Способ ликвидации земляного амбара-накопителя отходов бурения

 

Изобретение относится к охране окружающей природной среды при строительстве нефтяных и газовых скважин на суше. По способу ликвидации земляного амбара-накопителя отходов бурения снимают плодородный слой почвы, накапливают отходы в земляном амбаре. Территорию буровой площадки покрывают слоем гравия. В котловане возводят противофильтрационный глинистый экран. Осветленную жидкую фазу отходов равномерно распыляют над буровой площадкой до возврата плодородного слоя почвы. Отверждают загущенную фазу отходов и на верхний твердый слой наносят непроницаемый экран. Перед засыпкой загущенной фазы грунтом на экран наносят дренажное покрытие. Техническим результатом является повышение эффективности ликвидации амбара-накопителя отходов бурения и рекультивации земельного отвода. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к охране окружающей природной среды в нефтегазовой промышленности, в частности, к способам ликвидации земляных амбаров-накопителей отходов бурения после окончания строительства скважин на суше.

Известен способ ликвидации отстойно-поглотительного котлована, включающий отрывку котлована, возведение противофильтрационного глинистого экрана, заполнение котлована отработанным буровым раствором, расслоение отработанного бурового раствора на загущенную и осветленную фазы, удаление осветленной фазы, отверждение загущенной фазы с образованием верхнего твердого слоя, нанесение непроницаемого экрана и засыпку отстойно-поглотительного котлована минеральным грунтом (см. А.с. СССР N 1188185, C 09 K 7/02 от 18.07.83 г.).

При этом не решена проблема удаляемой из котлована осветленной жидкой фазы отходов бурения после прекращения технологического процесса строительства скважины в связи с его окончанием, когда в котловане накоплен максимальный объем жидких отходов. Другой недостаток заключается в том, что после нанесения на отвержденные отходы бурения (ОБ) непроницаемого экрана возможно заболачивание территории ликвидированного котлована в результате выпадания атмосферных осадков и таяния снега.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ ликвидации амбара-накопителя отходов бурения и рекультивации земель после окончания строительства скважины, включающий обозначение границ и плановой конфигурации земельного отвода, снятие плодородного слоя почвы с территории земельного отвода и складирование ее во временные отвалы на период строительства скважины, отрывку котлована, монтаж бурового оборудования, сооружение земляного амбара, бурение скважины, накопление отходов бурения в земляном амбаре, расслоение отходов бурения на загущенную и осветленную фазы, удаления из амбара осветленной жидкой фазы, засыпку оставшейся в амбаре загущенной фазы минеральным грунтом, демонтаж и эвакуацию бурового оборудования, возврат из мест временного хранения и нанесение плодородного слоя почвы на рекультивируемый земельный отвод (см. Стетюха Е. , Лютенко В. Охрана и рекультивация земли буровыми предприятиями Украины // Нефтяник, 1977. - N 9. - с. 15-16).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что известный способ характеризуется значительной продолжительностью ликвидации амбара-накопителя отходов бурения и рекультивации нарушенных земель, обусловленные необходимостью подсыхания содержимого амбаров путем естественного испарения жидкости в течение двух-трех лет с одновременной частичной инфильтрацией жидких отходов, что ограничивает возможность реализации известного способа и не удовлетворяет действующему природоохранному законодательству.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Строительство скважин относится к водоемким производствам. При среднесуточном водопотреблении 17 м³ к окончанию строительства разведочной скважины глубиной 5800 м в земляном амбаре накапливается до 10000 м³ отходов бурения. Наибольший удельный вес среди них составляют буровые сточные воды (БСВ). Необходимость снижения водопотребления обусловливает повторное использование БСВ в процессе строительства скважины для следующих целей: - обмыв бурильного инструмента при его подъеме из скважины; - обмыв механизмов очистки и регенерации буровых растворов; - обмыв оборудования и рабочих площадок буровой, насосной и желобной систем; - охлаждение штоков буровых насосов; - приготовление бурового и тампонажного раствора, а также буферных жидкостей при цементировании скважин; - опрессовка обсадных труб на территории буровой; - замена бурового раствора в колонне на воду при испытании объектов и вызове притоке из пласта.

