do fazy stałej SPE w oparciu o zasadę chromatograficznej separacji selektywnej adsorpcji i selektywnej elucji. Do badań stosowano kolumienki z wypełnieniami: florisil (oczyszczenie analitu ze związków polarnych) oraz CN/SiOH (selektywne wydzielenie WWA). Wydzielone z gleby TPH i WWA oznaczono metodą chromatografii gazowej. Opracowana metodyka jest wiarygodna i może być rekomendowana do stosowania podczas prac związanych z monitoringiem składu gleb potencjalnie skażonych substancjami ropopochodnymi.The article presents the methodology for the determination of petroleum substances (TPH and PAHs) in soils. Describes methods of isolating TPH and PAH from soils by solvent extraction techniques. TPH derived from the soil matrix was separated by solvent extraction, modified by ultrasound. While the PAHs were isolated by Soxhlet extraction. It has been shown that the highest efficiency of extraction of analytes from the soil matrix was obtained using dichloromethane (for TPH) and petroleum ether (for PAHs). The purification/separation of the analyte was made by SPE solid phase extraction based on the principle of chromatographic selective adsorption separation and selective elution. Columns packed with florisil (purification of the analyte from polar pollutants) and with CN/SiOH (selective separation of PAHs) were used for the studies. TPH and PAHs separated from the soil were determined using gas chromatography. The developed methodology is reliable and can be recommended for use during monitoring of soil compositions which can be potentially hydrocarbon contaminated

Zagospodarowania zużytych płuczek wiertniczych w aspekcie ochrony środowiska

Celem pracy jest przedstawienie optymalnych metod zagospodarowania zużytych płuczek wiertniczych zgodnie z podstawami funkcjonowania współczesnej gospodarki odpadami oraz biorąc pod uwagę ich potencjalną szkodliwość dla środowiska. Badania wykonano na przykładzie płuczek: bentonitowej oraz beziłowej (potasowej, potasowo-polimerowej i glikolowo-potasowej) prowadząc proces usuwania fazy płynnej przy wykorzystaniu procesu koagulacji połączonej z filtracją, bądź proponując nową technologię zestalania opracowaną przy użyciu środków wiążących wytypowanych na podstawie badań laboratoryjnych (szkło sodowe + Silment CQ 25). Przeprowadzone wyniki analiz wymywalności substancji szkodliwych z osadów po koagulacji i filtracji oraz po zestaleniu zużytych płuczek wiertniczych dowodzą, że nie spełniają one kryteriów dopuszczenia odpadów do składowania na składowisku ze względu na przekroczenie dopuszczalnej zawartości rozpuszczonego węgla organicznego (DOC i TDS) z wyjątkiem zestalonej zużytej płuczki bentonitowej. [...] Przedstawiona wielokryterialna ocena szkodliwości zużytych płuczek i czynników mających wpływ na jej obniżenie, powinna się przyczynić z punktu ekologicznego do prawidłowego doboru środków chemicznych stosowanych do sporządzania płuczek wiertniczych oraz bezpiecznych dla środowiska metod zagospodarowania płuczek wiertniczych zużytych.The purpose of this work is to present the optimum method for spent drilling mud management according to waste management principles, taking into account the potential harmful effects of such wastes on the environment. Research was conducted on samples of bentonite drillingmud (potassium), potassium polymer, and glycol-potassium. A coagulation and filtration process was employed to remove the liquid phase. As an alternative method, a new technology of solidification was proposed making use of binding agents, which were chosen based on laboratory tests (sodium silicate + Silmet CQ 25). Harmful substances leached from coagulation and filtration deposits were analyzed, and the results offer evidence that these deposits don’t fulfill the criteria allowing for their dumping at storage sites as they surpass the permissible concentrations of dissolved carbon DOC and TDS, with the exception of spent bentonite drilling mud. [...] A multi-criterion evaluation of the harmfulness of spent drilling muds and evaluation of additives that diminish fluid harmfulness may permit the selection of such additives which, from an ecologic point of view, will serve to create safer drilling muds and insure better spent drilling mud management

