Способ складирования отходов бурения нефтяных и газовых скважин

 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам складирования отходов бурения и предотвращения загрязнения грунтовых вод. Сущность изобретения: отходы бурения разделяют по крупности перед заполнением амбара-накопителя на сильфонофильтрующих участках амбара-накопителя. Создают противофильтрационный экран с толщиной, обеспечивающей допустимую фильтрацию путем выпуска отходов бурения с мелкими фракциями. Выпускают отходы бурения с крупными фракциями на слабофильтрующие и экранированные участки амбара накопителя. Разделение отходов бурения по крупности осуществляют многоступенчатой очисткой на отходы бурения с крупными, средними, мелкими и коллоидными фракциями с последующим сбором их в изолированные по отдельным смежным фракциям инвентарные контейнеры. Отходы бурения с коллоидными и мелкими фракциями используют для создания противофильтрационного экрана. Выдерживают кольматирующий слой в течение 36 48 ч. Отходы бурения с коллоидными и мелкими фракциями, используемые для создания противофильтрационного экрана, нарабатывают в процессе бурения скважины под кондуктор экологически безвредным буровым раствором. 2 з. п. ф-лы, 4 ил. 2 табл.

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин, в частности к способам складирования отходов бурения и предотвращения загрязнения грунтовых вод.

Известен способ складирования отходов бурения в земляных амбарах-накопителях, включающий подачу самотеков жидких и полужидких отходов по пульповоду и лоткам от источников их образования. Недостатками известного способа являются необходимость предварительной гидроизоляции поверхности земляного амбара-накопителя, заложенного на сильнофильтрующих грунтах, и совместное складирование неутилизируемых отходов бурения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ складирования отходов обогатительных предприятий, включающий подачу и выпуск отходов мелкой и крупной фракции на участки земляного накопителя, разделение отходов по крупности перед выпуском, выпуск отходов с крупными фракциями на участки, сложенные слабофильтрующими грунтами, или на участки, не подлежащие экранированию, выпуск отходов с мелкими фракциями на участки, сложенные сильнофильтрующими грунтами, до достижения ими толщины, обеспечивающей допустимую фильтрацию, выпуск на экранированный участок накопителя отходов с крупными фракциями, продолжение цикла работ в произвольном порядке [1] Однако известный способ имеет следующие недостатки. Отходы бурения, даже разделенные по крупности фракций, могут содержать вредные для окружающей природной среды компоненты и поэтому недопустимо их использование для экранирования участков поверхности амбара-накопителя, сложенных сильнофильтрующими грунтами. Кроме того, не утилизируются отходы бурения с крупными фракциями.

Целью изобретения является повышение эффективности складирования отходов путем предотвращения загрязнения грунтовых вод вредными компонентами, содержащимися в отходах бурения, и утилизация отходов с крупными фракциями.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе складирования отходов, включающем подачу и выпуск отходов мелкой и крупной фракции на участки земляного амбара-накопителя, разделение отходов по крупности перед выпуском, выпуск отходов с крупными фракциями на участки, не подлежащие экранированию, выпуск отходов с мелкими фракциями на участки, сложенные сильнофильтрующими грунтами, до достижения ими толщины, обеспечивающей допустимую фильтрацию, выпуск на экранированный участок амбара-накопителя отходов с крупными фракциями, продолжение цикла работ в произвольном порядке, согласно изобретению, отходя бурения разделяют путем многоступенчатой очистки на крупные, средние, мелкие и коллоидные фракции, осуществляют изолированный по отдельным смежным по крупности фракциям сбор отходов бурения в инвентарные контейнеры, формируют кольматирующий слой противофильтрационного экрана путем укладывания толщиной 15-25 см на сильнофильтрующие грунты ложа амбара-накопителя отходов бурения с мелкими и коллоидными фракциями, выдерживают нанесенный кольматирующий слой в течение 36-48 ч, причем подают, разделяют и выпускают для экранирования грунтов отходы, наработанные в процессе бурения скважины под кондуктор с применением экологически безвредного бурового раствора.

