ES2624751T3 - Método para tratamiento de desechos de perforación y residuos de combustión de carbón - Google Patents

Método para tratamiento de desechos de perforación y residuos de combustión de carbón Download PDF

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Abstract

Un método para el tratamiento de desechos de perforación y residuos de combustión de carbón, que comprende: (a) combinar por lo menos un primer desecho de perforación con residuos de combustión de carbón para formar una pasta; (b) combinar por lo menos un segundo desecho de perforación con residuos de combustión de carbón para formar un relleno que se puede compactar; y (c) colocar la pasta y el relleno que se puede compactar en un relleno sanitario revestido.

Description

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DESCRIPCION
Metodo para tratamiento de desechos de perforacion y residuos de combustion de carbon Antecedente de la invencion
1. Campo de la invencion
La presente invencion se refiere de manera general a la contencion de desechos de procesos industriales y la estabilizacion y contencion de desechos de perforacion y especlficamente residuos de combustion de carbon.
2. Descripcion de antecedentes
La extraccion de combustibles fosiles (por ejemplo, carbon, petroleo y gas natural) de formaciones geologicas subterraneas se realiza extensivamente en el mundo y proporciona la mayorla de los recursos energeticos del mundo.
En el caso de gas natural o petroleo, se perfora un pozo pequeno de la superficie para acceder a la formacion que contiene gas natural y permite la produccion de gas natural de la formacion. Muchas formaciones geologicas que contienen gas natural tambien contienen cantidades significativas de agua que se debe extraer de la formacion antes de que el gas natural sea capaz de escapar a la perforacion. Para mejorar la productividad de estos pozos, los fluidos pueden ser bombeados en la formacion a alta presion para crear grietas o fracturas en la formacion, un proceso comunmente conocido como fracturamiento hidraulico o simplemente “fracturacion”. El gas natural se escapa a lo largo de estas fracturas aumentando as! la productividad del pozo.
En la actualidad, el estado de Pensilvania esta en las etapas tempranas de lo que muchos consideran es el auge en la produccion de gas natural de diversas formaciones profundas de pizarra, tal como formaciones Marcellus Shale. Marcellus Shale se ubica a una profundidad de aproximadamente 5.000 pies.
Procesos de perforacion de pozos para acceder a formaciones subterraneas, incluyen formaciones Marcellus Shale, producen dos cortes de perforacion-corrientes de desechos primarios y potencialmente peligrosos y aguas residuales de perforacion. Estas corrientes de desechos que resultan del proceso de perforacion utilizado para acceder a la formacion presentan retos novedosos y significativos para los sistemas de eliminacion de desechos del estado.
Cortes de perforacion son una mezcla de suelo, roca y otras materias subterraneas traldas a la superficie durante la perforacion del recinto pozo, tal como aquellos perforados para acceder formacion Marcellus Shale. Los cortes de perforacion se consideran en general que son materiales de tierra, sin embargo, puede ser contaminado cuando entran en contacto con las fuentes de contaminacion comunes en el proceso de perforacion, fluidos de perforacion o lodo de perforacion. Los lodos de perforacion se utilizan habitualmente para lubricar la broca y ayudan a eliminar los recortes del recinto de pozo. Una mezcla de productos qulmicos y otros componentes puede estar presente en los lodos de perforacion. Una vez cortes de perforacion entran en contacto con lodos sinteticos de perforacion u otras fuentes de contaminantes (por ejemplo, aditivos qulmicos y oleaginosos), luego, los cortes se consideran que son tierra contaminada. En algunos casos, los cortes de perforacion se eliminan en el sitio en hoyos o se utilizan en aplicaciones de tierra. Mas comunmente, cortes de perforacion se envlan a los vertederos. Ambos de estos procesos de eliminacion presentan preocupaciones y desaflos ambientales.
Los fluidos que salen de un pozo despues de que ha sido fracturado hidraulicamente se llaman aguas de desecho de perforacion. Las aguas de desecho se hacen de los llquidos de dos fuentes distintas: el agua que se bombea en el suelo para ser utilizada para fracturar hidraulicamente el pozo y el agua que ya esta presente en los poros y grietas en la roca de la formacion objetivo (por ejemplo, Marcellus Shale). Existen dos tipos de solucion salina de agua de desecho generadas en la industria de la produccion de gas de formacion shale: 1) agua de reflujo de fracturacion y 2) formacion o agua producida. El agua de reflujo de fracturacion que se regresa a la superficie del proceso de fracturacion y perforacion de pozos. El llquido de reflujo es similar en composicion, aunque no exactamente igual, el llquido bombeado de un pozo para fracturarlo y puede contener sustancias como arena de fracturamiento de reflujo y otros aditivos de fracturacion y otros productos qulmicos. El agua de formacion, o agua producida, es el agua de las juntas y poros en la formacion Marcellus Shale propiamente dicha. Estuvo presente antes de perforacion y se elimino de la formacion geologica para permitir la produccion eficiente de gas natural del pozo. El agua producida se genera de manera continua durante la vida productiva del pozo y contiene una variedad de contaminantes que se presentan en forma natural, que incluyen metales pesados, materiales radioactivos que se presentan de forma natural, compuestos organicos volatiles, y altos niveles de solidos totales disueltos. Debido al alto contenido de salde la formacion Marcellus Shale en particular, tanto el agua de reflujo como el agua de formacion/producida son agua salada altamente contaminada, que requiere alguna forma de tratamiento antes de ser descargada o dispuesta en el entorno local.