Effectiveness of advanced coagulants – polyaluminium chlorides in conditions of decreased reaction of water from shale formations

Prawidłowe przeprowadzenie procesu koagulacji zanieczyszczeń pociąga za sobą pewne problemy związane z drastyczną zmianą równowagi chemicznej wywołaną odgazowaniem i napowietrzeniem wydobytej wody złożowej. Przebiegające procesy red-ox mogą przyczyniać się do zakwaszenia oczyszczanej wody, co powoduje przesunięcie odczynu poza dopuszczalny zakres dla prawidłowego przeprowadzenia procesu koagulacji. W artykule opisano badania laboratoryjne dotyczące zastosowania nowoczesnych koagulantów, chlorków poliglinu, wytypowanych pod kątem poszerzenia optymalnego zakresu odczynu oczyszczanej wody złożowej. Testowane środki wykazały znacznie wyższą w porównaniu z siarczanem glinu efektywność działania zarówno w standardowo stosowanym zakresie odczynu (pH 6÷7), jak i w przypadku środowiska lekko kwaśnego (pH 5,0).A properly conducted process of coagulation pollution entails some problems associated with the drastic change of the chemical balance induced by demethanization and aeration of formation water. Red-ox processes might lead to the acidizing of water, which result in reaction displacement over the acceptable range of coagulation. The aim of the article is to present laboratory research on the application of advanced pollutants, polyaluminium chlorides, selected in order to extend the optimum range of the reaction for water treatment. The tested substances have shown considerably higher effectiveness (in comparison to aluminium sulphate) both in the standard use of reaction range (pH 6÷7) and in the case of a slightly acid environment (pH 5.0)

Estimation of bioremediation effectiveness on the basis of toxicological tests

Produkty ropopochodne stanowią złożoną mieszaninę związków o zróżnicowanych własnościach biologicznych, które mogą być przyczyną niekorzystnych dla człowieka i organizmów żywych zmian zachodzących w skażonych ekosystemach. W wyniku prowadzonych prac bioremediacyjnych (obejmujących bioremediację stymulowaną substancjami biogennymi oraz inokulację biopreparatami z mikroorganizmów autochtonicznych) mogą powstawać metabolity o zróżnicowanej i słabo poznanej aktywności biologicznej. Niektóre z nich mogą być bardziej toksyczne niż substrat wyjściowy i posiadać własności mutogenne lub rakotwórcze. Ocenę skuteczności stosowanych zabiegów remediacyjnych na dołach urobkowych uzupełniono o monitoring toksykologiczny prowadzony przy użyciu organizmów żywych jako biowskaźników reprezentujących wszystkie poziomy troficzne (producentów, konsumentów i reducentów) danego ekosystemu, co pozwala na kompleksową ocenę stanu badanego środowiska. Celem badań było określenie wpływu zanieczyszczeń ropopochodnych oraz pośrednich metabolitów powstających w procesach bioremediacyjnych na biocenozę glebową na podstawie przeprowadzonych biologicznych testów toksyczności, fitotoksyczności i genotoksyczności. W badaniach zastosowano opracowane i produkowane przez firmę Microbiotest z Belgii testy biologiczne: Phytotoxkit, Ostracodtoxkit, testy toksyczności ostrej Microtox Solid Phase oraz testy mutagenności Amesa. Uzyskane wyniki badań pozwalają na prześledzenie zmian własności toksycznych w trakcie prowadzenia procesów oczyszczania gleby z dołów urobkowych oraz na stwierdzenie przydatności rekultywowanych terenów do użytkowania rolniczego i leśnego.Petroleum products are complex mixture of compounds of varied biological properties. They can cause harmful changes in contaminated ecosystems and threaten humans and living organisms as well. Bioremediation (including bioremediation stimulated with biogenic substances and inoculation with biopreparations from autochthonous microorganisms) can result in creation of metabolites with a varied structure and biological activeness, which has been partly recognised. Some of them are more toxic than an initial substrate. Besides, they have mutagenic features and are responsible for cancer. Estimation of effectiveness of remediation in waste pits was completed with toxicological monitoring. It was led with the use of living organisms as biomarkers representing all trophic levels of a chosen ecosystem: producers, consumers and reducers. This process enables total estimation of natural environment condition. The aim of the research was to determine influence of petroleum contaminants and indirect metabolites (in bioremediation processes) on soil biocenose. The results of biological tests (toxicity, phytotoxicity and genotoxity) have been taken into account. The following biological tests, prepared and produced by Microbiotest (a Belgian company), were applied: Phytotoxkit, Ostracodtoxkit, acute toxicity tests Microtox Solid Phase and Ames mutagenity tests. The obtained results enable observation of changes in toxic properties during purification of soil taken from waste pits. In addition, it can be claimed if the areas are suitable for agricultural and forest usage

