СПОСОБ ЛИКВИДАЦИИ ЗЕМЛЯНОГО АМБАРА-НАКОПИТЕЛЯ ОТХОДОВ БУРЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК E02B3/16 C09K7/02 

Изобретение относится к области охраны окружающей природной среды, в частности к способам ликвидации амбаров-накопителей отходов бурения нефтяных и газовых скважин.

Известен способ ликвидации земляных амбаров, содержащих отходы бурения, заключающийся в удалении части осветленной жидкой фазы в результате естественного испарения и последующей засыпке загущенной фазы минеральным грунтом [1]
Недостатком данного способа является значительная продолжительность ликвидации, так как только для предварительного подсыхания содержимого амбара требуется не менее 2-3 лет. Кроме того, из-за продолжительного контакта жидких отходов с атмосферой и грунтом низка эффективность защиты объектов окружающей природной среды.

Наиболее близким к изобретению техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ ликвидации отстойно-поглотительного котлована, включающий отрывку котлована, возведение противофильтрационного глинистого экрана, заполнение котлована отработанным буровым раствором, расслоение отработанного бурового раствора на загущенную и осветленную фазы, удаление осветленной фазы, отверждение загущенной фазы с образованием верхнего твердого слоя, нанесение непроницаемого экрана и засыпку отстойно-поглотительного котлована минеральным грунтом [2]
Однако известный способ имеет следующие недостатки. Величина продолжительность ликвидации. Это связано с тем, что время ликвидации, определяемое производительностью используемых механизмов (насосов, цементировочных агрегатов) и скоростью происходящих при обработке отходов процессов, тем больше, чем больше объем накопленных в котловане отходов. В известном способе к ликвидации котлована приступают только по окончании заполнения его отходами, когда завершено строительство скважины и накоплен максимальный объем отходов (при глубоком бурении он достигает 10000 м³). Другой недостаток заключается в том, что чем больше объем жидких отходов, содержащих вредные вещества, и продолжительность их контакта с объектами окружающей природной среды, тем ниже эффективность ее защиты. В известном способе объем отходов и продолжительность контакта значительны. Кроме того при возведении противофильтрационного экрана отмечается низкое качество и надежность его нанесения на боковые стенки котлована. В результате этого не исключается горизонтальная фильтрация жидких отходов через боковые стенки котлована и, следовательно, загрязнение грунтовых вод.

Целью изобретения является повышение защиты грунтовых вод от загрязнения путем локализации и предотвращения распространения загрязненных грунтовых вод жидкими отходами бурения в результате горизонтальной фильтрации через боковые стенки амбара-накопителя, исключения применения строительных материалов, утилизация многотоннажных промышленных отходов и сокращения размеров амбара-накопителя.

Цель достигается тем, что по способу ликвидации земляного амбара-накопителя отходов бурения, включающему отрывку котлована, возведение противофильтрационного экрана, заполнение амбара-накопителя отходами бурения, расслоение отходов бурения на загущенную и осветленную фазы, удаление осветленной жидкой фазы, отверждение загущенной фазы с образованием верхнего твердого слоя, нанесение непроницаемого экрана и засыпку амбара-накопителя минеральным грунтом, согласно изобретению перед заполнением амбара-накопителя отходами бурения с внешней стороны его периметра выполняют замкнутую узкую траншею, заполняют ее противофильтрационным материалом, образующим тело завесы типа "стена в грунте", причем в качестве противофильтрационного материала, образующего тело завесы, используют отработанный буровой раствор, отверждаемый в траншее консолидирующими добавками.

Другим отличием изобретения является то, что траншею отрывают до захода ее дна в водоупор на глубину h=0,5-2 м.

Отличием изобретения является также то, что отрывку замкнутой траншеи осуществляют на расстояние l=3-10 м от внешней стороны периметра амбара-накопителя.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что перед заполнением амбара-накопителя отходами бурения с внешней стороны его периметра выполняют замкнутую узкую траншею, заполняют ее противофильтрационным материалом, образующим тело завесы типа "стена в грунте", при этом в качестве противофильтрационного материала, образующего тело завесы, используют отработанный буровой раствор, отверждаемый в траншее консолидирующими добавками, причем траншею отрывают до захода ее дна в водоупор.

