DE69608917T2

DE69608917T2 - Behandlung radioaktiver abfälle

Info

Publication number: DE69608917T2
Application number: DE69608917T
Authority: DE
Inventors: David Davidson
Original assignee: Scotoil Group PLC
Current assignee: Scotoil Group PLC
Priority date: 1996-02-24
Filing date: 1996-04-15
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2016-04-16
Also published as: CA2244186A1; NO322187B1; GB2310530A; NO961055D0; GB9603947D0; EP0882297B1; GB2310530B; RU2163404C2; ES2148748T3; PT882297E; EP0882297A1; WO1997031379A1; NO961055L; US5678239A; DK0882297T3; AU5339196A; AU708507B2; DE69608917D1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung radioaktiven Abfallmaterials aus Öl- und Gasgewinnungsarbeiten.

Hintergrund der Erfindung

Bei der Gewinnung von Öl und Gas ist es erforderlich, das Vorhandensein von natürlich vorkommendem radioaktiven Material (NORM) in den anfallenden Flüssigkeiten und Gasen zu berücksichtigen, die bei radioaktiven Verfahren Ablagerungen wie Ansätze und Bohrschlämme hervorrufen. Die Herkunft von NORM ist auf diesem Gebiet gut bekannt, es umfasst hauptsächlich Uran 238 und Thorium 232 und Tochterisotope, die natürlicherweise in den die Öl- und Gasreservoire umgebenden geologischen Formationen vorkommen. Bearbeitungssverfahrens-Bedingungen mit Druck und Temperaturreduzierung tragen zur Bildung von Ablagerungen bei, in denen die radioaktiven Sorten eingeschlossen und konzentriert worden sind. Die Ablagerungen manifestieren sich als Ansätze und Bodensätze innerhalb von Leitungen, Ventilen und ähnlichen Bestandteilen von Öl- und Gasgewinnungsanlagen.
Die Behandlung solcher Ansätze und Ablagerungen muss den gesetzgeberischen Anforderungen bezüglich Gesundheits- und Umweltsgesichtspunkten genügen, indem sie geeignete Messmethoden für den Umgang mit den angesammelten radioaktiven Materialien (NORM) schaffen.
Es gibt in GB-A-2 272 566 einen Vorschlag, dieses Problem mit einem Verfahren anzusprechen, das das Schmelzen von verschmutzten Stahlteilen mit einem Schlackebildner umfasst, so dass radioaktiv verseuchte Ablagerungen und Bohrschlamm durch Bildung einer Schlacke, die bevorzugt radioaktive Kontaminationen aufnimmt, vom geschmolzenen Stahl abgetrennt wird. Die Menge des zuzusetzenden Schlackebildners ist vorbestimmt, um eine Schlacke mit vorhersehbarem niedrigen Radioaktivitätspegel zu erhalten, die gemäss derzeitigen gesetzgeberischen Anforderungen als sicher gilt.
Die Anwendung dieses Vorschlags ist auf verbrauchte Ausstattung und Anlage von im wesentlichen Schrottwert beschränkt. Das Verfahren ist nicht geeignet zur Benutzung bei aktivem Anlagebetrieb.
Wenn man offen die Maßnahmen betrachtetet, die zum Umgang mit giftigen Substanzen eingesetzt werden, fallen sie in zwei klassische Kategorien, d. h. (a) sicherer Einschluss, um die Umwelt von ihren nachteiligen Wirkungen zu schützen, und (b) Verdünnung, um die wahrnehmbaren gefährlichen Wirkungen auf annehmbare Pegel zu verringern. Soweit gefährliche radioaktive Abfälle betroffen sind, wird Material mit hohem Radioaktivitätspegel im allgemeinen in sicheren Behältern mit einem geeigneten Schutz eingeschlossen, z. B. Blei, während Material mit niedrigerem Radioaktivitätspegel mit Zement/Beton gemischt werden kann und die sich daraus ergebenden Blöcke an genehmigten Plätzen vergraben oder auf See versenkt werden. Solche Massnahmen bieten keine Lösung für das hier interessierende Gebiet.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mittel zum Umgang mit NORM in den anfallenden Flüssigkeiten und Gasen aus Öl- und Gasreservoiren in einer in Betrieb befindlichen Anlageumwelt zu schaffen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Behandlung von NORM anzugeben und das behandelte Material für die Industrie nutzbar zu machen. Insbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, das Problem, das sich durch die radioaktiven Risiken von NORM stellt, zu vermindern oder zu lindern.