Ex situ bioremediation of soil from classic gasworks area polluted with petroleum hydrocarbons

Artykuł podejmuje zagadnienia związane z problemem oczyszczania gruntu skażonego w wyniku działalności klasycznych gazowni, które obecnie zostały wyłączone z eksploatacji. Przedstawiono opracowane metodyki chromatograficzne umożliwiające jakościową identyfikację i ilościowe oznaczenie poszczególnych węglowodorów alifatycznych i aromatycznych (TPH i WWA) w gruncie z wytypowanej do badań gazowni. Omówiono wyniki badań w skali półtechnicznej oczyszczania gruntu skażonego zanieczyszczeniami ropopochodnymi (TPH, WWA) z wykorzystaniem bioremediacji podstawowej i bioaugmentacji poprzez inokulację mikroorganizmami autochtonicznymi. Prowadzone badania pozwalają prześledzić przebieg procesu oczyszczania gruntu, dobrać optymalne dawki substancji biogennych i określić ramy czasowe prowadzonego procesu. Cały cykl oczyszczania gruntu monitorowano za pomocą chromatografii gazowej GC. Oceny stopnia biodegradacji poszczególnych węglowodorów alifatycznych dokonano na podstawie zmian zawartości oznaczonych chromatograficznie oraz za pomocą przyjętych wskaźników stopnia biodegradacji: C17/Pr i C18/F. Szczególną uwagę zwrócono na biodegradację wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych występujących w oczyszczanym gruncie w znacznych ilościach. Opracowana chromatograficzna metodyka oznaczania WWA w gruncie umożliwiła ocenę biodegradacji poszczególnych węglowodorów aromatycznych. Ponadto podjęto próby opracowania modelu biodegradacji TPH i WWAs z zastosowaniem 17alfa(H), 21beta(H)-hopanu.This paper undertakes issues related to the problem of purification of soil contaminated as a result of classic gasworks activities, which are now longer in use. Prepared chromatographic methodologies which allow for qualitative identification and quantitative determination of individual aliphatic and aromatic (TPH, PAH) hydrocarbons in soil from selected gasworks are presented. The results of the research on remediation of soil polluted with petroleum hydrocarbons (TPH, PAH) in semi-field scale with application of basic bioremediation and bioaugmentation with indigenous microorganisms are discussed. The research allows controlling a progress of remediation, selecting optimal doses of biogenic compounds and setting up duration of the process. The whole cycle of soil remediation was monitored with the use of gas chromatography (GC). Estimation of biodegradation degree of individual aliphatic hydrocarbons was based on changes in their soil concentration and accepted biodegradation indicators: C17/pristane and C18/phytane ratios. Particular attention was paid on biodegradation of PAH which were present in substantial concentrations in polluted soil. The elaborated chromatographic methodology for the determination of PAH in soil allowed for estimation of biodegradation referring to individual compounds. Moreover, an attempt of preparation TPH and PAHs degradation model with the use of 17alpha(H),21beta(H) - hopane was undertaken

Influence of exemplary contaminants on deposit water and liquid waste injection to absorptive horizons