Comunmente, se utiliza un proceso de pretratamiento qulmico para eliminar una cantidad y numero limitado de contaminantes normalmente presentes en el agua de desecho, dando como resultado una corriente de agua salada limpiadora y un producto de lodo de metal pesado, que se trata mas adelante. Este proceso esta siendo utilizado actualmente para tratar el agua para dos propositos principales. La primera es dilucion y liberacion de agua de salada
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en las vlas fluviales como rlos, sin embargo, la practica de descargar agua tratada en las vlas navegables esta actualmente siendo eliminado por el Departamento de protection medioambiental de Pennsylvania (PADEP) debido a preocupaciones ambientales. El segundo uso para tratar previamente qulmicamente la solution salina es para su reutilizacion en el proceso de fracturacion. En la practica, la industria de perforation encuentra que el agua previamente tratada qulmicamente solo puede ser reutilizada un numero limitado de veces en el proceso que fractura antes de que sea necesario eliminar el agua.
En la actualidad, la tecnologla dominante para el tratamiento y disposition final de aguas generadas por el proceso de perforacion es evaporation. La evaporation es actualmente la unica tecnologla conocida que se utiliza para conocer muchos llmites de solidos disueltos basados en estado para la descarga de agua superficial. Adicionalmente, el proceso de evaporacion genera agua no solo limpia (que puede por si mismo ser reutilizado/reciclada para uso en torres de enfriamiento o en los procesos de fracturacion), pero un subproducto necesario es la creation de una solucion salina concentrada que presenta desaflos de disposicion adicional y unico. La solucion salina concentrada es actualmente y sobre todo: 1) dispuestos en pozos de inyeccion, 2) temporalmente almacenado en el lugar en grandes depositos y estanques revestidos, o 3) se cristalizo con la intention de ser utilizados para proyectos beneficos como la sal de carretera. Como se senalo anteriormente, la descarga de fluidos de perforacion a los cuerpos de agua de superficie no se enumera porque actualmente estan siendo eliminados por los departamentos locales de proteccion ambiental. Adicionalmente, el primer metodo (es decir, para disponer de solucion salina por inyeccion en sitios de pozos profundos) tiene un futuro dudoso en muchas areas debido al numero limitado de pozos de inyeccion actualmente disponibles debido a las preocupaciones relacionadas con la geologla, as! como enlaces recientes a terremotos que generan casi inyeccion en sitios de pozo. El segundo metodo, almacena la solucion salina en tanques o estanques, ofrece solo una solucion temporal al problema del agua. El tercer metodo de tratamiento basado en evaporacion o membrana de agua salada, por un proceso de cristalizacion para producir productos saladas altamente concentrados o solidificados. Desafortunadamente, el mercado de la sal beneficiosa actualmente es limitado e insuficiente para justificar los requisitos de energla significativos e inversiones de capital requeridas para una amplia infraestructura de cristalizacion. De esta manera, estos metodos no ofrecen una solucion a largo plazo al problema de tratar grandes volumenes de dichos fluidos.
No se pueden desechar soluciones salinas concentradas de sistemas de relleno sanitarios solidos existentes debido a su alta concentration de sal. Cualquier fuga o descarga de esta solucion salina muy concentrada afectarla negativamente las caracterlsticas del lixiviado de vertedero generado por aumento de su salinidad. Sistemas de tratamientos o agua de instalaciones estandar de rellenos municipales actualmente no se disenan para aceptar o tratar efectivamente agua a base de solucion salina.
Como se senalo anteriormente, el pretratamiento qulmico del agua salada en instalaciones centralizadas o in situ en el area de pozo produce agua con solidos suspendidos totales mlnimos para reutilizacion en los procesos de fracturacion. Las corrientes de desechos de este proceso incluyen no solo la solucion salina concentrada, tratado anteriormente, sino tambien lodo, que normalmente contiene metales pesados contaminantes y partlculas radiactivas. Este lodo de metal pesado, que tambien a veces se denomina lodo de tratamiento previo, actualmente es enviado a rellenos municipales estandar. Sin embargo, estos rellenos estan mal equipados para manejar este lodo debido a mayores riesgos ambientales resultantes de los contaminantes. En Pensilvania, se preve que los actuales rellenos municipales se vuelvan incontenibles en un futuro proximo debido a la production de gas de formaciones Shale, y de esta manera los flujos de desechos asociados en esta produccion aumentan dramaticamente.
Ademas de gas natural, un segundo fosil principal utilizado para satisfacer las necesidades de energla es el carbon. Entre muchos otros usos el carbon normalmente se quema en plantas de energla para generar electricidad y resulta en multiples flujos de residuos basados en cenizas. Las cenizas volantes se componen de partlculas finas que se elevan con los gases de combustion y posteriormente se extraen el gas de combustion a traves de varios procesos de separation. Dependiendo de la fuente y composition del carbon que se quema, pueden variar los componentes y la naturaleza de la ceniza volante que se genera. Sin embargo, todas las cenizas volantes, incluye cantidades considerables de sustancias toxicas.
Ademas de la ceniza volante retirada de gas de combustion, las cenizas de fondo caen directamente del proceso de combustion al fondo del quemador. En la actualidad, ambos de estos residuos de la combustion de carbon (CCR) estan siendo desechados principalmente en rellenos sin revestimientos o embalses. Incluso aunque la ceniza volante no haya sido regulada anteriormente por la Agencia de Proteccion Ambiental de los Estados Unidos (EPA) como un desecho peligroso, comunidad y organizaciones ambientales han documentado numerosas preocupaciones sobre danos y contamination ambiental motivadas por CCR. Por ejemplo, se han encontrado CCR que no han sido encapsulados y actualmente se almacenan en rellenos sin revestimiento para lixiviacion de arsenico, mercurio, plomo y otros metales pesados toxicos en aguas subterraneas. Adicionalmente, embalses de suspensiones mal construidos, como aquel que fallo en diciembre de 2008 en Kingston, TN, puede derramar sobre y contaminar cientos de acres de tierra y miles de canales. Se preve que, basados en recientes publicaciones de la EPA, la forma en que se regulan los CCR cambie en el futuro cercano. El pensamiento predominante en este momento es las cenizas volantes y otros CCR pronto se clasifiquen como un tipo de residuos peligrosos que requieren que en ultima instancia se eliminen en sistemas de relleno revestidos o que se utilice algun otro metodo de desecho ambientalmente aceptable.