Beim Betrachten des auf der Hand liegenden Problems stellt man fest, dass NORM ein besonderes Risiko für jenes Personal darstellt, das mit dem Bohr- und Hilfsgerät arbeitet, wartet und reinigt und so der Radioaktivität durch längeres Verweilen nahe den NORM-Ablagerungen und durch mögliches Einatmen von NORM-Luftpartikeln ausgesetzt ist.
Die typischen, bei Stahlbearbeitung gewonnenen Ablagerungen von NORM sind feines Pulver, grobe Partikel oder grosse Flocken mit einer Dichte von etwa 2 bis 4 g/ml, die eine Aktivität von bis zu annähernd 2000 Bq/g zeigen, während die zulässigen Pegel aus Sicht des Personenschutzes einen maximalen Grenzwert von etwa 0.37 Bq/g erfordern.
Zur Zeit gibt es zwei anerkannte Verfahren zur Reinigung von mit NORM verunreinigtem Gerät und Verwendung von NORM-Abfall an Land. Diese sind:
a) Entfernung von NORM durch Hochdruck-Wasserstrom, Reduzierung der Teilchengröße auf sehr kleine Größenwerte. Verdünnung in Seewasser und Verteilung auf See durch eine zugeeignete Pipeline; oder
b) Entfernung von NORM durch Hochdruck-Wasserstrom, Konzentration des entfernten Materials durch Filterung und Sammelung, dann Langzeit-Lagerung an Land.
Zur ständigen Verbesserung dieser Verfahren ist es wünschenswert, andere Arten zum Angehen dieses Problems zu entwickeln.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung, wie in den Ansprüche beschrieben, schafft ein Verfahren zur Behandlung natürlich vorkommenden radioaktiven Materials (NORM). Entsprechend den Ansprüchen umfasst das Verfahren einen Schritt der Teilchengrössen-Verringerung, bei dem die NORM-Teilchen behandelt werden, zum Erreichen einer ausgewählten Teilchengrösse, die der eines teilchenförmigen Bohrschlamm- Bestandteils entspricht. Eine zu diesem Zweck geeignete Bohrschlamm- Komponente ist Baryt wegen seiner hohen Undurchlässigkeit bezüglich Radioaktivität. Die Verringerung der Teilchengrösse erfolgt vorteilhaft durch gemeinsames Vermahlen der Teilchen von NORM und der Bohrschlamm-Bestandteile. Jedoch können auch getrennte Vermahlungs- und Mischstufen eingesetzt werden. Das Durchführen des vorliegenden Behandlungsverfahrens zielt auf eine irreversible Verdünnung von NORM- Teilchen in ausgewählten Bohrschlamm-Bestandteilen, wodurch deren Radioaktivität wirkungslos gemacht und ermöglicht wird, dass die gemischten Teilchen sogleich zur Bohrschlamm-Bildung benutzt werden können. Für den mit der Technik vertrauten Fachmann ist es verständlich, dass der Schritt der Teilchengrößen-Verringerung durch Zerreiben, Mahlen, Zerdrücken oder Pulverisieren ausgeführt werden kann, vorausgesetzt, der Schritt der Grössenverringerung wird so lange fortgesetzt, bis eine im wesentlichen einheitliche Teilchengrösse für die Teilchen des NORM und des Bohrschlamm erreicht ist. Es ist auch augenscheinlich, dass beide, NORM und Bohrschlamm-Bestandteile, getrennt auf Größe gebracht und dann gemischt werden können. Es wäre jedoch dienlich, das grobe NORM-Material, wie es bei üblichen Techniken anfällt, einer ausgewählte teilchenförmigen Bohrschlamm-Komponente beizugeben und das Ganze einer angemessenen Größenbehandlung zu unterziehen, um ein im wesentlichen homogenes Gemisch oder Mi schung zum Einsatz in der nachfolgenden Bohrschlamm-Herstellung zu erzeugen. Solch ein Simultan-Schritt der Verringerung der Teilchengrösse vermeidet oder verringert zumindest die Notwendigkeit zusätzlicher Mischschritte und zielt darauf ab, dass Einheitlichkeit der Teilchengrösse erreichbar ist.
