NO20092352L - Framgangsmate for deponering av boreavfall, forurensete sedimenter og restavfall - Google Patents

Abstract

Framgangsmåte for behandling og deponering av boreavfall, forurensete sedimenter og restavfall kjennetegnet ved at framgangsmåten omfatter: - trinn 1 å tilveiebringe boreavfall, forurensete sedimenter, restavfall eller annet deponerbart materiale; - trinn 2 å blande materialet fra trinn 1 med i det minste ett bindemiddel; og - trinn 3 å overføre blandingen fra trinn 2 til en deponeringsanordning 1 anbrakt i en bentisk sone 2.

Description

FRAMGANGSMÅTE FOR DEPONERING AV BOREAVFALL, FORURENSETE SEDIMENTER OG RESTAVFALL

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en framgangsmåte for sikker deponering av boreavfall, forurensete sedimenter og restavfall. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en framgangsmåte for å tilsette et bindemiddel til massen som ønskes stabilisert og å bringe denne blandingen til en deponeringsanordning som befinner seg i en bentisk sone, for deretter å la den stabiliserte massen ferdigherde i deponeringsanordningen.

Ved boring av brønner for utvinning av petroleumsforekomster under havbunnen bringes store mengder utboret materiale eller såkalt borekaks ut av borehullet. En fagperson vil være kjent med at borekakset bringes ut av borehullet ved hjelp av borevæsken som sirkuleres fra en farkost eller rigg på overfla-ten, via en borestreng og ut gjennom en borekrone og til et ringrom som er avgrenset mellom borehullet og borestrengen og tilbake til boreriggen hvor væske og borekaks separeres.

I forbindelse med gjenvinning av borevæsker bringes borekakset sammen med borevæsken opp til et renseanlegg anbrakt på farkosten eller riggen. Et slikt renseanlegg innbefatter typisk én eller flere siktinnretninger kjent som vibrasjonssik-ter eller såkalte "shale shakere". Ved hjelp av nevnte renseanlegg blir vesentlige andeler av borekakset skilt fra borevæsken. Borevæsken som er skilt fra borekakset, blir van- ligvis ført tilbake til et sirkulasjonssystem for borevæske og dermed brukt på nytt. Et slikt renseanlegg krever utstyr som innbefatter mellomlagringsbeholdere for borekaks som er skilt fra borevæsken. Slike mellomlagringsbeholdere, typisk konteinere eller såkalte storsekker, må mobiliseres før boringen tar til, og de må demobiliseres etter at boringen er ferdig. I tillegg må utstyret organiseres på farkosten hvor plassen normalt er meget begrenset. I tillegg må mellomlag-ringsbeholderne som regel heises fra riggen og om bord på skip og fraktes til land for tømming. Deretter må mellomlag-ringsbeholderne returneres til farkosten. Slik mobilisering og organisering av utstyr krever et betydelig antall kran-løft, noe som innebærer en sikkerhetsrisiko for personell i tillegg til at utstyret kan skades. Det er også en fare for forurensning på grunn av for eksempel søl og utslipp til det ytre miljø.

Med boreavfall fra petroleumsvirksomhet menes borekaks med vedheftet borevæske som ikke er blitt fjernet i et renseanlegg. Boreavfallet kan opptre som en flytende eller seig masse og kan inneholde partikler av ulik størrelse. Borevæsken kan være vannbasert, oljebasert eller inneholde syntetiske forbindelser som etterlikner egenskapene til oljebasert borevæske. Som regel er borevæsken en emulsjon. I tillegg kan boreavfallet inneholde vann, kjemikalier og mineraler som for eksempel barytt (BaSO-j) og ilmenitt (FeTiOa) . Boreavfallet kan videre inneholde olje og petroleumsrester. Boreavfallet kan ytterligere inneholde tungmetaller som kan stamme fra kjemikalier som anvendes på selve boreutstyret eller fra bergformasjonen det er blitt boret i.

Med forurensete sedimenter menes forurensete sedimenter fra sjøbunn, elvebunn og innsjøbunn, for eksempel havnebasseng, men også forurenset jord som skyldes utslipp fra industriell

aktivitet.

