Система замкнутого оборотного водоснабжения буровой скважины

 

Использование: область нефтегазовой промышленности, бурение нефтяных и газовых скважин с высоким уровнем экологической культуры в районах Крайнего Севера. Сущность изобретения: система замкнутого оборотного водоснабжения буровой скважины включает связанные между собой блок чистой воды 1, замкнутые контуры приготовления и обработки бурового раствора 2, приемные емкости 3, блок очистки бурового раствора, включающий последовательно сообщенные между собой вибросита 6, пескоотделитель 7, илоотделитель 8, блок отмыва шлама, включающий центрифугу 9, вибросито 10, отстойник 11, емкость оборотной воды 12, блок предварительной очистки 16, суперочистки 17, блок обработки химреагентами 24, 25, систему транспортировки и захоронения отмытого шлама 14, 26. 3 з.п. ф.лы, 1 ил.

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности, в частности, к бурению нефтяных и газовых скважин с высоким уровнем экологической культуры в районах Крайнего Севера.

Известна система замкнутого водоснабжения при бурении скважин, содержащая замкнутый контур сточных вод, включающий последовательно сообщенные между собой блок сбора оборотной воды, блок сбора сточных вод и блок отделения твердой фазы, и замкнутый контур промывки, включающий сообщенные с блоком оборотной воды и напрямую через скважину с блоком отделения твердой фазы блок приготовления и обработки промывочной жидкости [1] Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является система замкнутого оборотного водоснабжения буровой скважины, включающая связанные между собой блок чистой воды, замкнутые контуры приготовления, обработки химреагентами, циркуляции и очистки бурового раствора, сбора, циркуляции и очистки буровых сточных вод, контур отбора шлама и амбар для его захоронения [2] Недостатком прототипа является недостаточная экологическая чистота применяемых мер по обеспечению экологической чистоты при производстве буровых работ.

Целью изобретения является повышение эффективности охраны окружающей среды.

Указанная цель достигается тем, что систему замкнутого оборотного водоснабжения буровой скважины, включающей связанные между собой блок чистой воды, замкнутые контуры приготовления, обработки химреагентами, циркуляции и очистки сточных вод, контур отбора шлама и амбар для его захоронения снабжают блоками отмыва шлама и дополнительными узлами первой и вторичной ступенями очистки с входным, выходным и шламовым патрубками, при этом блок отмыва шлама сообщен с замкнутым контуром приготовления, циркуляция и очистки бурового раствора, контуром отбора шлама, с входным, выходным и шламовым патрубками дополнительного узла первичной очистки и выходным патрубком дополнительного узла вторичной очистки, причем последний связан с блоком для чистой воды, а амбар для захоронения шлама выполнен с обваловкой по периметру и размещенным в ней трубопроводом, связанным с холодильной установкой. При этом блок отмыва шлама включает гидравлически связанные между собой емкость оборотной воды с отстойником со шламовым патрубком, дополнительное вибросито, установленное над отстойником, шламовый патрубок которого связан с центрифугой, последняя установлена над емкостью для оборотной воды, которая гидравлически связана с одной стороны с дополнительным виброситом, а с другой с блоком приготовления.

На чертеже приведена технологическая схема системы замкнутого оборотного водоснабжения буровой скважины, которая состоит из 3-х контуров, которые включают в себя замкнутую герметическую систему циркуляции бурового раствора с подогревом в зимний период, контуры сбора, циркуляции и очистки БСВ и контуры отбора, отмыва шлама, транспортировки и захоронения. Состоит из резервуара чистой воды 1, связанный с блоком приготовления и обработки бурового раствора 2 и трубопроводами через приемные емкости 3 буровых насосов 4 со скважиной 5. Блок очистки включает в себя вибросито 6, пескоотделитель 7 и шламоотделитель 8 и связан трубопроводами со скважиной 5. Блок отмыва шлама состоит из центрифуги 9, дополнительного вибросита 10, установленного над отстойником 11, гидравлически связанным с емкостью для оборотной воды 12. Шламовый патрубок отстойника 11 через насос 13 связан с центрифугой 9, которая установлена над емкостью для оборотной воды 12, шламовый патрубок который соединен с приемной воронкой шнековой установки 14 для транспортировки шлама в амбар.

