Способ утилизации отходов бурения в ликвидируемую скважину
Владельцы патента RU 2616302:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) (RU)
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к утилизации отходов бурения в ликвидируемой скважине, в частности в условиях наличия многолетнемерзлых пород (ММП). Технический результат заключается в повышении надежности утилизации отходов бурения без снижения экологической безопасности. Способ утилизации отходов бурения включает приготовление пульпы, состоящей из бурового шлама (БШ) и буровых сточных вод (БСВ). Затем ликвидируемую скважину глушат приготовленной пульпой путем закачки во внутреннюю полость эксплуатационной колонны в интервал перфорации по спущенной в скважину колонны насосно-компрессорных труб (НКТ). Затем закачивают цементный раствор, затворенный на водометанольном растворе (BMP) или БСВ, оставляют скважину на период ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ). После затвердевания нижнего цементного моста закачивают новую порцию пульпы расчетного объема, после заполнения внутренней полости эксплуатационной колонны до подошвы ММП, сверху столба закаченной порции пульпы устанавливают верхний цементный мост, а на устье скважины размещают либо устьевую арматуру с задвижкой и глухим фланцем, либо бетонную тумбу. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к утилизации отходов бурения в ликвидируемую скважину, в частности, расположенную в труднодоступной местности.
После строительства скважин первоочередной задачей является утилизация отходов бурения, в частности бурового шлама (БШ) и буровых сточных вод (БСВ). Захоронение отходов в специально построенные амбары не экологично, тем более что после их заполнения необходимо вести работы по их ликвидации и рекультивации территории. Вывоз отходов в условиях труднодоступности местности в места захоронения трудоемко.
Известен способ утилизации отходов бурения, включающий обезвреживание отходов бурения методом реагентного капсулирования консолидирующего материла с отходами бурения [RU 2413835 С1, МПК Е21В 21/06 (2006.01), опубл. 2011].
Недостатком известного способа утилизации отходов бурения является дополнительные затраты на их нейтрализацию.
Известен способ утилизация отходов бурения в специально построенные амбары, включающий сооружение земляного амбара и заполнение амбара отходами бурения [RU 2162918 С1, МПК E02D 31/02, В09В 1/00, C09К 7/02 (1999.07), опубл. 2001].
Недостатком известного способа утилизации отходов бурения является дополнительные затраты на сооружение амбаров, возведение в них противофильтрационного экрана и необходимость проведения работ по нейтрализации и захоронения отходов.
Известен способ утилизация отходов бурения в специально построенные амбары, включающий сооружение земляного амбара и заполнение амбара отходами бурения и буровыми сточными водами [RU 2138612 С1, МПК Е21В 21/06, C09К 7/02 (1998.07), опубл. 1999].
Недостатком известного способа утилизации отходов бурения является дополнительные затраты на сооружение амбаров, возведение в них противофильтрационного экрана и необходимость проведения работ по нейтрализации и захоронения отходов.
По окончании периода разработки на месторождении остаются скважины, нуждающиеся в ликвидации по техническим или иным причинам, при этом стволы этих скважин, обсаженных обсадными трубами, в соответствии с требованиями правил безопасности [Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности», утвержденные 12.03.13 №101] должны быть заполнены глинистым раствором плотностью, обеспечивающим противодавление на вскрытый горизонт, либо жидкостями глушения. Также подлежат ликвидации поисково-оценочные и разведочные скважины, распложенные вблизи месторождения и выполнившие свое назначение.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, состоит в разработке способа утилизации отходов бурения 4 класса опасности [Федеральный классификатор классов опасности ФККО 29110000000], образовавшихся после завершения строительства нефтегазовых добывающих скважин с минимальными затратами и с обеспечением экологической безопасности с учетом паспорта от Заказчика.
При осуществлении заявляемого технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в утилизации отходов бурения в скважине, подлежащей ликвидации, в обсаженной трубами эксплуатационной колонне в интервале между нижним и верхним цементными мостами без снижения экологической безопасности и образования сопутствующих новообразований, образующихся в процессе утилизации в случае их сжигания.