Поставленная цель достигается также тем, что отходы бурения с крупными и средними фракциями утилизируют путем их складирования на внешней поверхности земляного вала амбара-накопителя или на гравийной площадке в пределах земельного отвода для строительства скважины.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что отходы бурения разделяют путем многоступенчатой очистки на крупные, средние, мелкие и коллоидные фракции, осуществляют изолированный по отдельным смежным фракциям сбор отходов бурения в инвентарные контейнеры, формируют кольматирующий слой противофильтрационного экрана путем укладывания толщиной 15-25 см на сильнофильтрующие грунты ложа амбара-накопителя отходов бурения с мелкими и коллоидными фракциями, выдерживают нанесенный кольматирующий слой в течение 36-48 ч, причем подают, разделяют и выпускают для экранирования грунтов отходы, наработанные в процессе бурения скважины под кондуктор с применением экологически безвредного бурового раствора. Отличие проявляется и в том, что отходы бурения с крупными и средними фракциями утилизируют путем их размещения на внешней поверхности откосов земляного вала амбара-накопителя или на гравийной буровой площадке в пределах земельного отвода для строительства скважины.

Толщина противофильтрационного слоя не может приниматься менее 15 см, т. к. вследствие отрицательного воздействия сточной воды нарушается сплошность слоя и возникает опасность загрязнения грунтовых вод. Толщина слоя более 25 см экономически нецелесообразна.

Время выдержки кольматирующего слоя противофильтрационного экрана выбрано в пределах 36-48 ч. Нижний предел выбран, исходя из минимально необходимой продолжительности загущения и формирования слоя. Верхний предел ограничен экономической нецелесообразностью и необходимостью эксплуатации амбара-накопителя.

Именно разделение отходов бурения путем многоступенчатой очистки на крупные, средние, мелкие и коллоидные фракции, изолированный сбор по отдельным смежным по крупности фракциям отходов бурения в инвентарные контейнеры, формирование кольматирующего слоя противофильтрационного экрана путем укладывания толщиной 15-25 см на сильнофильтрующие грунты ложа амбара-накопителя отходов бурения с мелкими и коллоидными фракциями, наработанные в процессе бурения скважины под кондуктор с применением экологически безвредного бурового раствора, выдерживание нанесенного кольматирующего слоя в течение 36-48 часов обеспечивают предотвращение загрязнения грунтовых вод вредными компонентами, содержащимися в отходах бурения последующих интервалов скважины с применением буровых растворов, приготовленных с использованием токсичных химических реагентов. Утилизация отходов бурения с крупными и средними фракциями путем их равномерного нанесения на внешнюю поверхность откосов земляного вала амбара-накопителя обеспечивает их укрепление и тем самым предотвращает осыпание откосов под воздействием атмосферных осадков и эрозии. Утилизация отходов бурения с крупными и средними фракциями путем равномерного размещения на гравийной буровой площадке в пределах земельного отвода для строительства скважины обеспечивает возможность проведения ремонта и восстановления площадки, нарушенной передвигающейся по ней автотракторной техники.

На фиг. 1 изображен фрагмент буровой площадки, вид сверху; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 вид по стрелке В на фиг. 2; на фиг. 4 разрез по Б-Б на фиг. 1.

Способ осуществляют следующими действиями в порядке изложения: подают отходы бурения к земляному амбару-накопителю; разделяют отходы бурения путем многоступенчатой очистки на крупные, средние, мелкие и коллоидные фракции; осуществляют изолированный по отдельным смежным по крупности фракциям сбор отходов бурения в инвентарные контейнеры; выпускают отходы, наработанные в процессе бурения скважины под кондуктор с применением экологически безвредного бурового раствора, с мелкими и коллоидными фракциями на участки амбара-накопителя, сложенные сильнофильтрующими грунтами; формируют кольматирующий слой противофильтрационного экрана путем укладывания толщиной 15-25 см на сильнофильтрующие грунты ложа амбара-накопителя отходов бурения с мелкими и коллоидными фракциями; выдерживают нанесенный кольматирующий слой в течение 36-48 ч; выпускают отходы, наработанные в процессе бурения скважины под кондуктор с применением экологически безвредного бурового раствора, с крупными и средними фракциями на участки, не подлежащие экранированию; утилизируют отходы, наработанные в процессе бурения скважины под кондуктор с применением экологически безвредного бурового раствора, с крупными и средними фракциями путем их равномерного нанесения на внешнюю поверхность откосов земляного вала амбара-накопителя или равномерного размещения на гравийной буровой площадке в пределах земельного отвода для строительства скважины; выпускают в экранированный амбар-накопитель отходы бурения с крупными и средними фракциями, наработанные при бурении последующих интервалов скважины с применением буровых растворов, приготовленных с использованием токсических химических реагентов;
продолжают цикл работы в произвольном порядке.

