Способ контроля захоронения промышленных стоков Советский патент 1985 года по МПК E21B43/14 

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к нефтегазодобывающей промышленности, и предназначено для использования в процессе захоронения попутных промысловых вод при разработке газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений, а также при эксплуатации подземных хранилищ газа.

Известен способ контроля за распространением стоков в поглощающих горизонтах путем гидрогеологических и геофизических исследований наблюдательных скважин, а также технического состояния нагнетательных скважин и другого оборудования полигона захоронения промстоков путем установки на насосах и скважинах манометров для измерения давлений на агрегатах, в затрубном пространстве и на устье и проведением наблюдений за ними Cl

При этом способе используется серия наблюдательных скважин для наблюдения как за поглощаницим горизонтом, так и за вьинезалегающими водносными горизонтами. Их количество д одного полигона захоронения сточных вод может достигать одного-двух десятков скважин и более. Контроль осуществляется отбором глубинных проб воды нэ каждой наблюдательной скважины с последующими проведением химически и радиоактивных анализов, наблюдениями за изменением гидродинамических условий поглощакнцего и смежных с Ним водоносных горизонтов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ, предусматривающий проведение геофизического контроля для изучения характера перемещения сточных вод в поглощающе пласте,выяснение технического состояния поглощающих и наблюдательных скважин с использованием термометрии резистивиметрии, глубинной расходометрии и повторным контролем цементирования акустическим и другими видами каротажа, а также путем систематического отбора проб закачиваемых стоков на основных узлах сооружений вплоть до устья поглощающих скважин и наблюдения за измерением давлений манометрами, установленными на агрегатах, в затрубном пространстве и на устье скважин 2.

