СИСТЕМА ЛОКАЛИЗАЦИИ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ
SYSTEM FOR LOCALIZATION AND CONTROL OF LIQUIDS

Предпосылки создания изобретения
Настоящее изобретение в общем относится к системе эффективной локализации жидкостей, прежде всего атмосферных осадков и сточных вод, образующихся в результате выполнения работ на определенном участке, и для регулирования локализованных жидкостей. Система в частности хорошо подходит для участков, предназначенных для бурения газовых и нефтяных скважин, но также пригодна для участков, предназначенных для выполнения других функций, для которых будет выгодно использование усовершенствованных систем локализации и регулирования жидкостей, включая систему водоснабжения, сточную систему и систему ливневой канализации.
В настоящее время отсутствуют соответствующие нормативные стандарты, от штата к штату, которые регулируют сооружение систем защиты окружающей среды, используемых в отраслях промышленности, занимающихся разведкой и добычей нефти и газа. Приблизительно для 80% штатов требуется возведение системы поднятой дам бы вокруг хранилищ для пластовой воды и разделительных резервуаров для приема нефти, газа и пластовой воды. Для некоторых, но не для всех штатов, требуется непроницаемая облицовка внутри дамб. Для временного хранения жидкостей в результате эксплуатации скважин и пластовой воды также используются бассейны для сбора жидкости. Однако эти бассейны облицованы непроницаемой мембраной, которая обычно не обладает прочностью на прокол или устойчивостью против напряжения сдвига.
Типичная защита самой кустовой площадки часто ограничивается периферийной дамбой или бермой, окружающей кустовую площадку. В качестве дополнительной меры защиты в некоторых установках используется гибкий пластиковый лист, толщиной 20 мил, уложенный поверх слоя толщиной 2 фута из модифицированного материала-основы, обычно известняка. Однако на практике, как было установлено, таким установкам наносят ущерб шины многих большегрузных автомобилей, часто используемых на таких участках, вес которых зачастую составляет порядка 80000 фунтов, в частности для операций гидроразрыва пласта давлением (обычно называемой «фрекинг») и для перевозки воды, кроме того, повреждения такие установки получают от прокалывания металлическими компонентами буровой системы и другими опасными предметами, которые встречаются на буровых.
Кроме того, такие мембранные установки носят временный характер, их заменяют каждый раз при КРС [капитальном ремонте скважины], при повторном фрекинге или при появлении новой точки бурения на площадке, они обеспечивают скапливание и сбор воды. Такие мембраны также ненадежны в работе, они могут замерзать в зимние месяцы, создавая опасность для работы. К тому же существует мало научных способов мониторинга утечек из таких бассейнов-накопителей жидкости. Утечки определяют, если вообще определяют, визуально по падению уровня жидкости.
Как следствие, современные технологии несколько бессистемны и по своему прямому назначению в недостаточной степени могут обеспечить надлежащий уровень защиты окружающей среды от загрязнений. Это было недавно продемонстрировано на примере одиночных, вертикально-пробуренных скважин, о чем свидетельствует ряд недавних выбросов и неполадок, с которыми столкнулись на буровой площадке месторождения сланца Марселлус.
В последнее время были разработаны различные технологии для применения в быстро развивающихся отраслях промышленности по наземной добыче природного газа. Такие технологии во многих случаях сделали существующие методы защиты окружающей среды совершенно неэффективными. Например, новые технологии бурения позволяют бурильную колонну доводить до газоносного пласта глинистых сланцев, а затем изменять направление и бурить горизонтально через сланцевый пласт, часто на нескольких тысяч футов. Но проницаемость сланца для газа, который в нем содержится, не очень высокая, и необходимо применять технологию фрекинга высокого давления, чтобы открыть сланцевые слои (осадочную горную πороду) и закачать между слоями песок и частицы одинакового размера, чтобы держать их открытыми и обеспечивать значительно увеличенные потоки газа. Могут применяться методы направленного бурения, которые позволяют на одной, хотя и значительно расширенной, кустовой площадке разместить столько скважин, сколько требуется для надлежащей разработки конкретного участка.
Такие процессы требуют использования значительных объемов воды. В результате для таких установок, особенно тех, которые предусматривают размещение на одной кустовой площадке нескольких скважин, требуются повышенные ресурсы регулирования жидкости. Фрекинг горизонтальных скважин происходит на тысячах футов ствола скважины, что требует объемов воды для фрекинга в десять, двадцать или более раз больше по сравнению с объемом, который пришлось бы использовать для обычной вертикальной скважины, потому что вертикальная скважина пересекает сланцевый пласт на расстоянии всего сто футов или около этого. При фрекинге одиночной скважины может использоваться до пяти миллионов галлонов воды, а на один участок кустовой площадки может приходиться до десяти скважин.
Существующие методы регулирования разливов совершенно не отвечают требованиям защиты окружающей среды от возможных разливов и утечек при таких объемах, что в свою очередь приводит к необходимости разработки нового протокола защиты окружающей среды на кустовой площадке.
В дополнение к значительно возросшим объемам жидкости, которые потенциально подвержены разливу или утечке на кустовой площадке, необходимость улучшения защиты окружающей среды, кроме того, возникает в результате последних высоких уровней разведки и освоения в районах, где бурение ранее проводилось в малых объемах или вообще отсутствовало. В этой связи возникают большие опасения по поводу возможного ущерба окружающей среде, в частности, в отношении снабжения питьевой водой. Еще больше это осложняется расширением типов, количества и объема химических веществ, используемых при таких технологиях освоения скважин, которые, согласно индустрии, по сведениям, включают более 750 различных химических веществ.
Кроме того, такие газовые скважины, как правило, имеют более короткий срок службы, чем нефтяные скважины. Уровни добычи могут резко снизиться при не выработанных газах сланцевого пласта. Это может потребовать значительного уровня повторного фрекинга в этой же скважине, что в свою очередь может привести к опасным ситуациям, связанным с возросшим числом необходимых процедур повторного фрекинга. Кроме того, в качестве примера, и только для разработки природного газа на сланцах Марселлус, прогнозы по количеству скважин, которые нужно пробурить, варьируются от 1400 до 2700 в 2011 году, от 1600 до 3900 на 2015 год, и от 1700 до 4800 на 2020 год.
Для защиты подземных вод и прилегающих земель от загрязнения важное значение имеет надежная технологическая и комплектующая система. Этого можно добиться только путем 100% локализации разливов и утечек на протяжении всех операций бурения и освоения скважин. В операциях фрекинга, когда сначала используется пресная вода для вскрытия пластов глинистых сланцев, также используются несколько тысяч галлонов химических веществ, начиная от кислот до омыляющих веществ до биоцидов и многие другие. Для этого потребовалась бы емкость, вмещающая 100000 галлонов разливов в пределах каждой части площадки суб-скважины.
Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением все атмосферные осадки и стоки в результате операций на данной стройплощадке можно собирать, локализовать, хранить для использования, проводить их анализ и сбрасывать через дренажное поле (или несколько полей) или в один или несколько емкостей. Некоторые или все из получаемых в результате жидкостей можно использовать в последующих операциях, в том числе жидкости, которые откачиваются на поверхность и собираются в локализующих резервуарах, или жидкости можно перекачивать из этих резервуаров для удаления с площадки.
Такие жидкости можно фильтровать или обрабатывать иным образом либо на месте, либо в удаленном пункте. При этом любые и все примеси можно локализовать до их удаления, обработки или повторного использования.
Такие жидкости можно спускать, используя одну или несколько траншей или другие подходящие пути потока, предусмотренные через покрытие, ограничивающее участок, или «площадку» в случае участка для бурения. Площадка опирается на проницаемый слой твердых частиц различного размера, предпочтительно состоящий из промытой речной гальки или подобного наполнителя, но может быть альтернативно реализован с использованием других материалов, которые в дальнейшем будут совместно упоминаться как «дренажный камень». Выбираемый для использования материал имеет объем пор порядка предпочтительно от 42% до 48%, в которых могут удерживаться жидкости, что является основной целью получаемой системы.
Просачиванию жидкости через камень и в почву под ним препятствует непроницаемая мембрана, расположенная под камнем и проходящая по всей площади камня и площадки над ним. По краям площадки, которые проходят в поперечном направлении во все стороны за пределы камня под площадкой, мембрана располагается так, что распространяется на приподнятую берму, которая соответствует периферии участка площадки, полностью окружая участок. Мембрана в этом случае образует непроницаемый бассейн, задерживающий жидкости, которые задерживаются в камне. Мембрана лежит на выравнивающем слое для сглаживания, а также защиты мембраны, и имеет уклон от высоких точек, обозначенных множеством берм, к одному или нескольким люкам, соединяющимся с соответствующими отстойными бассейнами, расположенными в низких точках, образованных на участке для бурения, как правило, но не обязательно, вдоль траншей.
Отстойные бассейны размещены в различных местах на площадке и расположены на соответствующих глубинах для дренажа камня. Отстойные бассейны могут реализовать многие функции, включая накопительные емкости для удержания и тестирования жидкости, клапаны для выпуска жидкостей в локальные дренажные поля или хранилища, в случае необходимости, и как локальные накопительные емкости, из которых загрязненные жидкости можно откачивать на поверхность для удаления или для повторного использования, например, при выполнении процесса повторного фрекинга.
