СПОСОБ ПОДЗЕМНОГО ЗАХОРОНЕНИЯ БУРОВЫХ ОТХОДОВ В МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОДАХ
METHOD OF UNDERGROUND DISPOSAL OF DRILLING WASTE IN PERMAFROST FORMATIONS

Предлагаемое техническое решение относится к горному делу и может быть использовано при эксплуатации подземных резервуаров-хранилищ, создаваемых в многолетнемерзлых породах для захоронения отходов бурения.
Известен способ захоронения буровых отходов в амбарах, включающий их гидротранспорт от буровой установки, загрузку отходов в амбар, осаждение бурового шлама в амбаре, откачку отделенного от шлама бурового раствора в создаваемую скважину и ликвидацию заполненного буровым шламом амбара [1].
Недостаток данного способа заключается в отрицательном экологическом воздействии на природу, связанном с размещением на поверхности буровых отходов.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ захоронения буровых отходов в подземном резервуаре, созданном через скважину в многолетнемерзлых породах, включающий доставку буровых отходов по трубопроводу от буровой установки к подземному резервуару, заполнение ими подземного резервуара, отделение бурового раствора от бурового шлама путем отстаивания буровых отходов в подземном резервуаре и откачку осветленной части отделившегося бурового раствора на поверхность для повторного использования, переведение в подземном резервуаре остаточного бурового раствора и бурового шлама в твердомерзлое состояние за счет поглощения их тепла вмещающими породами, имеющими отрицательную температуру, и повторную закачку буровых отходов [2].
Недостаток данного способа заключается в его низкой эффективности, связанной с необходимостью извлечения из подземного резервуара большого количества бурового раствора, закачиваемого в подземный резервуар вместе с буровым шламом.
Решаемая задача заключается в повышении эффективности захоронения буровых отходов в созданном через скважину в многолетнемерзлых осадочных породах подземном резервуаре путем чередующегося размещения в нем подвижного бурового шлама и жидких буровых отходов.
В результате решения этой задачи обеспечиваются:
- снижение объема бурового раствора, необходимого для бурения скважины;
- уменьшение теплового воздействия на многолетнемерзлые породы вокруг подземного резервуара при регулировании температуры отходов бурения, что повышает устойчивость подземного резервуара и тем самым надежность подземного захоронения буровых отходов в многолетнемерзлых породах.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в способе подземного захоронения буровых отходов в многолетнемерзлых породах, включающем доставку буровых отходов к месту захоронения и заполнение ими созданного через буровую скважину подземного резервуара, согласно предлагаемому способу в процессе проведения буровых работ производят разделение буровых отходов с накоплением бурового шлама отдельно от жидких буровых отходов, заполнение указанного подземного резервуара буровыми отходами ведут путем чередования загрузки бурового шлама и жидких буровых отходов, при этом в период накопления бурового шлама, и/или доставки его к месту захоронения, и/или непосредственно перед подачей в подземный резервуар буровой шлам переводят в подвижное состояние с введением в него жидкости или водяного пара до влажности 30-40%.
Отличием данного способа является также то, что в процессе подземного захоронения буровых отходов при низких температурах окружающей среды вводимую в буровой шлам жидкость предварительно подогревают до температуры, превышающей +30°С.
Другим отличием данного способа является то, что в качестве вводимой в буровой шлам жидкости используют воду или жидкие буровые отходы.
Раздельное накопление бурового шлама и жидких буровых отходов с их чередующейся загрузкой в указанный подземный резервуар позволяет использовать при доставке буровых отходов от буровой установки к подземному резервуару специализированные транспортирующие средства большой грузоподъемности, обеспечивающие снижение транспортных расходов и повышающие эффективность подземного захоронения. Кроме этого, раздельное накопление и чередующаяся загрузка жидких и твердых буровых отходов позволяет минимизировать потери бурового раствора при захоронении отходов и уменьшить общие объемы образующихся отходов благодаря очистке бурового раствора от шлама на буровой установке. При накоплении бурового шлама в центральной части подземного резервуара раздельная подача жидких и твердых отходов в скважину подземного резервуара способствует размыву бурового шлама с выносом его к боковым стенкам, что обеспечивает равномерное заполнение подземного резервуара отходами. Кроме этого, появляется возможность механизировать доставку и захоронение буровых отходов с использованием автосамосвалов, автомиксеров и других транспортных средств, в зависимости от существующих горно-технологических условий.
Перевод бурового шлама в подвижное состояние с добавлением жидкости или водяного пара до влажности 30-40% в период накопления и/или транспортирования и/или непосредственно перед заполнением подземного резервуара буровыми отходами обеспечивает необходимую подвижность бурового шлама при движении по скважине и равномерное размещение его в объеме подземного резервуара, что повышает эффективность захоронения буровых отходов.
При переводе бурового шлама в подвижное состояние предварительный подогрев жидкости, вводимой в буровой шлам, до температуры, превышающей +30°С, повышает эффективность захоронения буровых отходов в условиях низких температур окружающей среды в зимний период и способствует сокращению потребляемого расхода этой жидкости.
