Способ гидрогеодинамической очистки от нефтепродуктов водоносных пластов и гидрогеодинамическая ловушка для нефтепродуктов Российский патент 2018 года по МПК E21B37/00 E02D31/00 E02D19/10 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано на нефтехранилищах светлых нефтепродуктов при устранении загрязнения подземных вод в рамках мер по обеспечению промышленной и экологической безопасности. Изобретение предназначено для очистки от взвешенных нефтепродуктов подземных вод непосредственно в водоносных безнапорных двухслойных пластах, сложенных вверху пористыми коллекторами, внизу - трещиноватыми, что характерно для интрузивных массивов горно-складчатых регионов.

Известен способ очистки от загрязнения смесями светлых нефтепродуктов в безнапорных однородных песчаных пластах (Гидрогеологические основы охраны подземных вод. М., 1984, с. 299-302.), включающий бурение водопонизительных скважин, оборудование их двумя насосами более мощным, размещенным в глубинной части водоносного горизонта, для водозабора и менее мощным, расположенным у зеркала подземных вод и предназначенным для откачки нефтепродуктов. С помощью забора воды из глубины водоносного горизонта создают вокруг скважин воронку депрессии и собирают в нее нефтепродукты, формируя при этом линзу нефтепродуктов. Верхним скважинным насосом откачивают на поверхность собранные нефтепродукты. Известное устройство для сбора нефтепродуктов включает водопонизительную скважину, оборудованную шахтами из бетонных труб, обсадными трубами с гравийной обсыпкой фильтра, глубинный насос для водозабора и насос для перекачки нефтепродуктов, сообщенный с нефтепроводами. Очистка подземных вод в водоносном пласте основана на использовании физического принципа расслоения несмешивающихся жидкостей - воды и нефтепродуктов, различающихся по плотности примерно на 20%.

Недостатками известного технического решения является работа одной скважины в двух режимах откачки воды и нефтепродуктов, что приводит к возможности смешения последних и характеризуется сложностью управления работой, особенно при колебаниях уровня и мощности слоя нефтепродуктов. Необходимость строгого согласования режимов откачки воды и нефтепродуктов приводит к уменьшению скорости забора последних, что снижает эффективность очистки от загрязнения.

Кроме того, при отключении электроэнергии и аварийных остановках насосов, не исключается самоизлив нефтепродуктов на поверхность, что может привести к возникновению пожаров, а также отравлению обслуживающего персонала, что обуславливает недостаточный уровень безопасности применения способа гидрогеодинамической очистки подземных вод интрузивных массивов; низкий уровень экологической безопасности санитарно-защитной зоны нефтехранилищ от неуправляемой миграции взвешенных нефтепродуктов. При этом, большие размеры газогеохимических ареолов.

Наиболее близким по технической сущности к рассматриваемому техническому решению является способ сбора нефтепродуктов из загрязненных водоносных пластов и гидрогеодинамическая ловушка для нефтепродуктов (см. патент №2047542, з. 04.02.1994), включающий бурение водопонизительных скважин, забор через скважины с глубинной части водоносного пласта воды с созданием при этом воронки депрессии и локализацией в ней нефтепродуктов и откачку локализованных нефтепродуктов на поверхность в зоне расположения депрессионной воронки сооружают дренажные траншеи, в которые накапливают собранные нефтепродукты, откачку последних на поверхность осуществляют из дренажных траншей, при этом нижний уровень воронки депрессии поддерживают при водозаборе на уровне не выше уровня подошвы дренажных траншей.

А гидрогеодинамическая ловушка для нефтепродуктов, включающая водопонизительную скважину с расположенным в ее нижней части насосом для забора воды и создания депрессионной воронки, противофильтрационный экран и насос для откачки нефтепродуктов, снабжена горизонтальными дренажными траншеями с колодцами-накопителями, которые выполнены в виде резервуаров с днищами и оборудованы фильтрами и выступающими глухими трубами для предотвращения самоизлива нефтепродуктов, противофильтрационный экран выполнен из горизонтальной на всю площадь воронки депрессии части и соединенной с ней на концах вертикальной опущенной вниз стенки, а насос для откачки нефтепродуктов гидравлически связан с колодцем-накопителем.

Известное техническое решение обосновывает пожаробезопасное устройство гидрогеодинамических ловушек в зоне аэрации водоносных безнапорных двухслойных пластов, типичных для интрузивных массивов. Техническое решение предусматривает увеличение гравитационной емкости песчано-глинистых пород зоны аэрации в центре гидрогеодинамических ловушек: включает в себя сооружение специальных горизонтальных горных выработок, оборудованных фильтрами, для накопления смеси легких нефтепродуктов, которые не вместились в трещинно-жильные коллекторы. Для замедления процесса растекания взвешенных нефтепродуктов при восстановлении уровней подземных вод (в случае аварийных остановок откачек) производится устройство глиняных барражей по периметру основания депрессионного конуса.