Проектирование конкретной стройплощадки будет в первую очередь зависеть от местных факторов, таких как рельеф местности, осадки и проницаемость почвы. Количество осадков, определяемое объемами ливневых вод «2 в год» или «100 в год», предпочтительно используется для определения используемого камня и проектирования мембраны, в то время как проектирование дренажного поля будет в первую очередь зависеть от проницаемости почвы и результатов проверки перколяции на стройплощадке. Однако, конкретные проектные параметры, используемые для реализации данной площадки, также безусловно будут зависеть от местной практики. Размещение отстойных бассейнов и количество используемых отстойных бассейнов будут определяться сопутствующими работами, выполняемыми на площадке, и общей стоимостью. Например, отстойные бассейны предпочтительно располагаются в местах, удаленных от других структур, которым отстойные бассейны потенциально могут мешать.
Окончательное проектирование конкретной площадки, а также определение таких факторов, как спецификация труб для дренажного поля, количество отстойных бассейнов и расстояние между ними и другие подобные факторы, будут зависеть от наличия материалов, общей стоимости и изучения перевозок, и, вероятно, будут также зависеть от таких факторов, как рельеф местности, количество осадков и результаты проверки перколяции.
Система обнаружения утечек также предпочтительно используется в сочетании с системой в соответствии с настоящим изобретением либо в качестве дополнительного средства, либо в качестве средства, объединенного с системой. Система обнаружения утечек предпочтительно работает на солнечной энергии, доступной на площадке, ее мониторинг можно осуществлять либо на месте, либо из центральной станции мониторинга.
Установка в соответствии с настоящим изобретением имеет важное значение для обеспечения защиты грунтовых вод и гарантии, что любые жидкости и загрязняющие вещества, образующиеся на данной площадке, не просачиваются сквозь почву ниже в течение всех периодов, включая освоение данной площадки, работ при бурении или фрекинге на площадке, а также при техническом обслуживании площадки. Установка, создаваемая в соответствии с настоящим изобретением, может обеспечить постоянную локализацию на протяжении всего срока службы данной установки, а также может значительно повысить безопасность условий работы, например, за счет предотвращения скопления льда, который может образоваться во время работ в зимнее время.
Систему в соответствии с настоящим изобретением можно использовать на вновь осваиваемой площадке или ее можно переоборудовать под существующую площадку. Систему можно легко приспособить к дополнительным структурам, связанным с данной площадкой, или переоборудовать под существующую площадку, где уже установлена система локализации в соответствии с настоящим изобретением. Как результат, система может без труда обслуживать бурение дополнительных скважин на защищенной кустовой площадке, и может легко включить дополнительные скважины в систему защиты окружающей среды данного куста скважин. Система модульная и расширяемая, ее можно компоновать в сетке, чтобы покрыть площадки любого размера. Как результат, систему можно легко устанавливать на всей площадке или части площадки, по требованию или предпочтительно для данной установки. Систему можно устанавливать в любое время года и в течение любого сезона без ограничивающих условий.
Система в соответствии с настоящим изобретением включает инженерную систему контроля загрязнений, которую можно устанавливать совместимым образом с площадки на площадку с обеспечением надежных заданных результатов контроля загрязнения. По достижении срока полезной эксплуатации данной площадки часто эту площадку необходимо восстановить, зачастую требуется рекультивация. Для этого компоненты площадки должны пройти проверку на загрязнения. Если установлено, что компоненты площадки чистые, компоненты можно снимать. Если нет, то компоненты, которые признаны загрязненными, должны пройти соответствующую обработку. Мембрану также необходимо убрать, но она должна быть выполнена из материалов, которые можно полностью перерабатывать.
Систему в соответствии с настоящим изобретением можно использовать в течение всего срока службы данной площадки, ее не нужно убирать, а затем снова устанавливать, что дает значительную экономию средств в течение полезного срока службы системы, а также снижает любой потенциальный ущерб от разливов и загрязнений при выполнении процессов бурения и фрекинга, например.
После закрытия площадки или окончательного прекращения деятельности на площадке предполагается полная очистка окружающей среды. Все материалы, которые использовались при сооружении системы, легко снимаются с площадки, их можно перерабатывать или безопасно утилизировать вне площадки. Самыми крупными компонентами системы являются устройства регулирования жидкости в люках/отстойных бассейнах, которые можно поднять и убрать как автономный блок и использовать повторно.
Система в соответствии с настоящим изобретением способствует удовлетворению нормативных требований по безопасности грунтовых воды и окружающей среды с точки зрения выполняемых наземных операций. С экологической точки зрения существуют три зоны, которые необходимо учитывать при защите окружающей среды от загрязнения в результате операций бурения и добычи, включающие атмосферу над кустовой площадкой, от устья суб-скважины до поверхности площадки, и от устья нисходящей скважины до устья суб-скважины. В то время как система в соответствии с настоящим изобретением особенно хорошо подходит для обеспечения надежной защиты окружающей среды от загрязнений и от воздействия химических веществ в зоне от устья суб-скважины до поверхности буровой площадки, где больше всего происходит утечек, разливов и других инцидентов с загрязнением, может быть также улучшена защита и в других зонах.
Например, система в соответствии с настоящим изобретением может также содействовать уменьшению проблем, возникающих в зоне от устья нисходящей скважины до устья суб-скважины, например, открытые выбросы или пульсации «пластовой» воды, поскольку система в соответствии с настоящим изобретением может обеспечить поглощение в объеме отходящего потока выброса в течение первого часа и больше, даже в условиях потока высокого давления. Система в соответствии с настоящим изобретением может также содействовать снижению газовыделения и испарения летучих химических веществ на кустовой площадке за счет того, что химические вещества содержатся в более холодной окружающей среде, не подвергая их воздействию солнечного света или погодных условий.
Другие существенные преимущества системы в соответствии с настоящим изобретением по защите окружающей среды могут включать локализацию ливневых вод в пределах площадки, что предотвращает выход загрязненных стоков на окружающую местность и дальнейшее просачивание в грунтовые воды и водоносный слой, система обеспечивает полную локализацию разливов и утечек на буровой площадке, быструю очистку утечек или разливов, а также стандартизацию качества и надежности осуществления инженерно-технических работ. Система в полной мере отвечает своему назначению и обеспечивает регулирование локализации загрязняющих веществ, вредных для окружающей среды, а также для здоровья животных и людей, поскольку такие загрязняющие вещества появляются при уровнях концентрации на порядки меньше, чем те, которые могли бы оказать отрицательное влияние на мембрану системы.
Хотя основной реализацией системы в соответствии с настоящим изобретением является локализация под площадкой в рамках работ по бурению и фрекингу, систему можно и нужно предпочтительно расширять, чтобы охватить всю кустовую площадку, обеспечивая краткосрочное, среднесрочное и долгосрочное решение различных проблем защиты окружающей среды на участке кустовой площадки.
Это, в свою очередь, позволяет решать различные социально-политические проблемы и оценки, с которыми сталкиваются при осуществлении таких способов разведки и добычи. Например, бурение скважин вызывает беспокойство у жителей, живущих даже в нескольких милях от любого отдельного куста скважин, в том числе страх загрязнения подземных вод и водоносного слоя. Еще одной проблемой является вероятность воздействия «быстрой нейтрализации» разливов пластовых вод, потенциально из-за скважинного рассола, который образуется внутри и содержащийся ниже расположения газа в пластах глинистых сланцев, на пораженную растительность.
Система в соответствии с настоящим изобретением непосредственно решает такие проблемы, особенно связанные с загрязнением грунтовых вод, которое непосредственно затрагивает проблемы, связанные с неглубокими скважинами для питьевой воды. Это достигается за счет непосредственного решения проблемы разливов пластовой воды, экологически вредной из-за возможного превышения уровня солености в 10-12 раз уровня солености морской воды, а также ее воздействия на растительность.
Следовательно, система в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает возможность появления стандартов на установки, где в настоящее время существует мало соответствующих стандартов. Это может, в свою очередь, дать законодателям и тем, кто сталкивается с экологическими проблемами, рациональный стандарт на технической основе по защите окружающей среды от работ на кустовой площадке за счет предоставления научно-обоснованной базы для создания установившейся практики. При использовании системы в соответствии с настоящим изобретением также можно обеспечить возможность более последовательного развития с помощью процессов, разрешающих бурение и эксплуатацию скважин.
Краткое описание изобретения
Фигура 1 - вид в плане, иллюстрирующий пример участка со встроенной системой локализации жидкости в соответствии с настоящим изобретением.
Фигуры 2 и 3 - увеличенный более детальный вид в плане двух из систем локализации, изображенных на Фигуре 1.
Фигура 4 - вид в поперечном разрезе по линии 4-4 на Фигуре 2.
Фигура 5 - вид в поперечном разрезе по линии 5-5 на Фигуре 3.
Фигура 6 - увеличенный вид в поперечном разрезе, изображающий берму, окружающую систему локализации.
