Экозащитные технологические мероприятия на нефтегазовых объектах

Выбор плотности и типа бурового раствора

При бурении скважин возникают всевозможные осложнения. Основные из них - поглощение бурового раствора, обрушение стенок и нарушение целостности ствола скважины, газонефтяной выброс. Эти осложнения не возникают обособленно. Исключая одно из перечисленных осложнений, можно вызвать другое.

Основным способом регулирования давления в скважине является изменение плотности бурового раствора (промывочной жидкости). Опасность потери устойчивости стенок ствола скважины, опасность возникновения гидравлического разрыва горных пород, а также необходимость создания нормального противодавления на пласты требуют одновременного обеспечения трех условий при подборе и назначении плотности бурового раствора. В реальных условиях эти требования не всегда можно удовлетворить.

Геологические и гидрогеологические условия бурения могут обеспечить следующие соотношения критических значений плотности растворов.

Первое соотношение:

( 8.1)

где - минимальная плотность бурового раствора, меньше значения которой происходит обрушение стенок скважины: - минимальная плотность раствора, обеспечивающая нормальное противодавление в скважине и исключающая ее фонтанирование: —максимально допустимая плотность раствора, при превышении значения которой возникает гидравлический разрыв горной породы и уход раствора в пласт.

В этом случае условия бурения нормальные и рекомендуется применение раствора (промывочной жидкости) с плотностью обеспечивающей нормальное противодавление на пласт.

Второе соотношение:

( 8.2)

В этом случае условия бурения осложненные и во избежание обрушения стенок скважины рекомендуется назначить компромиссное значение плотности раствора . При этом возможно поглощение бурового раствора.

Третье соотношение:

( 8.3)

В последнем случае условия бурения очень сложные. Компромиссным значением плотности бурового раствора является . Здесь является относительным пластовым давлением. Это тот случай, когда используется технология бурения при "сбалансированном давлении".

Успешная проводка скважин в значительной степени зависит от качества бурового раствора. Применяемый раствор должен отвечать следующим требованиям:

• способствовать повышению скорости проходки;
• исключать опасность загрязнения продуктивного пласта;
• обеспечивать устойчивость ствола скважины;
• поддерживать постоянство СНС в процессе осуществления СПО;
• проявлять высокую термостабильность.

К любому раствору на водной основе можно добавлять детергенты, смазочные добавки и ингибиторы коррозии. Плотность растворов на углеводородной основе можно повышать добавлением карбоната кальция или барита.

Перед началом бурения следует определить состав и свойства растворов для каждого разбуриваемого интервала горных пород. Для отдельных площадей, сходных по геолого-техническим условиям, разрабатываются технологические регламенты буровых растворов.

Технологический регламент содержит: литологический состав пород разбуриваемого интервала, конструкцию скважин, интервалы возможных осложнений, пластовое давление, давление гидравлического разрыва пласта (ГРП), температуру пласта, рекомендуемый тип бурового раствора, материалы и реагенты для приготовления и химической обработки раствора, их планируемый расход на один погонный метр скважины.

Технологический регламент составляется на основании обобщения опыта проводки разведочных скважин и должен включать в себя растворы на основе доступных реагентов и материалов.

Таблица 8.1. Примеры применения некоторых буровых растворов

№	Буровой раствор	Главные компоненты	Назначение и условия применения
1	Влажный воздух	Воздух и вода	Быстрое разбуривание твердых пород при незначительном притоке воды. Высокая скорость потока в кольцевом пространстве
2	Пена	Воздух, вода с бентонитом, вспенивающий агент	Разбуривание устойчивых пород. Значительный приток воды. Необходимость удаления крупного шлама при низкой скорости восходящего потока
3	Пресная вода	Пресная вода	Быстрое разбуривание устойчивых пластов. Требуются большие отстойники, флокулянты и обильное водоснабжение
4	Расворы с низким содержанием твердой фазы	Пресная вода, полимер, бентонит	Быстрое бурение в устойчивых породах. Низкая стоимость. Загрязняются растворимыми солями
5	Известковые растворы	Вода, бентонит или местные глины, известь, хромлигносульфонат	Разбуривание глинистых сланцев. Допустимая температура . Небольшая солестойкость
6	Калиевые растворы	Хлорид калия, био- или целлюлозный полимер, бентонит	Обеспечивается устойчивость ствола скважины. Высокая скорость бурения,
7	Битумные растворы	Дизельное топливо, битум, эмульгаторы, 2-10% воды	Можно разработать раствор любой плотности. Термостабильность до

Методы и техника утилизации отходов бурения

Строительство нефтяных и газовых скважин сопровождается образованием значительных объемов отходов бурения, отрицательно действующих на окружающую среду: загрязняются недра, почвы и водные объекты; сокращаются лесные и земельные фонды.