Med restavfall menes masser fra bergverk og gruvedrift etter at de ønskede mineraler er skilt fra uttatt masse, og annen masse fra prosessindustri.

Med bentisk sone menes en havbunn, sjøbunn, innsjøbunn eller elvebunn. Den bentiske sone strekker seg fra en strandkant, sjøkant eller elvebredd og utover i sjøen eller vannet.

Rensing av boreavfall kan skje ved varmebehandling ved en temperatur på 250-800 °C og høyere. Dette er energikrevende og dyrt. Restmaterialet vil inneholde tungmetaller og må be-handles videre før det kan deponeres.

Ved graving eller boring i grunnen på en havbunn eller på land løsgjøres masse som må fjernes fra grave- eller boreom-rådet. Den løsgjorte masse vil ved håndtering kunne represen-tere en ulempe idet den vil kunne spres til det omkringliggende miljø. Ved for eksempel mudring av for eksempel en sjøbunn er det noen ganger ikke behov for at massen fjernes fra bunnen. Andre ganger kan det være krav til at massen fjernes fra bunnen, spesielt hvis massen er forurenset som for eksempel masse fra et havnebasseng. Imidlertid ligger det i sakens natur at massen må flyttes fra et første område og til et andre område på sjøbunnen. Det er kjent at denne forflytning av masse foretas ved å pumpe massen bort fra området hvorfra massen fjernes. En vesentlig ulempe med denne type mudringsoperasjon er at store områder nedstrøms av mudrings-operasjonen blir tildekket av massen. Denne massen vil kunne skade bunnfaunaen. Enkelte steder stilles det derfor krav til at utmudret masse, eller masse som fjernes på annet vis, må pumpes på land for eventuell rensing og deponering i godkjen-te deponier. Dette er en svært kostbar operasjon.

Ved deponering av restavfall fra bergverks- eller prosessin- dustrien er det kjent å anbringe dette i åpne deponier på land eller i havet. I de tilfeller slikt restavfall innbefatter finstoffpartikler, viser det seg å være problematisk å forhindre spredning av restavfallet til omkringliggende områder. Problemet er spesielt stort mens forflytning av massen pågår.

Fra patentskrift WO 2001/018352 er det kjent å anvende et antall lagringsbeholdere for boreavfall. Disse er forankret til havbunnen i nærheten av et borefartøy. Boreavfallet pumpes fra borefartøyet og til lagringsbeholderne. Når lagringsbeholderne er fulle, bringes disse til et landbasert behand-lingsanlegg ved hjelp av en taubåt. Tomme beholdere bringes tilbake og ankres opp.

Fra patentskrift WO 2007/102743 er det kjent å stabilisere boreavfall ved å tilsette sement og/eller puzzolant tilset-ningsstoff. Det kan også tilsettes andre hjelpestoff som for eksempel akseleratorer, fibre og vegetabilsk olje for å gjøre sluttproduktet sterkere og/eller for hindre utlekking av innkapslet materiale. Sluttproduktet kan støpes ut i former.

Fra patentskrift WO 2008/127123 er det kjent å tilsette et bindemiddel kontinuerlig til boreavfall. Dette kan gjøres ombord i et borefartøy eller en borerigg. Boreavfallet gjennom-løper en knuse-/oppmalingsprosess og en blandeprosess der bindemiddel, for eksempel sement, og andre kjemikalier tilsettes for at massen skal gjennomgå en hydratiserings- og herdeprosess. Stabilisering, herding og hydratisering av borekakset kan ta 2-3 døgn. Deretter kan materialet føres til deponi eller brukes for videre prosessering på land. Spesielt nevnes muligheten for å spre det stabiliserte boreavfallet utover store havbunnsområder ved hjelp av havstrømmer.

US 5,277,519 beskriver å tilsette masovnslagg til borevæsken.

Etter fraskilling av borevæske fra boreavfallet, vil det opp-konsentrerte boreavfallet herde og danne en fast masse ved henstand.

Det er også kjent at boreavfallet kan oppslemmes og reinjise-res i formasjonen. Det er videre kjent at oppslemmet borekaks med tilsetningsstoffer kan anvendes som borestartmud, såkalt "spud-mud" i leteboring. Borestartmud anvendes når de øverste seksjonene av en brønn bores, typisk 36'' og 26'' seksjonene. Denne metoden har den ulempe at borestartmuddet har begrenset holdbarhet over tid, det må lagres inntil det skal brukes og det må ofte fraktes over lange avstander.