Известный способ имеет ряд недостатков: он является громоздким, объемным и, следовательно, неоперативным, что значительно снижает его эффективность в условиях повышающихся требований охраны окружающей среды. По существующему способу полчение информации о состоянии процесса закачки захороняемых промстоков может затягиваться на неопределенно длительное время, тогда как эта информация должна быть вьщана незамедлительно для принятия оперативного технического решения по прекращению закачки. Причинами здесь могут быть: организационное и техническое состояние готовности проведения необходимых исследований, длительность их проведения и, особенно, выполнение химических анализов вод. Кроме того, не всегла можно обеспечить гарантированный контрЪль захоронения промстоков с помощью наблюдательных скважин, так как их местоположение необходимо изменять с учетом установления истинного направления движения закачиваемых вод. Следовательно при изменении направления движения потока закачиваемых вод возникает необходимость бурения новых наблюдательных скважин. При этом возрастает число этих скважин, способ контроля становится весьма дорогостоящим и нерентабельным. Бурение наблюдательных скважин и их наличие в пределах полигона захоронения промстоков в значительной мере предопределяет потенциальную возможность нарушения герметичности водоупоров выше поглощающего пласта, так как каждая из этих скважин может оказатся локальным очагом миграции (разгрузки) закачиваемых сточных вод. Из известного способа систематического наблюдения за измерением давлений манометрами на агрегатах, устье ив затрубном пространстве скважин не вытекает каких-либо указаний о конкретных признаках, на основании которых можно было бы судить о техническом состоянии оборудования и процесса закачки и при каких обстоятельствах этого состояния необходимо принимать соответствующие решения. Этот способ касается лишь упрощенной конструкции скважин. Между тем, существующие 3 требования определяют в поглощающей скважине более сложную конструкцию, в которой имеются еще межколонное и заколонное пространства и кото-рые известным способом не контролируются. Между тем, эти пространства в поглощающей скважине являются наиболее уязвимыми с точки зрения возможных путей миграции промстоков в процессе их закачки и контрол этих путей должен быть наиболее тщательным. Цель изобретения - упрощение процесса контроля. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля захоронения промьшшенных стоков, включающему регистрацию в процессе закачки промышленных стоков в нагне тательную скважину давления на насосных агрегатах, устье и в заколонном пространстве скважины и пери одическое проведение термометрии и дебитометрии по стволу скважины, измеряют давление в заколонном и ме колонном пространствах, а по сопоставлению начальных и текущих значе ний давлений и данных термометрии и дебитометрии судят о состоянии процесса закачки. На фиг.Г показана схема осуществления предлагаемого способа; на фиг.2-5 - кривые термометрии и дебитометрии . Для реализации предлагаемого способа необходимо осуществить схем обвязки нагнетательной системы от е кости 1 очищенных и готовых к закачке промстоков через нагнетательный насос 2, нагнетательный трубопр вод 5 высокого давления, поглощающую скважину 6 и поглощающий пласт 15. В эту же схему входят контрольно-измерительные приборы: манометр для замера на насосе текущих Р. и н чальных Рр давлений 4 для замера расхода объема закачиваемой жидкости на входе нагнетательного трубопр вода текущего V,. и начального V , манометры 7-10 для замера на устье нагнетательной скважины текущих дав лений на буфере Pg, в затрубном Р межколонном и заколонном Р Пространствах, а также начальных да лений в этих же пространствах Р, ). РМК РЗК Начальное давление на буфере поглощающей скважины в отличие от текущего обозначено чере .Р. Оно, как правило, больше нуля и 0 в период опытно-промышленных закачек устанавливается его определенная величина, которая принимается за начальную для последующего сравнения с текущим буферным давлением. При хорошем техническом состоянии поглощающей скважины и Ьаличии пакера 14 в затрубном пространстве начальные давления в затрубном, межколонном и заколонном пространствах идентичны и равны нулю, т.е. Pj. Р,,, что означает нулевые показания, герметичность скважины и нормальное состояние давлений. Показания этих манометров больше нуля означают нарушение герметичности скважины в каком-либо пространстве или одновременно во всех и, следовательно, свидетельствует о предаварийном или аварийном процессе закачки. Качество цементного кольца 16 в межколонном и заколонном пространствах, а также пакера 14 при наличии мощных и надежных водоупоров 12 по условиям закачки всегда должны обеспечивать надлежащую герметичность скважины. При соблюдении этого условия, а оно является обязательным, поток закачиваемой жидкости 13 направляется в поглощающий пласт и растекается в призабойной зоне 15 поглощающего пласта. При этом и пресноводный горизонт 11, равно как и другие горизонты, не загрязняется промстоками. 1Ьобое другое проявление негерметичности нагнетательной системы немедленно фиксируется контрольно-измерительными приборами на насосе и устье поглощающей скважины. На фиг.2 представлены начальные кривые термометрии а (параметры Т,) и глубинной дебитометрии Ъ (параметр Д./, записанные в скважине при опытно-промьшленнои закачке промстоков и показывающие интервал поглощения с закачиваемой жидкости -против поглощающего пласта, а также отсутствие нарушений герметичности в остальной части поглощающей скважины. На фиг.З представлены текущие кривые термометрии а (параметр ) и глубинной дебитометрии Ь (параметр Д.), записанные в скважине при промышленной закачке промстоков. Эти кривые четко показывают интервал поглощения с закачиваемой жидкости против поглощающего, пласта и отсутствие нарушений герметичности

в остальной части поглощающей скважины, что отвечает 1-4 состояниям процесса закачки промстоков 5 данньм в таблице, в которой дана оценка технического состояния нагнетательной системы и процесса закачки промстоков по соотношению текущих и начальных параметров закачки

На фиг.4 представлены текущие кривые термометрии а.,(параметр Т;) и глубинной дебитометрии Ъ(параметр Д;) записанные в скважине при аварийном ее состоянии, когда закачиваемые промстоки поступают не только в интервал перфорации с колонны против-поглощающего пласта, но и в другие нарушенные участки cJ (таблица, состояния 5-8 процесса закачки).

На фиг. 5 представлены текущие кривые термометрии а (параметры Т.) и глубинной дебитометрии Ъ(параметр Д-), записанные в скважине при отсутствии поступления в нее промстоков и даже в интервале перфорации с при условии полной кольматации призабойной зоны поглощающего пласта (таблица, состояние 9 процесса закачки) и потерь жидкости в нагнетательном трубопроводе (таблица, состояние 10).

Пример . Для проведения контроля захоронения промстоков в поглощающий пласт по предлагаемому способу осуществляют обвязку технологической линии (фиг.1).