Недостатком известного технического решения является недостаточная эффективность сбора нефтепродуктов, низкий уровень безопасности применения способа гидрогеодинамической очистки подземных вод интрузивных массивов; недостаточный уровень экологической безопасности санитарно-защитной зоны нефтехранилищ от неуправляемой миграции взвешенных нефтепродуктов.

При этом формируются больших размеров опасные газогеохимические метановые ареолы над поверхностью накапливающихся нефтепродуктов в горизонтальных горных выработках в зоне аэрации над гидрогеодинамическими ловушками.

Задачей заявляемого изобретения является повышение безопасности извлечения нефтепродуктов за счет увеличения гравитационной емкости трещиноватых интрузивных пород зоны насыщения в центре гидрогеодинамических ловушек - для снижения размеров и глубины формирования опасных газогеохимических метановых ареалов, путем бурения технологических скважин, засыпаемых щебнем или обсаживаемых фильтрами, что предотвратит геориски самоизливов взвешенных нефтепродуктов из воронки депрессии подземных вод, при ограниченном размере (площади) газогеохимических ареалов.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе сбора нефтепродуктов из загрязненных водоносных пластов, включающим поисково-разведочные работы техногенных месторождений, формирование гидрогеодинамических ловушек с изменением в их центре гравитационной емкости трещиноватых магматических пород путем бурения водопонизительных скважин, забор через скважины с глубинной части водоносного пласта воды с созданием при этом воронки депрессии и локализацией в ней нефтепродуктов и откачку локализованных нефтепродуктов на поверхность,

создают вертикально ориентированную гравитационную емкость цилиндрической формы с накопительным объемом, исключающим самоизлив взвешенных нефтепродуктов из воронки депрессии трещиноватых магматических пород в границах техногенного месторождения взвешенных нефтепродуктов увеличенного объема между водопоглощающими и водопонизительными скважинами создают водооборот с одновременной сепарацией взвешенных нефтепродуктов - за счет бурения технологических скважин вокруг водопонизительных скважин, засыпаемых щебнем или обсаживаемых фильтрами.

В способе сбора нефтепродуктов из загрязненных водоносных пластов ловушка снабжена водопоглощающими скважинами, образована вертикально ориентированная гравитационная емкость цилиндрической формы с накопительным объемом, исключающим самоизлив взвешенных нефтепродуктов из воронки депрессии, в границах техногенного месторождения между водопоглощающими и водопонизительными скважинами обеспечена возможность создания водооборота и сепарации взвешенных нефтепродуктов.

Гидрогеодинамическая ловушка для нефтепродуктов, включающая водопонизительную скважину с расположенным в ней насосом для забора воды и создания депрессионной воронки,

снабжена технологическими скважинами вокруг водопонизительных скважин, засыпаемыми щебнем или обсаживаемыми фильтрами, образуя вертикально ориентированную гравитационную емкость цилиндрической формы,

ловушка снабжена водопоглащающими скважинами, создающими гидравлические завесы и водооборот в границах техногенных месторождений взвешенных нефтепродуктов при взаимодействии с водопонизительными скважинами.

Наличие технологических скважин (вокруг водопонизительных скважин), засыпаемых щебнем или обсаживаемых фильтрами, образует вертикально ориентированную гравитационную емкость цилиндрической формы, что увеличивает ее накопительную емкость, что исключает возможность самоизлива взвешенных нефтепродуктов из воронки депрессии подземных вод, повышает безопасность способа.

Формирование гравитационной емкости в виде «цилиндра» приводит к уменьшению размера (площади) газогеохимических ареалов, что повышает удобство эксплуатации.

Наличие поглощающих скважин приводит к предотвращению миграции ВН в санитарно-защитную зону нефтебаз, т.к. создаются гидравлические завесы при наливах или нагнетаниях откачиваемых вод в поглощающие скважины. В водоносных зонах ИГМ образуется водооборот с одновременной сепарацией ВН. При равновеликих объемах накапливающихся ВН в депрессионных конусах и цилиндрах, площади оснований последних и, соответственно опасных газогеохимических аномалий, будут в три раза меньше.

При наличии водопонизительных и водопоглощающих скважин создается водооборот в пространственно-временных границах техногенных месторождений взвешенных нефтепродуктов. Данное техническое решение с примененим водопоглощающих скважин, создающих гидравлические завесы (вместо глиняных барражей), обеспечивает экологическую безопасность санитарно-защитной зоны нефтехранилищ от неуправляемой миграции взвешенных нефтепродуктов.