Zatłaczanie wydobytych wód złożowych i ścieków eksploatacyjnych do horyzontów chłonnych jest jedną z najefektywniejszych metod zagospodarowania wód odpadowych powstających podczas eksploatacji złóż ropy i gazu. W artykule omówiono wybrane problemy dotyczące zjawisk towarzyszących zatłaczaniu wód złożowych i ścieków do złoża odpowiadających za kolmatację strefy przyodwiertowej. W celu maksymalnego wykorzystania możliwości technicznych odwiertów zatłaczających konieczne jest rozpoznanie zjawisk i procesów fizykochemicznych towarzyszących zatłaczaniu wód. Na podstawie wyników analiz fizykochemicznych oraz symulacji przeprowadzonych z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania AQUACHEM możliwe jest określenie wpływu zanieczyszczeń na przebieg procesów towarzyszących zatłaczaniu. Na podstawie danych symulacyjnych oraz doświadczeń przemysłowych opracowano zakres modyfikacji instalacji uzdatniającej wody złożowe i ścieki do zatłoczenia. Zastosowanie wprowadzonych zmian i nowych rozwiązań technologicznych pozwoli na ograniczenie zjawiska kolmatacji strefy przyodwiertowej, a co za tym idzie znacznego wydłużenia bezawaryjnej pracy odwiertu chłonnego i lepszego wykorzystania dostępnej pojemności horyzontu chłonnego do magazynowania ścieków.Injection of brine and liquid wastes to absorptive horizons is one of the most effective methods of waste waters management. The aim of this article is to discuss the problem of waste water injection and the phenomena responsible for near-well area damage. Recognition of physicochemical processes, which accompany water pumping, is needed to the optimum usage of pumping wells. Determination of contamination influence on the processes of water injection is possible due to physicochemical analyses and simulations done with the use of AQUACHEM software. The modification of water treatment installation was prepared due to simulation data and industrial experience. Innovations and new technologies will reduce near-well area damage and an absorptive well will be able to work without break down. Volume of an absorptive horizon will be used more effectively in order to store waste water