Устанавливают контрольно-измерительные приборы: на входе нагнетательного трубопровода после насоса и устье поглощающей скважины технические манометры типа ОБГМн1 с классом точности 1,6 и пределами измерений 0-160 кгс/см j на входе нагнетательного трубопровода - диафрагменный водомер типа ДК 100-150-А11В-2 с пределами измерения О160 . Затем проводят опытно-промьшшенную закачку промстоков и определяют начальные параметры закачки: расход воды УО по водомеру 4, давление РО на насосе 2 манометром 3 давлений на устье поглощающей скважины 6 - Pg на буфере манометром 7, Р в затрубном пространстве манометром 8, межколонном пространстве манометром 9 и Pj в заколонном пространстве манометром 10; кривые термометрии м и дебитометрии Ъ с параметрами Т,, и Д соответственно

по всей внутренней полости поглощающей скважины, включая интервал перфорации с (фиг.2). Так как закачка промстоков по предлагаемому способу предусматривает установку пакера в затрубном пространстве и надежную герметизацию всех пространств поглощающей скважины, то при закачке промстоков начальные параметры давлений в затрубном, межколонном и заколонном пространствах идентичны и должны быть равны нулю, т.е. давление на буфере может быть равно нулю ( при закачке самотеком) или больше нуля, т.е. , кривые термометрии Т и дебитометрии Д должны показывать интервал поглощения только против поглощающего пласта. Только пои этих условиях рекомендуется передавать поглощающую скважину промьшшенной эксплуатации, т.е. закачке промстоков с указанием величин начальных параметров закачки как эталона для последующего сравнения. На промышленной стадии закачки промстоков ведут ежедневные измерения текущих параметров закачки и регистрацию их в специальном журнале: расход воды . -, давление Ру,. на насосе; давления на устье поглощающей скважины - Р на буфере, PJ в затрубном пространстве, Р в межколонном пространстве, Р в заколонном пространстве-, кривые термометрии а и дебитометрии Ъ с параметрами и Д. (фиг.3-5) записываются периодически не реже одного раза в квартал.

По последнему сопоставлению текущих и начальных параметров закачки определяют следующие состояния технической надежности нагнетательной системы и процесса закачки промстоков в целом.