Die Art der Formung von Bohrschlamm, neben der erfindungsgemässen Behandlung und Benutzung von NORM, ist unwesentlich und kann auf andere, an sich in der Technik bekannte Art und Weise durchgeführt werden. Die Vorteile der Erfindung werden insbesondere durch sorgfältige Auswahl der Teilchengrösse der NORM-Teilchen erzielt und durch Zusammenpassen der ausgewählten Grösse mit einem wesentlichen Bestandteil der vorgesehenen Bohrschlämme, z. B. Teilchen eines Schweremittels, Füllmittels, Zähigkeitsveränderer oder Mittel zur Einstellung der Dichte wie Baryt, Bentonit, Kalkstein oder ähnliche. Durch ein solches Zusammenpassen der Teilchengrösse bildet die Verdünnung der NORM-Teilchen in dem/den Bohrschlamm-Bestandteil/-len eine stabile Lösung, die unter den normalen Einsatzbedingungen eines Bohrschlammes tatsächlich untrennbar ist. So werden die NORM-Teilchenkomponenten irreversibel verdünnt, um die Gefahren-Risiken vermeiden, und darüber hinaus wird die übliche Notwendigkeit, die NORM-Teilchen als aktiven Abfall zu behandeln, überflüssig. Jeder Verlust neuer Bohrschlämme bringt die eingeschlossenen NORM-Teilchen lediglich in die geologische Region zurück, aus der die NORM-Teilchen ursprünglich stammen. Die Erfindung schafft also ein ordnungsgemäßes "unsichtbares" Mittel zur Beseitigung von NORM-Teilchen und schafft auch einen Nutzen dafür durch deren Einbeziehung in ein Arbeitsmaterial.
Die Möglichkeit des Naßzerreibens und Mischens der Teilchen ist auch eine Möglichkeit, und diese könnte die Möglichkeit des Einsatzes von Sprühköpfen für das Mischen feiner Teilchen bieten, obwohl diese verlangen würden, dass einer größerer Abwasser-Aufbereitung Rechnung getragen wird. Wenn die Entfernung von Wasser in späteren Stufen der Herstellung der Bohrschlämme problematisch sein sollte, wird das trockene Mischen der Teilchen bevorzugt.
Wie oben erwähnt, ist die Wahl des Verfahrens zur Verringerung der Teilchengrösse unkritisch und jedes geeignete Verfahren kann angewandt werden, vorausgesetzt dass dadurch eine übereinstimmende im wesentlichen einheitliche und vorhersagbare Teilchengrösse erreicht wird.
So pflegen feines Zerreiben. Mahlen, Zerdrücken und deren Variationen und Kombinationen in Betracht gezogen zu werden. Die tatsächliche Teilchengrösse ist nicht kritisch, da der wichtige Gesichtspunkt darin besteht, die ausgewählte Teilchengrösse mit der des beabsichtigten Feststoffteilchen des Verdüngsmittels zusammenzupassen.
Den zur Herstellung eines stabilen funktionalen Bohrschlammes notwendigen Teilchengrössen wäre offensichtlich gebührende Beachtung zu geben. Es ist jedoch die identische oder nahe Grössenzusammenpassung, aus der die im wesentlichen irreversible Verdünnung im Mischprozess folgt. Wenn man das Beispiel der Herstellung üblicher Bohrschlämme nimmt, dann wird die Teilchengrösse (wie nach den Amerikanischen Petroleum Institut festgelegten Grössenstandards festgelegt) typischerweise in der Grössenordnung von 97% < 75 mikron (Mikrometer) sein.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