Patentskrift PCT/NO2008/000447, som tilhører søker, beskriver en oppsamlingsanordning for faststoffmateriale som ved hjelp av et fluid flyttes fra et første sted som for eksempel på en havbunn, på en offshoreinstallasjon eller på land, og til et andre sted. Oppsamlingsanordningen kan være framstilt av et duklignende materiale, noe som muliggjør at oppsamlingsanordningen kan plasseres for eksempel på en sjøbunn i sammenpakket tilstand, for eksempel sammenrullet eller sammenbrettet. Oppsamlingsanordningen er slik konstruert at ved fylling så vil oppsamlingsanordningen brettes ut fra en sammenpakket stilling til en fullt utslått stilling.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående be-skrivelse og i etterfølgende patentkrav.

Det er skaffet til veie en framgangsmåte for behandling og deponering av boreavfall, forurensete sedimenter og restavfall, hvor framgangsmåten omfatter: - trinn 1 å tilveiebringe boreavfall, forurensete sedimenter, restavfall eller annet deponerbart materiale; - trinn 2 å blande materialet fra trinn 1 med i det minste ett bindemiddel; og - trinn 3 å overføre blandingen fra trinn 2 til en deponeringsanordning anbrakt i en bentisk sone.

I trinn 1 kan det inngå en forbehandling av boreavfall, forurensete sedimenter, restavfall eller annet deponerbart materiale på en rigg/fartøy eller der hvor mottaket av massen foregår. Forbehandlingen kan omfatte én eller flere av opera-sjonene: å separere faststoff fra væske, å tørke, å separere faststoff ut fra størrelsen på enkeltkomponenter i massen og å separere faststoff ut fra vekten på enkeltkomponenter i massen. Forbehandlingen kan gjennomføres med for så vidt kjent teknikk, for eksempel med hydrosykloner, sentrifuger eller andre teknikker som har den egenskap at enkeltkomponenter separeres på grunn av enkeltkomponentenes form, vekt, størrelse eller andre vesentlige egenskaper. Etter forbehandlingen kan det separerte faststoffet oppbevares i ulike fraksjoner som sortert masse.

Forbehandlingen muliggjør å isolere fra massen enkeltkomponenter som ikke er kompatible med bindemidlet og eventuelle andre hjelpestoffer, eller som vil kunne svekke kvaliteten i innkapslet og stabilisert materiale. Kvalitet i denne sammen-heng er relatert til hvor godt og eventuelt hvor lenge bindemidlet og eventuelle hjelpestoffer immobiliserer og stabili-serer forurensninger etter at materialet er ferdigherdet.

Forbehandlingen gjør det mulig å komponere sammensetningen av blandingen i trinn 2 på best mulig måte ved for eksempel å blande sortert masse fra de ulike fraksjoner i henhold til en ønsket bindemiddelresept. Det kan være fordelaktig å kontrollere mengden av partikler som har en diameter som er mindre enn 20 mikrometer, og ytterligere fordelaktig å kontrollere mengden av partikler som har en diameter som er mindre enn 1 mikrometer. Generelt er det viktig at man kan isolere fraksjoner av massen basert på partikkelstørrelse.

Utstyr for å gjennomføre blandingen i trinn 2 er for så vidt kjent, slik som beskrevet i for eksempel patentskrift WO 2008/127123. Overføring av blandingen til en deponeringsanordning i henhold til trinn 3 kan gjøres ved hjelp av tekno-logi kjent fra blant annet petroleumsindustrien hvor det er vanlig å tildanne sementbaserte blandinger som injiseres i ringrommet mellom borestrengen og foringsrøret.

I én utførelsesform kan materialet fra trinn 1 gjennomgå en oppdeling ved hjelp av en oppdelingsinnretning hentet fra gruppen bestående av pumpe, valse og mølle. Fagpersonen vil vite hvilken type oppdelingsinnretning som er egnet til formålet. Oppdeling av materialet har den fordel at det blir lettere å pumpe materialet gjennom rør og slanger, og at rør og slanger med mindre dimensjoner kan anvendes. Det kan være en fordel om materialet fra trinn 1 framviser en maksimums-størrelse på 5 mm, fortrinnsvis 2 mm, og enda mer fortrinnsvis mindre enn 1 mm.