Поставленная задача и технический результат достигается тем, что способ утилизации отходов бурения путем закачивания в нефтегазовую скважину, оборудованную эксплуатационной колонной и находящейся в условиях наличия многолетнемерзлых пород, характеризуется тем, что:
- первоначально готовят пульпу, состоящую из бурового шлама и буровых сточных вод;
- в скважину во внутреннюю полость эксплуатационной колонны до глубины ниже интервала перфорации спускают колонну насосно-компрессорных труб;
- после чего скважину глушат приготовленной пульпой в объеме, равном объему внутренней полости эксплуатационной колонны;
- затем во внутреннюю полость эксплуатационной колонны в интервал перфорации (в интервал продуктивного пласта) по колонне насосно-компрессорных труб закачивают цементный раствор, затворенный на технологической жидкости, с выдавливанием пульпы из интервала продуктивного пласта и забоя скважины по затрубному пространству между эксплуатационной колонной и колонной насосно-компрессорных труб;
- приподнимают колонну насосно-компрессорных труб выше уровня закаченного цементного раствора;
- оставляют скважину на период ожидания затвердевания цемента, образующего нижний цементный мост, с оставлением выше него закаченной пульпы;
- осуществляют испытание нижнего цементного моста на прочность и герметичность;
- далее приподнимают колонну насосно-компрессорных труб до подошвы многолетнемерзлых пород, закачивают через нее новую порцию цементного раствора, затворенного на технологической жидкости, с выдавливанием пульпы из интервала многолетнемерзлых пород по затрубному пространству между эксплуатационной колонной и колонной насосно-компрессорных труб;
- оставляют скважину на период ожидания затвердевания цемента, образующего верхний цементный мост, с оставлением выше него закаченной порцией пульпы;
- осуществляют испытание верхнего цементного моста на прочность и герметичность;
- приподнимают колонну насосно-компрессорных труб до кровли многолетнемерзлых пород, закачивают через нее незамерзающую жидкость, в качестве которой используют водометанольный раствор, взятый в соотношении метанол:вода, равном 40:60;
- в заключении скважину герметизируют путем установки на устье скважины устьевой арматуры с задвижкой и глухим фланцем либо бетонной тумбы.
Можно в качестве технологической жидкости для затворения цементного раствора использовать водометанольный раствор (BMP), взятый в соотношении метанол:вода, равном 40:60, или буровые сточные воды (БСВ). При необходимости, можно добавить к объему приготовленной к закачке пульпе 5% углеводородного состава - нефть, дизельное топливо, отработанное масло, а также связующий состав, в качестве которого используют КМЦ в количестве не более 0,2% к 10 м3 пульпы.
Причинно-следственная связь между заявляемым техническим результатом и существенными признаками технического решения следующая.
Закачивание в скважину, подлежащую ликвидации, во внутреннюю полость эксплуатационной колонны, отходов бурения обеспечивает их утилизацию в экранированном пространстве, обсаженном обсадными трубами, без попадания их в окружающую среду (на поверхность) или с минимальным попаданием пульпы в продуктивный пласт, и надежным блокированием.
Применение цементного раствора для установки нижнего цементного моста, затворенного на BMP, обеспечивает создание в интервале продуктивного пласта незамерзающего и непроницаемого для газа экрана, обеспечивающего надежное блокирование интервала перфорации, продуктивного пласта и призабойной зоны пласта нижним цементным мостом, а верхним цементным мостом обеспечивается предотвращение растепления многолетнемерзлых пород.
Размещение на устье ликвидированной скважины, заполненной отходами бурения, устьевой арматуры с задвижкой (на случай отбора отходов для других целей или дополнительного заполнения) и глухим фланцем (для герметизации с позиции экологической и промышленной безопасности) либо установкой на устье бетонной тумбы обеспечивает надежную герметизацию скважины.
Использование BMP для затворения цементного раствора и в качестве незамерзающей жидкости позволяет устранить условия его замерзания при отрицательных температурах окружающего воздуха (в зимних условиях) как на поверхности, так и в скважине.