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El documento US7059805 divulga un metodo para tratar cortes de perforation que contienen residuos de fluido de perforation al mezclarlos con ceniza de coque de caliza deshidratada en loa presencia de agua para formar una pasta. El producto solido resultante se utiliza como base de area de trabajo o camino.
Desafortunadamente, como se describe anteriormente, no hay soluciones viables a largo plazo que se utilicen actualmente en la industria de minerla y perforacion que proporcionen elimination efectiva en costes y ambientalmente aceptable de estos flujos de desechos principales por dos industrias de combustibles fosiles principales. El impacto ambiental de estos flujos de desechos en estados como Pensilvania, donde las industrias relacionadas son activas, esta alcanzando niveles de crisis.
Breve description de los dibujos
Para que la presente invention se entienda claramente y practique facilmente, la presente invention se describira en conjunto con las siguientes figuras, en el que similares caracteres de referencia designan elementos iguales o similares, cuyas figuras se incorporan y constituyen una parte de la especificacion, en la que:
La figura 1 muestra una realization de un diagrama de operation de proceso de la presente invencion.
La figura 2 muestra una realizacion de un diagrama general del sistema de la presente invencion; y
La figura 3 muestra una realizacion de un sistema de tratamiento de perforacion y desechos CCR de la presente invencion.
Resumen de la invencion
la presente invencion se dirige a un metodo para el tratamiento de desechos de perforacion, y residuos de combustion de carbon, que comprende (a) combinar por lo menos un primer desecho de perforacion con residuos de combustion de
carbon para formar una pasta; (b) combinar por lo menos un segundo desecho de perforacion con residuos de
combustion de carbon para formar un relleno que se puede compactar; y (c) colocar la pasta y el relleno que se puede compactar en un relleno sanitario con revestimiento. La divulga con proporciona sistemas y metodos para la disposition combinada de flujos de desecho de perforacion y residuos de combustion de carbon (CCR). En determinadas realizaciones, el sistema se implementa como un relleno sanitario disenado especialmente capaz de secuestrar solution salina y otros contaminantes relacionados con la production de gas con CCR. Especlficamente, los productos de desecho tal como los cortes de perforacion, solucion salina, lodos de metales pesados, y CCR se pueden combinar y colocar en un relleno estable y ambientalmente aceptable. Dicho relleno sanitario se puede construir facilmente en una forma que asegura cero o casi cero descargas de desechos inutil y eliminar virtualmente el impacto de dos flujos de desechos principales al medio ambiente. La presente invencion proporciona un beneficio significativo de contener desechos, as! como proporcionar oportunidades para un sistema de eliminacion ambientalmente estable y economicamente factible.
Los presente invencion resulta en un sistema de descarga cero o casi cero que proporcione simultaneamente (A) un metodo seguro, ambientalmente aceptable y efectivo en costes de eliminacion de productos de desecho tal como solucion salina concentrada, cortes de perforacion, lodos y lodos de perforacion retornados generados por la industria del gas natural; y (B) un metodo ambientalmente aceptable y seguro para la eliminacion de CCR tal como ceniza volante, ceniza de fondo, escoria de caldera y residuos de depuradores. El producto final resultante de la combination de los flujos de desecho se puede colocar, compactar y contener en rellenos.
Aqul se resumen diversas realizaciones y se discuten en mas detalle adelante. En una realizacion, la presente invencion combina preferiblemente agua puzolanica o CCR (por ejemplo, ceniza volante o ceniza de fondo) con un flujo de desecho llquido (por ejemplo, cortes de perforacion o solucion salina) en un material que se puede compactar. Cuando la corriente de desecho no se puede solidificar suficientemente para alcanzar estabilidad sin retardo indebido de la operacion de relleno, se puede insertar el flujo de desechos en contenedores de geotextil. En algunas realizaciones, los contenedores de geotextil pueden con el tiempo habitualmente incrustarse en capas horizontales. En algunas realizaciones, la humedad que esta inicialmente presente en el flujo de desecho combinado en los contenedores de geotextil se lixivia en el relleno compactado circundante, resultante por lo tanto en relleno solidificado dentro de tubos y relleno general estable y ambientalmente eficaz. En algunas realizaciones, la combinacion de la extremadamente baja permeabilidad de las capas compactadas, combinada con la solidification eventual de la pasta transportada al relleno sanitario o dentro de los contenedores de geotextil produce un relleno sanitario que tiene estabilidad a largo plazo, baja permeabilidad, cero o casi cero descarga de desechos y de esta manera es ambientalmente deseable y aceptable. En algunas realizaciones, se puede agregar un agente solidificante tal como activador de cal para el proceso de mezcla (segun se necesite) o durante la colocation de las capas compactadas en el relleno sanitario o relleno de contenedores de geotextil segun sea necesario para promover los procesos de solidificacion.
En una realizacion, los rellenos como revestimiento especializados de la presente invencion siguen directrices basicas de diseno de construction e rellenos actuales con diversas adaptaciones que le permiten secuestrar solucion salina y otros contaminantes relacionados con la produccion de gas con CCR. Estas adaptaciones pueden incluir uno o mas de
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los siguientes: 1) uso de un sistema de tratamiento de agua especifico con el proposito de tratar agua salada que se adapta en el sistema, as! como el lixiviado de agua salada que puede ser generada por el sistema; 2) la inclusion de instalaciones de mezcla/empastado in situ para combinar efectivamente flujos de desechos (por ejemplo, cenizas volantes y solucion salina concentrada) para crear un relleno estabilizado; 3) el uso de contenedores de geotextil para contention de pasta dentro del sistema de relleno sanitario; y 4) la ubicacion del relleno sanitario en proximidad a una de las fuentes primarias de desechos (por ejemplo, plantas de energla, reservas de cenizas volantes corrientes).