Bindemidlet i trinn 2 kan i det minste bestå av ett bindemiddel valgt fra en gruppe bestående av sementbasert bindemiddel, puzzolant bindemiddel, flygeaske og masovnslagg. Puzzolant bindemiddel kan være for eksempel et naturlig puzzolant bindemiddel som for eksempel aplitt. Disse bindemidlene kan også kombineres. Det kan være en ytterligere fordel at det til blandingen fra trinn 2 tilsettes hjelpestoffer som for eksempel akseleratorer, fibre og vegetabilsk olje. Fagpersonen vil vite hvilke hjelpestoffer som kan anvendes og aktuelle tilsetningsnivå for disse, for å stabilisere blandingen for å hindre utlekking av tungmetaller og organiske forbindelser. Fagpersonen vil også vite hvilke hjelpestoffer som kan anvendes og aktuelle tilsetningsnivå for disse, for å oppnå en passende herdetid for blandingen. Det er en ytterligere fordel at blandingen fra trinn 2 er lite blandbar med vann. Blandingen vil derved fortrenge vann som er tilstede i deponeringsanordningen i trinn 3 og fylle denne samtidig som det er minimalt med lekkasje av uønskede stoffer ut til om-givelsene .

Deponeringsanordningen i trinn 3 kan være valgt fra gruppen bestående av en pose med fleksible vegger, en beholder med faste vegger og en lukket innhengning. Deponeringsanordningen kan tjene som en forskalingsform for blandingen fra trinn 2. Veggmaterialet i nevnte pose, beholder og innhegning kan være vannpermeabelt. Det har den fordel at vann som fortrenges av innpumpet blanding fra trinn 2 kan evakuere gjennom deponeringsanordningens vegger samtidig som blandingen holdes tilbake. Veggmaterialet kan bestå av et biologisk nedbrytbart materiale. Veggmaterialet kan fordelaktig bestå av et materiale som forvitrer langsomt. Dette har den fordel at veggmaterialet danner en ytterligere barriere for å holde tilbake innkapslet og stabilisert materiale. Den lukkede innhengning kan være tildannet ved at deponeringsanordningen materialtett avgrenser et parti av sjøbunnen, for eksempel en sandbunn eller en fjellbunn. Det stabiliserte materialet fra trinn 2 deponeres derved direkte på sjøbunnen i et avgrenset parti og

deponiet formes av deponeringsanordningens vegger.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegning-er, hvor: Fig. 1 viser en prinsippskisse av en framgangsmåte ifølge en første utførelse av den foreliggende oppfinnelse, hvor en deponeringsanordning i form av en innhengning er anbrakt i en bentisk sone i tilknytning til en borerigg; Fig. 2 viser i større målestokk en alternativ utførelses-form for deponeringsanordningen hvor deponeringsanordningen er i form av en pose; Fig. 3 viser i en ytterligere alternativ utførelsesform for deponeringsanordningen hvor deponeringsanordningen er i form av en pose forsynt med et permea-belt parti i posens overflate; og Fig. 4 viser en prinsippskisse av en framgangsmåte ifølge en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelse, hvor en deponeringsanordning i form av en pose er anbrakt i en bentisk sone i tilknytning til en mudringsmaskin på land.

Det skal forstås at figurene ikke er i målestokk og at innbyrdes størrelsesforhold mellom de enkelte komponenter heller ikke er gjengitt med innbyrdes korrekt størrelsesforhold.

På figurene 1-3 angir henvisningstallet 1 en deponeringsanordning i henhold til den foreliggende oppfinnelse, hvor deponeringsanordningen 1 fluidmessig er koplet til en borerigg 20 som flyter på en vannoverflate 21.

Deponeringsordningen 1 er anbrakt i en bentisk sone i form av en havbunn 2 ved en brønn 10. Brønnen 10 innbefatter et brønnhode 18 og en utblåsningssikring 19.