На рисунке представлена схема формирования техногенного месторождения взвешенных нефтепродуктов при создании депрессии поверхностных подземных вод в интрузивном массиве, состоящая из:

1 - граница технологической гравитационной накопительная емкости в трещиноватых гранитах, образуемая при засыпке через скважины гравийно-галечниковых или дресвяно-щебенистых смесей;

2 - граница, отделяющая песчано-глинистые образования коры выветривания от трещиноватых гранитов;

3 - водопонизительная скважина;

4 - водопоглащающая скважина - для утилизации откачиваемых подземных вод, создания гидравлической завесы и водооборота;

5 - нефтеоткачивающая скважина;

6 - динамический уровень подземных вод;

7 - динамический уровень подземных нефтепродуктов;

8 - резервуар для накопления откачиваемой водо-нефтяной эмульсии;

9 - линия тока воды;

10 - линия тока нефтепродуктов.

11 - граница технологической гравитационной емкости в трещиноватых гранитах, образуемая при засыпке через скважины гравийно-галечниковых или дресвяно-щебенистых смесей;

Гравитационная емкость 1 образована путем пробуревания в трещиноватых гранитах вокруг водопонизительных скважин 3 (на рисунке показана одна скважина) технологических скважин, и засыпания через них гравийно-галечниковых или дресвяно-щебенистых смесей. Гравитационная емкость 1 вертикально ориентированная и имеет увеличенную по сравнению с известными ловушками накопительную емкость. При этом уменьшается площадь воронки депрессии.

Через водопонизительные скважины 3 происходит откачивание подземных вод, при этом образуется депрессионная воронка, ограничивающаяся динамическим уровнем подземных вод 6. В депрессионную воронку собираются подземные нефтепродукты, уровень которых на рисунке определен динамическим уровнем подземных нефтепродуктов 7, которые откачиваются на поверхность через нефтеоткачивающую скважину 5 в резервуар для накопления откачиваемой водо-нефтяной эмульсии 8. На краю депрессионной воронки, ограничивающейся динамическим уровнем подземных вод 6, пробурены водопоглащающие скважины 4 (на рисунке обозначена одна скважина 4) для утилизации откачиваемых подземных вод, и создания гидравлической завесы и водооборота.

Способ гидрогеодинамической очистки от взвешенных нефтепродуктов, загрязняющих интрузивные гранитоидные массивы реализуется через:

- поисково-разведочные работы техногенных месторождений;

- (устройство) формирование гидрогеодинамических ловушек с изменением в их центре гравитационной емкости трещиноватых магматических пород;

- создание водооборота в водоносной зоне с периодическими откачками взвешенных нефтепродуктов на этапе гравитационного режима.

Поиски техногенных месторождений взвешенных смесей нефтепродуктов на поверхности поземных вод в интрузивных массивах следует производить по трем признакам. Техногенные месторождения взвешенных нефтепродуктов имеют пространственно-временные границы в зависимости от объемов выкачиваемых подземных вод. К прямым поисковым признакам в зоне аэрации коры выветривания интрузивных массивов относятся: газогеохимический - при взрывоопасных концентрациях метана 5-50% об.; геохимический - при концентрации сорбированных нефтепродуктов песчаным элювием 1-15% вес. Косвенным поисковым признаком является гидрогеологический, указывающий на водоносные зоны тектонической трещиноватости глубинных пород ИГМ, поскольку только в естественных дренах возможно создание воронок депрессий подземных вод на сравнительно больших площадях.

В ходе предварительной разведки производится обоснование средств очистки по пожаробезопасному устройству гидрогеодинамических ловушек взвешенных нефтепродуктов в зоне контакта пористых и трещиноватых коллекторов интрузивных массивов, характеризуемых резкими изменениями, почти на два порядка, коэффициента гравитационной емкости. Техническое решение по увеличению гравитационной емкости трещиноватых интрузивных пород зоны насыщения заключается в бурении вокруг водопонизительных скважин гидрогеодинамических ловушек технологических скважин, оборудованных фильтрами или засыпаемых щебнем - создающих дополнительную емкость не менее 30 м³. В результате образуется гравитационная емкость в форме цилиндра. Для предотвращения миграции взвешенных нефтепродуктов в санитарно-защитную зону нефтебаз создаются гидравлические завесы при наливах или нагнетаниях откачиваемых вод в поглощающие скважины, сооружаемых в водоносных зонах тектонической трещиноватости интрузивных массивов. В водоносных зонах интрузивных массивов образуется водооборот с одновременной сепарацией взвешенных нефтепродуктов в гидрогеодинамических ловушках. При равновеликих объемах накапливающихся взвешенных нефтепродуктов в депрессионных конусах и цилиндрах, площади оснований последних и, соответственно опасных газогеохимических метановых аномалий, будут в три раза меньше, что свидетельствует о более безопасном устройстве гидрогеодинамических ловушек по сравнению с вариантом увеличения гравитационной емкости кор выветривания в зоне аэрации.