Description detallada de la invention
Se debe entender que las figuras y las descripciones de la presente invencion se han simplificado para ilustrar elementos que son importantes para una clara comprension de la invencion, aunque se eliminan para propositos de claridad, se pueden conocer bien otros elementos. En adelante se proporcionara la descripcion detallada con referencia a los dibujos adjuntos.
La presente invencion abarca un metodo para la elimination combinada para corrientes de desecho de perforation y residuos de combustion de carbon (CCR). Al proporcionar unos medios eficientes y ambientalmente estables para la eliminacion de productos de desecho de dos procesos de production de energla importante, la presente invencion representa una mejora significativa sobre la tecnica anterior.
La eliminacion de productos de desecho que se generan de operaciones de perforacion (por ejemplo, gas natural, crudo y carbon) as! como de plantas de energla de carbon se tratan por la presente invencion. La presente invencion abarca la formation de un sistema de relleno para estabilizacion y contencion de desechos generados por perforacion y residuos de combustion de carbon (“CCR”). En realizaciones actualmente preferidas, el sistema aborda principalmente cuatro tipos de productos de desechos actualmente generados dentro de aquellas industrias: (1) solucion salina; (2) cortes de perforacion; (3) lodos de metales pesados; (4) cenizas volantes y/o cenizas de fondo. La presente invencion puede emplear todos estos cuatro productos de desecho o sus combinaciones, como se describe mas completamente aqul adelante.
Desechos pozolanicas, o CCR, adecuados para uso dentro del alcance de la presente invencion incluyen cenizas volantes, cenizas de fondo, escoria de calderas, residuos de depuradores y cualquier otros CCR. En algunas realizaciones, el CCR puede incluir solucion salina de captura de carbono. Como plantas de energla que funcionan con carbon implementan mecanismos de control de oxido de nitrogeno y dioxido de azufre, los residuos de depuradores producidos por aquellos procesos tambien se pueden emplear dentro del contexto de la presente invencion. La ceniza volante y otros cCr que se utilizan para generar rellenos que se pueden compactar pueden venir directamente de una planta de energla que funciona con carbon. Alternativamente, se pueden reclamar del CCR que se coloco anteriormente en rellenos sanitarios sin revestimiento u otros sistemas de eliminacion de cenizas sin revestimiento. El CCR tambien se puede utilizar seco o humedo con un aditivo llquido (por ejemplo, agua fresca, solucion salina, o cortes de perforacion).
En otras realizaciones, los rellenos sanitarios formados en la presente invencion tambien pueden acomodar sistemas de secuestro y captura de carbon. Especlficamente, la solucion salina destinada para rellenos sanitarios de la presente invencion se puede utilizar primero como parte de un proceso de captura de carbon en la planta de energla u otra instalacion disenada para capturar emisiones de CO2. La solucion salina rica en CO2 resultante se pueden incorporar luego en el relleno sanitario para secuestro de CO2 permanente. Esta solucion salina de captura de carbon se puede utilizar en una forma similar a la solucion salina obtenida de agua de desecho de perforacion como se describe aqul.
Desechos de perforacion adecuados para uso dentro del alcance de la presente invencion incluyen cualquier desecho de los procesos de perforacion. En determinadas realizaciones, los desechos de perforacion incluyen cortes de perforacion y solucion salina. Como se utiliza aqul, los cortes de perforacion pueden incluir material de tierra y productos de desechos tal como lodo de perforacion y fluido de perforacion, aguas de desecho de perforacion, arena, y otras fuentes de contaminantes tal como aceites y aditivos qulmicos. Como se utiliza aqul, el agua de desecho de perforacion puede incluir solucion salina, solucion salina concentrada, lodos de metales pesados y lodos de pretratamiento.
Como se utiliza aqul, el termino solucion salina se puede referir a solucion salina, solucion salina tratada y solucion salina concentrada y cualquier otra solucion salina de un proceso de combustion de carbon y/o perforacion. En algunas realizaciones, la solucion salina incluye solucion salina concentrada de un proceso de tratamiento evaporativo o el tipo membrana. En algunas realizaciones, la solucion salina incluye solucion salina de desechos de otros procesos, tal como solucion salina de captura de carbono de un proceso de combustion de carbon. En todavla realizaciones adicionales, se pueden utilizar otros tipos de llquidos de desechos.
Determinadas realizaciones de la presente invencion incluyen mezclar un agente con el CCR y/o desechos de perforacion. En algunas realizaciones, los agentes incluyen agentes de solidification floculantes, coagulantes, y combinaciones de cualquiera de los mismos. En realizaciones adicionales, los agentes de solidificacion incluyen cal, activador de cal, polvo del horno de cal, cemento portland, y cualquier otro agente que ayuda en la solidificacion de un sistema basado en agua o disolvente, por ejemplo, que incluye resinas epoxi y otras resinas.