К преимуществам заявляемого способа утилизации отходов бурения в условиях труднодоступности местности и наличия ММП можно отнести: минимальные материально-технические ресурсы, в частности, для приготовления жидкости глушения, в качестве которой применяется уже имеющиеся буровые отходы - БШ и БСВ, образующие пульпу, способность заполнения ствола скважины отходами бурения в условиях низких температур окружающего воздуха.
В качестве водометанольного раствора (BMP) используют раствор, взятый в соотношении метанол:вода, равном 40:60. Экспериментально установлено, что именно такое пропорциональное соотношение обеспечивает требуемые свойства водометанольного раствора и его безопасность при производстве работ.
Заявляемый способ утилизации буровых отходов иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 схематично показан процесс глушения скважины путем закачки пульпы 4 в эксплуатационную колонну 1 ликвидируемой скважины, на фиг. 2 схематично показан процесс установки нижнего цементного моста 7, на фиг. 3 схематично показана скважина с установленным верхним цементным мостом и с герметизацией устьевой арматурой 13 с задвижкой 14 и глухим фланцем 15, на фиг. 4 схематично показана скважина с герметизацией тумбой 16.
Способ утилизации отходов бурения осуществляют следующим образом.
Жидкие и твердые отходы бурения завозят к месту расположения ликвидируемой скважины, скачивают в осреднительную установку для создания однородной массы. На устье скважины, оборудованной эксплуатационной колонной 1 и предназначенной для ликвидации, готовят пульпу 4, состоящую из бурового шлама (БШ) и буровых сточных вод (БСВ), обеспечивающей требуемую вязкость и плотность в зависимости от пластовых условий: давления и температуры. Например, при давлении 14 МПа, температуре 30°C, плотность пульпы не более 1400 кг/м3, при этом вязкость пульпы не должна превышать 120-140 секунд, что позволит обеспечить сохранение реологических свойств закачиваемой пульпы в скважину. Для предотвращения замерзания бурового раствора в зимний период можно добавить к объему приготовленной к закачке пульпе 5% имеющийся в наличии углеводородный состав (нефть, дизельное топливо, отработанное масло и т.д.). Для предотвращения оседания/расслаивания твердой фазы буровых отходов можно произвести обработку пульпы связующим составом (например, КМЦ, в количестве не более 0,2% к 10 м3 пульпы).
Затем в скважину во внутреннюю полость эксплуатационной колонны 1 до глубины ниже интервала перфорации 2 спускают колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 3.
После чего скважину глушат приготовленной пульпой 4 в объеме, равном объему внутренней полости эксплуатационной колонны 1 (фиг. 1).
Затем во внутреннюю полость эксплуатационной колонны 1 в интервал перфорации 2 (в интервал продуктивного пласта 5) по колонне НКТ 3 закачивают цементный раствор 6, затворенный на технологической жидкости (BMP или БСВ), с продавливанием его пульпой 4, с образованием нижнего цементного моста 7 (фиг. 2) и с выдавливанием пульпы 4 из интервала продуктивного пласта 5 и забоя 8 скважины по затрубному пространству 9 между эксплуатационной колонной 1 и колонной НКТ 3 в специальную емкость (не показано).
После этого приподнимают колонну НКТ 3 выше на 1-2 м уровня закаченного цементного раствора и оставляют скважину на период ожидания затвердевания цемента, образующего нижний цементный мост 7, с оставлением выше него закаченной в процессе глушения пульпы 4 (фиг. 2).
Затем осуществляют испытание нижнего цементного моста 7 на прочность и герметичность в соответствии с известной технологией.
Далее приподнимают колонну НКТ 3 до подошвы многолетнемерзлых пород (ММП) 10, закачивают через нее цементный раствор 6, затворенный на технологической жидкости, с продавливание цементного раствора пульпой 4 и с выдавливанием по затрубному пространству 9 между эксплуатационной колонной и колонной НКТ 3 пульпы 4 из интервала ММП 10 в специальную емкость (не показано).
Затем оставляют скважину на период ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ), образующего верхний цементный мост 11, с оставлением выше него закаченной пульпы 4, используемой при продавке цементного раствора.