Емкость оборотной воды соединена через насос 15 с входным патрубком дополнительного узла первичной ступени очистки 16 и с блоком 2 приготовления и обработки бурового раствора. Входные патрубки дополнительного узла первичной ступени очистки 16 соединены трубопроводом с дополнительным виброситом 10 и дополнительным узлом вторичной ступени очистки, состоящей из последовательно соединенных узлов очистки. Шламовые патрубки узлов 16 и 17 соединены трубопроводами с дополнительным виброситом 10, а выходной патрубок узла 17 соединен с резервуаром чистой воды 1.

В системе имеется силовой блок 18 дизельных электростанций 19, резервуар сбора сточных вод 20, который установлен ниже пола насосного блока и связан через насос 21 с накопительным резервуаром БСВ 22.

Система включает также резервуар концентрированной воды 23, связанный с одной стороны через насос 15 трубопроводом с емкостью для оборотной воды, а с другой с блоком 2 приготовления и обработки бурового раствора, емкости 24 и 25 для коагулянта и флокулянта. Амбар для захоронения шлама выполнен с обваловкой по периметру, в который уложен трубопровод, связанный с холодильной установкой.

Амбар заполнен шламом.

Циркуляция и очистка бурового раствора осуществляется следующим образом.

Первоначально вода из внешнего источника водоснабжения поступает в резервуар чистой воды 1 и направляется на приготовление бурового раствора в блок 2 и другие технологические нужды бурения (котельную, силовой блок, насосный блок и т.п.). Буровой раствор, приготовленный в блоке 2 по трубопроводу подается через лотковую систему в приемные емкости 3 буровых насосов 4. Буровыми насосами 4 по трубопроводу буровой раствор нагнетается в скважину 5 и, подняв из нее выбуренный шлам по системе лотков поступает на вибросито 6. Здесь буровой раствор очищается от шлама и поступает в приемы пескоотделителя 7 и шламоотделителя 8, где происходит отделение песка и ила из бурового раствора. Очищенный буровой раствор буровыми насосами 4 нагнетается в скважину 5. Таким образом, получается замкнутая система циркуляции и очистки бурового раствора. При технологической необходимости буровой раствор может очищаться от твердой фазы в центрифуге 9. Очистка бурового раствора центрифугированием позволяет удалить твердую фазу размером 10^oC74 мкм.

В процессе прохождения глинистого разреза в скважине происходит наработка и увеличение объема бурового раствора (увеличение вязкости, плотности). Для ликвидации излишков бурового раствора его из циркуляционной системы по трубопроводу подают в наклонную лотковую систему, разбавляют водой и через вибросито 10 с ячейкой сетки 0,16 x 0,16 мм направляют в отстойник 11 резервуара оборотной воды 12. Из отстойника 11 насосом 13 разбавленный буровой раствор подается на прием центрифуги 9, где происходит разделение на твердую и жидкую фазы. Твердая фаза подается в приемную воронку шнековой установки 14 и транспортируется в шламовый амбар, а неочищенная вода в резервуар оборотной воды 12. Из резервуара оборотной воды 12 неочищенная вода насосом 15 подается на узел первичной ступени очистки 16, где происходит очистка от взвешенных частиц и узел вторичной ступени очистки, где происходит полная очистка и вода подается в резервуар чистой воды 1 или при необходимости сбрасывается в природный кругооборот.

Конечной операцией процесса строительства скважины является регенерация бурового раствора, возврат в природный кругооборот воды, задолженной в процессе строительства скважины. Данную операцию производят аналогично ликвидации излишков бурового раствора. Вода после узла вторичной ступени 17 сбрасывается на рельеф местности.