На территории буровой площадки, покрытой слоем гравия 1, установлен блок 2 очистки бурового раствора, выходящего из скважины 3 по желобу 4. На блоке 2 установлены очистные устройства: вибросито 5, пескоотделитель 6, илоотделитель 7, центрифуга 8 и сбросные лотки 9 и 10 (фиг. 2). На раме 11 емкости 12, заглубленной в грунт, установлены инвентарные контейнеры 13 и 14. В непосредственной близости от емкости 12 установлен насос 15 с всасывающей 16 и нагнетательной 17 линиями (фиг. 3). Амбар-накопитель 18 заложен в сильнофильтрующем грунте 19 и по периметру огражден земляным валом 20. Внешняя поверхность откосов 21 вала 20 укреплена слоем 22 из отходов бурения с крупными и средними фракциями. На сильнофильтрующем грунте 19 ложа амбара-накопителя 18 сооружен противофильтрационный экран 23, образованный отходами бурения с мелкими и коллоидными фракциями, над которым последовательно размещаются слой 24 из отходов бурения с крупными и средними фракциями и сточные воды 25.

Способ осуществляют следующим образом.

По результатам инженерно-геологических изысканий, проведенных на территории земельного отвода под строительство скважины N 136 Ястребиная, определяют участки, сложенные сильно- и слабофильтрующими грунтами. В пределах границ земельного отвода механизированным способом выполняют планировочные работы и сооружают в грунте фундаменты (на чертежах не показаны) под буровое оборудование. Для обеспечения возможности подвоза в осенне-весенний период расходуемых материалов (глинопорошка, химреагентов, нефти, дизельного топлива) и запасных частей на буровую установку покрывают площадку слоем гравия 1 толщиной 25 см. Затем монтируют буровое оборудование и осуществляют подготовку к бурению скважины. Проектная глубина скважины 5350 м.

Осуществляют бурение первого интервала скважины долотом диаметром 394 мм с последующим расширением специальным долотом диаметром 540 мм под кондуктор диаметром 426 мм, спускаемый на глубину 800 м.

В соответствии с требованиями охраны недр и "Инструкции по охране окружающей среды при строительстве скважин на нефть и газ на суше: РД 39-022-90 (М. ВНИИБТ. 56 с) при бурении скважин под кондуктор (1 интервал 0-800 м) для предотвращения загрязнения подземных пресных вод питьевого качества запрещается обработка бурового раствора токсичными химическими реагентами, т.е. раствор должен быть экологически безвредным. Поэтому в данном интервале бурение скважины под кондуктор осуществляют на полимер-глинистом буровом растворе, приготовленном на основе бентонитовой глины ПБМА и карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) с удельным расходом материалов соответственно 80 и 2 кг/м³.

В результате строительства скважины N 136 Ястребиная на дневной поверхности образуются промышленные отходы в виде отработанного бурового раствора (ОБР), бурового шлама (БШ) и буровых сточных вод (БСВ).

ОБР представляет собой раствор, использованный в технологическом процессе и непригодный для бурения скважины в дальнейшем, а также буровой раствор и пластовый флюид, выброшенные при проявлениях из скважины на дневную поверхность.

