Способ строительства нефтегазовой скважины на суше Российский патент 2020 года по МПК E21B21/01 

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин на суше, в частности, к способам оптимизации экологически безопасной ликвидации земляных амбаров-накопителей отходов бурения.

Известен способ строительства нефтегазовой скважины, включающий отвод во временное пользование на период ее строительства земельного участка, подготовительные работы по вертикальной планировке земельного участка, доставку и монтаж бурового оборудования и привышечных сооружений, сооружение земляного амбара-накопителя отходов бурения, бурение скважины, накопление отходов бурения в земляном амбаре, крепление, испытание и освоение скважины, демонтаж и вывоз бурового оборудования с территории буровой площадки, частичное удаление из амбара-накопителя жидкой фазы отходов бурения путем естественного испарения, засыпку оставшейся в амбаре загущенной фазы отходов бурения минеральным грунтом, рекультивацию нарушенных земель и передачу их землепользователю (Стетюха Е., Лютенко В. Охрана и рекультивация земли буровыми предприятиями Украины // Нефтяник. 1977. N9. - С. 15-16). Недостатком известного способа является низкая эффективность защиты окружающей среды, обусловленная продолжительным контактом отходов бурения скважины с грунтом, подземными водами и атмосферой до подсыхания содержимого амбара. Другим недостатком является применимость способа только в аридной (засушливой) зоне, в которой испарение влаги с нее превышает количество выпадающих атмосферных осадков. Но даже в этой зоне отмечается значительная продолжительность ликвидации, так как только для предварительного подсыхания содержимого амбара требуется не менее 2-3 лет.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ строительства нефтегазовой скважины на суше, включающий отвод во временное пользование на период ее строительства земельного участка, подготовительные работы по вертикальной планировке земельного участка, доставку и монтаж бурового оборудования и привышечных сооружений, сооружение земляного амбара-накопителя отходов бурения, бурение скважины, накопление отходов бурения на водной основе в земляном амбаре на территории буровой площадки, использование буровых сточных вод в оборотном водоснабжении в процессе углубления скважины, крепление, испытание и освоение скважины, сброс буровых сточных вод на рельеф местности в процессе и после окончания строительства скважины, демонтаж и вывоз бурового оборудования и привышечных сооружений с территории земельного участка, ликвидацию земляного амбара-накопителя путем отверждения отходов бурения консолидирующими составами, засыпку отвержденных отходов бурения минеральным грунтом, техническую рекультивацию нарушенных земель, передачу земельного участка землепользователю (см. Булатов А.И., Макаренко П.П., Шеметов В.Ю. Охрана окружающей среды в нефтегазовой промышленности. - М: Недра, 1997. - 483 с.). Этот способ строительства нефтегазовой скважины считается одним из наиболее перспективных, однако отверждение отходов бурения при наличии значительного объема жидкой фазы в виде буровых сточных вод в земляном амбаре-накопителе требует большого расхода консолидирующих материалов. Отверждать воду технически, экономически и экологически не целесообразно и бесперспективно. Кроме этого, сброс в процессе и после окончания строительства скважины исходных буровых сточных вод на рельеф местности негативно влияет на рост, развитие и урожайность растений, а также свойства почв на смежной с буровой площадкой территории.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении экологической безопасности строительства нефтегазовой скважины на суше, сокращении сроков ликвидации земляного амбара-накопителя отходов бурения путем интенсификации обезвоживания содержимого земляного амбара, создания благоприятных условий для отверждения отходов бурения консолидирующими составами, своевременной передаче арендованного земельного участка землепользователю, снижении стоимости аренды земельного участка.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе строительства нефтегазовой скважины, включающем отвод во временное пользование на период строительства нефтегазовой скважины земельного участка, подготовительные работы по вертикальной планировке земельного участка, доставку и монтаж бурового оборудования и привышечных сооружений, сооружение земляного амбара-накопителя отходов бурения, бурение скважины, накопление отходов бурения на водной основе в земляном амбаре на территории буровой площадки, использование буровых сточных вод в оборотном водоснабжении в процессе углубления скважины, крепление, испытание и освоение скважины, демонтаж и вывоз бурового оборудования и привышечных сооружений с территории буровой площадки, удаление из амбара-накопителя жидкой фазы отходов бурения, отверждение полужидкой загущенной фазы отходов бурения консолидирующими составами, засыпку отвержденных отходов бурения минеральным грунтом, техническую рекультивацию нарушенных земель и их возврат землепользователю, особенность состоит в том, что водную поверхность земляного амбара-накопителя отходов бурения подвергают обработке высокоскоростной и высокотемпературной горизонтальной струей отходящих газов, направленной параллельно водной поверхности в амбаре и с зазором, от турбореактивного двигателя, размещенного на автомобильном шасси высокой проходимости, передвигающимся по часовой стрелке с внешней стороны периметра грунтового обвалования земляного амбара-накопителя отходов бурения и параллельно ему с повернутым под углом 45…90° турбореактивным двигателем в горизонтальной плоскости от оси автомобильного шасси образуя замкнутую цепь, причем обработку водной поверхности высокоскоростной и высокотемпературной горизонтальной струей отходящих газов турбореактивного двигателя осуществляют после демонтажа и вывоза с территории буровой площадки бурового оборудования и привышечных сооружений, удаления с водной поверхности земляного амбара нефтяной пленки, защиты устья пробуренной продуктивной скважины термостойкими щитами от теплового воздействия отходящих газов турбореактивного двигателя.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Строительство нефтегазовых скважин сопровождается неизбежным образованием отходов бурения, которые, как правило, складируют в земляных амбарах-накопителях, сооруженных непосредственно на территории буровой площадки. Отходы бурения включают выбуренную породу - буровой шлам, отработанный буровой раствор и буровые сточные воды. Общий объем отходов бурения глубоких скважин может достигать 5-7 тыс.м³. Наибольший объем (до 60-85%) среди них составляют буровые сточные воды. Под буровыми сточными водами понимаются воды, нарабатываемые в процессе строительства скважины и эксплуатации оборудования, представляющие собой буровой раствор, разбавленный технической водой и атмосферными осадками.