На стадии детальной разведки производится обоснование методов очистки от взвешенных нефтепродуктов подземных вод интрузивных массивов, учитывая анизотропию их емкостных и геофильтрационных свойств. Типовой природной гидрогеологической моделью интрузивных массивов в разрезе следует рассматривать безнапорный двухслойный водоносный пласт, в котором водопроводимость определяется трещиноватыми интрузивными породами, а нефте-водоотдача песчано-глинистыми образованиями коры выветривания. В процессе откачек из двухслойных водоносных пластов динамика нефте-водоотдачи изменяется от упругой до гравитационной. Основное перетекание нефтепродуктов в гидрогеодинамических ловушках происходит на этапе гравитационного режима, который наступает через десятки суток непрерывных откачек подземных вод. Утилизацию откачиваемых подземных вод целесообразно производить нагнетаниями в поглощающие скважины гидрогеодинамических ловушек, одновременно создающие водооборот в водоносных зонах тектонической трещиноватости интрузивных массивов, вымывания сорбированных нефтепродуктов и гидравлические завесы против неуправляемой миграции нефтепродуктов.

При естественных гидравлических уклонах потоков подземных вод в ареалах их загрязнения обычно картируются многочисленные мелкие линзы взвешенных нефтепродуктов мощностью до 1,5 м, разобщенность которых между собой обусловлена литолого-фациальной изменчивостью пасчано-глинистых отложений.

Техногенные месторождения взвешенных нефтепродуктов в зоне аэрации характеризуются тремя поисковыми признаками: газогеохимический, при взрывоопасных концентрациях метана свыше 5% об.; геохимический, при содержаниях сорбированных нефтепродуктов песчаным элювием более 1% вес; а также в зоне насыщения - гидрогеологический, при значениях водопроводимости 50-250 м²/сут водоносных зон тектонической трещиноватости интрузивных массивов.

При обнаружении скоплений взвешенных нефтепродуктов при совмещении трех поисковых признаков: газогеохимического, геохимического и гидрогеологического (основным прямым поисковым признаком в зоне аэрации являются метановые ореолы с взрывоопасными концентрациями), сооружаются гидрогеодинамические ловушки, которые следует рассматривать как подземные очистные сооружения круглогодичного действия.

При устройстве гидрогеодинамических ловушек требуется создание в трещиноватых интрузивных магматических породах гравитационных емкостей, страхующих от самоизливов взвешенных нефтепродуктов при их накоплении в воронках депрессий подземных вод.

Гравитационные емкости в трещиноватых магматических породах на техногенных месторождениях взвешенных нефтепродуктов образуются за счет бурения технологических скважин, засыпаемых щебнем или обсаживаемых фильтрами. Это увеличивает гравитационную емкость в зоне аэрации, исключает геориски самоизливов взвешенных нефтепродуктов из воронок депрессий подземных вод водоносных зон тектонической трещиноватости интрузивных массивов, гарантирует безопасность применения способа гидрогеодинамической очистки подземных вод интрузивных массивов, уменьшает размеры газогеохимических ареолов и опускает их на глубину ниже прокладки коммуникаций.

Увеличить гравитационную емкость 1 трещиноватых магматических пород зоны насыщения возможно за счет бурения технологических скважин, засыпаемых щебнем, вокруг водопонизительных скважин 3 гидрогеодинамических ловушек. В результате создается накопительная гравитационная емкость 1 в форме цилиндра. Для предотвращения миграции взвешенных нефтепродуктов в санитарно-защитную зону нефтебаз создаются гидравлические завесы при наливах или нагнетаниях откачиваемых вод в поглощающие скважины 4. В водоносных зонах интрузивных гранитоидных массивов образуется водооборот с одновременной сепарацией взвешенных нефтепродуктов. При равновеликих объемах накапливающихся взвешенных нефтепродуктов в депрессионных конусах и цилиндрах, площади оснований последних и, соответственно опасных газогеохимических аномалий, будут в три раза меньше.