Буровой шлам (БШ) представляет собой смесь выбуренной породы с буровым раствором. Эта смесь поступает в шламовый амбар после очистки ее в циркуляционной системе различными очистными устройствами. Выбуренная порода по минеральному составу нетоксична, но, диспергируясь в среде обработанного химическими реагентами бурового раствора, частицы ее адсорбируют на своей поверхности токсичные компоненты и вследствие этого также становится загрязнителем объектов окружающей природной среды.

Буровые сточные воды (БСВ) нарабатываются в процессе бурения скважины, эксплуатации и ремонта оборудования, представляют собой буровой раствор, разбавленный технической водой и атмосферными осадками.

Фракционный состав отходов бурения варьирует в широких пределах: от нескольких микрометров (диспергированные частицы бентонитовой глины, утяжелителя и выбуренной породы) до 25 мм (выбуренная порода).

В интервале бурения под кондуктор (интервал 0-800), характеризующимся также наибольшим диаметром скважины, равным диаметром 540 мм, наряду с выносом на дневную поверхность выбуренной породы крупной фракции, вследствие разбуривания глинистых отложений происходит естественная наработка избыточного объема бурового раствора. Для поддержания требуемых параметров бурового раствора осуществляют его разбавление. Ограниченность объема резервуаров циркуляционной системы вынуждает сбрасывать часть бурового раствора в отвал.

Буровой раствор вместе с выбуренной породой поднимается на дневную поверхность из скважины 3 и по желобу 4 подается на многоступенчатую систему очистки, включающую вибросито 5, пескоотделитель 6, илоотделитель 7 и центрифугу 8.

Параметры фракций отходов бурения по крупности, удаляемых на очистных устройствах, приведены в табл. 1.

Буровой раствор, очищенный от выбуренной породы, направляют в циркуляционную систему, а отходы бурения разделяют на крупные, средние, мелкие и коллоидные фракции на многоступенчатой системе очистки соответственно на вибросите 5, пескоотделителе 6, илоотделителе 7 и центрифуге 8. С помощью лотков 9 и 10 осуществляют изолированный по отдельным смежным по крупности фракциям сбор отходов бурения в инвентарные контейнеры 13 и 14 с перфорированными стенками для стока воды в емкость 12. При этом в контейнер 13 собирают отходы с крупными и средними фракциями, а в контейнер 14 отходы с мелкими и коллоидными фракциями.

После заполнения контейнера 14 и стока воды в емкость 12 механизированным способом (средства механизации на чертеже не показаны) снимают контейнер 14 с рамы 11 и направляют его в амбар-накопитель 18.

Разгружают контейнер 14 с отходами, наработанными в процессе бурения скважины под кондуктор с применением экологически безвредного бурового раствора, с мелкими и коллоидными фракциями на участки амбара-накопителя 18, сложенные сильнофильтрующими грунтами 19.

При помощи бульдозера формируют кольматирующий слой противофильтрационного экрана 23 толщиной 20 см из отходов с мелкими и коллоидными фракциями. Основу таких отходов составляют диспергированные в воде бентонитовые глины 4SiO₂:Al₂O₃ бурового раствора, обогащенные в результате наработки при бурении глинистых пород, обладающие высокой кольматирующей способностью. Толщина слоя 23 противофильтрационного экрана выполнена равной 20 см исходя из необходимости обеспечения коэффициента фильтрации не более 10^-5-10^-7 см/с для накопителей отходов соответственно IV и III класса опасности по ГОСТ 12.1.007-77^х. Вредные вещества. Классификация и общие требования.

При недостаточности объема отходов с мелкими и коллоидными фракциями, наработанных в процессе бурения данной скважины под кондуктор с применением экологически безвредного бурового раствора, используют аналогичные отходы других скважин.

Для загущения и выравнивания за счет гравитации толщины кольматирующего слоя противофильтрационного экрана 23 выдерживают его в течение 48 ч без воздействия на него и выпуска в амбар-накопитель любых отходов бурения.