В соответствии с действующими требованиями земляной амбар-накопитель отходов бурения должен быть ликвидирован не позднее одного года после завершения строительства скважины, а нарушенные земли рекультивированы и возвращены землепользователю. Ликвидация земляного амбара-накопителя отходов бурения обычно сводится к удалению жидкой фазы отходов бурения - буровых сточных вод из амбара-накопителя, отверждению оставшейся загущенной фазы отходов бурения с использованием различных консолидирующих составов, обеспечивающее перевод загущенной фазы в твердое тело, из которого исключена (затруднена) эмиссия загрязняющих компонентов в подземные воды, и последующей засыпке отвержденных отходов минеральным грунтом. Однако этот способ не решает проблему удаления значительных объемов буровых сточных вод, обезвоживания и перевод отходов бурения в загущенное состояние с последующим отверждением.

В связи с этим возникает проблема удаления из земляного амбара-накопителя значительного объема буровых сточных вод. Если в процессе углубления скважины буровые сточные воды можно вовлекать в оборотное водоснабжение строительства скважины, снижая объем потребления свежей воды, то после окончания строительства скважины сточные воды серьезно препятствуют переводу отходов бурения в твердое состояние, так как захоронять отходы бурения в жидком состоянии не допускается санитарными правилами, а отверждать буровые сточные воды технически, экономически и экологически не целесообразно и бесперспективно. Ситуация еще более осложняется, когда строительство поисковых и разведочных скважин осуществляется в отдаленных от инфраструктуры нефтегазовой компании местах, на значительном (до 100 и более километров) расстоянии и транспортировка буровых сточных вод на централизованный полигон экономически и экологически нецелесообразна.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема тепловой обработки высокоскоростной и высокотемпературной горизонтальной струей отходящих газов турбореактивного двигателя водной поверхности земляного амбара-накопителя отходов бурения; на фиг. 2 - общий вид специальной тепловой машины ТМС-65.