Известна противофильтрационная завеса (авт. св. СССР N 1654433, кл. Е 02 В 3/16, 29.07.88), в которой в качестве материала заполнения траншеи, образующего тело противофильтрационной завесы, устраиваемой способом "стена в грунте", используют сапропель. Однако утилизируемые в заявляемом техническом решении многотоннажные отходы в виде отверждаемого консолидирующими добавками отработанного бурового раствора имеют совершенно другое происхождение и более высокие противофильтрационные свойства.

Выполнение перед заполнением амбара-накопителя отходами бурения с внешней стороны его периметра замкнутой узкой траншеи, заполнение ее противофильтрационным материалом, образующим тело завесы типа "стена в грунте" повышают защиту грунтовых вод и обеспечивают локализацию распространения загрязненных грунтовых вод жидкими отходами в результате горизонтальной фильтрации отходов через некачественно выполненный противофильтрационный экран на боковых стенках земляного амбара или при отсутствии экрана на его боковых стенках.

Использование при заполнении траншеи в качестве противофильтрационного материала отверждаемого в траншее консолидирующими добавками отработанного бурового раствора позволяет снизить или исключить полностью применение строительных материалов для противофильтрационной завесы, возводимой методом "стена в грунте", утилизировать многотоннажные промышленные отходы бурения нефтяных и газовых скважин.

Выполнение замкнутой узкой траншеи до захода ее дна в водоупор позволяет повысить защиту грунтовых вод от загрязнения путем обеспечения дополнительного противофильтрационного экрана земляного амбара-накопителя, представляющего собой с одной стороны вертикальную замкнутую противофильтрационную завесу, а с другой естественное горизонтальное водоупорное днище. Таким образом значительно снижается вредное воздействие отходов бурения на объекты окружающей природной среды.

Возведение замкнутой узкой траншеи на расстоянии l=3-10 м от внешней стороны периметра амбара-накопителя обусловлено необходимостью обеспечения надежности и сохранности противофильтрационной завесы и возможного размещения вала вокруг амбара-накопителя. При выполнении этого расстояния менее 3 м возможно обрушение стенок амбара-накопителя, а превышение этого расстояния более 10 м приводит к неоправданному увеличению размеров площадки для захоронения отходов бурения при ликвидации амбара-накопителя.

Глубина h= 0,5-2 м отрывки траншеи до захода ее дна в водоупор выбрана исходя из необходимости надежного защемления консоли в виде вертикальной стенки замкнутой противофильтрационной завесы в водоупорном грунте. Уменьшение глубины h= 0,5 м приводит к снижению противофильтрационных свойств системы замкнутая противофильтрационная завеса водоупорный грунт в месте их сопряжения. Увеличение глубины h=2 м при незначительном улучшении противофильтрационных свойств упомянутой системы увеличивает объем земляных работ.

На фиг. 1 изображен земляной амбар-накопитель, вид сверху; на фиг.2 показано сечение А-А на фиг.1.

Способ осуществляют следующим образом.

Отрывают котлован в минеральном грунте и возводят противофильтрационный экран на дне и боковых стенках котлована. Отрывают с внешней стороны периметра амбара-накопителя узкую замкнутую траншею до захода ее дна в водоупор и заполняют ее противофильтрационным материалом, образующим тело завесы, возводимой методом "стена в грунте". Отверждают в траншее консолидирующими добавками противофильтрационный материал в виде отработанного бурового раствора. Заполняют амбар-накопитель отходами бурения и расслаивают их на загущенную и осветленную жидкую фазы. Удаляют осветленную жидкую фазу и отверждают загущенную фазу отходов бурения в амбаре-накопителе с образованием верхнего твердого слоя. Наносят непроницаемый экран на образованный верхний твердый слой отвержденной загущенной фазы. Засыпают амбар-накопитель минеральным грунтом.

На территории буровой площадки скважины 1 (фиг.1) имеются сливная труба 2, блок 3 очистки бурового раствора с виброситами 4, сбросной лоток 5. В проницаемом грунте 6 (фиг.2) отрыт котлован 7 с дном 8, пологими боковыми стенками 9 и противофильтрационным экраном 10, образующие амбар-накопитель отходов бурения. Под дном 8 котлована 7 имеются грунтовые воды с уровнем 11 и водоупорный грунт 12. С внешней стороны периметра амбара-накопителя отрыта узкая замкнутая траншея 13 с дном 14. В траншее 13 имеется противофильтрационный материал 15. В амбаре-накопителе аккумулируются отходы бурения: в нижней части загущенная фаза 16, усиливающая противофильтрационные свойства экрана 10 на дне 8, а в верхней части осветленная жидкая фаза 17.