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La presente invencion proporciona un metodo en donde los flujos de desechos se tratan en dos procesos independientes, la salida de los cuales se combina para producir rellenos que se puede compactar estables que se pueden colocar en un relleno sanitario con revestimiento. El proceso 1 se centra sobre la combinacion de cortes de perforacion y/o lodos de metales pesados con CCR (por ejemplo, ceniza volante y/o ceniza de fondo) y un agente de solidificacion (segun se necesite) para crear relleno que se puede compactar. El proceso 2 combina solucion salina con CCR y otros agentes segun se necesite tal como agentes solidificantes, floculantes y coagulantes para crear una pasta. En esta realizacion, los productos de los procesos 1 y 2 se pueden combinar luego en un unico sistema de contencion. En la figura 1 se muestra una realizacion de la combinacion de procesos 1 y 2. La figura 2 muestra una realizacion mas costesa, que incluye las fuentes de desechos y diversas opciones para tratar, reutilizar y/o verter los residuos.
El proceso 1 abarca la produccion de un relleno que se puede compactar que comprende las combinaciones de cortes de perforacion y/o lodos de metales pesados, CCR, y agentes de solidificacion segun se necesite. Los CCR son capaces de formar una sustancia cementosa a traves de una reaccion qulmica entre el CCR y otro desecho. La mezcla resultante se endurece durante esta reaccion qulmica, que se vuelve similar al cemento. Los cortes de perforacion y/o lodos de metales pesados proporcionan preferiblemente el agua para la reaccion qulmica. Sin embargo, tambien se puede utilizar solucion salina no tratada, solucion salina concentrada y/o agua.
El relleno producido a traves de Proceso 1 posee preferiblemente baja permeabilidad de tal manera que la masa compactada secuestrara potenciales contaminantes dentro del relleno por un perlodo de tiempo extremandote largo. Se puede alcanzar una mezcla apropiada y deseada de componentes que utilizan maquinaria industrial comunmente empleada tal como mezcladoras de concreto u otros medios de mezcla mecanica. Bajo determinadas circunstancias, se pueden obtener propiedades de relleno aceptables al mezclar diversos CCR y desechos de perforacion utilizando un disco de tipo arado o sierpe rotatorio o similar en lugar del dispositivo de mezcla en cambio de o ademas de los recipientes mezcla. Este relleno que se puede compactar es capaz de ser remolcado, dispersado y compactado con equipo normal de compactacion y movimiento de tierras y se puede utilizar como relleno estructural para taludes, bancos y estructura general del relleno sanitario. En otras realizaciones, el relleno que se puede compactar tambien se puede utilizar para construir areas de contencion de pasta.
El proceso 2 abarca la creacion de una pasta a partir de la combinacion de una solucion salina, CCR y agente de solidificante, segun se necesite. La pasta tambien se puede denominar como relleno fluido, lechada, lodos, etcetera. Las propiedades de la pasta se pueden ajustar segun se necesita de tal manera que la pasta puede tener baja viscosidad (por ejemplo, una lechada que fluye facilmente), o alta viscosidad (por ejemplo, una pasta que no fluye facilmente). La solucion salina utilizada en este proceso puede consistir de cualquier solucion salina o agua de desecho de perforacion como se describe aqul. El proceso genera una pasta que se puede endurecer/solidificar con el tiempo y secuestrar efectivamente contaminantes dentro de la mezcla. En determinadas realizaciones, la pasta contiene mas solucion salina y otros llquidos que el relleno que se puede compactar. Para ajustar las propiedades flsicas (por ejemplo, caracterlsticas de asentamiento) de la pasta, se pueden agregar diversos agentes a la mezcla. La pasta resultante posee una baja permeabilidad, sales secuestrantes efectivamente y otros contaminantes potenciales dentro de la pasta, y tienen viscosidad apropiada de tal manera que se puede bombear o transportar de otra forma dentro de contenedores de geotextiles, u otros sistemas de contencion tal como simas.
El desecho efectivo del relleno que se puede compactar y pastas generadas a traves de los procesos 1 y 2 se logran mediante la presente invencion al colocarlos en un relleno sanitario. Numerosas configuraciones y metodos para el relleno efectivo del relleno sanitario con revestimiento especializado se consideran dentro del alcance de la presente invencion. Por ejemplo, la pasta se puede colocar en tubos de geotextil dispuestos horizontalmente y fijados all! utilizando el relleno que se puede compactar del Proceso 1. En otras realizaciones alternas, el relleno que se puede compactar puede formar la estructura de contencion que permite que los tubos de geotextil cargados con pasta se coloquen y apilen en una forma escalonada. En otra realizacion preferida, el relleno que se puede compactar puede ser innecesario y el relleno especializado puede solo ser cargado con tubos de geotextil cargados con pasta. En otras realizaciones, el relleno crea simas o contenedores para la pasta.
Algunas realizaciones incluyen un metodo para el tratamiento de desechos de perforacion y residuos de combustion de carbon combustion, que comprenden combinar por lo menos un primer residuo de perforacion con residuos de combustion de carbon para formar una pasta, combinar por lo menos un segundo desecho de perforacion con residuos de combustion de carbon para formar un relleno que se puede compactar, y colocar la pasta y el relleno que se puede compactar en un relleno sanitario. En determinadas realizaciones, se selecciona el primer y segundo desecho de perforacion del grupo que consiste de cortes de perforacion, solucion salina, solucion salina concentrada, lodos, y combinaciones de los mismos. En otras realizaciones, el primer desecho de perforacion se selecciona del grupo que consiste de solucion salina, solucion salina concentrada, y sus combinaciones. En todavla realizaciones adicionales, el segundo desecho de perforacion se selecciona del grupo que consiste de lodos de metal pesado, cortes de perforacion, solucion salina, solucion salina concentrada, y sus combinaciones. En otras realizaciones, se agrega un agente a su pasta o relleno. En determinadas realizaciones, el agente seleccionado del grupo que consiste de agentes de solidificacion, floculantes, coagulantes, y cualesquier combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones, el residuo de combustion de carbon se selecciona del grupo que consiste de cenizas volantes, ceniza de fondo, escoria de caldera, residuos de depurador, solucion salina de captura de carbono, y combinaciones de cualquiera de los mismos. En otras realizaciones, la pasta se coloca dentro de por lo menos un contenedor de geotextil dentro del relleno sanitario.