Сбор, циркуляции и очистка БСВ производится следующим образом. Буровые сточные воды из под вышечных сооружений скважины 5, силового блока 18, блока приготовления и обработки бурового раствора 2, блока дизельных электростанций 19, буровых насосов 4 собираются в поддоны и с помощью организованной системы трубопроводов попадают в резервуар сбора сточных вод 20, установленный ниже пола насосного блока. Резервуар сбора БСВ 20 совместно с насосом 21, предназначенным для откачки в накопительный резервуар 22, оборудуется регулятором уровня жидкости во избежании разлива БСВ. Накопительный резервуар БСВ 22 устанавливается на эстокаде. Из этого резервуара БСВ самотеком по трубопроводу подаются на штоки буровых насосов для охлаждения и с поддонов буровых насосов 4 по трубопроводам стекают в резервуар сбора БСВ 20. При избытке БСВ в резервуаре 22 или при наличии в БСВ высокого содержания твердой фазы они по трубопроводу сливаются в наклонную лотковую систему и через вибросито 10 попадают в отстойник 11 и насосом 13 подаются на центрифугу 9 для отделения и транспортировки твердой фазы в амбар. Неочищенная вода собирается в резервуаре оборотной воды 12 и используется для отмыва шлама или при необходимости проходит очистку на первой ступени 16 и во вторичной ступени 17.

Таким образом, получается замкнутая система сбора, циркуляции и очистки БСВ. При наличии в БСВ нефтяных, мазутных пятен они удаляются с поверхности сорбентом. Отбирается свободная нефть и ликвидируется путем сжигания в паровом котле. Для ликвидации диспергированных нефтепродуктов применяется бакпрепарат.

Предварительная очистка БСВ и оборотной воды производится в узле очистки первой ступени 16, где происходит очистка БСВ и оборотной воды от взвешенных частиц. После этого вода подается в лотковую систему на отмыв шлама или при необходимости на узел очистки вторичной ступени 17.

В блоке суперочистки задерживаются микроорганизмы, химические элементы, нефтепродукты находящиеся в воде. Из блока суперочистки чистая вода собирается по трубопроводу в резервуаре чистой воды 1 и используется на технологические нужды буровой (котельная, силовой и насосный блок и т.п.) или при избытке сбрасывается в окружающую среду. Для предотвращения замерзания БСВ и бурового раствора в зимнее время буровая установка комплектуется двумя воздушными теплогенераторами. Подогретый воздух по системе воздухопроводов подается во все точки сбора, циркуляции БСВ и бурового раствора.

Отбор, отмыв шлама, транспортировка и захоронение отходов бурения в зоне вечной мерзлоты производят следующим образом.

При циркуляции и очистки бурового раствора шлам с вибросит 6, песок с пескоотделителями и или с шламоотделителя 8 сбрасывается в наклонную лотковую систему и водой, подаваемой насосом 15 из резервуара оборотной воды 12, по трубопроводу подаются на вибросито 10, где происходит отмыв и отделение шлама. Отмытый шлам транспортируется в амбар шнековой установки 14, а неочищенная вода в отстойник 11 резервуара оборотной воды 12. В отстойнике 11 происходит отстаивание грязной воды. Осадок из отстойника 11 насосом 13 подается на прием центрифуги 9 для разделения на твердую и жидкую фазы. Твердая фаза транспортируется в амбар, а неочищенная вода в резервуар оборотной воды 12. Осветленная вода из отстойника 11 перетекает в резервуар оборотной воды 12 и насосом 15 по трубопроводу подается на отмыв шлама в лотковую систему. Когда оборотная вода становится концентрированной и непригодной для отмыва шлама, она насосом 15 по трубопроводу подается в резервуар концентрированной оборотной воды 23, смонтированный на блоке приготовления и обработки бурового раствора 2, и применяется для приготовления и обработки бурового раствора. После опорожнения резервуара оборотной воды 12 от концентрированной воды в него из резервуара 1 подается чистая вода по трубопроводу.