Фигура 7 - увеличенный вид в поперечном разрезе, изображающий дренажную медианную полосу для использования в системе локализации.
Фигура 8 - вид сверху, иллюстрирующий пример альтернативного участка со встроенной системой локализации жидкости в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 9 - вид в поперечном разрезе по линии 9-9 на Фигуре 8.
Фигура 10 - вид в поперечном разрезе одного из отстойных бассейнов, изображенных на Фигуре 1.
Фигура 11 - увеличенный вид в поперечном разрезе соединения между базовым кольцом и кольцом стояка отстойного бассейна, изображенного на Фигуре 10. Фигура 12 - вид сверху компрессионного кольца для соединения базового кольца и кольца стояка отстойного бассейна, изображенного на Фигуре 10.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
На Фигуре 1 изображен участок со встроенной системой локализации и регулирования жидкостей в соответствии с настоящим изобретением. В иллюстрируемом примере указанный участок представляет собой кустовую площадку 1, которая, как правило, используется для добычи природного газа из сланцев с помощью способа «гидроразрыва пласта давлением», который обычно называют «фрекингом». Однако следует понимать, что иллюстрируемая кустовая площадка 1 является только одним примером из множества воплощений, когда может использоваться система локализации и регулирования жидкостей в соответствии с настоящим изобретением. Например, изображенная кустовая площадка 1, как правило, прямоугольной формы, имеет площадь порядка 180000 квадратных футов, что характерно для операции фрекинга. Тем не менее, и форма, и размер кустовой площадки 1 может, по желанию, изменяться в зависимости от конкретного применения, местоположения или условий эксплуатации. Возможны также варианты использования кустовой площадки 1 для других типов буровых операций, во многих других областях, помимо фрекинга, для извлечения природного газа из сланца, в том числе других типов бурения газовых и нефтяных скважин, и различных связанных с этим вспомогательных работ, для других применений, таких как регулирование водоснабжения, канализации и ливневых вод, или для других установок, которые бы выиграли от использования эффективной и рентабельной локализации и регулирования обрабатываемых жидкостей.
Приведенное ниже описание системы локализации и регулирования жидкостей в соответствии с настоящим изобретением дано в общем контексте типовой установки, используемой для добычи природного газа из сланцев с помощью способа фрекинга. Однако следует понимать, что данное описание является только иллюстрацией одной такой системы и что общая конфигурация описанной системы и, в частности, рассмотренные размеры и описанные материалы для использования при реализации данной системы могут свободно варьироваться в соответствии с конкретным применением. Как следствие, приведенное описание не должно интерпретироваться как ограничение объема или применимости системы локализации и регулирования жидкостей, полученной в соответствии с настоящим изобретением.
Как показано на Фигуре 1, вся кустовая площадка 1 оснащена системой локализации 2, имеющей такие размеры и конфигурацию, что она покрывает всю площадь кустовой площадки 1. Размещение системы локализации 2 на всем участке считается предпочтительным и может выполняться во время строительства, в ожидании последующей разработки всех частей кустовой площадки 1 по прямому назначению, а также для обеспечения максимальной локализации жидкости на участке. В качестве альтернативы, в целях снижения затрат, системы локализации 2 можно размещать в отдельных зонах кустовой площадки 1, например, только в зонах, где активно ведутся работы. Независимо от конкретной конфигурации кустовой площадки 1, в любой части площадки 1, где необходима или желательна защита окружающей среды, предпочтительно размещать одну или несколько систем локализации 2, при необходимости или по желанию.
В иллюстративной установке, показанной на Фигуре 1, вся кустовая площадка 1 (с характерными размерами: ширина 300 футов и длина 600 футов) оснащена серией из семи систем локализации 2. Две крайние системы локализации 5 имеют характерные размеры примерно 50 футов в ширину и 300 метров в длину. Все остальные системы локализации 6 имеют, каждая, характерные размеры примерно 100 футов в ширину и 300 футов в длину. Расположение различных элементов, относящихся к каждой из систем локализации 2, в первую очередь будет зависеть от расположения разрабатываемых устьев скважин в каждой зоне локализации, расположения другого вспомогательного оборудования в каждой зоне локализации и общего рельефа местности на участке, например, потоки или другие источники воды или другие геологические формации, которые необходимо избегать. Различные системы локализации 2 могут быть либо разного размера и разной формы, как показано на Фигуре 1, в целях размещения различных компоновок кустовой площадки, либо все могут быть одного размера и одной формы, если это необходимо для конкретной установки.
На Фигурах 2 и 3 представлены в увеличенном виде две из систем локализации 2, показанных на Фигуре 1. На Фигуре 2 представлена система локализации 5, расположенная в крайней левой позиции, показанной на Фигуре 1. На Фигуре 3 показана одна из расположенных в центре систем локализации, обозначенная позицией 6 на Фигуре 1. Далее также со ссылкой на Фигуру 4, где приводится поперечное сечение по ширине системы локализации 5, показанной на Фигуре 2, и на Фигуру 5, где приводится поперечное сечение по ширине системы локализации 6, показанной на Фигуре 3.
Внешняя периферия системы локализации 5 ограничивается бермой 7 по трем из ее четырех краев. Четвертый край системы локализации 5 ограничивается разделителем 8, который замыкает получаемую систему локализации 5. По внешней периферии система локализации 6 ограничивается бермой 7 по двум противоположным краям, и предусмотрены два разделителя 8, замыкающие получаемую систему локализации 6. Такие элементы могут изменяться, по желанию, в соответствии с требованиями каждой конкретной установки. Например, в случае установки, имеющей только одну систему локализации 2, все четыре края системы локализации должны быть окружены бермой 7.
Периметр системы локализации 5 определяет в целом прямоугольный бассейн 9, расположенный между бермой 7 и разделителем 8, который также выполнен в виде бермы. Система локализации 6 определяет в целом прямоугольный бассейн 10, расположенный между двумя бермами, образующими противоположные разделители 8, и который предпочтительно разделен пополам на две прямоугольные зоны 11, 12.
Как показано на Фигуре 4, система локализации 5 лежит на дне 13 бассейна 9, который предпочтительно имеет уклон от бермы 8 по направлению к дренажной системе 15, чтобы жидкость направлялась в дренажную систему 15. Как показано на Фигуре 5, система локализации 6 лежит на дне 16 бассейна 10, который разделен пополам на поверхностные зоны 17, 18 дренажной системой 15. Поверхностные зоны 17, 18 имеют уклон от берм 8 по направлению к дренажной системе 15, чтобы жидкость направлялась в дренажную систему 15.
Каждая из поверхностей 13, 17, 18 предпочтительно имеет уклон по направлению к дренажной системе 15, чтобы жидкость направлялась к дренажной системе 15. Уклон, соответствующий поверхностям 13, 17, 18, как правило, будет составлять порядка от 1/8 дюйма до 1/2 дюйма на фут. Обычно уклон составляет порядка 1/4 дюйма на фут, но может свободно варьироваться, чтобы удовлетворить требованиям конкретной установкой.
Приведенные выше параметры даны только для иллюстрации. Следует понимать, что формы различных поверхностей и уклоны поверхностей 13, 17, 18 могут свободно варьироваться, чтобы удовлетворить требованиям конкретной установки.
На Фигуре 6 представлен увеличенный вид в поперечном разрезе, демонстрирующий типичную конструкцию бермы 7. В изображенном варианте осуществления берма 7 проходит вверх от вертикальной боковой стенки 19, образующей бассейн 9, и над прилегающей поверхностью 20 системы локализации 5. Для этого между боковой стенкой 19 и наружной траншеей 22 образована насыпь 21. Противоположный конец траншеи 22 заканчивается у поверхности 23, имеющей уклон, определяющий наклонный участок от системы локализации 5. Насыпь 21, изображенная на Фигуре 6, имеет закругленную верхнюю поверхность. В качестве альтернативы, насыпь 21 может иметь плоскую верхнюю поверхность, например, для лучшего размещения оборудования, используемого при сооружении системы локализации 5, если предпочтительно.
Как указывалось ранее, берма 7 ограничивает три из четырех краев системы локализации 5. Как показано на Фигурах 4 и 5, берма 8, определяющая четвертый край системы локализации 5, образована также в виде насыпи 25, проходящей вверх от бассейнов 9, 10, как будет описано более подробно ниже, так что бассейны 9, 10 можно делать относительно глубокими и плоскими, чтобы максимально увеличить количество жидкости, которую можно удерживать в бассейнах 9, 10.
Ниже со ссылкой на Фигуру 6 представлен типичный пример общего строительства системы локализации 5. Следует отметить, что промежутки, показанные между различными слоями материала на этой и следующих фигурах, приведены для четкой иллюстрации рассматриваемых структур. Но на практике такие структуры будут соприкасаться друг с другом и показанных интервалов не будет.