Borekaks sirkuleres ut av brønnen 10 i et ringrom 13 avgrenset av en borestreng 12 og et stigerør 14 ved hjelp av borevæske som pumpes fra boreriggen 20 og ned gjennom borestrengen 12 og ut i ringrommet 13 gjennom en borekrone 12'.

Strømningsretning for borevæske, en blanding av borevæske og borekaks og et stabilisert boreavfall 4 er i figurene angitt med piler merket henholdsvis Fl, F2 og F3. Deponeringsanordningen 1 i form av en innhengning 1 innbefatter en vegg 3 og deponeringsanordningen 1 omslutter materialtett et parti 24 på havbunnen 2.

Fluidtilførselsledningen 7 strekker seg fra boreriggen 20 og til deponeringsanordningen 1. Strømmen F3 av stabilisert boreavfall 4 føres således inn i deponeringsanordningen 1 og vil ferdigherdes i denne. Etter hvert som stabilisert boreavfall 4 strømmer inn deponeringsanordningen 1, vil vann evakuere ut gjennom den vannpermeable veggen 3 eller mellom veggen 3 og havbunnen 2.

Ombord i boreriggen 20 fjernes borekaks over en forutbestemt partikkelstørrelse fra borevæsken som sammen med borekakset strømmer opp fra stigerøret 14. Dette foregår ved hjelp av for så vidt kjent teknikk i form av en eller flere sikteinn-retninger (ikke vist). Boreavfallet blandes med bindemiddel og andre hjelpestoffer av for så vidt kjent art til et stabilisert, pumpbart boreavfall 4 i en blandeinnretning 6 av for så vidt kjent art. Etter blanding i blandeinnretningen 6 pumpes boreavfallet 4 gjennom fluidtilførselsledningen 7 ved hjelp av en pumpeinnretning 71 av i og for seg kjent art til deponeringsanordningen 1 hvor boreavfallet 4 ferdigherder og danner en fast masse. Det frasiktede boreavfall kan i én ut-førelsesform gjennomgå et trinn med partikkelstørrelsesreduk-sjon før det blandes med bindemiddel (ikke vist) og deretter pumpes til deponeringsanordningen 1. Alternativt kan boreavfallet gjennomgå størrelsesreduksjon samtidig med eller etter at det blandes med bindemiddel (ikke vist).

I fig. 2 og fig. 3 vises i større målestokk alternative ut-førelser av selve deponeringsanordningen 1. Måten som deponeringsordningen 1 er tilkoplet blandeinnretningen 6 på ved hjelp av fluidtilførselsledningen 7 og hvordan borevæske og borekaks føres opp til boreriggen 20, tilsvarer det som er beskrevet ovenfor og vil således ikke bli ytterligere omtalt.

Den viste deponeringsanordningen 1 i fig. 2 er fremstilt av et duklignende materiale som danner en materialtett pose 1. Fluidtilførselsledningen 7 munner ut i posen 1 i et innløp-sparti 74. I én utførelsesform kan det duklignende materialet være væskepermeabelt for å lette evakuering av væske fra deponeringsanordningen 1 når denne fylles med stabilisert materiale 4.

Den viste deponeringsanordningen 1 i fig. 3 er fremstilt av et duklignende materiale som danner en materialtett pose 1. Fluidtilførselsledningen 7 munner ut i posen 1 i et innløps-parti 74. Deponeringsanordningen 1 er i et endeparti distalt eller i avstand fra innløpspartiet 74 forsynt med en utløps-åpning 76 som er vist i en utførelse hvor et øvre parti av deponeringsanordningens 1 vegg er forsynt med et vannpermeabelt parti 76.

En deponeringsanordning 1 ifølge oppfinnelsen kan alt etter behov, materialstyrke og eventuelle lovbestemte begrensinger som for eksempel høydebegrensning for såkalt overtrålbarhet, framstilles i svært mange forskjellige størrelser. Ved opera-sjoner på havbunnen har forsøk vist at en deponeringsanordning 1 med en lengde på 30-50 m og en bredde eller diameter på 10-20 m er egnet, og at en deponeringsanordning 1 med en lengde på ca. 20 m og en bredde eller diameter på ca. 4 m er godt egnet.