Состояние первое. , , VH- и Р„.Р; , Т Tg и .; т.е. текущее буферное давление равно или примерно равно начальному буферному на устье поглощающей скважины; текущие и начальные :давления в затрубном, межколонном и заколонном пространствах равны между собой и равны нулю текущие и начальные расходы воды, а также давления на насосе равны или примерно равны; текущие и начальные кривые термометрии и дебитометрии равны между собой и четко показывают интервал поглоще7ния против поглощающего пласта (фиг.2 и 3). Указанные соотношения параметров означают нормальное состо яние закачки - нагнетательная система по всей линии от насоса до призабойной зоны пласта включительно герметична и промстоки поступают в поглощающий пласт. В этом режиме или близком к нему должна функционировать вся нагнетательная система . полигона захоронения промстоков на протяжении всего периода его эксплуатации . Состояние второе. Рэ Рзк Рл1гРик 0 Р; Р5.0; Р,5 , , и Р„, Р, Т Та и Д. Д. При этом состоянии соотношение текущих и начальных параметров в основном такое же как и при первом. Исключение составляет текущее давление в затрубном пространстве поглощающей скважины, которое больше начального. Оно означает нарушение герметичности пакера или насосно-компрессорных труб. В целом .это состояние можно характеризовать как нормальное, так как вся остальная система нагнетания герметична и промстоки поступают в поглощающий пласт (фиг. 2 и 3). Однако закачку промстоков можно осуществлять и без пакера, но с целью предохранения эксгшуатационной колонны от длительного воздействия избыточного внутреннего давления на нее выше пакера целесообразно отмеченную негерметичнрсть устранить. Состояние третье. PS 7Р.; РН.Р ; Т,Т, и Д , -Ц,, Это состояние закачки предаварийное. Повьш1ение текущего давления на буфере скважины и насосе значительно больше начального и значитель ное снижение текущего расхода объема воды по отношению к начальному при равенстве текущих и начальных осталь ных параметров-означает снижение приемистости скважины. Нагнетательная система при зтом герметична и промстоки поступают в поглощающий пласт (фиг.2 и 3). Закачку при этом можно продолжать при более тщатедьном наблюде11ии за указанными параметрами и в случае резкого их увеличения закачку немедленно прекращают с переключением на резервную скважину. Состояние четвертое. Рj Р , Р, ,V...«V 50 ,8 и РН.,Р;, т, и д.д„ предаварийное состояние закачки. Нагнетательная система герметична, одна ко имеют место случаи кратковременной кольматации призабойной зоны поглощающего пласта и проявление его гидроразрьюа. На это указывают резкое возрастание текущего давления на буфере скважины и насосе, а также резкое снижение текущего расхода объема воды по отношению к начальному, но не более предельного, и восстановление их практически до начальных величин через короткий промежуток времени при равенстве остальных текупщх и начальных параметров. Если указанные признаки проявляются в течение 15;20 мин с перерьшами через 5-10 сут и более, закачку промстоков можно продолжать при условии, что указанные параметры, не превышают предельных значений согласно регламенту закачки на нагнетательное оборудование и промстоки при этом поступают в поглощающий пласт (фиг.2 и 3). При меньших перерывах закачку промстоков прекращают и переключаются на резервную скважину. Состояние пятое. Pj Pj- PjirPa O РМК ; , VH . V и Р„ . Р; ; Т fif, и Д Дд - аварийное состояние закачки. Затрубное и заколонное пространства скважины герметичны, так как давления равны нулю; в межколонном пространстве текущее давление больше начального и больше нуля, что означает нарушение герметичности цемента в межколонном пространстве и за эксплуатационной колонной ниже башмака технической колонны, остальная часть нагнетательной системы герметичнаj при этом текущие параметры - буферное давление на устье скважины и давление на насосе, расход рабочего объема воды больше начальных; текущие параметры кривых термометрии и дебитометрии не равны начальным (фиг.4). При таком соотношении параметров промстоки поступают в поглощающий пласт и по путям нарушения герметичности нагнетательной системы (фиг.4). Закачку в этом случае немедленно прекращают, переключаются на резервную скважину, а в аварийной производят капитальный ремонт. Состояние шестое. Рг Ря. РШ- 0v , VH. РН.Р Т TQ и Д эДр - аварийное состояние закачки. Затрубное и межколонное про странство скважины герметичны, так как давления в них равны нулю; в заколонном пространстве скважины текущее давление больше начального и больше нуля, что означает нарушение герметичности цемента остальная часть нагнетательной системы герметична; при этом текущие параметрыбуферное давление на устье скважины и на насосе, расход рабочего объема воды больше начальных; текущие параметры кривых термометрии и дебитометрии не равны начальным (фиг.4) Промстоки при таком соотношении параметров поступают в поглощающий пласт и по путям нарушения герметичности (фиг.4). Дальнейшую закачку промстоков немедленно прекращают, переключаются на резервную скважину а в аварийной проводят капитальный ремонт. Состояние седьмое. Р РзкО- ,.. и РН; Р, Т, и , - аварийное состояние закачки. Затрубное пространство герметично, так как рабочее давление равно начальному и р но нулю; нарушена герметичность заколонного и межколонного пространства, возможно и обсадных колонн, на что указывают превышения текущих давлений в них больше начальных и больше