Выкапывают бассейн 9 до образования земляной нижней поверхности 13, ограниченной земляными боковыми стенками 19, которые проходят до земляных берм 7, образующих наружные края системы локализации 5, и до земляной бермы, образующей разделитель 8. На нижнюю поверхность 13, боковые стенки 19, насыпь 21 и траншею 22 бермы 7, а также на берму 8 укладывают буферный слой 26. Затем поверх буферного слоя 26 помещают непроницаемую мембрану 30, полностью проходящую полностью по нижней поверхности 13 и боковым стенкам 19 бермы 7, а также по берме 8. Мембрана 30 предпочтительно проходит по верху бермы 7 и может дополнительно дальше проходить по насыпи 21 бермы 7 и в траншею 22, по желанию. Затем на мембрану 30 накладывается геотекстильная ткань 31, которая проходит полностью по нижней поверхности 13, боковым стенкам 19 и берме 8.
Дренажный слой 32, образованный из относительно крупного материала, помещают затем на геотекстильную ткань 31, который предпочтительно заполняет зону бассейна 9, расположенную между боковыми стенками 19 и бермой 8. Дренажный слой 32 предпочтительно заполняет бассейн 9 до высшей точки 33 бермы 8, и у боковых стенок 19 предпочтительно образуется периметр 34, проходящий вверх до поверхности 20 системы локализации 5. После этого поверх дренажного слоя 32 помещают дополнительный слой 35 геотекстильной ткани, предпочтительно проходящий по всей поверхности дренажного слоя 32. На дренажный слой 32 затем помещают базовый слой 36 и доводят его до уровня поверхности 20, замыкая систему локализации 5.
Геотекстильная ткань 31 предпочтительно проходит по насыпи 21, образуя защитный пласт, покрывающий мембрану 30 и удерживающий мембрану 30 в нужном положении на берме 7. Защитный пласт, образованный геотекстильной тканью 31, также предпочтительно проходит через траншею 22, а траншея 22 предпочтительно заполняется материалом, пригодным для покрытия геотекстильной ткани 31 и мембраны 30 и для удержания мембраны 30 и геотекстильной ткани 31 в нужном положении в траншее 22. Покрывать мембрану 30 геотекстильной тканью 31 и заполнять траншею 22 можно либо до заполнения бассейна 9, либо после его заполнения, как описано выше.
Ниже со ссылкой на Фигуры 5 и 7 представлен типичный пример аналогичного общего строительства системы локализации 6. Выкапывают соответствующим образом бассейн 10 до образования земляных нижних поверхностей 17, 18, ограниченных земляными боковыми стенками 19, которые распространяются на земляные бермы 7, образующие наружные края системы локализации 6, и противоположные земляные бермы, образующие разделители 8. На нижние поверхности 17, 18, боковые стенки 19, насыпи 21 и траншеи 22 противоположных берм 7, а также на бермы 8 помещают буферный слой 26. Затем поверх буферного слоя 26 помещают непроницаемую мембрану 30, проходящую полностью по нижним поверхностям 17, 18, боковым стенкам 19 бермы 7, необходимым частям насыпей 21 и траншей 22, а также по бермам 8. Затем на мембрану 30 помещают геотексильную ткань 31, проходящую полностью по нижним поверхностям 17, 18, боковым стенкам 19 и, при желании, по насыпям 21 берм 7, а также по бермам 8. Затем на геотекстильную ткань 31 помещают дренажный слой 32, образованный из относительно крупного материала, который предпочтительно заполняет зону бассейна 10, проходящую между боковыми стенками 19 и бермами 8. Дренажный слой 32 предпочтительно заполняет бассейн 10 до высших точек 33 берм 8, и у боковых стенок 19 предпочтительно образуются периметры 34, проходящие вверх до поверхности 20 системы локализации 5. Затем поверх дренажного слоя 32 помещают дополнительный слой 35 геотекстильной ткани, предпочтительно проходящий полностью по поверхности дренажного слоя 32. После этого поверх дренажного слоя 32 помещают базовый слой 36 и доводят его до уровня поверхности 20, завершая систему локализации 6.
В качестве альтернативы, различные зоны кустовой площадки 1, а также системы локализации 5, 6, можно создавать с помощью различных способов для удовлетворения требованиям каждой конкретной установки. Например, части одной или нескольких систем локализации 5, 6 можно приспособить для улучшения приема грузовиков и другого оборудования по обслуживанию кустовой площадки 1. Это можно осуществить за счет укрепления таких зон или не выполняя никаких подземных изменений в таких зонах.
Мембрана 30 предпочтительно выполняется из такого материала, как термопластичный олефин или полиолефин (ТРО), который в настоящее время используется в кровельной отрасли. Такие материалы обеспечивают высокую устойчивость к воздействию химических веществ и обладают различными преимуществами в отношении рабочих характеристик и установки. Установка может выполняться с использованием технологий, которые хорошо известны и обычно применяются в кровельной отрасли, что упрощает общую установку. При необходимости также могут использоваться другие материалы, но в настоящее время они считаются менее предпочтительными. Такие материалы могут включать поливинилхлорид (PVC), хлорированный полиэтилен (СРЕ), сульфохлорированный полиэтилен (CSPE), кетон-этилен-эфир (КЕЕ), этилен-пропилен монодиен (EPDM) или другие эквивалентные термопласты. В любом случае, в настоящее время предпочтительной считается мембрана толщиной от 40 мил до 135 мил. Буферный слой 26 предпочтительно образует слой песка толщиной от 1 до 3 дюймов, хотя, по желанию, могут также использоваться другие зернистые материалы, например, побочные продукты прессованного щебня.
Геотекстильная ткань используется для улучшения изоляции различных слоев материала, разделенных геотекстильными тканями. Например, использование геотекстильной ткани может помочь предотвратить попадание загрязняющих веществ и мусора из верхнего слоя в расположенные ниже структуры, например, свести к минимуму попадание загрязняющих веществ и мусора из базового слоя 36 в дренажный слой 32, или из дренажного слоя 32 в мембрану 30. Размещение геотекстильной ткани 35 между базовым слоем 36 и дренажным слоем 32 также помогает предотвратить попадание более мелких материалов базового слоя 36 в материалы более крупного размера в дренажном слое 32, что способствует сохранению проницаемости дренажного слоя 32. Использование геотекстильной ткани 31 в качестве защитного слоя для насыпи 21 бермы 7 также может способствовать защите нижележащей мембраны 30. Можно с успехом использовать любую из множества геотекстильных тканей, которые обычно используются в строительной отрасли. Например, для реализации слоя геотекстильной ткани можно взять систему «MiraDRAIN», поставляемую фирмой Coatings & Waterproofing Inc., Уайли, штат Техас (США). Геотекстильная ткань может иметь вес от 4 до 32 унций, в настоящее время предпочтительным является вес 16 унций. В качестве альтернативы вместо геотекстильной ткани могут использоваться другие материалы, способные обеспечить защитный слой, и для реализации защитного слоя для насыпи 21, по желанию, можно использовать обычный резиновый мат.
Дренажный слой 32 и периметр 34 предпочтительно выполнены из такого материала, как речной камень, размером от 1 дюйма до 5 дюймов, причем предпочтительным является размер 3 дюйма. Однако могут также использоваться другие типы дренажного камня, например, дренажной гравий 2В, по желанию для конкретной установки. Глубина дренажного слоя 32 по дну бассейнов 9, 10 будет изменяться в зависимости от уклона нижних поверхностей 13, 17, 18. В иллюстративном примере, показанном на Фигурах 4 и 5, дренажный слой 32 имеет глубину порядка 6 футов. Периметр 34 предпочтительно имеет ширину порядка от 1 до 6 футов, а глубину, равную глубине дренажного слоя 32 и базового слоя 36.
Буферный слой 26 предусмотрен для защиты мембраны 30 от потенциально вредных воздействий материала, который образует дренажный слой 32, и предпочтительно выполнен в виде песчаного подстилающего слоя толщиной от 1 дюйма до 3 дюймов.
Базовый слой 36 предпочтительно выполнен из такого материала, как модифицированный гравий, например, с использованием дренажного гравия 2А глубиной порядка 24 дюйма. Модифицированный гравий также предпочтительно используется для засыпки траншеи 22, как ранее было описано. В некоторых случаях уплотнение модифицированного гравия, образующего базовый слой 36, может неблагоприятно сказаться на дренаже через базовый слой 36 в дренажный слой 32, расположенный ниже. Этого можно избежать за счет размещения одной или нескольких дренажных медианных полос 37, проходящих через базовый слой 36. В качестве примера, можно предусмотреть сеть из дренажных медианных полос 37, показанных на Фигуре 1, для улучшения дренажа в нижележащий слой 32. Как показано на Фигуре 7, дренажные медианные полосы 37 предпочтительно выполнены из такого материала, как речной камень размером от 1 дюйма до 5 дюймов, причем предпочтительным является размер 3 дюйма. Однако могут также использоваться другие типы дренажного камня, например, дренажной гравий 2В, при необходимости для конкретной установки. В иллюстративном примере, показанном на Фигуре 7, дренажная медианная полоса 37 имеет глубину порядка 2 фута и ширину порядка 18 дюймов.
Берма 7 может быть шириной порядка 12 футов и высотой порядка 6 футов. Траншея 22 может быть шириной порядка 1 фут и глубиной порядка 18 дюймов.