Большое значение при ведении буровых работ имеют технико-экономические аспекты охраны окружающей природной среды, заключающиеся в рациональном выборе технологии и технических средств, которые обеспечивают реализацию необходимых природоохранных мероприятий.

Основные источники загрязнения окружающей среды при бурении:

• промывочные жидкости и реагенты, используемые для регулирования ее свойств (табл. 8.2);
• частицы горных пород, выносимые потоком промывочной жидкости из скважины;
• пластовые жидкости, выходящие из скважины с потоком промывочной жидкости либо изливающиеся во время газонефтепроявлений, при освоении и испытании;
• нефть и нефтепродукты.

Химические реагенты используются также и при разработке нефтяных месторождений методом поддержания пластового давления. В случае внутриконтурного заводнения пластов расход воды составляет до 2 на тонну добытой нефти, а при площадном заводнении - более 15 на тонну добытой нефти.

Наибольший объем отходов бурения составляют буровые сточные воды (БСВ), представляющие собой многокомпонентные суспензии, содержащие нефть и нефтепродукты, минеральные и органические вещества. В сточных водах в растворенном виде присутствуют минеральные соли натрия, калия, кальция, магния и химические реагенты. Нефтепродукты находятся в БСВ в эмульгированном и растворенном состояниях. Минеральная часть взвешенных веществ состоит из частиц глины, утяжелителя и выбуренной породы. Высокий уровень загрязненности БСВ не допускает их сброса в объекты природной среды без предварительной очистки.

Перед началом буровых работ необходимо снимать слой почвы со всей площади, отводимой под строительство скважины, а после окончания бурения почвенный слой вновь восстанавливается. Наиболее рациональным и экологически оправданным методом утилизации БСВ является переход на замкнутый цикл водоснабжения буровой установки, что обеспечит снижение норм водопотребления. Например, сточные воды можно использовать для приготовления тампонажных растворов. После окончания строительства скважины БСВ и отходы буровых растворов (ОБР) следует вывозить на соседние скважины для повторного использования.

Для очистки БСВ используют механические и физико-химические методы. Метод механической очистки включает отстаивание, центрифугирование, фильтрование и позволяет удалять все примеси за исключением коллоидных фракций. В гидроциклонах и на центрифугах можно удалить из БСВ до 70% взвешенных частиц. Лучшие результаты достигаются при фильтрации БСВ через пористые материалы. Наиболее эффективно очищаются БСВ с помощью коагулянтов - солей алюминия и железа. При высокой загрязненности БСВ используются совместно коагулянты и флоккулянты - растворимые высокомолекулярные соединения.

Перспективен биохимический метод очистки БСВ, основанный на способности некоторых микроорганизмов извлекать из воды органические вещества различного генезиса и использовать их в качестве питательного субстрата.

В составе отходов буровых растворов (ОБР), буровых шламов (БШ) и буровых сточных вод (БСВ) содержится повышенное содержание растворимых солей и многих классов органических веществ, в том числе нефти и нефтепродуктов. В ОБР содержание загрязняющей органики, оцениваемой по величине показателя химического потребления кислорода (ХПК), достигает 50 г/л, а нефти и нефтепродуктов - более 15%. При назначении составов буровых растворов следует использовать малотоксичные материалы и химические реагенты (КМЦ, КССБ, , , графит) и сокращать объемы использования нести в качестве противоприхватной добавки. В качестве смазочной добавки можно использовать графит, ФК-2000 и др.

Для обработки буровых растворов используются сотни химических реагентов, и не для всех из них определены ПДК. Поэтому регламентировать отходы по степени их токсического воздействия на окружающую среду не всегда представляется возможным.

