В работе рассмотрена проблема сверхнормативного образования отходов бурения (буровой шлам, отработанный буровой раствор, буровые сточные воды) в процессе строительства скважин АО «Самаранефтегаз». Рассмотрены пути решения проблемы с помощью подбора технически и экономически выгодной технологии оптимизации образования отходов бурения. В ходе проведения работы были подобраны оптимальные технологические решения, направленные на снижение образования отходов бурения. Данные технологии позволяют сократить объем образования отходов бурения различными методами. В ходе сравнительного анализа применения различных технологий блок химического усиления центрифуг показал наилучшие результаты, обеспечив
сокращение объема буровых отходов в два раза.

25.10.2017 Инженерная практика №08/2017

Яшков Владимир Анатольевич Заместитель генерального директора по бурению АО «Самаранефтегаз»

Борисова Анастасия Владимировна Ведущий инженер отдела инжиниринга бурения скважин УТиИБ АО «Самаранефтегаз»

Зацепин Дмитрий Юрьевич Начальник ПТО УОБР АО «Самаранефтегаз»

Сапронов Сергей Владимирович Ведущий инженер УООС АО «Самаранефтегаз»

Процесс бурения скважин сопровождается образованием производственных отходов, в основном технологических. К технологическим отходам относятся буровой шлам, отработанные буровые технологические жидкости и буровые сточные воды. Данные отходы образуются в технологическом процессе бурения скважины и впоследствии требуют утилизации, обезвреживания или вывоза на специально предназначенные полигоны.

Увеличение объема отходов бурения связанно с недостаточной эффективностью системы очистки бурового раствора от выбуренной породы в процессе строительства скважины. В результате сверхнормативное образование отходов бурения приводит к переполнению их временных накопителей, что оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Данная проблема входит в число самых актуальных для нефтегазодобывающей отрасли и требует незамедлительных мероприятий по ее предотвращению.

Следует отметить, что АО «Самаранефтегаз» уже много лет занимает первые места в ряду социально ответственных предприятий. Общество проводит мероприятия, направленные на сокращение объемов отходов бурения с целью уменьшения затрат на утилизацию, а также снижения антропогенного воздействия на окружающую среду и здоровье населения.

Для подбора оптимального технологического решения по недопущению сверхнормативного образования отходов бурения были определены причины, ведущие к увеличению данных видов отходов, рассмотрены варианты по снижению объемов отходов бурения и проанализированы технологические решения, направленные на их сокращение.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ОБРАЗОВАНИЕ ОТХОДОВ БУРЕНИЯ

В рамках проведенного анализа необходимо было, прежде всего, определить факторы сверхнормативного образования отходов бурения, поддающиеся устранению или изменению.

Так, вследствие разбуривания горной породы под высокими давлениями, процесс бурения скважин сопровождается различными геологическими осложнениями. Однако данным фактором довольно сложно управлять.

В свою очередь, скорость проходки можно отнести к условно управляемым факторам. Тем не менее, от данного показателя зависит срок строительства скважины, играющий важную роль в рентабельности проекта. Так что скоростью проходки в качестве фактора образования сверхнормативных отходов бурения также затруднительно управлять.

К управляемым факторам относятся параметры бурового раствора, эффективность системы очистки бурового раствора от выбуренной породы и его повторное использование. Эти факторы учитываются на этапе проектирования строительства скважины, однако из-за устаревания руководящей и нормативной документации происходит их недостоверный учет и, как следствие, образование сверхнормативных объемов отходов бурения [1].

В ходе изучения проблемы выяснилось, что одна из ключевых причин сверхнормативного образования отходов состоит в образовании чрезмерных объемов отработанного бурового раствора в процессе циркуляции промывочной жидкости при спуске и креплении промежуточных и эксплуатационных колонн, а также при выравнивании параметров бурового раствора.

Другой основной источник сверхнормативных буровых отходов – буровые сточные воды, образование которых связанно с промывкой технической водой выбуренной породы, охлаждением штоков буровых насосов, а также промывкой емкостного блока и бурового оборудования. Буровые сточные воды содержат в себе остатки промывочной жидкости и химические реагенты [2].

Анализ причин возникновения проблемы позволил подобрать оптимальные технологические решения, направленные на сокращение образования буровых сточных вод и отработанного бурового раствора. Для проведения сравнительного анализа были выбраны три технологических решения: экстрактор, блок химического усиления центрифуг и смеситель для утилизации отходов бурения с реактантом (см. табл.).

ЭКСТРАКТОР

Причиной разработки экстрактора (рис. 1) послужило то, что во многих частях мира государственные регулирующие органы предъявляют все более жесткие требования к сбросу загрязняющей окружающую среду твердой фазы бурового раствора. Данная технология предназначена для уменьшения содержания жидкой фазы в буровом шламе до минимального уровня, позволяющего производить сброс шлама во временный накопитель.

Буровой шлам после прохождения контроля содержания твердой фазы подается в экстрактор при помощи шнекового конвейера, вакуумной системы перекачки или шламового насоса. Шлам попадает в центр питателя и равномерно распределяется через питающие отверстия. Под действием центробежной силы шлам попадает в спиралевидные каналы между корпусом и сеткой. Когда шлам проходит через коническую сетку, его слой становится тоньше.