нуля} остальная часть нагнет тельной системы герметичнаi при это текущие параметры - буферное давление на устье скважины и давление на насосе, расход рабочего объема воды больше начальных; текущие параметры кривых термометрии и дебитометрии н равны начальным (фиг.4). При таком соотношении параметров промстоки поступают в поглощающий пласт и по путям нарушения герметичности (фиг.4). Закачку в этом случае немедленно прекращают, переключаются на резервную скважину, а в аварийной проводят капитальный ремонт. Состояние восьмое. , Pj 4Рзк0; Ру7Р,-, V«. Vo и и Д. - аварийное состояние закачки. В нагнетательно системе нарушена герметичность погл щающей скважины, так как текущие давления во всех пространствах боль ше начальных и больше нуля при это текущие параметры - буферное давление на устье скважины и давление на насосе, расход текущего объема воды больше начальных; текущие параметры кривых термометрии и дебитометрии не равны начальным (фиг.4). При указанном соотношении параметров промстоки поступают в поглощающий пласт и по путям нарушения герметичности нагнетательной системы (фиг.4). Закачку промстоков в этом случае немедленно прекращают, переключаются на резервную скважину, а в аварийной производят капитальный ремонт. ,1 D D Состояние девятое. , , . v и аварийное состояние закачки. Нагнетательная система герметична, приемистость скважины равна нулю, т.е. признаки полной кольматации призабойной зоны поглощающего пласта i, При этом состоянии текущие давления на устье скважины равны начальным и равны нулю; текущие параметры - буферное давление на устье скважины и на насосе резко превышают начальные за 10-15 мин наблюдения и резко снижается расход текущего объема воды по отношению к начальному за это же время без дальнейшего их восстановления; текущие параметры кривых термометрии и дебитометрии резко отличаются от начальных, т.е. они получаются практически прямыми линиями, означающими отсутствие интервалов поглощения (фиг.5). Закачку немедленно прекращают, переключаются на резервную скважину, а в аварийной проводят работы по восстановлению ее приемистости. Состояние десятое. .)мк иУ„.-, Т(Т„ и Д тДд- аварийное состояние закачки. В нагнетательной системе нарушена герметичность нагнетательного трубопровода и промстоки, не доходя устья поглощающей скважины, по- г ступают за пределы нагнетательного трубопровода. Об этом свидетельствуют нулевые значения давлений на устье скважины во всех пространствах, в том числе на буфере, резкое снижение текущего давления на насосе по отношению к начальному и не менее резкое повышение текущего объема воды (за 10-15 мин а текущие параметры кривых термометрии и дебитометрии выра11 1 жены прямыми линиями (фиг.5). Закачку немедленно прекращают, переключаются на резервную нитку нагнетательного трубопровода и продолжают закачку в ту же скважину. На аварийном трубопроводе проводят восстановитель ные работы. Использование предлагаемого способа контроля захоронения промстоков по сравнению с известным обеспечивает те технико-экономические преимущества, что возможно проведение более оперативного (в течение 10-20 мин) и надежного контроля всей нагнетательной системы (от насоса до призабойной зоны поглощающего пласта включительно); можно осуществить дифференцированную оценку технического состояния оборудования полигона захоронения и процесса закачки в I целом и на этой основе принять мгновенное решение по предупреждению аварийного состояния, что особенно важно в современных условиях охраны ок ружающей среды.Исключается также система контроля закачки промстоков много численных наблюдательных скважин. . Процесс закачки .становится более безопасным благодаря устранению 5012 возможных очагов ослабления герметичности водоупоров в связи с наблюдательными скважинами и в условиях применения предлагаемого более оперативного и надежного способа контроля закачки; до предела упрощается сама система контроля (оператор по обслуживанию оборудования нагнетательной системы успешно вьшолняет контроль процесса закачки по данным текущих замеров давлений на насосе и устье поглощающей скважины, а также расхода воды) высвобождается земля для других целей и становится ненужной организация санитарно-защитных зон вокруг каждой набгаодательной скважины; снижаются материальные затраты. Все это является очень важным в экономическом организационном и социальном планах. Достаточно отметить, что за счет высвобождения затрат на бурение, строительство и обслуживание 10-15 наблюдательны скважин глубинами от 100 до 1000 м только одного полигона захоронения экономический эффект может достигать 500-700 тыс.руб.

Wy-4,30

5

. , t 1 1 i

V :-.V.-:.-.-;.

:. .. .../.- . Л .

14 Л 20 23 26 29 32 35 58 С

iW Ю 120 160 200 о51мин

a

-f

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗАХОРОНЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ, включакш(ий регистрацию в процессе закачки промышленных стоков в нагнетательную скважину давления на насосшос агрегатах, устье и в заколонном пространстве скважины и периодическое проведение термометрии и дебитометрии по стволу скважины, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса контроля, измеряют давление в заколонном и межколонном пространствах, а по сопоставлению начальных и текущих значений давлений и данных термометрии и дебитометрии судят о состоянии процесса закачки. (Л С

Щ n 20 23 26 29 32 35 JB c ч1 I1i1H--I1-

40 80 120 т 200 об (мин

Фиг.}

J