Способ осуществляют следующими последовательными действиями в порядке изложения:

• отводят во временное пользование на период строительства нефтегазовой скважины земельный участок,

• выполняют подготовительные работы по вертикальной планировке земельного участка,

• доставляют и монтируют буровое оборудование и привышечные сооружения,

• сооружают на территории буровой площадки земляной амбар-накопитель отходов бурения,

• бурят скважину с выходом отходов бурения на водной основе на земную поверхность,

• складируют отходы бурения на водной основе в земляном амбаре-накопителе,

• повторно используют буровые сточные воды на водной основе в оборотном водоснабжении строительства скважины,

• крепят, испытывают и осваивают скважину,

• демонтируют и вывозят буровое оборудование и привышечные сооружения с территории буровой площадки,

• удаляют с водной поверхности амбара нефтяную пленку,

• защищают термостойкими щитами устьевое оборудование (фонтанную елку) пробуренной продуктивной скважины,

• доставляют на территорию буровой площадки специальную тепловую машину,

• подвергают обработке водную поверхность земляного амбара-накопителя отходов бурения высокоскоростной и высокотемпературной горизонтальной струей отходящих газов турбореактивного двигателя, размещенного на автомобильном шасси высокой проходимости,

• передвигают специальную тепловую машину по часовой стрелке с внешней стороны периметра грунтового обвалования земляного амбара-накопителя отходов бурения и параллельно ему с повернутым к амбару под углом 45…90° турбореактивным двигателем в горизонтальной плоскости от оси автомобильного шасси образуя замкнутую цепь,

• обезвоживают содержимые в земляном амбаре-накопителе отходы бурения до превращения их в загущенное состояние,

• отверждают оставшуюся в земляном амбаре загущенную фазу отходов бурения с использованием различных консолидирующих составов, обеспечивающими перевод загущенной фазы отходов бурения в твердое тело, из которого исключена (затруднена) эмиссия загрязняющих компонентов в подземные воды,

• после набора механической прочности σ≥0,1МПа засыпают отвержденные отходы минеральным грунтом,

• проводят технический этап рекультивации,

• передают рекультивированный земельный участок зеплепользователю.

Пример осуществления изобретения.

Для строительства нефтегазовой скважины в соответствии с действующими нормами отводят во временное пользование и обозначают вешками земельный участок площадью 3,5 га. Механизированным способом с помощью бульдозеров (на чертежах не показаны) выполняют подготовительные работы по вертикальной планировке земельного участка. Специальным автотранспортом доставляют (на чертежах не показаны) на территорию земельного участка и монтируют буровое оборудование и привышечные сооружения (на чертежах не показаны). С помощью экскаватора и бульдозера (на чертежах не показаны) сооружают на территории буровой площадки земляной амбар-накопитель 1 отходов бурения с использованием вынутого грунта для создания защитного обвалования 2 высотой 0,5…1,0 м.

Бурят скважину с использованием бурового раствора на водной основе с выходом на земную поверхность отходов бурения, которые складируют в земляном амбаре-накопителе 1. С целью снижения водопотребления свежей воды повторно используют на технологические нужды строительства скважины гравитационно или физико-химически очищенные буровые сточные воды на водной основе (оборотное водоснабжение строительства скважины).

Спускают обсадные колонны и крепят их заколонное кольцевое пространство цементным раствором, испытывают и осваивают скважину.

Демонтируют и вывозят специальным автотранспортом буровое оборудование и привышечные сооружения с территории буровой площадки.

Удаляют известными способами, например скиммерами (на чертежах не показаны), с водной поверхности амбара 1 нефтяную пленку.