Таким образом, совокупность вышеперечисленных признаков обеспечивает решение задачи повышения эффективности захоронения буровых отходов в подземном резервуаре, созданном в многолетнемерзлых осадочных породах через скважину.
Предлагаемый способ поясняется схемами, представленными на фиг.1, 2 и 3.
На фиг.1 изображена схема подземного захоронения буровых отходов в многолетнемерзлых породах с использованием установки приема и подачи буровых отходов в подземный резервуар.
На фиг.2 представлена схема подземного захоронения буровых отходов в многолетнемерзлых породах с применением автомиксера (автобетоносмесителя).
На фиг.3 показана схема захоронения буровых отходов в многолетнемерзлых породах посредством передвижного бункера.
В соответствии со схемой, показанной на фиг.1, буровой шлам, содержащийся в буровых отходах, загружается в транспортное средство и транспортируется от буровой установки (на фиг.1 не показана) к подземному резервуару 1, созданному в многолетнемерзлых породах через скважину 2. Над скважиной 2 установлен бункер 3 со шнеком 4. В бункер 3 насосом 5 из бака 6, снабженного электронагревателем 7, подается необходимое количество жидкости для увлажнения загружаемого в подземный резервуар 1 бурового шлама.
По схеме подземного захоронения буровых отходов, изображенной на фиг.2, буровой шлам предварительно загружается во вращающийся бункер 8 автомиксера с баком 9 для технической воды, установленным на автомобиле 10.
В соответствии со схемой захоронения буровых отходов, приведенной на фиг.3, предусмотрена их предварительная загрузка в бункер 11, перемещаемый бульдозером 12 на санях 13. Создание подвижной смеси из бурового шлама и жидкости производится вращением шнека 14, размещенного в бункере 11.
Способ подземного захоронения буровых отходов в многолетнемерзлых породах осуществляется следующим образом.
В процессе проведения буровых работ производят разделение буровых отходов на твердую и жидкую фазы с накоплением в специально отведенных резервуарах жидких буровых отходов в виде отработанного бурового раствора, содержащего большое количество взвешенных твердых частиц, которые не могут быть механически выделены из бурового раствора механическим способом. Жидкие буровые отходы могут содержать также химические вещества, добавляемые в буровой раствор для изменения его реологических свойств. Отдельно от жидких буровых отходов накапливают буровой шлам. По мере поступления жидких буровых отходов от буровой установки в бункеры их периодически вывозят автоцистернами к подземному резервуару 1. Заполнение подземного резервуара 1 буровыми отходами ведут путем чередования загрузки бурового шлама и сливаемых через скважину 2 жидких буровых отходов, производя таким образом послойную загрузку всей резервуарной полости буровым шламом и жидкими буровыми отходами. В период накопления бурового шлама, и/или доставки его к подземному резервуару 1, и/или непосредственно перед подачей в подземный резервуар 1 буровой шлам переводят в подвижное состояние с введением в него жидкости или водяного пара до влажности 30-40%. В качестве вводимой в буровой шлам жидкости используют воду или жидкие буровые отходы. При низких температурах окружающей среды вводимую в буровой шлам жидкость предварительно подогревают до температуры, превышающей +30°С.
В соответствии со схемой, показанной на фиг.1, буровой шлам, содержащийся в буровых отходах, отделяют от жидкой фазы и с влажностью 20-25% загружают в транспортное средство, в частности в кузов автосамосвала. По мере накопления в автосамосвале бурового шлама его транспортируют от буровой установки (на фиг.1 не показана) к подземному резервуару 1, созданному в многолетнемерзлых породах через скважину 2, а затем выгружают из автосамосвала в установленный над скважиной 2 бункер 3. В качестве самосвала целесообразно использовать систему типа «мультилифт» со съемным кузовом. Буровой шлам накапливают в съемном кузове и по мере наполнения вывозят автомобилем к подземному резервуару 1. При этом один автомобиль обслуживает несколько буровых установок. В бункере 3 буровой шлам переводят в подвижное состояние путем постоянного перемешивания шнеком 4 с добавлением жидкости насосом 5 из бака 6 до влажности смеси 30-40%. В качестве добавляемой жидкости используют воду (в том числе техническую воду) или жидкие буровые отходы. В случае смерзания бурового шлама при низких отрицательных температурах окружающей среды в период его накопления и транспортирования от буровой установки к подземному резервуару 1 подаваемую в бункер 3 жидкость для приготовления смеси предварительно нагревают электронагревателем 7 до температуры +30…+80°С. Таким образом, буровой шлам переводят в подвижное состояние в бункере 3 непосредственно перед заполнением им подземного резервуара 1. Выгрузку подвижной смеси бурового шлама из бункера 3 в подземный резервуар 1 через скважину 2 производят изменением направления вращения шнека 4. Загрузку подземного резервуара 1 ведут путем послойного чередования приготовленной в бункере 3 смеси и сливаемых через скважину 2 жидких буровых отходов. Жидкие буровые отходы доставляют от буровой установки к подземному резервуару 1 с помощью автоцистерн.