По мере наполнения контейнера 13 отходами, наработанными в процессе бурения скважины под кондуктор с применением экологически безвредного бурового раствора, с крупными и средними фракциями их выпускают (укладывают) на участки, не подлежащие экранированию. Но наиболее целесообразна утилизация этих отходов путем их равномерного нанесения на внешнюю поверхность откосов 21 земляного вала 20 амбара-накопителя 18 с образованием слоя 22 и последующим уплотнением. В результате этого укрепляются и предохраняются откосы 21 от осыпания под воздействием атмосферных осадков. Эти же отходы с крупными и средними фракциями используют для ремонта гравийного слоя 1, нарушенного движущимся автотранспортом и тракторами, путем равномерного размещения в пределах земельного отвода для строительства скважины или дороги к ней.

После бурения скважины под кондуктор, спускают обсадную колонну диаметров 426 мм на глубину 800 мм и цементируют ее до устья. Таким образом, надежно изолируются от загрязнения пресные водоносные горизонты.

Тип и компонентный состав буровых растворов, применяемых для бурения последующих интервалов скважины, приведены в табл. 2.

Включение в состав бурового раствора таких реагентов, как феррохромлигносульфонат (ФХЛС), хроматы, и некоторых других, обусловливает его загрязняющую способность. Соответственно, загрязняющую способность приобретают и отходы бурения, складируемые в земляном амбаре-накопителе. Но к этому периоду времени амбар-накопитель 18 уже оснащен надежным противофильтрационным экраном 23.

По мере заполнения емкости 12 сточной водой ее через всасывающую линию 16, оснащенную фильтром (на чертеже не показан), насосом 15 откачивают по линии 17 на физико-химическую очистку и повторное использование для оборотного водоснабжения буровой.

После формирования противофильтрационного экрана 23 и выдержки его в течение 48 ч в амбар-накопитель 18 выпускают (сбрасывают) отходы бурения с крупными и средними фракциями 24 и буровые сточные воды 25, нарабатываемые при бурении следующих после кондуктора интервалов. Дальнейшее складирование отходов бурения осуществляют в произвольном порядке.

Использование предлагаемого способа складирования отходов бурения обеспечивает по сравнению с известным способом следующие преимущества:
повышается эффективность складирования путем создания гидроизолирующего экрана земляного амбара-накопителя из экологически малоопасных отходов мелкой и коллоидной фракций и предотвращается загрязнение грунтовых вод;
утилизируются экологически малоопасные отходы крупной и средней фракции путем их складирования на внешней поверхности откосов земляного вала амбара-накопителя, предотвращающего ее обрушение и осыпание, и гравийной буровой площадке с целью ее ремонта.

Формула изобретения

1. СПОСОБ СКЛАДИРОВАНИЯ ОТХОДОВ БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН, включающий разделение отходов бурения по крупности перед заполнением амбара-накопителя на сильнофильтрующих участках амбара-накопителя, создание противофильтрационного экрана толщиной, обеспечивающей допустимую фильтрацию, путем выпуска отходов бурения с мелкими фракциями, выпуск отходов бурения с крупными фракциями на слабофильтрующие и экранированные участки амбара-накопителя, отличающийся тем, что разделение отходов бурения по крупности осуществляют многоступенчатой очисткой на отходы бурения с крупными, средними, мелкими и коллоидными фракциями с последующим сбором их в изолированные по отдельным смежным фракциям инвентарные контейнеры, отходы бурения с коллоидными и мелкими фракциями используют для создания противофильтрационного экрана с последующей выдержкой кольматирующего слоя в течение 36 48 ч, причем отходы бурения с коллоидными и мелкими фракциями, используемые для создания противофильтрационного экрана, нарабатывают в процессе бурения скважины под кондуктор экологически безвредным буровым раствором.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходы бурения с крупными и средними фракциями, наработанные в процессе бурения скважины с применением экологически безвредного бурового раствора, утилизируют путем их равномерного нанесения на внешнюю поверхность откосов земляного вала амбара-накопителя.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отходы бурения с крупными и средними фракциями, наработанные в процессе бурения скважины с применением экологически безвердного бурового раствора, утилизируют путем равномерного размещения на гравийной буровой площадке в пределах земельного отвода для строительства скважины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8