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En todavla realizaciones adicionales, se colocan contenedores de geotextil en el relleno sanitario con relleno que se puede compactar. En otras realizaciones, el relleno que se puede compactar forma una sima o area de retencion para la pasta.
Los contenedores de geotextil se elaborar a partir de geotextiles de alta resistencia y tiene una tecnologla probada en el area de gestion de materiales. En algunas realizaciones, los contenedores de geotextiles se hacen a partir de telas permeables o semipermeables, de alta resistencia. Las telas se hacen a partir de materiales de alta resistencia, estables, tal como polipropileno o poliester. En una realizacion, los contenedores se fabrican a partir de dos o mas pedazos de tela geotextil sobrepuestas y cosidas a lo largo de los bordes para crear una bolsa de autocontencion. El proposito para utilizar contenedores de geotextil dentro del contexto de la presente invencion es para la contencion de la pasta cuando se endurece. Los contenedores de geotextil permiten que algo de agua y otros llquidos drenen o se evaporen de la pasta con el tiempo, mientras que al mismo tiempo mantienen la estructura para la pasta. En determinadas realizaciones, se pueden construir contendores de geotextil de diferentes materiales (por ejemplo, materiales impermeables al agua tal como bolsas plasticas) o formado de diferentes maneras para ayudar a alcanzar las metas o caracterlsticas deseables del relleno sanitario con revestimiento especializado, tal como tubos o esferas.
Los contenedores de geotextiles se emplean normalmente para drenar determinados materiales como desechos llquidos, lodos o rastra, o para formar estructuras costeras y de humedales tal como diques de contencion y escolleras. La naturaleza permeable de los contenedores de geotextiles permite que el material dentro de los recipientes se seque cuando el agua escapa de la tela permeable, mientras que la tela contiene los solidos que quedan. Sin embargo, en realizaciones de esta invencion, los contenedores de geotextil contienen una pasta mientras se solidifica, con el beneficio de atrapar la solucion salina perjudicial aunque minimiza cuanta solucion salina escapa del contenedor de geotextil. Sin limitar las realizaciones aqul, se considera que un area de superficie reducida presentada al colocar la pasta en un contenedor de geotextil reduce la cantidad de solucion salina que se lixivia fuera de la pasta cuando se solidifica. Los contenedores de geotextil pueden minimizar el “sangrado” de la solucion salina mientras retiene la forma del contenedor geotextil. Como se utiliza aqul, los contenedores de geotextil permiten el manejo eficiente y ubicacion de la pasta.
El metodo para tratar pastas de perforacion y residuos de combustion de carbon de acuerdo con la invencion comprenden combinar por lo menos un desecho de perforacion con un residuo de combustion de carbon para formar una pasta. Crear una pasta fuera de estos desechos maximiza la absorcion de solucion salina, aunque permite que se solidifique la mezcla. Realizaciones adicionales incluyen contener la pasta dentro de por lo menos un contenedor geotextil. Realizaciones adicionales incluyen colocar el contenedor geotextil en un relleno sanitario. En determinadas realizaciones, el contenedor geotextil comprende un tubo geotextil. En otras realizaciones, el desecho de perforacion se selecciona del grupo que consiste de cortes de perforacion, solucion salina, solucion salina concentrada, lodos de metal pesado, y combinaciones de cualquiera de los mismos. En algunas realizaciones, el residuo de combustion de carbon se selecciona del grupo que consiste de cenizas volantes, cenizas de fondo, escoria de caldera, residuos de depurador, y cualesquier combinaciones de los mismos. Determinadas realizaciones incluyen combinar un desecho de perforacion y un residuo de combustion de carbon con un agente seleccionado del grupo que consiste de agentes de solidificacion, floculantes, coagulantes y combinaciones de cualquiera de los mismos. En estas realizaciones, los contenedores de geotextil se pueden colocar en el relleno sanitario con o sin relleno que se puede compactar.
En algunas realizaciones, los contenedores de geotextil cargados con paste se colocan en un relleno sanitario. En determinadas realizaciones, los contenedores se orientan horizontalmente dentro del relleno sanitario. Esto permite la colocacion continua de carga compactada en capas horizontales alrededor de los tubos que encapsularan y fijaran los tubos dentro del relleno sanitario. Otras realizaciones incluyen crear embalses u otras estructuras fuera de contenedores de geotextil rellenos con pasta. Estos embalses pueden contener rellenos que se puede compactar, grupo de pasta u otros desechos.
La presente invencion no requiere todos los productos de desechos descritos anteriormente (es decir, cortes de perforacion, lodos de metales pesados, solucion salina y CCR) en cada realizacion. En algunas realizaciones actualmente preferidas, solo se puede emplear cenizas volantes y solucion salina concentrada para producir una pasta para bombearla en los tubos de geotextil para relleno sanitarios en un relleno sanitario especializado con tubos rodeados por otros, mas comunmente en materiales de relleno sanitario empleados. En otras realizaciones preferidas, una instalacion solo puede utilizar cortes de perforacion o lodos de metal pesado mezclados con ceniza volante para el sistema de contencion. Dependiendo de los productos y concentraciones de cada producto de desecho que se procesa, se pueden emplear otros agentes. Numerosas combinaciones de elementos se pueden estabilizar y encapsular efectivamente por largos perlodos de tiempo. Como un ejemplo adicional, la pasta producida por la combinacion de solucion salina y cenizas volantes se puede endurecer rapidamente y suficientemente de tal manera que no se necesita emplear tubos de geotextil. En otras realizaciones, la pasta o relleno que se puede compactar puede incluir otros flujos de desecho, tal como bloques de sal, suelos contaminados, lodos, rastra o desechos solidos municipales.