Защищают устьевое оборудование 3 (фонтанную елку) пробуренной продуктивной скважины термостойкими щитами 4. Если скважина подлежит ликвидации в связи с отсутствием промышленных залежей углеводородного сырья, защита бетонной тумбы (на чертежах не показана) термостойкими щитами 4 на устье пробуренной ликвидированной скважины не требуется.

Доставляют на территорию буровой площадки специальную тепловую машину 5 типа ТМС-65, которая используется в войсках радиационной, химической и биологической защиты Вооруженных сил Российской Федерации для дезактивации, дегазации и дезинфекции военной техники и представляет собой автомашину высокой проходимости Урал-375Е, на шасси которой размещено специальное оборудование. Рабочим органом машины является турбореактивный двигатель 6 типа ВК-1А мощностью 13500 л.с. Он является генератором высокоскоростной и высокотемпературной струи отработанных газов. Тепловая машина ТМС-65 оснащена очень надежными и достаточно простыми в техобслуживании и ремонте двигателями ВК-1, оставшимися после списания истребителей МИГ-15 и МИГ-17, которыми они оснащались.

Турбореактивный двигатель 6 вместе с кабиной оператора 8 установлены на поворотной раме, которая крепится к надрамнику (на чертежах не показаны) машины ТМС-65. Двигатель 6 имеет возможность поворачиваться в вертикальной и горизонтальной плоскостях, за счет включения в работу гидросистемы поворота и подъема (опускания) двигателя (на чертежах не показана). Угол поворота двигателя ВК-1А в горизонтальной плоскости от оси машины, составляет ±90°, а угол поворота в вертикальной плоскости - вверх 12°, - вниз 23°.

С помощью турбореактивного двигателя ВК-1А машины ТМС-65 подвергают интенсивной тепловой обработке водную поверхность земляного амбара-накопителя 1 отходов бурения высокоскоростной и высокотемпературной (300…420°С) горизонтальной струей отходящих газов 7, направленной параллельно водной поверхности в амбаре 1 и с зазором.

Машину высокой проходимости ТМС-65 передвигают по часовой стрелке 9, что обусловлено конструкцией тепловой машины (фиг. 1), с внешней стороны грунтового обвалования 2 периметра земляного амбара-накопителя 1 отходов бурения и параллельно ему с повернутым к амбару 1 под углом 45…90° турбореактивным двигателем 6 в горизонтальной плоскости от оси автомобильного шасси, образуя замкнутую цепь 10. Скорость движения машины 5 типа ТМС-65 при обработке содержимого земляного амбара-накопителя 1 отходов бурения составляет 3-4 км/ч.

Принцип обезвоживания содержимого земляного амбара-накопителя отходов бурения основан на принудительном интенсивном удалении буровых сточных вод с поверхности земляного амбара-накопителя за счет ее прогревания параллельным и с некоторым зазором верхним горизонтальным и мощным высокотемпературным потоком 7 отработанных газов (300…420°С) от турбореактивного двигателя ВК-1А, установленном на машине ТМС-65, при этом загрязняющие вещества разлагаются (термическое разложение), большая часть жидкости испаряется, а мощный скоростной газовый поток удаляет продукты разложения с поверхности отходов бурения.

После удаления значительного объема жидкости отверждают оставшуюся в земляном амбаре загущенную фазу отходов бурения с использованием различных консолидирующих составов, например портландцементом, обеспечивающими перевод загущенной фазы отходов бурения в твердое тело, из которого исключена (затруднена) эмиссия загрязняющих компонентов в подземные воды,

После набора механической прочности на сжатие σ_сж≥0,1МПа, достаточной для передвижения автомобильной техники, отвержденные отходы бурения засыпают минеральным грунтом из обвалования 2 земляного амбара-накопителя 1.

Проводят с использованием грейдеров (на чертежах не показаны) вертикальную планировку и технический этап рекультивации земельного участка.

Передают рекультивированный земельный участок землепользователю.