Solidification of used drilling muds – semi-industrial test

W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych zestalania płuczek bentonitowych i beziłowych polimerowych pod kątem dobru rodzaju i optymalnej ilości środka wiążącego oraz badania otrzymanego zestalonego półproduktu. Przy zestalaniu płuczki ważny jest dobór środków wiążących, których zadaniem jest takie przekształcenie suspensji płuczki wiertniczej w ciało stałe o odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej, aby w jak największym stopniu ograniczyć wymywanie się z niego substancji niebezpiecznych występujących w postaci związków rozpuszczalnych. W wyniku tych badań wytypowano zestaw środków stanowiących kompozycję na bazie cementu portlandzkiego CEM I 32,5 lub spoiwa hydraulicznego – Silment CQ-25 w ilości 20÷35% zawierającą 4÷5% szkła wodnego sodowego. O wyborze tych środków zdecydowały ich właściwości chemiczne i wpływ na właściwości mechaniczne ciała stałego powstałego po zestaleniu płuczki otworowej. W celu weryfikacji opracowanej technologii zestalania zużytych płuczek wiertniczych przeprowadzono próbę w skali półprzemysłowej. Zestalony półprodukt poddano badaniom pod kątem wytrzymałości na ściskanie – po 7 dniach wytrzymałość wynosiła 0,9 MPa, a po 14 dniach – 1,9 MPa. Przeprowadzone badania wymywalności substancji szkodliwych w odcieku z półproduktu wykazały następujące wartości oznaczeń: stałe związki rozpuszczone (TDS) – 58 424 mg/kg s.m., chlorki Cl− – 21 300 mg/kg s.m., siarczany – 1984 mg/kg s.m., ogólny węgiel organiczny (DOC) – 3200 mg O2/kg s.m., zawartość metali ciężkich – na niskim poziomie. Spośród wykonanych oznaczeń jedynie zawartość węgla organicznego (DOC) przekroczyła graniczne wartości wymywania (Dz.U. z 2015 r., poz. 1277, załącznik nr 5), co mogło być spowodowane obecnością polimerów organicznych zawartych w składach zestalonych płuczek oraz zanieczyszczających je substancji ropopochodnych. Ponadto wykonano badania toksykologiczne odcieku z zestalonego półproduktu z wykorzystaniem wytypowanych testów toksykologicznych. Toksyczność wyrażona w jednostkach toksyczności (TU) w wytypowanych do badań testach wynosiła: Microtox – 4,3; Daphtoxkit (48 h) – 9,9; Spirodela – 9,5. Odciek z półproduktu można zaliczyć do niskotoksycz- nych (II klasa toksyczności, TU < 10). Prezentowana technologia została objęta ochroną patentową nr P.418959 pt.: Sposób zestalania zużytych wodnodyspersyjnych płuczek wiertniczych typu bentonitowego i polimerowego.The article presents results of laboratory tests of solidification of bentonite and non-clay polymeric muds to select a type and an optimum amount of a bonding agent and to examine the obtained solidified semi-finished product. When solidifying the fluid, it is important to select binding agents, the task of which is to convert the suspension of the drilling fluid into a solid body of sufficient mechanical strength in order to minimize the leaching of hazardous substances in the form of soluble compounds. As a result of these tests, a set of agents constituting a composition based on Portland cement CEM I 32.5 or hydraulic binder – CQ-25 Silment in the amount of 20÷35% containing 4÷5% sodium water glass was selected. The choice of these agents was determined by their chemical properties and their effect on the mechanical properties of the solid produced after the solidification of the borehole fluid. In order to verify the developed technology of solidification of used drilling fluids, a semi-industrial test was carried out. The semiproduct of solidification was tested for compressive strength – after 7 days it was 0.9 MPa, whereas after 14 days – 1.9 MPa. The test of leaching of harmful substances in the leachate from the semi-finished product, showed the following values of determinations: solid dissolved compounds (TDS) – 58 424 mg/kg d. m., Cl-chlorides – 21 300 mg/kg d. m., sulphates – 1984 mg/kg d. m., total organic carbon (DOC) – 3200 mg O2/kg d. m., heavy metal content, which was at a low level. Of the performed determinations, only organic carbon content (DOC) exceeded the leaching limit values (Journal of Laws of 2015, item 1277, Appendix no. 5), which may have been caused by the presence of organic polymers contained in solidified fluids and petroleum substances contaminating them. In addition, toxicological studies of leachate from the solidified semi-finished product were performed using selected toxicological tests. The toxicity expressed in TU units of the tests selected for the research was as follows: Microtox – 4.3; Daphtoxkit (48 h) – 9.9; Spirodela – 9.5. Leachate from the semi-finished product may be classified as low toxic (toxicity class II TU < 10). The presented technology has been granted patent protection No. P. 418959 under the title The method of solidification of used water dispersion bentonite and polymeric drilling fluids, which was awarded with a gold medal at the international exhibition of inventions in Geneva

Analysis of properties of crude oil from the LMG field

Złoże ropy naftowej Lubiatów-Międzychód-Grotów (LMG) jest zróżnicowane geologicznie. Próbki płynów złożowych w poszczególnych partiach złoża posiadają specyficzne właściwości. W celu zapewnienia płynnego prowadzenia wydobycia należy dobrze poznać skład i właściwości gazu ziemnego i ropy naftowej. Szczególną uwagę należy zwrócić na zagrożenia związane z wytrącaniem się hydratów, parafin, asfaltenów i soli. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań płynów złożowych z wybranych odwiertów złoża LMG. Analiza tych badań wskazuje na kierunki, jakie należy uwzględnić, projektując rozwiązania technologiczne.Oil field Lubiatów-Międzychód-Grotów (LMG) is diversified geologically. Samples of each part of the oil field deposits possess peculiar properties. Smooth exploitation can be carried on only when the composition and properties of the natural gas and the crude oil well are known. Special attention should be paid to threats connected with precipitating hydrates, paraffins, asphaltenes and salt. The results of analyses of oil field LMG are presented in the paper. The analysis of these results points out to the trends to be taken into consideration when designing technological solutions