Многократное использование вод в оборотном водоснабжении буровой затрудняет процесс очистки БСВ, что обусловлено аккумулированием загрязняющих веществ, препятствующих нормальному прохождению процесса очистки. В результате даже при замкнутом цикле водоснабжения повторно-последовательная очистка БСВ возможна только в течение трех-четырех циклов, после чего необходимо исключить БСВ из оборотного водоснабжения.

Таким образом, низкое качество очистки и, соответственно, недостаточный объем утилизации БСВ в процессе бурения скважины обусловливает накопление сточных вод в земляном амбаре после окончания строительства скважины.

Захоронение в жидком состоянии отходов бурения, содержащих, помимо БСВ, отработанный буровой раствор и буровой шлам, в земляном амбаре не допускается санитарными и природоохранными правилами.

Наличие БСВ в отходах бурения резко осложняет их отверждение, требует повышенного расхода консолидирующих материалов, приводит к удорожанию работ.

Проблема утилизации БСВ на этом этапе строительства скважины приобретает особую актуальность в связи с необходимостью своевременного возврата земельного отвода землепользователю. Сброс неочищенных сточных вод на почвенный рельеф, в поверхностные водоемы и водоносные горизонты запрещен "Инструкцией по охране окружающей среды при строительстве скважин на нефть и газ на суше" (РД 39-133-94).

Рассредоточенность, удельная малообъемность и удаленность буровых работ от централизованных накопителей промышленных отходов и предприятий по их переработке обусловливают отказ от дорогостоящих транспортных операций и необходимость утилизации отходов бурения на месте их образования без использования сложных технологий и громоздких технических средств.

Еще одной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является заболачивание территории ликвидированного земляного амбара с захороненными отходами бурения, обусловленное нанесением на отвержденные отходы непроницаемого слоя из глины, выпадением атмосферных осадков и таянием снега. Это приводит к локальному изменению естественного разреза и фильтрационных характеристик зоны аэрации, повышенной влажности корнеобитаемого слоя почвы и, соответственно, к снижению урожайности сельхозкультур на данном участке.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении эффективности ликвидации земляного амбара вследствие экологически безопасной утилизации осветленной жидкой фазы отходов бурения и предотвращении заболачивания рекультивированной территории ликвидированного амбара-накопителя отходов бурения.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе, включающем обозначение границ и плановой конфигурации земельного отвода, снятие плодородного слоя почвы с территории земельного отвода и складирование ее во временные отвалы на период строительства скважины, отрывку котлована, монтаж бурового оборудования, сооружение земляного амбара, бурение скважины, накопление отходов бурения в земляном амбаре, расслоение отходов бурения на загущенную и осветленную фазы, удаление из амбара осветленный жидкой фазы, засыпку оставшейся в амбаре загущенной фазы минеральным грунтом, демонтаж и эвакуацию бурового оборудования, возврат из мест временного хранения и нанесение плодородного слоя почвы на рекультивируемый земельный отвод, особенность заключается в том, что территорию буровой площадки покрывают слоем гравия, в котловане возводят противофильтрационый глинистый экран, осветленную жидкую фазу отходов бурения равномерно распыляют над гравийной буровой площадкой в границах рекультивируемого земельного отвода, причем распыление производят до возврата плодородного слоя почвы из мест временного хранения, отверждают консолидирующим материалом загущенную фазу отходов бурения с образованием верхнего твердого слоя, наносят на твердый слой непроницаемый экран, а перед засыпкой амбара минеральным грунтом на непроницаемый экран наносят дренажное покрытие. Кроме того, особенность способа заключается в том, что площадь дренажного покрытия превышает площадь ликвидируемого амбара не менее чем на 20%, а высотные отметки нижнего и верхнего слоев дренажного покрытия соответствуют высотным отметкам нижнего и верхнего слоев гравийного покрытия территории буровой площадки.