Между блоком очистки бурового раствора и виброситом 10 предусмотрена разница уровней. За счет этого шлам, песок, ил подаются на вибросито водой от насоса 15 для отмыва и отделения шлама без применения каких-либо механизмов, что исключает измельчение шлама и дополнительное загрязнение оборотной воды. В оборотной концентрированной воде содержится химреагент, что позволяет существенно уменьшить потребление свежих реагентов на приготовление и обработку бурового раствора. Также применение оборотной воды для приготовления и обработки бурового раствора значительно уменьшает забор из внешнего источника водоснабжения.

Транспортировка шлама в шламовый амбар производится шнековой установкой. В зимнее время установка обогревается паром.

Захоронение отходов бурения производится в земляном амбаре. По периметру амбара прокладывается трубопровод и сооружается обваловка из грунта. Трубопровод соединяется с холодильной установкой и в летнее время производится замораживание обваловки по периметру амбара. По многолетним наблюдениям многолетнемерзлые породы оттаивают летом до 1 м. Таким образом, происходит замерзание грунта обваловки и соединение с вечномерзлыми породами. Подпочвенная вода из оттаявшего грунта амбара не может попадать в амбар, размывать отходы бурения и разносить их в окружающую среду. Вода, образующаяся при оттаивании стенок и дна амбара, откачивается центробежным насосом на производственные нужды буровой.

Складирование отходов бурения производится равномерно по всему амбару. После окончания бурения отходы засыпают грунтом с обваловки, демонтируют трубопровод и производят биологическую рекультивацию. Так как в зоне вечной мерзлоты нет движения подпочвенных вод, то отходы бурения надежно захоронены.

Таким образом, замкнутая система водопотребления кратно сокращает забор свежей воды из природных источников на производственные нужды, исключает сброс неочищенных вод в окружающую среду, является ресурсосберегающей, обеспечивает возврат оставшейся после бурения воды в природный кругооборот и обеспечивает высокий уровень экологической культуры буровых работ.

Применение экологически чистого реагента позволяет производить отмыв шлама только водой и повторно использовать воду концентрированную химреагентом на приготовление бурового раствора, что приводит к снижению потребления свежего реагента. Захоронение отходов бурения в зоне вечной мерзлоты предотвращает распространение их в окружающей среде.

Формула изобретения

1. Система замкнутого оборотного водоснабжения буровой скважины, включающая связанные между собой блок чистой воды, замкнутые контуры приготовления, обработки химреагентами, циркуляции и очистки бурового раствора, сбора, циркуляции и очистки сточных вод, контур отбора шлама и амбар для его захоронения, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности охраны окружающей среды, она снабжена блоками отмыва шлама и дополнительными узлами первичной и вторичной ступеней очистки с входным, выходным и шламовым патрубками, при этом блок отмыва шлама сообщен с замкнутым контуром приготовления, циркуляции и очистки бурового раствора, контуром отбора шлама, с входным, выходным и шламовым патрубками дополнительного узла первичной очистки и входным патрубком дополнительного узла вторичной очистки, причем последний связан с блоком для чистой воды, а амбар для захоронения шлама выполнен с обваловкой по периметру и размещенным в ней трубопроводом, связанным с холодильной установкой.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок отмыва шлама включает гидравлически связанные между собой емкость оборотной воды с отстойником со шламовым патрубком, дополнительное вибросито, установленное над отстойником, шламовый патрубок которого связан с центрифугой, последняя установлена над емкостью для оборотной воды, которая гидравлически связана с одной стороны с дополнительным виброситом, а с другой с блоком приготовления.

РИСУНКИ

Рисунок 1