В соответствии со схемой, представленной на фиг.2, выделенный из буровых отходов буровой шлам загружают во вращающийся бункер 8 автомиксера, в который также добавляют техническую воду, отбираемую из бака 9, установленного на автомобиле 10. При этом количество отбираемой технической воды до влажности подвижной смеси 30-40% определяют в соответствии с исходной влажностью бурового шлама, загружаемого во вращающийся бункер автомиксера 8. Добавление воды в бункер 8 автомиксера производят или в процессе загрузки в него бурового шлама, или по окончании загрузки перед началом транспортирования автомобилем 10 к подземному резервуару 1. При этом во время движения транспортного средства, оборудованного вращающимся бункером 8 автомиксера, также образуется подвижная смесь, выгружаемая затем через скважину 2 в подземный резервуар 1 в виде очередного заполняющего его слоя, содержащего буровой шлам.
Схема осуществления способа, приведенная на фиг.3, применима при транспортировании бурового шлама от буровой установки к месту захоронения буровых отходов в подземном резервуаре 1 в условиях плохих дорог. В этом случае используют передвижной бункер 11, перемещаемый бульдозером 12. В соответствии со схемой фиг.3 предварительно обезвоженный буровой шлам из буровой установки выгружают в передвижной бункер 11, установленный на санях 13. Техническую воду или жидкие буровые отходы добавляют к буровому шламу в период его накопления в передвижном бункере 11. Создание подвижной смеси из добавляемой жидкости и бурового шлама производят вращением шнека 14 передвижного бункера 11, после чего осуществляют указанную послойную загрузку подземного резервуара 1 через скважину 2.
3
3
3
3
Примером конкретной реализации предлагаемого способа является захоронение буровых отходов при бурении газовых скважин на газовом месторождении Крайнего Севера. В соответствии со схемой, представленной на фиг.1, в процессе бурения эксплуатационной скважины буровой установкой (на фиг.1 не показана) образуется около 600 м буровых отходов, в том числе около 180 м твердых буровых отходов в виде бурового шлама и 420 м жидких буровых отходов. Буровой шлам отделяют от жидких буровых отходов с накоплением его в течение одной смены проведения буровых работ. После этого буровой шлам загружают в автосамосвал в объеме около 5 м и транспортируют на расстояние 15 км от буровой установки к подземному резервуару 1, созданному в многолетнемерзлых породах через скважину 2. Доставленный буровой шлам с исходной влажностью 25% выгружают затем автосамосвалом в бункер 3, установленный над скважиной 2. Перед началом заполнения подземного резервуара 1 буровыми отходами создают подвижную смесь в виде бурового шлама с жидкостью. С этой целью из бака 6 насосом 5 в бункер 3 перекачивают около 500 л воды, подогретой в зимний период до температуры +50°С электронагревателем 7 и оттаивают смерзшиеся куски бурового шлама. В результате перемешивания шнеком 4 бурового шлама с подогретой водой создают подвижную смесь с влажностью 32% и температурой около +4°С. Затем изменяют направление вращения шнека 4 и выгружают эту смесь из бункера 3 в скважину 2 подземного резервуара 1. В подвижном состоянии буровой шлам равномерно заполняет подземный резервуар 1 с образованием горизонтальной поверхности, на которую затем через скважину 2 выливают порцию жидких буровых отходов.
3
3
Жидкие буровые отходы в виде отработанного бурового раствора предварительно складируют в резервуарном парке (на фиг.1 не показан) объемом 200 м, размещенном на буровой установке. По мере их накопления жидкие буровые отходы транспортируют 2 раза в месяц к подземному резервуару 1 с помощью автоцистерны объемом 7 м, из которой производят слив жидких буровых отходов через скважину 2 в подземный резервуар 1.
Чередуя загрузку бурового шлама и жидких буровых отходов, постепенно заполняют буровыми отходами полость подземного резервуара 1. Введение минимально необходимой добавки технической воды в бункер 3, заполненный буровым шламом, и перемешивание содержимого бункера 3 шнеком 4 обеспечивают требуемую подвижность бурового шлама при его загрузке в подземный резервуар 1. Оттаивание смерзшихся частиц бурового шлама с добавлением в шлам подогретой воды при перемешивании шнеком 4 способствует достижению минимально необходимой температуры смеси бурового шлама с водой, загружаемой в подземный резервуар 1, которая при этом не оказывает теплового воздействия на вмещающие многолетнемерзлые породы, обеспечивая в целом устойчивость подземного резервуара 1 и эффективность подземного захоронения в нем буровых отходов.
Источники информации
1. В.Н.Воронцов. Открытые горные выработки в подготовительных работах при обустройстве нефтегазовых месторождений Среднего Приобья. Сургут, 1999.
2. А.с. СССР №1620391 А1, МПК B65G 5/00, «Способ эксплуатации подземного резервуара в вечномерзлых породах», 1988 г.