Обезвоживание содержимого амбара-накопителя отходов бурения с использованием тепловой машины ТМС-65 возможно не только в теплое время года, но и при отрицательных температурах окружающего воздуха до минус 15°С.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает:

• повышение экологической безопасности строительства нефтегазовых скважин на суше путем интенсификации обезвоживания жидких отходов бурения в земляном амбаре высокоскоростной и высокотемпературной обработкой их водной поверхности;

• создание благоприятных условий для отверждения загущенной фазы отходов консолидирующими составами,

• значительное сокращение сроков ликвидации земляного амбара и проведения технической рекультивации нарушенных земель, а также возврата их землепользователю,

• снижение стоимости аренды земельного участка.

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин на суше, в частности, к способам оптимизации экологически безопасной ликвидации земляных амбаров-накопителей отходов бурения. Водную поверхность земляного амбара-накопителя отходов бурения подвергают обработке высокоскоростной и высокотемпературной горизонтальной струей отходящих газов, направленной параллельно водной поверхности в амбаре и с зазором от турбореактивного двигателя, размещенного на автомобильном шасси высокой проходимости, передвигающимся по часовой стрелке с внешней стороны периметра грунтового обвалования земляного амбара-накопителя отходов бурения и параллельно ему с повернутым к амбару под углом 45…90° турбореактивным двигателем в горизонтальной плоскости от оси автомобильного шасси образуя замкнутую цепь. Обработку водной поверхности высокоскоростной и высокотемпературной горизонтальной струей отходящих газов турбореактивного двигателя осуществляют после демонтажа и вывоза с территории буровой площадки бурового оборудования и привышечных сооружений, удаления с водной поверхности земляного амбара нефтяной пленки, защиты устья пробуренной продуктивной скважины термостойкими щитами от теплового воздействия отходящих газов турбореактивного двигателя. Повышается экологическая безопасность, сокращаются сроки ликвидации амбара-накопителя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ строительства нефтегазовой скважины на суше, включающий отвод во временное пользование на период строительства скважины земельного участка, подготовительные работы по вертикальной планировке земельного участка, доставку и монтаж бурового оборудования и привышечных сооружений, сооружение земляного амбара-накопителя отходов бурения, бурение скважины, накопление отходов бурения на водной основе в земляном амбаре, крепление, испытание и освоение скважины, демонтаж и вывоз бурового оборудования и привышечных сооружений с территории буровой площадки, удаление из амбара-накопителя жидкой фазы отходов бурения, отверждение полужидкой загущенной фазы отходов бурения консолидирующими составами, засыпку отвержденных отходов бурения минеральным грунтом, техническую рекультивацию нарушенных земель и их возврат землепользователю, отличающийся тем, что для удаления жидкой фазы водную поверхность земляного амбара-накопителя отходов бурения подвергают интенсивной обработке высокоскоростной и высокотемпературной горизонтальной струей отходящих газов, направленной параллельно водной поверхности в амбаре и с зазором, от турбореактивного двигателя, размещенного на автомобильном шасси высокой проходимости, передвигающимся по часовой стрелке с внешней стороны периметра грунтового обвалования земляного амбара-накопителя отходов бурения и параллельно ему с повернутым к амбару под углом 45…90° турбореактивным двигателем в горизонтальной плоскости от оси автомобильного шасси образуя замкнутую цепь, причем интенсивную обработку водной поверхности высокоскоростной и высокотемпературной горизонтальной струей отходящих газов турбореактивного двигателя осуществляют после демонтажа и вывоза с территории буровой площадки бурового оборудования и привышечных сооружений и удаления с водной поверхности земляного амбара нефтяной пленки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку водной поверхности высокоскоростной и высокотемпературной горизонтальной струей отходящих газов турбореактивного двигателя осуществляют после защиты устья пробуренной продуктивной скважины термостойкими щитами от теплового воздействия отходящих газов турбореактивного двигателя.