Fylte deponeringsanordninger 1 inneholdende ferdig herdet boreavfall 4 kan anvendes som blokker ved konstruksjon av for eksempel moloer eller kunstige rev og til gjenfylling av for-dypninger og grøfter på en havbunn. Størrelse og form på deponeringsanordningen 1 kan tilpasses slike formål. Kunstige rev kan bygges i nærheten av for eksempel en boreinstallasjon 20 ved at deponeringsanordningene 1 plasseres hensiktsmessig i forhold til hverandre, for eksempel ved siden av hverandre og/eller oppå hverandre.

Figur 4 viser en alternativ utførelsesform for oppsamling og stabilisering av mudder 8 fra en mudringsmaskin 5 på et strandområde. Mudringsmaskinen 5 er forsynt med en sugeled-ning 5' som suger muddermasse 8 og vann, hvor muddermassen 8 og vannet pumpes via fluidledningen 5'' og inn i en blandeinnretning 6 av for så vidt kjent art. Etter blanding med bindemiddel og eventuelle andre hjelpestoffer, av for så vidt kjent art, i blandeinnretningen 6, pumpes stabilisert muddermasse 4 via fluidtilførselsledningen 7 inn i deponeringsanordningen 1 som er plassert i en bentisk sone 2 under en vannflate 21. En fagperson vil forstå at én eller flere pum-peinnretninger (ikke vist) vil kunne tilkoples sugeledningen 5', fluidledningen 5'' og fluidtilførselsledningen 7. Fagpersonen vil også forstå at i en alternativ utførelsesform kan mudringsmaskinen 5 befinne seg på en lekter for utmudring av en bunn og at oppfinnelsens framgangsmåte kan anvendes med nødvendige, fagmessige tilpassinger.

Den viste deponeringsanordningen 1 er av samme art som vist i fig. 3. I fig. 4 er to deponeringsanordninger 1, 1' anbrakt side om side. Den ene deponeringsanordningen 1 er delvis fylt med stabilisert muddermasse 4, mens den andre deponeringsanordningen 1' befinner seg i sammenpakket stilling. Begge deponeringsanordningene 1, 1' er tilkoplet ei fordelingsramme 78, men kun ledningen 1' fra deponeringsanordningen 1 står i fluidkommunikasjon med mudringsmaskinen 5. Ledningen 1'' som strekker seg mellom den sammenpakkede deponeringsanordningen 1' og fordelingsramma 78, står således ikke i fluidkommunikasjon med fluidtilførselsledningen 7.

Fagpersonen vil vite at en fordelingsramme 78 og en tilhør- ende flerhet med deponeringsanordninger 1, 1' også med fordel kan anvendes i samband med en borerigg for kontinuerlig operasjon i samband med skifte fra en full deponeringsanordning 1 og til en tom deponeringsanordning 1' .

Claims (5)

1. Framgangsmåte for behandling og deponering av boreavfall, forurensete sedimenter og restavfall, karakterisert ved at framgangsmåten omfatter : - trinn 1 å tilveiebringe boreavfall, forurensete sedimenter, restavfall eller annet deponerbart materiale; - trinn 2 å blande materialet fra trinn 1 med i det minste ett bindemiddel; og - trinn 3 å overføre blandingen fra trinn 2 til en deponeringsanordning 1 anbrakt i en bentisk sone 2.

2. Framgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at materialet fra trinn 1 gjen-nomgår en oppdeling ved hjelp av en oppdelingsinnretning hentet fra gruppen bestående av pumpe, valse, og mølle.

3. Framgangsmåte i henhold til krav 1 eller krav 2, karakterisert ved at materialet fra trinn 1 framviser en maksimumsstørrelse på 5 mm, fortrinnsvis 2 mm, mer fortrinnsvis 1 mm.

4. Framgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at bindemidlet i trinn 2 i det minste består av ett bindemiddel valgt fra en gruppe bestående av sementbasert bindemiddel, puzzolant bindemiddel, flygeaske og masovnslagg.

5. Framgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at deponeringsanordningen 1 i trinn 3 er valgt fra gruppen bestående av en pose med fleksible vegger, en beholder med faste vegger og en lukket innhengning.