Все вышеуказанные параметры могут быть изменены в соответствии с требованиями конкретного применения, местоположением или условиями эксплуатации, или для удовлетворения требованиям определенной установки, по желанию. Любой из множества различных типов дренажных каменных материалов могут использоваться для формирования различных структур, связанных с системами локализации 2, хотя использование известняковых материалов в настоящее время считается менее предпочтительным.
Для большинства применений использование слоя песка толщиной от 1 до 3 дюймов в качестве буферного слоя 26 должно служить защитой мембраны 30 от повреждения в результате потенциально вредных воздействий материала, образующего дренажный слой 32. Также могут быть некоторые применения, когда потребовались бы дополнительные гарантии отсутствия утечек через мембрану 30 в земляное дно 13, 17, 18, боковые стенки 19 или бермы 8 бассейнов 9, 10, а также в окружающую среду. В таких случаях в качестве дополнительного средства защиты может быть предусмотрена система обнаружения утечек.
Такая система обнаружения утечек может быть реализована с помощью сетки обнаружения утечек 40, сопряженной с непроницаемой мембраной 30 таким способом, который подходит для конкретного состава данной установки и типа используемой системы обнаружения утечек, и которая электрически связана с соответствующим контрольным устройством. Сетка обнаружения утечек 40 предпочтительно помещается под непроницаемой мембраной 30 для эффективного обнаружения утечек через мембрану 30.
В качестве варианта реализации сетки обнаружения утечек 40 и непроницаемой мембраны 30 в виде двух отдельных компонентов, непроницаемая мембрана 30 может быть снабжена электропроводными элементами для создания единой структуры, включающей систему обнаружения утечек. Это предпочтительно выполняется путем замены или добавления структур из волокнистого материала, который в настоящее время используется для укрепления обычных непроницаемых мембран с проводящей структурой, которая предпочтительно располагается между наружными слоями мембраны, обычно образующими непроницаемую мембрану. Хотя для этого можно использовать различные проводящие структуры, использование проводящего слоя из фольги, распыленного проводящего слоя ил и мелкоячеистой сетки в настоящее время считается предпочтительным, чтобы можно было более точно определять местонахождение утечки, что особенно важно для относительно большой зоны обслуживания таких установок, как кустовая площадка 1.

Система обнаружения утечек может успешно работать от солнечной энергии, доступной на участке, причем мониторинг этой системы можно осуществлять либо на месте, либо из центральной станции. Такой мониторинг может выполняться в активные периоды, например во время бурения, разработки, обслуживания и ремонтных работ, а также в неактивные периоды, например для обеспечения управления ливневыми водами. Такая система обнаружения утечек может быть реализована с помощью технологии Electric Field Vector Mapping (EFVM) [Топография вектора электрического поля], фирмы International Leak Detection (ILD), Дес-Плейнс, штат Иллинойс (США), вместе с системой мониторинга ProtectSys этой же фирмы.
Кустовая площадка, изображенная на Фигурах 1-7, является только одним примером многих установок, которые можно разрабатывать с использованием системы локализации и регулирования жидкостей в соответствии с настоящим изобретением. Другой такой вариант воплощения изображен на Фигурах 8 и 9. Кустовая площадка Г, изображенная на Фигурах 8 и 9, имеет некоторые элементы, аналогичные элементам площадки 1, изображенной на Фигурах 1-7. Также иллюстрируются разные отличия.
Например, кустовая площадка 1′, изображенная на Фигуре 8, немного меньше, имеет площадь порядка 150000 квадратных футов. Кроме того, только на некоторых частях к устовой площадки 1′ имеется система локализации 2′. Таким образом, только выбранные зоны 41, где требуется или желательна защита окружающей среды, снабжены системой локализации 2′, например, в зонах кустовой площадки 11, на которых активно ведутся работы, в целях снижения затрат. В качестве дополнительной альтернативы вся кустовая площадка 1′ может быть оснащена системой локализации 2′, имеющей размеры и конфигурацию, обеспечивающие покрытие всей площади кустовой площадки 11, по желанию.
В установке, изображенной на Фигуре 8, половина 41 кустовой площадки 1′ (имеющей характерные размеры: ширина 300 футов и длина 500 футов) оснащена системой локализации 2′, а другая половина 42 кустовой площадки 11 остается без возможности локализации. Незащищенные зоны 42 кустовой площадки 1′ могут быть позже, по желанию, дооснащены системами локализации 2′, что потенциально позволяет экономить и затраты, и материалы в течение срока службы площадки И в результате использования перерабатываемых материалов, поступающих из первоначально установленных систем локализации 2′.
В изображенной установке используются четыре системы локализации 21, каждая из которых имеет характерные размеры примерно 125 футов в ширину и 150 футов в длину, и каждая имеет одинаковую общую конфигурацию. Расположение различных элементов, относящихся к каждой из систем локализации 2′, также варьируется, в частности, различные компоненты дренажных систем 15′, относящиеся к системам локализации 2′. Кроме того, в изображенной конфигурации каждая дренажная система 15′ включает два отстойных бассейна 50′, соединенных соответственно сконфигурированными дренажными трубами 51.
Внешняя периферия кустовой площадки 11 ограничивается бермой 7. Остальные края систем локализации 21 образованы медианными полосами 43, способными взаимодействовать с соседними системами локализации 2′. Как показано на Фигуре 9, медианные полосы 43 направлены вверх от дна 44 бассейнов 45, до высшей точки относительно поверхности 20′ системы локализации 21 для обеспечения дренажа в направлении дренажных систем 15′. Для строительства медианных полос 43, которые могут иметь характерную ширину порядка 18 дюймов и глубину порядка 24 дюймов, предпочтительно используют обычный дренажный гравий 2В. Состав медианных полос 43, также как и размеры, выбираемые для использования, также может свободно варьироваться для удовлетворения требованиям конкретной установки. Установка, изображенная на Фигуре 8, не имеет дренажных медианных полос 37, изображенных на Фигуре 1. Установка, изображенная на Фигуре 8, может быть дополнительно оборудована дренажными медианными полосами 37, либо аналогичными тем, которые показаны на Фигуре 1, либо какой-либо другой конфигурации, по желанию.
Периметр каждой системы локализации 2′, независимо от того, ограничивается он бермой 7, медианными полосами 43 или бермами 8, определяет в целом прямоугольный бассейн 45, который предпочтительно разделен дренажной системой 15′ пополам на две прямоугольные зоны 46, 47. Каждая система локализации 2′ лежит на дне 44 одного из бассейнов 45, который аналогично разделен дренажной системой 1′ пополам на поверхностные зоны 48, 49. Каждая из поверхностей 48, 49 предпочтительно имеет уклон по направлению к дренажной системе 151, за счет чего жидкость направляется к дренажной системе 15′. Шаг уклона, относящегося к поверхностям 48, 49, в основном, составит порядка 1/8 дюйма - 1/2 дюйма на фут. Следует понимать, что форма различных поверхностей и шаги уклона поверхностей 48, 49 также могут свободно варьироваться для удовлетворения требованиям конкретной установки.
На Фигурах 10-12 изображена предпочтительная дренажная система 15, 15′ для использования с системами локализации 2, 2′, описанных ранее. Предпочтительная дренажная система 15, 15′, как правило, содержит по меньшей мере один, а в некоторых случаях, несколько отстойных бассейнов 50, 50′ в сочетании с одной или несколькими дренажными трубами 51. Отстойные бассейны 50, 50′ вертикально проходят через системы локализации 2, 2′ в заданных местах, проходя через различные слои систем локализации 2, 2′ и в земляное дно 13, 17, 18, 44, которое соответственно формирует бассейны 9, 10, 45. Количество и расположение отстойных бассейнов будет варьироваться для удовлетворения требованиям конкретного участка. Отстойные бассейны должны размещаться в местах, где не будут мешать машинному оборудованию на площадке, например, оборудованию устья скважины в случае, если площадка буровая. Дренажные трубы 51 проходят от отстойных бассейнов 50, 50′ и предпочтительно распространяются по всей длине систем локализации 2, 2′. Дренажные трубы 51 могут затем соединяться с дренажным полем, одной или несколькими накопительными емкостями в ситуациях, когда непроницаемые почвы могут поставить под угрозу эффективное функционирование дренажного поля или какой-либо другой подходящей системы сброса жидкости. Для улучшения дренажа дренажные трубы 51 предпочтительно имеют уклон от отстойных бассейнов 50, 50′, за счет чего жидкости направляются от отстойных бассейнов. Для этого, как правило, может быть предусмотрен шаг уклона порядка 1/8 дюйм на фут, но может свободно варьироваться для удовлетворения требованиям конкретной установки.
Предпочтительный пример общей установки дренажной системы 15 в системе локализации 5, 6 будет описан со ссылкой на Фигуры 4 и 5, и, как правило, будет состоять в следующем. Перед сооружением каждой из систем локализации 5, 6, как описано выше, соответствующим образом выкапывают траншею 52 вдоль заданного месторасположения дренажных труб 51, и для размещения каждого из отстойных бассейнов 50. В траншею 52 помещают подходящий материал 53, например уплотненный модифицированный гравий-основа, например, 95% уплотненный модифицированный гравий-основа, таким образом, что материал 53 окружает секции дренажных труб 51.