El relleno sanitario de la presente invencion es un relleno sanitario con revestimiento tal como un relleno sanitario municipal. Los sistemas de relleno sanitario con revestimiento de la presente invencion tambien pueden incluir sistemas de recuperacion y captura de lixiviados para la recoleccion y reciclaje de agua lluvia u otros llquidos que fluyen del
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relleno sanitario. Al final del proceso de relleno, preferiblemente el relleno sanitario se tapara para estabilidad a largo plazo.
En realizaciones adicionales, el relleno sanitario puede ser un relleno sanitario con revestimiento especializado creado para contener desechos de combustion de carbon y perforacion. El relleno sanitario con revestimiento especializado puede incluir sistemas especiales tal como un sistema de tratamiento capar de manejar lixiviados de solucion salina, e instalaciones de mezcla para los procesos 1 y 2. Determinadas realizaciones de la presente invencion incluyen recolectar lixiviado del relleno sanitario con revestimiento. Realizaciones adicionales incluyen tratar el lixiviado con un metodo seleccionado del grupo que consiste de tratamiento de evaporacion, tratamiento tipo de membrana, y sus combinaciones.
En algunas realizaciones, una capa de CCR tal como ceniza volante se puede colocar alternativamente sobre la capa superior del sistema de relleno sanitario con revestimiento especializado y la solucion salina se puede pulverizar sobre este. Este metodo de capas puede secuestras efectivamente la solucion salina y proporcionar un metodo de eliminacion efectivo en costes sin la necesidad de mezclar una solucion de pasta y colocarla en tubos de geotextil.
A traves de la creacion de rellenos que se puede compactar y pasta a traves de los procesos descritos anteriormente, la presente invencion puede producir lixiviados limitados. Tanto el relleno que se puede compactar como la pasta se endurecen con el tiempo en materiales cementicios fijados. Estos materiales endurecidos producen relleno solidificado y un relleno sanitario general armonioso, estable y ambientalmente aceptable. En determinadas realizaciones, la combinacion de permeabilidad extremadamente baja de las capas horizontales compactadas con la solidificacion eventual de la pasta, que se puede colocar en tubos de geotextil, produce una descarga de desecho cero o casi cero. El desecho solidificado produce lixiviacion minima de contaminantes que estan contenidos en sus partes componentes, reduciendo de esta manera el volumen total del lixiviado que necesita ser tratado. Cualquier lixiviado que se produzca preferiblemente se capturara en un sistema de recoleccion de lixiviado y se almacenara temporalmente en el sitio. El lixiviado se puede tratar a traves de un sistema de tratamiento de evaporacion o de tipo membrana. Alternativamente, el lixiviado se puede reintroducir en el relleno sanitario a traves del proceso 1 o proceso 2 descrito anteriormente. De esa forma, el sistema de relleno sanitario revestido especializado alcanza descarga de desecho cero o casi cero.
Los rellenos sanitarios de la presente invencion pueden emplear componentes adicionales para alcanzar tratamiento y eliminacion adecuados de los flujos de desecho. Por ejemplo, los rellenos sanitarios de la presente invencion pueden incluir un sistema de tratamiento in situ que sea completamente capaz de ajustar la concentracion de agua de solucion salina para la mayor parte de concentracion de pasta/mezcla deseable. La presente invencion tambien puede emplear un proceso de evaporacion o tipo membrana que permite que el lixiviado de solucion salina se trate para producir una solucion salina concentrada y agua limpia. Los sistemas de tratamiento in-situ (procesos de evaporacion y pretratamiento) se pueden utilizar para tratar agua con fines de lucro, as! como para introduccion al sistema. Por ejemplo, cualquier agua limpia generada del sistema de tratamiento puede ser enviada de nuevo para uso benefico en la planta de energla, reutilizacion en la industria de perforacion, uso municipal, o liberacion en el medio ambiente.
Un beneficio adicional de la presente invencion surge del hecho de que debido a la naturaleza de los materiales dentro de los rellenos sanitarios con revestimiento de la presente invencion, se espera que exista una reduccion en o eliminacion del gas metano producido por el relleno sanitario. De acuerdo con lo anterior, los rellenos sanitarios de la presente invencion pueden incluir opcionalmente un sistema de recoleccion de gas, aunque en algunas implementaciones no se necesita en lo absoluto un sistema de recoleccion de gas.
El relleno sanitario de la presente invencion puede tener un beneficio adicional para la efectividad de costes si se construyen en proximidad a plantas de energla existentes para obtener uso del CCR de plantas de energla para uso en el sistema. Determinadas realizaciones tambien pueden incluir proximidad a rellenos sanitarios no revestidos existentes de cenizas volantes que potencialmente se pueden reutilizar en o junto con este proceso. En determinadas realizaciones, la proximidad a una instalacion de tratamiento de aguas residuales existentes que produce solucion salina concentrada tambien es beneficioso. Una realization adicional incluye la proximidad a una fuente de potencia economica o energla de desecho (por ejemplo, cerca a una estacion compresora, planta de energla, gas inflamable de relleno sanitario, etcetera.). En todavla realizaciones adicionales, el relleno sanitario se puede construir en proximidad a un sitio de perforacion o en aerea con muchos sitios de perforacion.
La presente divulgation proporciona adicionalmente un sistema para tratar desechos de perforacion y residuos de combustion de carbon, que comprenden (a) una fuente de desechos de perforacion, (b) una fuente de residuos de combustion de carbon, (c) una planta de mezcla para formar por lo menos uno de una pasta y un relleno que se puede compactar, la pasta y el relleno que se puede compactar comprenden el residuo de combustion de carbon y el desecho de perforado y (d) un relleno sanitario revestido para rellenar por lo menos una de la pasta y el relleno que se puede compactar.