Водооборот в пространственно-временных границах техногенных месторождений взвешенных нефтепродуктов создается при помощи водопонизительных 3 и водопоглощающих скважин 4. Водопоглощающие скважины, создающие гидравлические завесы, обеспечивает экологическую безопасность санитарно-защитной зоны нефтехранилищ от неуправляемой миграции взвешенных нефтепродуктов.

На каждую водопонизительную скважину 3 гидрогеодинамической ловушки была предусмотрена водопоглощающая 4, что позволяет утилизировать откачиваемую воду и создавать водооборот. В паре с водопонизительными скважинами 3 (на рисунке обозначена одна) сооружены нефтеоткачивающие скважины 5 для откачки эмульсии «керосина» в резервуары - отстойники 8, из которых вода сливалась обратно в водоносный пласт.

При водоотборе подземных вод образуются воронки депрессий, увеличиваются гидравлические уклоны и происходит направленная миграция взвешенных нефтепродуктов в гидрогеодинамическую ловушку. Скопления взвешенных нефтепродуктов в объемах, достаточных для их результативного отбора - «техногенные месторождения», имеют пространственно-временные границы в зависимости от объемов выкачиваемых подземных вод.

На этапе упругой нефте-водоотдачи продолжительностью около 50 суток в разные годы откачивалось 4-8 м³ «керосина» и соответственно 10 тыс. м³ подземных вод, выражаясь параболической связью. На этапе гравитационной нефте-водоотдачи уже добывалось 7-16 м³ «керосина» при откачке того же объема воды 10 тыс. м³, характеризуясь линейной связью.

Использование заявляемого способа позволяет обнаруживать техногенные месторождения взвешенных нефтепродуктов по установленным признакам: увеличить эффективность и безопасность очистки подземных вод в зоне контакта пористых и трещиноватых коллекторов.

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована на нефтехранилищах светлых нефтепродуктов при устранении загрязнения подземных вод. Технический результат - повышение безопасности извлечения нефтепродуктов за счет увеличения гравитационной емкости трещиноватых интрузивных пород зоны насыщения в центре гидрогеодинамических ловушек - для снижения размеров и глубины формирования опасных газогеохимических метановых ореолов. По способу осуществляют поисково-разведочные работы техногенных месторождений. Формируют гидрогеодинамические ловушки с образованием в их центре гравитационной емкости из трещиноватых магматических пород путем бурения водопонизительных скважин. Осуществляют бурение водопоглощающих скважин. Образуют вертикально ориентированную гравитационную емкость цилиндрической формы с накопительным объемом, исключающим самоизлив взвешенных нефтепродуктов из воронки депрессии трещиноватых магматических пород в границах техногенного месторождения взвешенных нефтепродуктов увеличенного объема. Между водопоглощающими и водопонизительными скважинами создают водооборот с одновременной сепарацией взвешенных нефтепродуктов за счет бурения технологических скважин вокруг водопонизительных скважин, которые засыпают щебнем или обсаживают фильтрами. Осуществляют забор через скважины с глубинной части водоносного пласта воды с созданием воронки депрессии и локализации в ней нефтепродуктов. Откачивают локализованные нефтепродукты на поверхность. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ сбора нефтепродуктов из загрязненных водоносных пластов, включающий поисково-разведочные работы техногенных месторождений, формирование гидрогеодинамических ловушек с образованием в их центре гравитационной емкости из трещиноватых магматических пород путем бурения водопонизительных скважин, забор через скважины с глубинной части водоносного пласта воды с созданием при этом воронки депрессии и локализацией в ней нефтепродуктов и откачку локализованных нефтепродуктов на поверхность, отличающийся тем, что на краю воронки депрессии водопонизительных скважин бурят водопоглощающие скважины, образуют вертикально ориентированную гравитационную емкость цилиндрической формы с накопительным увеличенным объемом, исключающим самоизлив взвешенных нефтепродуктов, для чего между водопонизительными и водопоглощающими скважинами создают водообмен с одновременной сепарацией взвешенных нефтепродуктов и бурят технологические скважины вокруг водопонизительных скважин, которые засыпают щебнем или обсаживают фильтрами.

2. Гидрогеодинамическая ловушка для нефтепродуктов, включающая водопонизительную скважину с расположенным в ней насосом для забора воды и создания депрессионной воронки, отличающаяся тем, что она снабжена водопоглощающими скважинами на краю воронки депрессии водопонизительных скважин для создания гидравлических завес взвешенных нефтепродуктов и водообмена с водопонизительными скважинами в границах техногенного месторождения и вокруг водопонизительных скважин - технологическими скважинами, засыпанными щебнем или обсаженными фильтрами, образующими вертикально ориентированную гравитационную емкость цилиндрической формы.