Секции дренажной трубы 51 предпочтительно выполнены из 6-дюймовых перфорированных труб из ПВХ. Отстойные бассейны 50 размещаются над дренажными трубами 51, лежащими на материале 53, и соответствующим образом соединяются с дренажными трубами 51, так что отстойные бассейны 50 находятся с дренажными трубами 51 в жидкостной связи. Отстойные бассейны 50 и материал 53 затем закрывают землей, формируя дно 13, 16, 17 соответствующего бассейна 9, 10. Далее выполняется установка соответствующей системы локализации 2, как описано выше.
Хотя для реализации функции дренажной системы 15, 15′ может использоваться любой из многих сборников жидкости, отстойные бассейны 50 особенно хорошо удовлетворяют требованиям систем локализации 2, 2′ в соответствии с настоящим изобретением. Предпочтительное сооружение одного из отстойных бассейнов 50 показано на Фигурах 10-12.
Отстойный бассейн 50′ предпочтительно имеет общую цилиндрическую форму и конфигурацию, хотя для использования могут быть разработаны другие формы, по желанию, и обычно он включает нижнюю, базовую секцию, 55, промежуточную, вертикальную секцию 56 и верхнюю, коническую секцию 57. Использование трех секций 55, 56, 57 хорошо подходит для систем локализации, имеющих конфигурацию, в первую очередь глубину, подобную описанным ранее. Другие отстойные бассейны с меньшим количеством секций или с дополнительными секциями также можно разрабатывать для использования с системами локализации, которые были описаны ранее, или для реализации других систем локализации при разработке других установок. Отстойные бассейны и их различные секции предпочтительно изготовлены из сборного железобетона, они, по желанию, могут содержать дополнительную арматуру из нержавеющей стали для обеспечения конструктивной целостности.
Базовая секция 55 выполнена в виде бассейна, имеющего цилиндрическую боковую стенку 58 и дно 59 для размещения дренажного механизма 60. В качестве примера, боковая стенка 58 имеет диаметр порядка 48 дюймов и толщину порядка 5 дюймов, а дно 59 имеет толщину порядка 12 дюймов. В центре дна 59 предусмотрено отверстие 61 для приема дренажного механизма 60, и установлен спускной патрубок 62 для соединения с дренажными трубами 51, как описано ранее. С этой целью дренажный механизм 60 предпочтительно включает секцию 63 дренажной трубы из ПВХ, например, диаметром 6 дюймов, для подсоединения к дренажным трубам 51 с помощью обычных технологических приемов.
Изображенный предпочтительный дренажный механизм 60, кроме того, содержит дренажный клапан 65, который предпочтительно прикреплен к трубной секции 63 с помощью обычных технологических приемов для сборки компонентов из ПВХ. Для дренажного клапана 65 предпочтительно используется дроссельный клапан, хотя для реализации дренажного клапана 65, по желанию, могут также использоваться другие типы клапанов. Дренажный клапан 65 предпочтительно выполнен из нержавеющей стали для обеспечения более эффективной коррозийной стойкости в потенциально суровых атмосферных условиях. Но и другие материалы также могут использоваться, если это предпочтительно для конкретного применения. В качестве альтернативы, можно использовать несколько дренажных клапанов, например, для обеспечения резервирования в целях предотвращения непреднамеренного сброса жидкостей.
От дроссельного клапана проходит приводной рычаг 64 для обычной эксплуатации дренажного клапана 65. Управление дренажным механизм 60 предпочтительно осуществляется с поверхности для удобства использования при регулировании и выпуске жидкостей, собранных в отстойных бассейнах 50, в другую систему локализации 2, 2′ или в дренажное поле, накопительную емкость или какую-либо другую систему, предназначенную для выпускаемой жидкости, при необходимости, после тестирования жидкости, собранной в отстойном бассейне 50, на экологическую безопасность и совместимость. Дренажный механизм 60 предпочтительно остается открытым в неактивные периоды, например, когда бурение не производится или во время ремонтных работ на скважине, и выполняет функцию дренажа для нормального распространения атмосферных осадков. Обычный приводной стержень 66 предпочтительно связан с рычагом 64, проходящим вверх для удобства работы оператора. Приводной рычаг 66 может оставаться свободным, в верхней секции 57, или может быть прикреплен к внутренней части верхней секции 57, по желанию.
Дренажный механизм 60 предпочтительно удерживается в отверстии 61 с возможностью отсоединения при помощи расширяющейся муфты 67 для упрощения установки и последующего обслуживания. В представленном варианте осуществления расширяющаяся муфта 67 включает эластомерное уплотнение 68, расположенное вокруг и между трубной секции 63 и отверстием 61. С эластомерным уплотнением 68 предпочтительно соединен обжимной фитинг 69 для обеспечения эффективного уплотнения между трубной секцией 63 и отверстием 61. Предпочтительный обжимной фитинг 69 снабжен рядом болтов 70, проходящих через эластомерное уплотнение 68, связанных с гайками 71 для сжатия эластомерного уплотнения 68 в разных местах. Кроме того, для равномерного сжатия эластомерного уплотнения 68 могут быть предусмотрены верхнее и нижнее компрессионные кольца 72, по желанию. Болты 70, гайки 71 и компрессионные кольца 72, если используются, предпочтительно выполнены из нержавеющей стали для обеспечения более эффективной коррозийной стойкости в потенциально суровых атмосферных условиях. Но также могут использоваться другие материалы, если это предпочтительно для конкретного применения.
Стояк 73 предпочтительно связан с дренажным клапаном 65 с возможностью отсоединения и проходит вертикально через базовую секцию 55 и вертикальную секцию 56 в верхнюю секцию 57. Стояк 73 служит для определения уровня жидкостей, собранных в отстойном бассейне 50, для тех отстойных бассейнов, которые связаны с системой локализации 2, 2′, активно используемой для сбора и хранения жидкостей. Для этого верхняя часть стояка 73 предпочтительно совмещается с верхней частью дренажного слоя 32, как показано. Это предпочтительно, чтобы собранные жидкости можно было хранить в дренажном слое 32, в то же время предотвращая сбор жидкости в базовом слое 36. При этом предотвращается сбор жидкости в базовом слое 36 и жидкость не доходит до открытой поверхности 20 системы локализации 2, 2′, что очень важно по соображениям безопасности. В качестве примера, стояк 73 может быть реализован с помощью секции трубы из ПВХ диаметром 6 дюймов и высотой порядка 8 футов.
Стояк 73 предпочтительно связан с дренажным клапаном 65 с возможностью отсоединения, чтобы можно было выборочно устанавливать стояк 73 в требуемых отстойных бассейнах 50 и для последующего обслуживания. Для некоторых установок может потребоваться использование нескольких систем локализации 2, 2′ для активного сбора жидкости, при этом другие системы локализации 2, 2′ могут принимать жидкости при переполнении или в аварийных ситуациях. В качестве примера, крайняя система локализации 5, изображенная на Фигуре 1, может оставаться пустой для приема перелива из остальных систем локализации 6 в целях регулирования жидкости или в аварийных ситуациях. При удалении стояка 73 из дренажного клапана 65 уровень жидкости устанавливается ниже дренажного слоя 32, при этом в соответствующую систему локализации могут поступать жидкости из других источников, если потребуется. Для этого стояк 73 может быть связан с возможностью отсоединения с дренажным клапаном 65 с помощью соединения «Fernco» или других стандартных крепежных средств, размещенных в 74. Разъемное соединение стояка 73 с дренажным к лапаном 65 также позволяет убирать стояк 73, когда необходимо или желательно провести дренаж соответствующей системы локализации, например, когда нужно приостановить или прекратить активную работу конкретной системы локализации.
Вертикальная секция 56 выполнена в виде втулки, имеющей цилиндрическую боковую стенку 76 диаметром и толщиной, которые предпочтительно соответствуют диаметру и толщине цилиндрической боковой стенки 58 базовой секции 55. Боковая стенка 76 предпочтительно включает множество отверстий 77, 78, через которые жидкость поступает во внутреннее пространство 79 отстойного бассейна 50.
Первая серия отверстий 77 располагается с промежутками вдоль боковой стенки 76, отверстия проходят сквозь боковую стенку 76 и во внутреннее пространство 79. Размер, форма и количество выполненных отверстий 77, а также промежуток между отверстиями 77 могут свободно варьироваться для удовлетворения требованиям конкретной установки и для обеспечения соответствующего дренажа в отстойный бассейн 50. Кроме того, размеры и форма отверстий 77 необходимо выбирать такие, чтобы не допускалось попадание дренажного камня, расположенного вдоль боковой стенки 76, в отверстия 77 или засорение отверстий 77.
