СИСТЕМА ЗАМКНУТОГО ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН Российский патент 2003 года по МПК E21B21/06 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при бурении скважин, например, на нефть или газ. Водопотребление при строительстве скважин значительно и предназначено для обеспечения водой всех производственных операций, вспомогательных работ, а также хозяйственно-бытовых нужд. В основном технологическом процессе бурения вода расходуется на приготовление промывочной жидкости, тампонажного раствора, на дефектоскопию бурового инструмента, приготовление пара для питания систем теплоснабжения и другие нужды.

Сточные воды поисково-разведочных и эксплуатационных скважин являются одной из главных причин загрязнения природных вод в нефтегазоносных районах. Существенное снижение загрязнения окружающей среды при бурении скважин достигается применением замкнутой системы водоснабжения буровых, обеспечивающей оборотное использование воды и последующий ее возврат в природный кругооборот с допустимыми параметрами по содержанию токсичных примесей.

Известна система оборотного водоснабжения при бурении скважин фирмы "Браун" (США), в которой подготовка бурового раствора и использование в этом процессе оборотной воды базируется на флокулянтах специального состава и флокуляторах оригинальной конструкции.

Недостатком системы является отсутствие в ней схемы доочистки оборотных и сточных вод до параметров по токсичности, определяемых требованиями обеспечения экологической безопасности. Так как процесс флокуляции предусматривает использование при водоподготовке воды для оборотного цикла буровой различного вида синтетических химических реагентов, отведение использованных водных потоков на рельеф, особенно в северных районах страны, может быть весьма проблематичным.

Известна система замкнутого оборотного водоснабжения при бурении скважин по авторскому свидетельству СССР 1571203, кл. МКИ Е 21 В 21/06, публ. 15.06.90, предусматривающая доочистку оборотных сточных вод перед сбросом их на рельеф с помощью фильтров и мембранной технологии, включающая блок приготовления и контур циркуляции бурового раствора, контур циркуляции оборотной воды со сборником оборотных и сточных вод и контур доочистки воды.

Недостатками данной системы замкнутого оборотного водоснабжения при бурении скважин являются:
1. Низкая производительность системы доочистки буровых сточных вод и малый срок службы из-за большого количества взвешенных веществ и других ингредиентов, входящих в состав фугата, что в свою очередь вызывает сомнения в обеспечении степени доочистки потока до нормативно чистой воды.

2. Снижение токсичности фугата требует значительного разбавления поступающей на доочистку буровой сточной воды, обработанной в блоках химочистки и отделения твердой фазы. Кроме этого, схема доочистки не включена в схему циркуляции оборотной воды, поэтому для возмещения безвозвратных потерь воду необходимо занимать из природного кругооборота.

3. Снижение токсичности шлама в блоке химочистки требует дополнительного расхода воды и применения химреагентов.

4. Отсутствие склада твердых отходов ухудшает общую экологическую обстановку на буровой площади и затрудняет дальнейшую переработку твердых отходов.

Целью предлагаемого изобретения является устранение отмеченных недостатков прототипа, снижение объемов водопотребления при проведении буровых работ и обеспечение экологической безопасности при нефте- и газодобыче, особенно в северных районах.

Указанная цепь достигается тем, что система замкнутого оборотного водоснабжения при бурении скважин, включающая блок приготовления и контур циркуляции бурового раствора, контур циркуляции оборотной воды со сборником оборотной воды и сточных вод и контур доочистки воды содержит склад твердых отходов, контур доочистки воды включен в контур циркуляции оборотной воды и содержит последовательно соединенные сборник оборотных и сточных вод, электрокоагулятор, электрофлотатор и секционную распределительную емкость, причем сборник оборотных и сточных вод выходом соединен с входом секционной распределительной емкости, электрокоагулятор выходом соединен с входом электрофлотатора, а входом с выходом секционной распределительной емкости, а электрофлотатор входом соединен с выходом электрокоагулятора, а выходом с входом секционной распределительной емкости, а сборник оборотных и сточных вод оборудован тонкослойным отстойником и отдельным коллектором, через который своим выходом соединен с входом склада хранения твердых отходов.

Ниже в качестве примера практического использования изобретения приведен один из возможных вариантов системы замкнутого оборотного водоснабжения при бурении скважин. На прилагаемом чертеже приведена технологическая схема предлагаемой системы с указанием входящих в нее блоков и элементов, а также основных соединительных коллекторов.