После чего осуществляют испытание верхнего цементного моста 11 на прочность и герметичность (известным способом).
Далее приподнимают колонну НКТ 3 до кровли ММП 10 (выше зоны ММП), закачивают через нее незамерзающую жидкость 12, например водометанольный раствор, взятый при соотношении метанол:вода, равном 40:60.
В заключении скважину герметизируют, например, на устье скважины размещают устьевую арматуру 13 с задвижкой 14 и глухим фланцем 15 либо устанавливают на устье бетонную тумбу 16 известным способом [РД 08-492-02. Инструкция о порядке ликвидации, консервации скважин и оборудования их устьев и стволов. - М.: ГУЛ «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2002].
Использование заявляемого способа утилизации отходов бурения строящейся нефтегазовой скважины позволит утилизировать получаемые в процессе строительства отходы бурения в выведенные из эксплуатации и подлежащие к ликвидации скважины, сократить продолжительность утилизации, повысить экологическую безопасность и эффективность процесса утилизации в условиях труднодоступности местности при наличии ММП, окружающих нефтегазовые скважины.
Заявляемое техническое решение предназначено для утилизации отходов бурения при строительстве нефтегазовых скважин, в том числе в труднодоступной местности при наличии многолетнемерзлых пород в ликвидируемую скважину.
1. Способ утилизации отходов бурения путем закачивания в нефтегазовую скважину, оборудованную эксплуатационной колонной и находящуюся в условиях наличия многолетнемерзлых пород, подлежащую ликвидации, характеризующийся тем, что первоначально готовят пульпу, состоящую из бурового шлама и буровых сточных вод, после чего в скважину во внутреннюю полость эксплуатационной колонны спускают колонну насосно-компрессорных труб до глубины ниже интервала перфорации, через которую скважину глушат указанной пульпой в объеме, равном объему внутренней полости эксплуатационной колонны, затем в скважину во внутреннюю полость эксплуатационной колонны в интервал перфорации по колонне насосно-компрессорных труб закачивают цементный раствор, затворенный на технологической жидкости, с выдавливанием пульпы из интервала продуктивного пласта и забоя скважины по затрубному пространству между эксплуатационной колонной и колонной насосно-компрессорных труб, приподнимают колонну насосно-компрессорных труб выше уровня закаченного цементного раствора, оставляют скважину на период ожидания затвердевания цемента, образующего нижний цементный мост, с оставлением выше него закаченной пульпы, осуществляют испытание нижнего цементного моста на прочность и герметичность, приподнимают колонну насосно-компрессорных труб до подошвы многолетнемерзлых пород, закачивают через нее цементный раствор, затворенный на технологической жидкости, с выдавливанием пульпы из интервала многолетнемерзлых пород по затрубному пространству, оставляют скважину на период ожидания затвердевания цемента, образующего верхний цементный мост, с оставлением выше него закаченной пульпой, осуществляют испытание верхнего цементного моста на прочность и герметичность, приподнимают колонну насосно-компрессорных труб до кровли многолетнемерзлых пород, закачивают через нее незамерзающую жидкость, в качестве которой используют водометанольный раствор, взятый в соотношении вода:метанол, равном 40:60, затем скважину герметизируют путем установки на устье скважины устьевой арматуры с задвижкой и глухим фланцем либо бетонной тумбы.
2. Способ утилизации отходов бурения по п. 1, отличающийся тем, что указанный цементный раствор затворяют на водометанольном растворе, взятом в соотношении метанол:вода, равном 40:60, или на буровых сточных водах.
3. Способ утилизации отходов бурения по п. 1, отличающийся тем, что добавляют к объему приготовленной к закачке пульпе 5% углеводородный состав.
4. Способ утилизации отходов бурения по п. 3, отличающийся тем, что в качестве углеводородного состава используют нефть, или дизельное топливо, или отработанное масло.
5. Способ утилизации отходов бурения по п. 1, отличающийся тем, что добавляют к объему приготовленной к закачке пульпе связующий состав, в качестве которого используют КМЦ в количестве не более 0,2% к 10 м3 пульпы.