Второй ряд отверстий 78 располагается с промежутками вдоль нижнего края 80, отверстия проходят через боковую стенку 76 и во внутреннее пространство 79. Размер, форма и количество предусмотренных отверстий 78, а также промежуток между отверстиями 78 также могут свободно варьироваться для удовлетворения требованиям определенной установки и для обеспечения соответствующего дренажа в отстойный бассейн 50. Для обеспечения значительных потоков жидкости отверстия 78 предпочтительно больше отверстий 77. Чтобы дренажный камень, расположенный вдоль боковой стенки 76, не проходил через отверстия 78 при изготовлении вертикальной секции 56 в нижний край 80 вертикальной секции 56 предпочтительно заделываются перфорированные листы 81, что лучше всего видно на Фигуре 11. Перфорированные листы 81 предпочтительно выполнены из нержавеющей стали для обеспечения более эффективной коррозийной стойкости и могут иметь толщину от 1/8 дюйма до 2 дюймов, предпочтительно порядка 1/4 дюйма, причем отверстия 82 имеют размеры от 1/8 дюйма до 2 дюймов, предпочтительно порядка 1/4 дюйма. Аналогичные функциональные возможности можно обеспечить за счет использования расположенных с промежутками пластин вместо перфорированных листов 81, или за счет использования геотекстильной ткани в качестве фильтрующего материала. Отверстия 77, 78 также могут быть снабжены фильтрующим материалом или в отстойном бассейне 50 может быть размещен подходящий фильтр для фильтрации жидкостей, поступающих в отстойный бассейн 50, например, для фильтрации загрязняющих веществ или растворенных твердых веществ из поступивших жидкостей.
Перфорированные листы 81 или другие структуры, такие как распределенные через промежутки пластины и т.п., предусмотренные для аналогичных целей, предпочтительно связаны с обжимным кольцом 83, которое проходит вдоль нижнего края 80 вертикальной секции 56 и прикреплено к нему. Как показано на Фигуре 11 и 12, кольцо 83 предпочтительно полностью охватывает нижний край 80 вертикальной секции 56 и предпочтительно прикреплено к перфорированным листам 81 так, что когда перфорированные листы 81 заделаны в нижний край 80 вертикальной секции 56, кольцо 83 также прикрепляется к нижнему краю 80. В качестве альтернативы кольцо 83 может быть прикреплено к нижнему краю 80 с помощью известных крепежных средств, проходящих через кольцо 83 и в нижний край 80. Аналогичное компрессионное кольцо 84 связано с верхним краем 85 базовой секции 55 и предпочтительно включает Т-образную секцию 86, которая может быть заделана в верхний край 85 базовой секции 55 при изготовлении базовой секции 55. Т-образная секция 86 может быть разработана с использованием ряда отдельных пластин или одного сплошного кольца, соответственно прикрепленного к кольцу 84 таким образом, что кольцо 84 и соответствующая Т-образная секция 86 могут заделываться в верхний край 85 базовой секции 55 при ее изготовлении. В качестве альтернативы кольцо 84 может прикрепляться к верхнему краю 85 базовой секции 55 с помощью известных крепежных средств, проходящих через кольцо 84 и в верхний край 85. Кольца 83, 84 и Т-образная секция 86, если используется, предпочтительно выполнены из нержавеющей стали для обеспечения более эффективной коррозийной стойкости и предпочтительно имеют толщину порядка 1/4 дюйма, такую же как и перфорированные листы 81.
Кольца 83, 84 образуют опорные поверхности, примыкающие к базовой секции 55 и вертикальной секции 56, защищая верхний край 85 базовой секции 55 и нижний край 80 вертикальной секции 56 от повреждения во время установки, и более эффективного размещения материалов между двумя структурами, как будет более подробно описано ниже. Для дополнительных гарантий в этом месте сопряжения кольца 83, 84 также предпочтительно снабжены стопорными кольцами 87, 88, которые лучше всего показаны на Фигурах 11 и 12. В иллюстрируемом варианте осуществления с кольцом 83 связаны четыре стопорных кольца 87, а с кольцом 84 связано одно стопорное кольцо 88. Однако с кольцами 83, 84 может быть связано любое количество стопорных колец 87, 88, в зависимости от реализуемого применения. Стопорные кольца 87, 88 также предпочтительно выполнены из нержавеющей стали для обеспечения более эффективной коррозийной стойкости. Предполагается, что с помощью таких структур вертикальную секцию 56 можно размещать на базовой секции 55 и эффективно удерживать на месте с помощью земли и дренажного камня, окружающих отстойный бассейн 50. В качестве альтернативы к базовой секции 55 и вертикальной секции 56 между ними могут крепиться дополнительные пластины или скобы для дополнительного удержания должным образом структур после их установки на место. В качестве следующей альтернативы, по желанию, для сопряжения верхнего края 85 базовой секции 55 и нижнего края 80 вертикальной секции 56 может использоваться простая прокладка.
Верхняя секция 57 имеет цилиндрическую боковую стенку 90, образованную вдоль нижней секции 91, и предпочтительно включает эксцентричную секцию 92, которая сужается от нижней секции 91 к крышке люка 93, огораживая отстойный бассейн 50. Цилиндрическая боковая стенка 90 имеет диаметр и толщину, которые предпочтительно соответствуют диаметру и толщине цилиндрической боковой стенки 76 вертикальной секции 56. Форма эксцентриковой секции 92 будет изменяться для удовлетворения требованиям конкретной выполняемой установки. Верхний край 94 вертикальной секции 56 и нижний край 95 верхней секции 57 предпочтительно снабжены взаимодействующими вырезами, так что при размещении верхней секции 57 на вертикальной секции 56 секции 56, 57 будут эффективно удерживаться на месте, вместе с дренажным камнем, окружающим секции 56, 57. В качестве альтернативы к верхней секции 57 и вертикальной секции 56 между ними могут быть прикреплены дополнительные пластины или скобы для дополнительного удержания должным образом структур в правильном положении после их установки на место.
Отстойный бассейн 50, изображенный на Фигурах 10-12, имеет три секции, что хорошо согласуется с конфигурацией проиллюстрированной системы локализации 2, 2′. Однако могут также разрабатываться и другие отстойные бассейны с меньшим количеством секций или с дополнительными секциями. Например, для создания отстойного бассейна 50′ с двумя секциями, как показано на Фигуре 9, верхние части вертикальной секции 56 могут иметь коническую секцию 92 и крышку люка 93, сходные со структурами верхней секции 57. В качестве следующей альтернативы могут быть предусмотрены дополнительные секции, имеющие сопряженные края с вырезом, аналогичные верхнему краю 94 вертикальной секции 56 и нижнему краю 95 верхней секции 57, соединяющиеся с вырезанными краями 94, 95 вертикальной секции 56 и верхней секцией 57, образуя отстойный бассейн, имеющий одну или несколько дополнительных секций, что может обеспечить увеличение высоты, при желании, например, для сбора увеличенных объемов жидкости в системах локализации, имеющихся на данном участке.
Несмотря на то что различные компоненты, связанные с отстойным бассейном 50, предпочтительно выполнены из нержавеющей стали для обеспечения эффективной устойчивости против коррозии, следует понимать, что могут также использоваться другие коррозионно-стойкие материалы, если это предпочтительно для конкретного применения.
Ниже приводится предпочтительный пример выполнения установки отстойного бассейна 50. Когда отстойные бассейны 50 размещаются над дренажными трубами 51, как часть описанной ранее общей установки, базовая секция 55 каждого отстойного бассейна 50 помещается на базовый материал 53, а спускной патрубок 62 соответствующим образом соединяется с дренажной трубой 51 путем соединения трубной секции 63 с соседней дренажной трубой 51 с помощью обычных технологических приемов. Базовая секция 55 отстойного бассейна 50 затем засыпается землей, пока земля не достигнет уровня, который приближается, но находится ниже верхнего края 85 базовой секции 55.
Буферный слой 26 размещается поверх земляного дна 13, 17, 18 бассейна 9, 10, предпочтительно до уровня чуть ниже края 85. После этого поверх буферного слоя 26 укладывается, если используется, что предпочтительно для большинства установок, сетка обнаружения утечек 40. Затем по верхнему краю 85 базовой секции 55 накладывается и размещается мембрана 30 таким образом, чтобы мембрана 30 захватывалась между кольцами 83, 84 при сопряжении вертикальной секции 56 с базовой секцией 55. После этого мембрану 30 соответствующим образом обрезают с внутренних участков нижней секции 55 так, что вертикальная секция 56 может свободно соединяться с базовой секцией 55. Образовавшаяся в результате периферия мембраны 30 будет после этого надежно удерживаться на месте между кольцами 83, 84, а также между вертикальной секцией 56 и базовой секцией 55 отстойного бассейна 50. Соединения, образованные между мембраной 30 и кольцами 83, 84, предпочтительно уплотнятся для предотвращения утечки, которая может привести к ложному показанию системы обнаружения утечек, и для предотвращения обратного потока из отстойного бассейна 50 в почву под мембраной 30, например, путем нанесения слоя мастики по периферии мембраны 30 или на кольца 83, 84. Вертикальная секция 56 отстойного бассейна 50 размещается над базовой секции 55 и сопрягается с ней, а верхняя секция 57 размещается над вертикальной секцией 56 и сопрягается с ней, чем завершается сборка отстойного бассейна 50. После этого поверх мембраны 30 накладывается геотекстильная ткань 31, а остальная часть общей установки может затем выполняться, как описано ранее.