Покрытие территории буровой площадки слоем гравия, возведение в котловане протифовильтрационного глинистого экрана, равномерное распыление осветленной жидкой фазы отходов бурения над гравийной буровой площадкой в границах рекультивируемого земельного отвода до возврата плодородного слоя почвы из мест временного хранения, отверждение консолидирующим материалом загущенной фазы отходов бурения с образованием верхнего твердого слоя, нанесение на твердый слой непроницаемого экрана обеспечивают достижение необходимой экологической безопасности захоронения отходов бурения, позволяют исключить загрязнение плодородного слоя почвы и грунтовых вод вредными веществами, содержащимися в осветленной жидкой фазе отходов бурения, и предотвратить водную эрозию гравийной площадки.

Нанесение на непроницаемый экран предварительно засыпке амбара минеральным грунтом дренажного покрытия, превышающего площадь ликвидируемого амбара не менее чем на 20%, обеспечивает предотвращение заболачивания рекультивируемой территории ликвидированного амбара-накопителя отходов бурения.

Осуществление указанных выше действий обеспечивает экологически безопасную утилизацию осветленной жидкой фазы отходов бурения и позволяет повысить экологическую эффективность ликвидации земляного амбара-накопителя отходов бурения и рекультивации земельного отвода.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить отсутствие источника, характеризующегося признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования: - дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения; - замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части (элемента, действия) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;
- увеличение количества однотипных элементов действий, для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов, действий;
- выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;
- создания средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена буровая площадка для строительства скважины до ликвидации земляного амбара; на фиг. 2 показан разрез земляного амбара-накопителя отходов бурения до его ликвидации, на фиг. 3 - разрез земляного амбара-накопителя отходов бурения после его ликвидации.

Способ осуществляют следующими последовательными действиями в порядке изложения:
- обозначают вешками границы и плановую конфигурацию земельного отвода, предоставленного во временное пользование на период строительства скважины;
- снимают плодородный слой почвы с территории земельного отвода и складируют ее во временные отвалы на период строительства скважины;
- отрывают котлован под амбар-накопитель отходов бурения;
- покрывают территорию буровой площадки слоем гравия;
- возводят в котловане противофильтрационный глинистый экран;
- монтируют буровое оборудование;
- сооружают земляной амбар;
- бурят скважину;
- накапливают отходы бурения в земляном амбаре;
- расслаивают отходы бурения на загущенную и осветленную фазы;
- удаляют из амбара осветленную жидкую фазу отходов бурения;
- равномерно распыляют осветленную жидкую фазу отходов бурения над гравийной буровой площадкой в границах рекультивируемого земельного отвода до возврата плодородного слоя почвы из мест временного хранения;
- отверждают консолидирующим материалом загущенную фазу отходов с образованием верхнего твердого слоя;
- наносят на твердый слой непроницаемый экран;
- наносят на непроницаемый экран дренажное покрытие;
- засыпают амбар минеральным грунтом;
- демонтируют и эвакуируют буровое оборудование;
- возвращают из мест временного хранения плодородную почву и наносят ее равномерным слоем на рекультивируемый земельный отвод.

Территорию земельного отвода, предоставленного во временное краткосрочное пользование на период строительства скважины 1, обозначают вешками 2. Механизированным способом снимают плодородный слой почвы и складируют ее во временный отвал 4 трапециевидного сечения с высотой 3-4 м для хранения на период строительства скважины 1.