Пример конкретной реализации.

В проницаемом грунте 6 механизированным способом отрыт котлован 7 объемом 10000 м³ с размерами 50х50х4 м. Дно 8 и боковые стенки 9 котлована покрывают противофильтрационным экраном 10, например глинистой пастой. До затвердевания вследствие гравитации полужидкая глинистая паста стекает по пологим боковым стенкам 9 к дну 8, в результате чего качество и надежность противофильтрационного экрана не обеспечивает предотвращения загрязнения грунтовых вод вследствие горизонтальной фильтрации 18 жидких отходов бурения. Однако в результате стока глинистой пасты с боковых стенок 9 котлована 7 усиливаются противофильтрационные свойства дна 8.

С внешней стороны периметра амбара-накопителя на расстоянии l=3 м механизированным способом, например экскаватором, отрывают узкую замкнутую траншею 13. Ширина траншеи 13 определяется шириной ковша экскаватора и составляет 0,6-0,8 м. Глубина траншеи превышает глубину земляного амбара-накопителя, а дно 14 погружено в водоупорный грунт 12 на глубину h=0,5 м.

Перед заполнением амбара-накопителя отходами бурения траншею 13 заполняют отработанным буровым раствором, доставленным с других бурящихся скважин в автоцистернах или наработанным на данной буровой скважине 1 при бурении под кондуктор на глубину 500-800 м. В этом интервале при проходке пресноводных горизонтов используют экологически безвредные буровые растворы. Одновременно с заполнением траншеи 13 отработанный буровой раствор подвергают обработке консолидирующими добавками путем гидравлического или механического перемешивания компонентов, в результате чего раствор отверждается, приобретая механическую прочность, в траншее 13 с образованием водонепроницаемой противофильтрационной завесы типа "стена в грунте".

В качестве консолидирующих добавок для отверждения отработанного бурового раствора могут использоваться фосфогипсополугидрат, карбамидная смола с двойным суперфосфатом, состав "Роса", полиизоционаты типа ИПГ-4500 "Буретан" или "Хайсел" или другие композиции (Шеметов В.Ю. Ликвидация шламовых амбаров при строительстве скважин. М. ВНИИОЭНГ, 1989. Обзор. информ. Сер. Борьба с коррозией и защита окружающей среды). В данном примере используются полиизоционаты типа ИПГ-4500. При этом утилизируется около 900 м³ отработанного бурового раствора, высвобождая тем самым этот объем из амбара-накопителя, размеры которого могут быть сокращены.

В совокупности с естественным дном в виде водоупора 12 с защемленной в нем консолью в виде вертикальной противофильтрационной завесы, возводимой методом "стена в грунте", обеспечивается надежная локализация потенциального распространения загрязненных грунтовых вод жидкими отходами 17 в результате горизонтальной фильтрации 18.

После отверждения отработанного бурового раствора в траншее 13 начинают бурение скважины 1 и заполнение амбара-накопителя отходами бурения, включающими выбуренную породу, отработанный буровой раствор и буровые сточные воды. Расслоение отходов бурения на загущенную 16 и осветленную 17 жидкую фазы осуществляют методом реагентной коагуляции. Для введения реагентов и смешения их с жидкими отходами в технологической схеме используют эжекторный гидросмеситель (не показан). В смеситель жидкие отходы из амбара-накопителя подают насосом (штатным буровым типа У8-6М или насосом цементировочного агрегата типа ЦА320, или штамовым центробежным насосом типа ШН-150). Выходя из сопла в приемную камеру гидросмесителя с высокой скоростью жидкие отходы увлекают за собой поступающий в эту же камеру через вводной патрубок раствор коагулянта (10%-ный водный раствор сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃ из ориентировочного расчета 1,5 кг на 1 м³ жидких отходов. При этом происходит смешение двух потоков и обмен энергией между ними. Затем рабочий и инжектируемый потоки поступают в камеру смешения, где происходит выравнивание скоростей, а также химическое взаимодействие между коагулянтом и жидкими отходами. Время пребывания потока в камере смешения составляет 0,05-0,1 с, но оно, как показали исследования, вполне достаточно для равномерного распределения коагулянта в отходах. Из камеры смешения поток поступает в трубопровод, в котором хлопьеобразование практически заканчивается. Обработанные жидкие отходы возвращают в амбар-накопитель со стороны, противоположной ее забору, для обработки, где в течение 1,5-2 ч происходит их расслоение на загущенную 16 и осветленную 17 фазы. Осветленную фазу 17 откачивают центробежным насосом в напорный резервуар для использования в технологической системе оборотного водоснабжения буровой.