Под действием высокой центробежной силы жидкая фаза проходит сквозь плотный слой твердых частиц и сетку, а твердые частицы выходят по внешнему диаметру сетки (рис. 2). Осушенный шлам, поступая из передней части машины, накапливается для дальнейшей переработки. Жидкая фаза выходит по касательной к корпусу и попадает в резервуар для хранения [3].

БЛОК ХИМИЧЕСКОГО УСИЛЕНИЯ ЦЕНТРИФУГ

Следующим из технологических решений был выбран блок химического усиления центрифуг (далее – блок), предназначающийся для подготовки к разделению в центрифуге подлежащих утилизации буровых растворов на осветленную воду и шлам (рис. 3).

Блок устанавливается в комплексе средств очистки бурового раствора от выбуренной породы и газа перед центрифугой в составе буровой установки. Блок применяется в составе комплекса оборудования циркуляционной системы буровой установки и встраивается в линию подачи раствора в центрифугу.

Подлежащий обработке буровой раствор внешним дозировочным насосом подается в специальный смесительный трубопровод, в который последовательно по мере продвижения раствора также дозированно вводятся вода, кислота, коагулянт и флокулянт. Полученная смесь под давлением упомянутого внешнего насоса подается в центрифугу, где расслаивается на осветленную воду и сгущенный шлам.

Осветленная вода из центрифуги проходит через контрольную емкость блока на сброс. Контрольная емкость позволяет непрерывно проверять качество получаемой воды. Блок обеспечивает возможность сгущать на центрифуге буровой раствор, перенасыщенный глиной и не поддающийся разделению на механических средствах очистки [4].

СМЕСИТЕЛЬ С РЕАКТАНТОМ

Наконец, в качестве третьего технологического решения был рассмотрен смеситель для утилизации отходов бурения с реактантом (рис. 4). Данное оборудование предназначено для переработки отходов бурения в режиме кипящего слоя с испарением жидкой фазы. Смеситель может работать как в режиме импульсного смешивания, так и в режиме кипящего слоя. Вместе с тем, именно режим кипящего слоя делает установку универсальной в использовании. Смешивающие элементы захватывают дозированный материал и механическим способом производят кипящий слой, образуя материал с большой суммарной площадью поверхности частиц. Возникшие в этих условиях мельчайшие частицы тонко связываются с другими материалами [5].

В процессе сравнения технологических решений было установлено, что смеситель подходит для всех видов отходов бурения.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ

При проведении сравнительного анализа описанных технологических решений за основу расчетов были взяты параметры условной скважины глубиной 3000 метров. Расчетный объем выбуренной породы составил 200 кубометров.

До проведения ОПИ эффективность системы очистки (СО) составляла 60% (стандартная СО без блока химического усиления). Таким образом, после стандартной очистки 120 м³ бурового шлам сбрасывались в амбар, а остальные 80 м³ оставались в растворе в форме твердой фазы.

Поскольку общий объем циркуляционной системы составляет 160 м³, доля шлама в буровом растворе при применении стандартной СО оказывается равной 50%. В связи с тем, что содержание выбуренной породы в растворе не должно превышать 10%, возникает необходимость пятикратного разбавления раствора. В результате в амбар сбрасываются 640 м³ буровых отходов.

Блок химического усиления центрифуг обеспечивает повышение эффективности СО до 75%. Таким образом, в амбар сбрасываются уже 150 м³ шлама, а в растворе остается 50 м³ твердой фазы, что на 20% меньше, чем в предыдущем случае. Это означает, что при том же объеме циркуляционной системы требуется всего лишь трехкратное разбавление, после которого в амбар поступают 336 м³ отходов бурения. Простые вычисления показывают, что рост эффективности СО от 60 до 75% дает двукратное сокращение объема буровых отходов.

Сравнительный анализ выбранных технологических решений выявил наибольшую эффективность блока химического усиления центрифуг в качестве технологии сокращения объемов отходов бурения. Данная технология позволяет разделять отработанный буровой раствор на осветленную воду и буровой шлам, что способствует сокращению образования отходов бурения. Необходимо отметить, что данная технология экономически выгодна, так как не требует значительных первоначальных вложений и длительных сроков окупаемости.

За счет сокращения объема отходов бурения сокращаются затраты на утилизацию бурового шлама. Кроме того, применение блока химического усиления центрифуг при строительстве скважин позволяет минимизировать воздействие на окружающую среду.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. РД 39-3-819-91. Методические указания по определению объемов отработанных бурильных растворов и шламов при строительстве скважин.
2. РД 39-3-819-82. Методические указания по определению объемов отработанных буровых растворов и шлама при строительстве скважин.
3. РД 39-133-94. Инструкция по охране окружающей среды при строительстве скважин на нефть и газ на суше.
4. РД 51-1-96. Инструкция по охране окружающей среды при строительстве скважин на суше на месторождениях углеводородов поликомпонентного состава, в том числе сероводородсодержащих.
5. Методика расчета объемов шламов и буровых сточных вод, образующихся при строительстве скважин «СургутНИПИнефть», 2001.