В минеральном грунте 5 механизированным способом отрывают котлован 6 под амбар-накопитель отходов бурения, вокруг которого из вынутого минерального грунта сооружают защитное обвалование 7. Днище и боковые стенки котлована 6 оснащают противофильтрационным экраном 8, например, глинистой пастой толщиной не менее 10 см. На минеральный грунт 5 буровой площадки, обозначенной вешками 2, наносят слой гравия 9 толщиной 25-30 см. Монтируют буровое оборудование 10 и бурят скважину 1. В земляном амбаре, оснащенном противофильтрационным экраном 8, накапливают отходы бурения в виде твердого бурового шлама 11, отработанного бурового раствора и буровых сточных вод. Введением в отходы бурения при помощи гидросмесителя и цементировочного агрегата ЦА-320 (на чертежах не показаны) коагулянта, в качестве которого может быть использован раствор сернокислого алюминия, и, при необходимости, флокулянта, например, раствора полиакриламида, расслаивают отходы на загущенную 12 и осветленную 13 фазы. При помощи цементировочного агрегата ЦА-320 или бурового насоса (на чертежах не показан) осветленную фазу 13 удаляют из земляного амбара. Дождевальной машиной, например, "Волжанка", "Фрегат", ДДА-100МА и т.п., (на чертежах не показана) осветленную фазу 13 отходов бурения равномерно распыляют над гравийной буровой площадкой 9 в границах, обозначенных вешками 2. Введением в загущенную фазу 12 консолидирующего материала, например, портландцемента и их перемешиванием гидравлическим или механическим способами отверждают отходы бурения, аккумулированные в земляном амбаре, с образованием верхнего твердого слоя 14. После достижения отвержденными отходами минимально допустимой механической прочности на сжатие 0,1 МПа на твердый слой 14 бульдозером (на чертежах не показан) наносят непроницаемый экран 15 из глины или тяжелого суглинка толщиной не менее 30 см. На непроницаемый экран 15 по периметру 16 наносят механизированным способом дренажное покрытие 17, в качестве которого используется гравий, щебенка или песок. При этом площадь дренажного покрытия 17 должна превышать площадь ликвидируемого земляного амбара не менее чем на 20% для перекрытия пространства 18, занятого ранее обвалованием 7, а высотные отметки нижнего 19 и верхнего 20 слоев дренажного покрытия 17 соответствуют высотным отметкам нижнего и верхнего слоев гравийного покрытия 9 территории буровой площадки. Дренажное покрытие 17 земляного амбара по периметру 16 засыпают минеральным грунтом 21, толщиной не менее 25 см.

Производят демонтаж и эвакуацию бурового оборудования 10 с территории буровой площадки. После этого бульдозерами (на чертежах не показаны) возвращают из временного отвала 4 плодородную почву 3 и равномерно распределяют ее по территории рекультивируемого земельного отвода.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения (способа) следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в нефтегазовой отрасли при строительстве скважин на суше;
- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Способ ликвидации земляного амбара-накопителя отходов бурения, включающий обозначение границ и плановой конфигурации земельного отвода, снятие плодородного слоя почвы с территории земельного отвода и складирование ее во временные отвалы на период строительства скважины, отрывку котлована, монтаж бурового оборудования, сооружение земляного амбара, бурение скважины, накопление отходов бурения в земляном амбаре, расслоение отходов бурения на загущенную и осветленную фазы, удаление из амбара осветленной жидкой фазы, засыпку оставшейся в амбаре загущенной фазы минеральным грунтом, демонтаж и эвакуацию бурового оборудования, возврат из мест временного хранения и нанесение плодородного слоя почвы на рекультивируемый земельный отвод, отличающийся тем, что территорию буровой площадки покрывают слоем гравия, в котловане возводят противофильтрационный глинистый экран, осветленную жидкую фазу отходов бурения равномерно распыляют над гравийной буровой площадкой в границах рекультивируемого земельного отвода, причем распыление производят до возврата плодородного слоя почвы из мест временного хранения, отверждают консолидирующим материалом загущенную фазу отходов бурения с образованием верхнего твердого слоя, наносят на твердый слой непроницаемый экран, а перед засыпкой загущенной фазы минеральным грунтом на непроницаемый экран наносят дренажное покрытие.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что площадь дренажного покрытия превышает площадь ликвидируемого амбара не менее чем на 20%, а высотные отметки нижнего и верхнего слоев дренажного покрытия соответствуют высотным отметкам нижнего и верхнего слоев гравийного покрытия территории буровой площадки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3