Ученые Пермского политеха рассчитали эффективное содержание буровых отходов в асфальте, кратно улучшающее дорожное строительство

Пермь. 2 июня. ПНИПУ — Ежегодно в России образуется до 300 тысяч тонн бурового шлама, — «остатков» нефтяного и газового производства. Общий объем таких накопленных отходов превышает 95 миллионов тонн. Они содержат нефтепродукты, тяжелые металлы и прочие вредные вещества, опасные для окружающей среды. Сейчас для их утилизации используют методы захоронения или сжигания, но это дорого и не решает проблему полностью, так как загрязняющие компоненты могут попадать в почву и воду. Ранее в ПНИПУ предложили способ утилизации этих отходов с добавлением их в асфальтобетон. Новые эксперименты ученых из Пермского Политеха позволили выявить оптимальную концентрацию бурового шлама, необходимую для создания эффективного дорожного покрытия. Это решит проблему экологического урона и при этом позволит снизить стоимость строительства дорог до 18%.

Статья опубликована в журнале «Экология и промышленность России» №5 за 2025 год. Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Буровой шлам представляет собой грязную смесь из раздробленной горной породы, специального раствора, нефти и химикатов. Он образуется в процессе бурения скважин, в основном при добыче нефти и газа. Когда бур проходит через земные слои, он измельчает породу, а специальная жидкость вымывает эти частицы на поверхность — так и получается шлам с нефтью и токсичными веществами.

Чтобы сократить негативное воздействие таких отходов на экологию, применяют разные способы их переработки: механическое обезвоживание (удаление лишней жидкости центрифугами), сжигание, закапывание в землю и другие. Однако эти методы затратные и недостаточно эффективные — захороненные залежи разлагаются десятилетиями. Нефтепродукты, тяжелые металлы и химикаты, находящиеся внутри, со временем могут просочиться в почву и грунтовую воду, став причиной отравления рек и озер. Политехники предложили использовать шлам как полезный материал для дорожного строительства. Для наиболее эффективного использования нужно точно рассчитать его оптимальное процентное содержание в асфальтобетонной смеси.

Ученые Пермского Политеха изучили образцы буровых шламов с концентрацией от 0,1 до 6,2% опасных для окружающей среды веществ — нефти, нефтепродуктов, соединений хлоридов и тяжелых металлов. Одна часть шламов изучалась в исходном состоянии, а другая — после отмывки от пылеватых и глинистых частиц. Для оценки зернового состава образцы были высушены.

— Минеральную часть буровых отходов для приготовления асфальтобетона целесообразно добавлять вместо традиционного порошка, а нефтепродукты в шламах подойдут как связующее для битума (вязкого компонента асфальта), чтобы он был более эластичным и устойчивым к высоким температурам. Для ясного понимания влияния добавления этого компонента на конечный состав, мы по очереди добавляли его в смесь при концентрации 4, 8 и 12%. Лабораторные испытания подтвердили, что оптимальное содержание шлама находится в пределах от 5 до 7%. При этом речь идет именно о промытых образцах — они обладают высокой прочностью, водостойкостью и устойчивостью к нагрузкам, что указывает на схожесть с обычным минеральным порошком, а также отвечают требованиям ГОСТ. Такой подход решает проблему утилизации опасных отходов и помогает снизить затраты на производство стройматериалов, — комментирует Константин Пугин, профессор кафедры «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ, доктор технических наук.

Разработанный учеными ПНИПУ технологический подход поможет улучшить физические и механические свойства асфальтобетонной смеси и снять экологические проблемы, связанные с захоронением буровых шламов.

Внедрение отходов бурового шлама в состав асфальтобетона позволяет эффективно использовать материальный ресурс его минеральной части, которая составляет более 60%, и применять нефть и нефтепродукты для формирования структуры асфальтобетона. При этом удастся снизить стоимость производства асфальтобетонной смеси примерно на 10-18%.