Наиболее токсичными реагентами являются баритовый утяжелитель, известь, каустическая сода и бихромат калия. Например, значения ПДК в водных объектах для некоторых используемых в составе буровых растворов материалов следующие: сульфонол НП-1 - 200; ОП-7 - 500; барит - 50; УЩР-500; ССБ-20; каустическая сода - 50 мг/л.

Составы применяемых растворов зависят от многих факторов. Например, при бурении отложений солей Прикаспийской низменности в интервале 700-4000 м использовался высокоминерализованный неофтеэмульсионный буровой раствор. Последующее вскрытие продуктивного горизонта, представленного карбонатными породами на глубине 4000-5000 м, осуществлялось с применением известково-битумного утяжеленного баритом раствора. В состав этого раствора входили известь, битум, дизельное топливо, утяжелитель, реагент-нейтрализатор сероводорода ЖС-7, сульфонол, СМАД и эмультал.

Представление о количестве получающихся отходов бурения можно получить из следующего примера. На Тенгизском месторождении (Казахстан) общее количество отходов в амбарах пробуренных 72 скважин составило 220 тыс. т. общий объем которых - более 120 тыс. . В среднем количество отходов буровых растворов от проходки одной скважины - более 3000 т или 1600 .

При проектной вместимости одного амбара 5000 отходы химических реагентов и материалов заняли третью часть вместимости амбара. При этом содержание нефти, битума и дизельного топлива в одном амбаре составило более 1000 т. Кроме этого в шламовый амбар также сбрасывался избыток тампонажного раствора.

Для снижения утечек загрязняющих веществ в подстилающие грунты ложе шламовых амбаров устилают гидроизоляционными покрытиями. Одним из способов является укладка глинистого или суглинистого экрана по всему ложу шламох-ранилища. Скорость фильтрации Ужидкости через экран толщиной определяется с помощью уравнения Дарси:

( 8.4)

где - коэффициент фильтрации материала, из которого выполнен экран; - напор фильтрации, равный глубине жидкости в шламохранилище.

Ориентировочные значения коэффициента фильтрации грунтов следующие (м/сут): глина - 0,001; суглинок 0,01 - 0,1; песок пылеватый - 1,0; песок среднезернистый - 10 м/сут. Коэффициент фильтрации и проницаемость горных пород связаны между собой следующим соотношением:

( 8.5)

где и - плотность и динамическая вязкость фильтрующей жидкости или газа.

Утечки жидкости через ложе шламохранилища (амбара) определяются как произведение скорости фильтрации (8.4) на площадь фильтрации ( рис. 8.2, а).

Удельный расход жидкости через прямоугольную перемычку, расположенную на водоупоре и выполненную из однородного грунта ( рис. 8.2, б), определяется следующим уравнением:

( 8.6)

Рис. 8.2. Фильтрация через грунтовые водоупорные элементы

Остальной объем амбара заполнялся выбуренной породой, а после технической рекультивации - грунтом, вынутым при строительстве амбара. Подобный способ захоронения полужидкой массы отходов бурения в шламовых амбарах на территории буровой практикуется почти повсеместно. Способ локализации отходов бурения посредством засыпки котлованов без их обезвреживания не решает полностью задачи защиты почвы и грунтовых вод от загрязнения отходами.

Основным направлением утилизации отработанных буровых растворов (ОБР) остается их повторное использование для бурения новых скважин и крепления стволов скважин. Самым доступным методом ликвидации ОБР и бурового шлама (БШ) является их захоронение в земляных амбарах непосредственно на буровой. При этом обязательным условием является обезвреживание захороненной массы.

Наиболее простым способом обезвреживания и утилизации ОБР является их отверждение с помощью минеральных вяжущих материалов с активирующими добавками: окись алюминия, жидкое стекло, хлорид железа. Используются также вяжущие на основе полимерных материалов. Проблемы очистки и утилизации всех отходов бурения целесообразно решать в комплексе - такая технологическая политика является основной среди нефтедобывающих компаний.

Рекультивация нарушенных территорий - это комплекс мероприятий по восстановлению нарушенного почвенного покрова, биоресурсов, природной и геологической среды. Процессы рекультивации должны носить системный характер и занимать равное положение с процессами эксплуатации недр. Рекультивация земель должна осуществляться за счет средств добывающих компаний. Эти средства должны входить в себестоимость готовой продукции.