Предлагаемая система включает вышечный блок 1, соединенный коллектором бурового раствора (КБР) с блоком приготовления бурового раствора 2, а коллектором отработанного раствора (КОР) блок 1 соединен с блоком 3 разделения отработанного раствора на твердую фазу и фугат. Блок 3 коллектором твердых отходов (КТО) соединен со складом твердых отходов 4 (КТО при необходимости может быть оборудован специализированными средствами транспортировки, например скребковым транспортером - на чертеже не показан). Коллектором жидкой фазы (КЖФ) блок 3 соединен со сборником оборотных и сточных вод 5, внутри которого смонтирован тонкослойный отстойник 6 (ТСО).

Контур доочистки воды содержит последовательно соединенные между собой электрокоагулятор 7 и электрофлотатор 8, а также секционную распределительную емкость 9 и насосную станцию 10, обеспечивающую связь аппаратов контура доочистки через секционную распределительную емкость и связь контура доочистки с контуром циркуляции оборотной воды. Насосная станция представляет собой совокупность насосов, обеспечивающих транспортировку обрабатываемых потоков по предлагаемой схеме.

Секция "А" секционной распределительной емкости 9 коллектором 11 соединена с выходом сборника оборотных и сточных вод 5, а коллектором 12 через насосную станцию 10 с входом электрокоагулятора 7. Выход электрофлотатора 8 коллектором 13 соединен с секцией "Б" емкости 9, которая в свою очередь коллектором фильтрации (КФ) 14 через насосную станцию 10 соединена с фильтрационным блоком 15.

Прошедшая фильтрационный блок 15 чистая вода поступает в секцию "В" секционной распределительной емкости 9 и далее или сбрасывается на рельеф по коллектору чистой воды 16 через насосную станцию 10 или по коллектору оборотной воды (КОВ) 17 при закрытых запорных элементах 18 и 19 подается в блок приготовления бурового раствора 2, или по коллектору чистой воды 16 при закрытых запорных элементах 18 и 20 и открытом запорном элементе 19 в резервуар чистой воды 21.

Склад твердых отходов 4 коллектором избыточной влаги (КИВ) 22 соединен со входом сборника оборотных и сточных вод 5, который иловым коллектором (ИК) 30 соединен со складом твердых отходов 4. Для удаления образующейся в процессе очистки воды пены электрокоагулятор 7 и электрофлотатор 8 снабжены пеносборником и коллектором пеноотведения (КП) 23, по которому пена с загрязнениями, извлеченными из сточных вод, поступает на вход блока разделения отработанного раствора 3.

Кроме вышесказанного, резервуар чистой воды 21 через коллектор 24 и запорный элемент 25 может быть подключен к коллектору оборотной воды 17, а блок фильтрации 15 снабжен системой промывки и регенерации фильтрующей загрузки, которая предусматривает подачу воды из секции "В" секционной распределительной емкости 9 через насосную станцию 10 по коллектору 26 и открытый запорный элемент 27, при закрытых запорных элементах 18, 19, 20 - на блок фильтрации 15 и отвод воды после промывки по коллектору 28 в секцию "А" секционной распределительной емкости 9 на повторный цикл очистки совместно с основным потоком.

Заявляемая система замкнутого оборотного водоснабжения при бурении скважин работает следующим образом. Все необходимые для приготовления и корректировки бурового раствора компоненты поступают в блок 2. Требуемая при этом вода подается в блок 2 или непосредственно из резервуара 21, где накапливается резерв чистой воды, или из секции "В" секционной распределительной емкости 9 через насосную станцию 10 и систему коллекторов 16 и 17 при закрытых запорных элементах 18, 19, 27.

Приготовленный буровой раствор по коллектору КБР подается на вышечный блок 1 для обеспечения процесса бурения. Отработанный буровой раствор по коллектору КОР поступает в блок 3 разделения отработанного раствора на фракции (твердую фазу и фугат). Отделенная в блоке 3 твердая фаза по коллектору КТО поступает на склад 4 твердых отходов, а жидкая составляющая (фугат) по коллектору КЖФ подается в сборник 5 оборотных и сточных вод. Проходя смонтированный в сборнике 5 ТСО 6, вода на 70% очищается от взвешенных веществ и частично - от плавающих на поверхности нефтепродуктов. Далее с выхода сборника 5 по коллектору 11 предварительно очищенный водный поток поступает в секцию "А" емкости 9. Из секции "А" по коллектору 12 через насосную станцию 10 вода подается на вход электрокоагулятора 7. На электроды коагулятора от выпрямителя подается рабочее напряжения 12-24 В. При этом на аноде (+) происходит растворение материала электродов (железо, алюминий или сплавы), на катоде (-) происходит выделение водорода. В межэлектродном пространстве в воде образуются хлопья коагулянта, которые адсорбируют на себя присутствующие в воде загрязнения и захваченные потоками выделяющегося газа выносятся на поверхность воды и пенным коллектором 23 возвращаются на вход блока 3.