Подвижную часть загущенной фазы 16 подвергают отверждению путем гидравлического перемешивания ее с консолидирующей добавкой, например полимерным реагентом, представляющим собой раствор окиси полиалкилена в метилэтилкетоне (Кагарманов Н.Ф. и др. Утилизация отработанных буровых растворов. Безопасность труда в промышленности. 1982, N 4, с. 24, 25). Полимерный отверждающий реагент из бочки сливают со скоростью 3-4 л/мин по металлическому желобу (не показан) в амбар-накопитель с отверждаемой фазой 16 и перемешивают раствор с помощью цементировочного агрегата типа ЦА320. Во избежание отверждения раствора в цементировочном агрегате и для обеспечения круговой циркуляции его отбирают в одном конце амбара-накопителя, а подают в противоположный конец в место слива реагента. Это обеспечивает интенсивное перемешивание и равномерное распределение реагента по всему объему амбара-накопителя. Добавка реагента составляет 2-8% объема раствора. Через 5-8 мин перемешивания начинает наступать отверждение раствора, а через 30 мин отвержденный раствор уже выдерживает массу человека. По истечении 3-5 сут (после набора отвержденной смесью необходимой порочности не менее 0,1 МПа) на отвержденную поверхность наносят непроницаемый экран из глины толщиной 0,5-0,7 м, который затем засыпают минеральным грунтом из отвала временного хранения.

Использование предлагаемого способа ликвидации земляного амбара-накопителя отходов бурения обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества. Повышается экологическая эффективность защиты грунтовых вод от загрязнения в результате сбора, хранения и захоронения отходов бурения в земляных амбарах-накопителях путем локализации и предотвращения распространения загрязненных грунтовых вод. Исключается применение строительных материалов для возведения противофильтрационной завесы типа "стена в грунте". Утилизируются многотоннажные промышленные отходы бурения в виде отработанного бурового раствора. Сокращаются на 8-25% размеры амбара-накопителя в результате утилизации части отходов бурения в виде отработанного бурового раствора путем использования в качестве материала заполнения траншеи, образующего тело противофильтрационной завесы, возводимой методом "стена в грунте".

Использование: в процессах охраны окружающей среды, в частности в способе ликвидации амбаров-накопителей отходов бурения. Сущность изобретения: способ предусматривает отрывку котлована, возведение противофильтрационного экрана, заполнение амбара-накопителя отходами бурения, расслоение отходов бурения на загущенную и осветленную фазы с образованием верхнего твердого слоя, нанесение непроницаемого экрана и засыпку амбара минеральным грунтом. При этом перед заполнением амбара-накопителя отходами бурения с внешней стороны его периметра выполняют замкнутую узкую траншею, заполняют ее противофильтрационным материалом (отработанным буровым раствором, отвержденным в траншее консолидирующими добавками), образующим тело завесы типа "стена в грунте". 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ЛИКВИДАЦИИ ЗЕМЛЯНОГО АМБАРА-НАКОПИТЕЛЯ ОТХОДОВ БУРЕНИЯ, включающий отрывку котлована, возведение противофильтрационного экрана, заполнение амбара накопителя отходами бурения, рассеяние отходов бурения на загущенную и осветленную фазы, удаление осветленной жидкой фазы, отверждение загущенной фазы с образованием верхнего отвержденного слоя, нанесение непроницаемого экрана и засыпку амбара накопителя минеральным грунтом, отличающийся тем, что возведение противофильтрационного экрана начинают с укладки противофильтрационного материала на дне и стенках котлована, а перед заполнением амбара накопителя отходами бурения с внешней стороны его периметра отрывают замкнутую узкую траншею, заполняют ее противофильтрационным материалом, образуюшим тело завесы типа стена в грунте, при этом траншею отрывают до погружения ее дна в водоупор и на расстоянии от внешней стороны периметра амбара накопителя. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве противофильтрационного материала, образующего тело завесы, используют отработанный буровой раствор, отверждаемый в траншее консолидирующими добавками. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что траншею отрывают до погружения ее дна в водоупор на глубину 0,5 2,0 м. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отрывку замкнутой траншеи осуществляют на расстоянии 3 10 м от внешней стороны периметра амбара - накопителя.