Ejemplos
La figura 1 muestra una realizacion de la presente invencion. La figura 1 incluye una realizacion del Proceso 1, en el que el desecho de perforacion incluye cortes de perforacion y lodos de pretratamiento que se combinan con cenizas
volantes y agentes de solidificacion segun se necesite, en un recipiente de mezcla para hacer un relleno que se puede compactar. La figura 1 tambien incluye una realization del proceso 2, en el que la solution salina y la ceniza volante se combinan con otros agentes segun se necesite en un recipiente de mezcla para formar una pasta. En esta realizacion, el relleno y la pasta se combinan en un relleno sanitario revestido.
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La figura 2 muestra una realizacion de un sistema de la presente invention. Un sitio de perforation genera desechos, que incluyen aguas de desechos de perforacion que se pretratan y se pueden descargar o reutilizar como agua de fracturacion. Las aguas de desecho se pueden utilizar alternativamente en el proceso 1 y/o 2 para formar relleno y/o pasta. Del mismo modo, los cortes de perforacion del sitio de perforacion se utilizan en el proceso 1 y/o 2. El CCR para 10 los procesos 1 y/o 2 se proporcionan en esta realizacion mediante una planta de energla que funciona con carbon o un relleno sanitario de ceniza volante existente. Cualquier lixiviado del relleno y/o pasta en el relleno sanitario con revestimiento se puede reciclar en pretratamiento y/o utilizar directamente en el proceso 1 y/o 2.
La figura 3 muestra una realizacion del sistema de la presente invencion. Este sistema incluye una fuente de desechos 15 de perforacion, una fuente de residuos de combustion de carbon y una planta de mezcla para formar por lo menos uno de una pasta y un relleno que se puede compactar. La pasta y el relleno que se puede compactar se colocan en un relleno sanitario revestido para rellenar por lo menos uno de la pasta y el relleno que se puede compactar.

Claims (14)

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    Reivindicaciones
    1. Un metodo para el tratamiento de desechos de perforation y residuos de combustion de carbon, que comprende:
    (a) combinar por lo menos un primer desecho de perforacion con residuos de combustion de carbon para formar una pasta;
    (b) combinar por lo menos un segundo desecho de perforacion con residuos de combustion de carbon para formar un relleno que se puede compactar; y
    (c) colocar la pasta y el relleno que se puede compactar en un relleno sanitario revestido.
  2. 2. El metodo de la reivindicacion 1, en el que dicho primero y segundo desechos de perforacion se seleccionan del grupo que consiste de cortes de perforacion, solution salina, solution salina concentrada, lodos, y combinaciones de cualquiera de los mismos.
  3. 3. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el primer desecho de perforacion en la etapa (a) se selecciona del grupo que consiste de solucion salina, solucion salina concentrada, y combinaciones de cualquiera de los mismos, o
    En el que el segundo desecho de perforacion en la etapa (b) se selecciona del grupo que consiste de lodos de metal pesado, cortes de perforacion, solucion salina, solucion salina concentrada, y combinaciones de cualquiera de los mismos.
  4. 4. El metodo de la reivindicacion 2 o 3, en el que dicha solucion salina incluye solucion salina concentrada de un proceso de tratamiento evaporativo o de tipo membrana.
  5. 5. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente agregar un agente a por lo menos una de las etapas (a) y (b), el agente seleccionado del grupo que consisten de agentes de solidificacion, floculantes, coagulantes, y combinaciones de cualquiera de los mismos.
  6. 6. El metodo de la reivindicacion 1, en el que dicho residuo de combustion de carbon se selecciona del grupo que consiste de cenizas volantes, ceniza de fondo, escoria de caldera, residuos de depurador, solucion salina de captura de carbono, y combinaciones de cualquiera de los mismos.
  7. 7. El metodo de la reivindicacion 5, en el que el agente de solidification se selecciona del grupo que consiste de cal, cemento Portland, activador de cal, polvo de horno de cal, y combinaciones de cualquiera de los mismos.
  8. 8. El metodo de la reivindicacion 1, en donde la etapa (c) comprende adicionalmente contener la pasta dentro de por lo menos un contenedor de geotextil dentro del relleno sanitario revestido.
  9. 9. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente recolectar el lixiviado del relleno sanitario revestido, que comprende preferiblemente adicionalmente tratar el lixiviado con un metodo seleccionado del grupo que consiste de tratamiento evaporativo, tratamiento de tipo membrana, y combinaciones de cualquiera de los mismos.
  10. 10. Metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
    en el que la pasta se coloca en tubos de geotextil dispuestos horizontalmente y fijados all! utilizando el relleno que se puede compactar; o
    en el que el relleno que se puede compactar forma una estructura de contention que permite que los tubos de geotextil cargados con la pasta y se coloquen y apilen en una forma escalonada; o
    en el que el relleno crea simas o contenedores para la pasta.
  11. 11. Metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el relleno que se puede compactar se utiliza para construir areas de contencion de pasta.
  12. 12. Metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el residuo de combustion de carbon incluye cenizas volantes, cenizas de fondo, escoria de caldera, residuos de depurador o solucion salina de captura de carbono o se reclaman del CCR que se coloco anteriormente en rellenos sanitarios no revestidos u otros sistemas de desechos de cenizas no revestidos.
  13. 13. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
    en el que el lixiviado se puede reintroducir al relleno sanitario a traves de la pasta y/o el relleno que se puede compactar.
  14. 14. EL metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el relleno sanitario emplea un proceso del tipo membrana o evaporativo que permite que la solucion salina que se lixivia se trate para producir una solucion salina concentrada y agua limpia.
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