После электрокоагулятора 7 вода поступает в электрофлотатор 8, электроды которого также подключены к выпрямителю с рабочем напряжением 12-24 В. При этом на аноде (+), выполненном из малорастворимого материала, идут интенсивные процессы окисления органических примесей, а на катоде происходит интенсивная газогенерация, что способствует очистке сточных вод от мелкодисперсных загрязнений, включая коллоидные частицы, которые также всплывают на поверхность воды в виде пены, которая поступает в пеноприемник и по коллектору пеноотведения 23 отводится на вход блока 3. После прохождения очищаемого потока через электрофлотатор вода самотеком поступает в секцию "Б" секционной распределительной емкости 9, откуда по коллектору 14 через насосную станцию 10 вода подается в блок фильтрации 15. Отфильтрованная в блоке 12 вода поступает самотеком в секцию "В" емкости 9, откуда по коллектору 16 через насосную станцию 10 при закрытых запорных элементах 18, 20 и 27 и открытом запорном элементе 19 поступает в резервуар чистой воды 21, или при закрытых запорных элементах 18, 19 и 27 и открытом запорном элементе 20 вода по коллектору оборотной воды 17 может быть подана в блок приготовления бурового раствора 2. В случае возникновения излишков очищенной воды при закрытых элементах 19, 20 и 27 и открытом запорном элементе 18 вода из секции "В" по коллектору 16 через насосную станцию 10 возвращается в природный кругооборот с показателями допустимых концентраций загрязнений.

При обнаружении недопустимых показателей очищенной воды после блока фильтрации последний при открытых запорных элементах 27 и 29 через насосную станцию 10 подключается к системе промывки и регенерации. При этом промывная вода по коллектору 28 отводится в секцию "А" емкости 9 на цикл полной глубокой доочистки совместно с основным очищаемым потоком.

Для предотвращения неконтролируемого сброса неочищенной воды на рельеф из склада твердых отходов при его переполнении, например, паводковыми водами склад 4 твердых отходов коллектором избыточной влаги 22 соединен с входом сборника 5 оборотных и сточных вод. А для устранения осадка, который накапливается перед тонкослойным отстойником в сборнике 5 оборотных и сточных вод, последний соединен со складом 4 отдельным иловым коллектором 30.

Заявляемая система замкнутого оборотного водоснабжения была реализована и проверена в условиях эксплуатации на буровой скважине 1 Южно-Вангурейская, г. Нарьян-Мар Архангельской области. Технологическая схема очистки буровых сточных вод позволила организовать повторное использование очищенной воды и осуществить возврат ее излишков в природный кругооборот. Результаты проверки эффективности очистки буровых сточных вод приводятся в Заключении Института Токсикологии Минздравмедпрома Российской Федерации.

Система замкнутого оборотного водоснабжения предназначена для водообеспечения при бурении скважин. Система включает блок приготовления и контур циркуляции бурового раствора, который содержит сборник оборотных и сточных вод и контур доочистки воды. Контур доочистки воды включен в контур циркуляции оборотной воды и содержит последовательно соединенные сборник оборотных и сточных вод, электрокоагулятор, электрофлотатор и секционную распределительную емкость. Сборник оборотных и сточных вод выходом соединен с входом секционной распределительной емкости. Электрокоагулятор выходом соединен с входом электрофлотатора, а входом - с выходом секционной распределительной емкости. Электрофлотатор входом соединен с выходом электрокоагулятора, а выходом - с входом секционной распределительной емкости. Сборник оборотных и сточных вод оборудован тонкослойным отстойником и отдельным коллектором, через который своим выходом соединен с входом склада хранения твердых отходов. Изобретение позволяет снизить объемы водопотребления при проведении буровых работ и обеспечить экологическую безопасность при нефте- и газодобыче. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Система замкнутого оборотного водоснабжения при бурении скважин, включающая блок приготовления и контур циркуляции бурового раствора, контур циркуляции оборотной воды со сборником оборотных и сточных вод и контур доочистки воды, отличающаяся тем, что она содержит склад хранения твердых отходов, контур доочистки воды включен в контур циркуляции оборотной воды и содержит последовательно соединенные сборник оборотных и сточных вод, электрокоагулятор, электрофлотатор и секционную распределительную емкость, причем сборник оборотных и сточных вод выходом соединен с входом секционной распределительной емкости, электрокоагулятор выходом соединен с входом электрофлотатора, а входом с выходом секционной распределительной емкости, а электрофлотатор входом соединен с выходом электрокоагулятора, а выходом с входом секционной распределительной емкости. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что сборник оборотных и сточных вод оборудован тонкослойным отстойником и отдельным коллектором, через который своим выходом соединен с входом склада хранения твердых отходов.