In der einzigen begleitenden Zeichnung wird ein Verfahren zur Herstellung von Bohrschlamm, unter Benutzung von NORM, schematisch dargestellt.
Die Erfindung wird nun mittels eines Beispiels näher beschrieben, ohne den Umfang der Erfindung drauf beschränken zu wollen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Ausgehend von einem bekannten Dekontaminierungsverfahren für Anlagenteile wird die anfallende wässrige, NORM enthaltende Flüssigphase durch ein geeignetes Trennungsverfahren behandelt, um NORM abzutrennen und Wasser und Öl durch andere Massnahmen weiter bearbeiten zu lassen. Eine typische praktische Ausführungsform dieses Verfahrens ist in dem beigefügten Diagramm veranschaulicht.
Das extrahierte NORM wird einer ausgewählten vorläufigen Verringerung der Teilchengrösse durch Zerreiben unterzogen, um zu einer passenden Teilchengrösse zu gelangen, und die erhaltenen Teilchen werden in einen Vorlauf frischer Baryt-Teilchen eingebracht. Letztendliches Zerreiben und Mischen dieser Materialien ist auf einer Vielzahl von in der Technik zum innigen Mischung von Feststoffen bekannten Wegen erreichbar, und sollte fortgeführt werden, um ein im wesentlichen homogenes Material von zweckmässiger Teilchengrösse für die Bohrschlämme-Herstellung zu erhalten, z. B. von etwa 75 Mikron (Mikrometer) für mindestens etwa 97% des Materials (A. P. I.). Zweckmässige Probennahme gekoppelt mit radiochemischer Analyse ermöglichen ein Routineverfahren, bestimmt für eine Herkunft von NORM. So macht etwa anfängliches triviales Experimentieren möglich, dass zufriedenstellende Zerreib-/ Mischperioden berechenbar werden.
In diesem Beispiel wird eine Ablagerung mit einer Aktivität von 50 Bq/g durch Teilchengrösse-Verringerung und Mischen mit von der Grösse her zusammenpassenden Masse von Baryt-Teilchen behandelt (Baryt hat vernachlässigbare Aktivität) mit einer Rate von 1 g Ablagerungen pro 1 kg Baryt. Diese Verdünnung bedeutet eine Endaktivität von 0.05 Bq/g, einem Faktor von 10 niedriger als das Limit von 0.37 Bq/g. Es sollte festgestellt werden, dass die ausgewählte Masse teilchenförmigen Materials gleichfalls Bentonit oder Carbonat sein kann.
In einem weiteren Beispiel für eine mit 500 Bq/g Aktivität aufweisende Ablagerung wird eine Verdünnung von 1 g Ablagerungen auf 10 kg Baryt verwendet.
Bei Abwandlungen des Verfahrens werden die von dem Anlageteilen durch ein bekanntes Dekontaminierungsverfahren entfernten NORM enthaltende Ablagerungen, das feines Pulver, grobe Teilchen oder Fladen sein kann, wahlweise auf eine Grösse gebracht, dass es mit einer anderen Bohrschlamm-Komponente z. B. mit Bentonit oder Kalziumkarbonat (Kalkstein) zusammenpasst, vorausgesetzt dass der wesentliche Schritt einer engen Teilchengrösseanpassung eingehalten wird. Das zu bearbeitende NORM kann während verschiedener Schritte der Bohrschlamm- Herstellung zugefügt werden, vorausgesetzt dass ein geeigneter Schritt zur Grössenverkleinerung beim NORM allein oder in Zumischung mit einem anderen teilchenförmigen Material verwendet wird.
Während die vorstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen die derzeit dem Erfinder am besten bekannte Weise darstellt, versteht es sich für den Fachmann, dass neben der besonders beschriebenen andere Abwandlungen möglich sind und der Rahmen der Erfindung nur durch den Umfang der folgenden Ansprüche bestimmt wird.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung natürlich vorkommenden radioaktiven Materials (NORM). umfassend die Auswahl von NORM zur Verwendung als Schlammbestandteil in einem Herstellungsverfahren für Bohrschlamm, sowie die Verringerung der Teilchengröße der NORM-Teilchen zum Gewinnen einer ausgewählten, einer teilchenförmigen Bohrschlamm-Komponenten entsprechenden Teilchengrösse, wobei eine irreversible Verdünnung der NORM-Teilchen in dieser Komponenten erreicht werden kann, um deren radioaktive Natur wirkungslos zu machen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das NORM vor der Verwendung in dem Bohrschlamm-Herstellungsverfahren einer Verringerung der Teilchengrössen unterzogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das NORM vor Verwendung im Bohrschlamm-Herstellungsverfahren mit mindestens einer der teilchenförmigen Bohrschlamm-Komponenten vermischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der/die ausgewählte(n) Komponente(n) und NORM einem gleichzeitigen Verfahren zur Verringerung der Teilchengrösse unterzogen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das NORM mit mindestens einer teilchenförmigen Bohrschlamm-Komponenten vermischt und in einem Schritt während des Bohrschlamm-Herstellungsverfahren einer Verringerung der Teilchengrösse unterzogen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die folgenden Schritte:

(a) Auswahl mindestens eines teilchenförmigen Materials zur Verwendung als Bohrschlamm-Komponente;

(b) Verringerung der Teilchengrösse des NORM, um Teilchen einer ausgewählten Teilchengrösse zu erhalten, die der mindestens eines teilchenförmigen Materials entspricht;

(c) inniges Mischen der NORM-Teilchen und mindestens eines teilchenförmigen Materials, wobei die irreversible Verdünnung der NORM-Teilchen in diesem Material erreicht werden kann, um deren radioaktive Natur wirkungslos zu machen; und Verwendung der gemischten Teilchen in einem Bohrschlamm- Herstellungsverfahren.

7. Verfahren nach Anspruch 1, das umfasst:

(i) Auswahl mindestens eines in Teilchenform gebrachten Materials zur Verwendung als Bohrschlamm-Komponente:

(ii) Mischen des ausgewählten, zumindestens eines teilchenförmigen Materials mit NORM; und

(iii) Verringerung der Teilchengrösse des gemischten NORM aus ausgewählten, mindestens einen teilchenförmigen Material, um Teilchen einer ausgewählten Teilchengrösse zu erhalten, die der zur Verwendung im Bohrschlamm passenden entspricht; wobei die irreversible Verdünnung der NORM- Teilchen in der Komponente erreicht werden kann, um deren radioaktive Natur wirkungs zu machen.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6 oder 7, bei dem die Bohrschlamm-Komponente ein teilchenförmigen Material ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mitteln zur Einstellung der Zähigkeit, Schweremittel, Dichteveränderern, Materialien zum Unterdrücken von Umlauf-Verlusten, sowie Füll- und Streckungsmitteln.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6 oder 7, bei dem die Bohrschlamm-Komponente ein teilchenförmiges Material ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bentonit, Baryt (Schwerspat) und Kalkstein (Kalziumkarbonat).

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6 oder 7, bei dem die Teilchen der Grösse nach so gesichtet werden, dass etwa 97% kleiner als 75 mikron (A. P. I.) sind.

11. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Auswahl mindestens eines im wesentlichen nicht-radioaktiven festen Materials in teilchenförmiger Grösse, die Verringerung der Teilchengrösse der NORM-Teilchen, um eine ausgewählte Teilchengrösse zu erreichen, die der des ausgewähltem im wesentlichen nicht-radioaktiven festen Materials entspricht, sowie das Mischen des NORM mit dem ausgewählte, im wesentlichen nicht-radioaktiven festen Material, wobei die irreversible Verdünnung der NORM-Teilchen in besagter Komponente erreicht werden kann, um deren radioaktive Natur wirkungslos zu machen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem NORM und das ausgewählte, im wesentlichen nicht-radioaktive feste Material zusammen einer Verringerung der Teilchengrösse unterzogen wird, um im gleichen Schritte eine im wesentlichen einheitliche Teilchengrösse und deren Mischen zu erreichen.