Системы локализации в соответствии с настоящим изобретением могут иметь многочисленные модификации для удовлетворения любого из множества применений. Различные модификации приведенной выше системы были описаны ранее. Кроме того, общую работу системы в соответствии с настоящим изобретением можно модифицировать и получить еще больше вариантов и применений.
Например, система в соответствии с настоящим изобретением может использоваться для слива жидкостей, на копившихся в системе локализации 2, 2′, например, в базовом слое 36 и дренажном слое 32, для сброса в дренажное поле, или для сбора в отстойных бассейнах или одной или нескольких накопительных емкостях для последующего отбора и удаления.
В качестве альтернативы для такой работы «разомкнутого цикла», система локализации жидкости в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно используется для хранения собранных на месте жидкостей, выполняя функцию резервуара для удержания собранных жидкостей. Собранные жидкости затем могут использоваться для будущих операций, создавая «замкнутую систему», которая может исключить необходимость удаления потенциально загрязненных жидкостей с площадки для обработки таких жидкостей после их удаления и получения чистых жидкостей для использования в будущих операциях.
В качестве примера, для операции фрекинга согласно принятой в настоящее время практике на кустовую площадку необходимо доставлять воду, которая используется при выполнении процесса отслеживания для вскрытия сланцевых отложений и извлечения газа из газоносносных пластов сланцев. При этом образуются отработанные жидкости, которые, как правило, удаляются с площадки, и которые обычно содержат химические вещества и соленый рассол, используемые как часть процесса фрекинга или поступающие естественным путем из почвы.
Процесс отслеживания требует использования значительного количества воды, как правило, порядка 3-5 миллионов галлонов воды для отслеживания одной скважины. Так как такие количества воды обычно отсутствуют на кустовой площадке, воду нужно доставлять на стройплощадку и удалять со стройплощадки на грузовиках, для чего, в свою очередь, требуется выполнять многие сотни, если не тысячи, рейсов, и что является одним из ряда недостатков, включая износ дороги, пробки на дорогах, шум, выхлопные газы и чрезмерные затраты на топливо.
Для снижения неблагоприятного воздействия таких грузовых автоперевозок обычной практикой стало создание резервуаров как можно ближе к месту кустовой площадки и хранение жидкостей для отслеживания, поступившие с рабочей кустовой площадки, для использования в будущих операциях отслеживания на месте кустовой площадки. Поскольку резервуары, как правило, нельзя размещать на площадке из-за рельефа типичной площадки, грузовые автоперевозки жидкостей можно уменьшить, но тем не менее до некоторой степени необходимость в них сохраняется.
Такие замкнутые системы становятся технологией, которую чаще всего предпочитают местные органы власти и экологи, и наиболее экономически эффективной для газовых и нефтяных компаний, эксплуатирующих подобные площадки. Однако на практике у таких резервуаров могут также проявиться недостатки. Например, при этом требуется разработка других площадок для использования, а также рекультивация после их использования. Существует также вероятность утечки солоноватой воды из таких резервуаров, например, в случае переполнения из-за осадков, или при ненадлежащем техобслуживании резервуаров. Как было установлено, такие открытые резервуары потенциально вредны для местной популяции животных, особенно птиц, которые могут пить воду из таких резервуаров.
Такие проблемы можно решить с помощью систем локализации жидкости в соответствии с настоящим изобретением, используя систему локализации для хранения жидкостей на месте, и исключить потребность в удаленно расположенных резервуарах, или в грузовиках, которые нужны для перевозки жидкостей между площадкой и такими резервуарами. С учетом объема, кустовая площадка, имеющая размер 180000 квадратных футов (300 футов × 600 футов), оснащенная системой локализации жидкости в соответствии с настоящим изобретением, будет способна хранить порядка 2 миллионов галлонов жидкости при 48% уровне запасов и до 5 миллионов галлонов жидкости при полной загруженности, и может легко модернизироваться на содержание увеличенных объемов, например, за счет увеличения глубины имеющихся систем локализации. Аналогичные количества воды также можно хранить на небольших участках, например, на участке размером πорядка 4 акров, также за счет увеличения глубины имеющихся систем локализации.
В любом случае, такие жидкости можно затем отбирать из отстойных бассейнов 50, дренажных труб 51 или любых используемых накопительных емкостей и передавать в системы локализации или между системами локализации для использования в операциях повторного фрекинга или для фрекинга новых устьев скважин, разрабатываемых на участке кустовой площадки. Количество жидкости, удерживаемой на участке кустовой площадки, может варьироваться, при необходимости, за счет сооружения дополнительных систем локализации на площадке или за счет увеличения общей глубины отстойных бассейнов, как описано ранее, или за счет сооружения дополнительных отсеков, в которых можно держать дополнительные жидкости, рядом с кустовой площадкой.
Они могут способствовать уменьшению значительного объема грузовых автоперевозок, и будут пополняться местными атмосферными о садками, и количество воды, которое необходимо использовать и/или транспортировать, можно будет еще уменьшить. Вместо этого жидкость для будущих операций фрекинга будет храниться под кустовой площадкой, для удобного доступа к таким хранящимся жидкостям. В районах, где количество осадков ограничено, воду первоначально можно доставлять на участок, например, на грузовиках, и хранить на участке для дальнейшего использования. Хотя для этого первоначально может потребоваться значительный объем грузовых автоперевозок, потребность в последующих грузоперевозках на участок может существенно снизиться.
Кроме того, бермы по периметру 7 дадут дополнительную защиту, обеспечивая 100% локализацию жидкостей, которые используются в выполняемых процессах фрекинга и бурения, а хранящиеся жидкости будут разделены по отсекам для лучшего потока.
Использование системы обнаружения утечек, описанной выше, в дальнейшем позволит выполнять мониторинг утечек на участке. В случае обнаружения утечки удерживаемые жидкости можно перемещать в другую имеющуюся систему локализации, например, в одну из двух крайних систем локализации 5, описанную выше, в накопительную емкость или в другой вспомогательный отсек, пока выполняются необходимые ремонтные работы, с обеспечением дополнительных гарантий экологически безопасной работы. Любые жидкости, выделяемые в результате выбросов, разливов или при других авариях на кустовой площадке, можно обрабатывать аналогичным образом. Использование крайних систем локализации 5 в настоящее время считается предпочтительным, поскольку здесь, как правило, наблюдается меньше движения и других операций, чем в других зонах кустовой площадки 1.
Кроме того, это позволяет отслеживать жидкости, которые необходимо сливать обратно в находящиеся на площадке системы локализации для повторного использования в будущих процессах фрекинга, по желанию. Поскольку кустовая площадка будет автономной, доставка жидкостей в резервуары за пределами участка больше не требуется. Поскольку жидкости находятся под землей, возможность того, что птицам или другим животным может быть нанесен вред, эффективно устраняется. Кроме того, уменьшится вероятность замерзания жидкости при хранении под землей.
После завершения работ на данном участке процесс рекультивации и восстановления может протекать аналогично описанному ранее. Если будет установлено, что жидкости для фрекинга на месте работ безопасны, их можно сбрасывать или удалять иным образом. Все загрязненные жидкости можно обрабатывать на месте работ или удалять для соответствующей обработки в других местах.
В качестве альтернативы для восстановления участка, который больше не разрабатывается, для некоторых участков желательно на некоторое время оставить их в состоянии покоя, а позже задействовать повторно. Например, не редко необходимо периодически проводить повторный фрекинг скважины на протяжении определенного периода времени, как правило, раз в три-семь лет. Такой участок может быть восстановлен в течение периодов покоя за счет того, что на базовый слой 36 и берму 7, при желании, укладывают геотекстильную ткань, а затем геотекстильную ткань накрывают почвой, чтобы могла появиться растительность, например, трава или некоторый другой желательный растительный покров. Жидкости в системах локализации, расположенных на участке, останутся, несмотря на это, доступны для работ на других участках, по желанию. Если использование участка возобновляется, почву и геотекстильную ткань можно удалить, что дает возможность возвратить участок в рабочее состояние. Жидкости для возобновленных работ на участке будут после этого легкодоступны и будут храниться в системах локализации, расположенных на участке.
Такие установки могут, в свою очередь, способствовать защите окружающей среды различными способами. Значительное уменьшение количества грузовиков на дорогах приведет к снижению шума, снижению потребления топлива, уменьшению выхлопных газов дизельных двигателей, уменьшению движения и сокращению аварий. Все аварии, разливы и выбросы будут локализованы. Необходимость в наземных резервуарах будет исключена, и в целом, потребуется меньше резервуаров, в результате чего меньше почвы нужно будет рекультивировать. Это также снизит затраты на сооружение резервуаров, а также снизит лизинговые расходы на землю, которая больше не потребуется для таких резервуаров.
Следует понимать, что хотя настоящее изобретение было описано на основе конкретных вариантов осуществления, включающих указанные части, настоящее изобретение, кроме того, охватывает все возможные эквиваленты описанных частей, и различные изменения деталей, материалов и расположения частей, которые были здесь описаны и проиллюстрированы с целью объяснения сущности настоящего изобретения, могут быть выполнены специалистами в данной области в рамках принципа и объема изобретения, как определено в следующей формуле изобретения.