СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА, БУРОВОЙ СТОЧНОЙ ВОДЫ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ БУРОВОГО ШЛАМА В ХОДЕ БУРЕНИЯ СКВАЖИН, БЕЗ СТРОИТЕЛЬСТВА АМБАРОВ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
METHOD OF INTEGRATED TREATMENT FOR DRILL MUD, DRILLING WASTEWATER AND OF NEUTRALISATION OF DRILL CUTTINGS IN PROCESS OF WELL DRILLING WITHOUT CONSTRUCTION OF MUD PITS AND DEVICE FOR METHOD IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к области нефтяной промышленности, а более конкретно - к бурению нефтяных и газовых скважин методом бурения без строительства амбаров, и может быть использована для улучшения экологического состояния территории нефтепромыслов.
Известен способ обезвреживания отработанных буровых шламов, включающий обезвоживание в естественных условиях, при котором отработанный буровой шлам извлекают экскаватором из амбаров на ровную поверхность, просушивают на солнце, вносят для связывания и перевода легко растворимых солей в труднорастворимые формы и для загустения шлама гипс, затем добавляют в просушенную прогипсованную массу навоз или торф, активированный минеральными удобрениями, просушивают массу в естественных условиях до достижения влажности 8-14%, что приводит к уменьшению ее в объеме в 6-8 раз, после чего срезают бульдозером и на тяжелых по механическому составу почвах при мощности подстилающего слоя не менее 15-20 метров - снова размещают в амбарах и уплотняют, потом засыпают минеральным грунтом толщиной 1,5-2,5 метра, а сверху слоем 20-40 см насыпают плодородный слой, а при мягких по механическому составу почвах - обезвреженный и просушенный буровой шлам вывозят на полигоны промышленных отходов для захоронения (патент РФ №2379137). Недостатком известного способа является необходимость строить амбары, а также то, что известный способ не позволяет проводить очистку бурового раствора и буровой сточной воды.
Известна установка для очистки и осветления отработанного бурового раствора, включающая магистраль бурового раствора, магистраль воды и последовательно гидравлически связанные накопительную емкость, насос, смеситель реагентов, центробежный аппарат и фильтр, статический гидросмеситель отработанного бурового раствора и воды, последний гидравлически связан со входом накопительной емкости, полочным тонкослойным осветлителем, установленным на выходе насоса, и плунжерным насосом, гидравлически связанным через смеситель реагентов с входом полочного тонкослойного осветлителя, при этом в качестве центробежного аппарата использован гидроциклон со спиральной вставкой, а в качестве смесителя реагентов - эжекторный смеситель (патент РФ №2030546). Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет проводить очистку буровых шламов.
Наиболее близкими к заявляемой группе изобретений являются способ очистки бурового раствора и установка для его осуществления (патент РФ №2258795). Способ очистки бурового раствора включает очистку на первой ступени на вибросите с последующей очисткой на второй ступени - гидроциклонном пескоотделителе и илоотделителе - на третьей ступени, далее очистку на центрифуге, подачу очищенного бурового раствора в емкости накопители на бурение, циркуляцию бурового раствора по технологическим емкостям через скважину, при этом осуществляют круговую циркуляцию бурового раствора через скважину параллельно с циркуляцией по технологическим емкостям путем подачи очищенного бурового раствора в технологические емкости приема первой, второй, третьей ступеней очистки на разбавление с входящим буровым раствором в количестве, необходимом для выравнивания плотности входящего на очистку бурового раствора. Установка для очистки буровых растворов содержит желоб, связывающий устье скважины с виброситами, установленными последовательно, систему гидроциклонов, включающую гидроциклонные пескоотделитель и илоотделитель, центрифугу с технологическими емкостями приема бурового раствора, шламовые насосы, установленные последовательно по ступеням очистки, технологические емкости - накопители бурового раствора, соединенные в циркуляционную систему движения бурового раствора через скважину, причем указанная система выполнена с возможностью обеспечения круговой циркуляции бурового раствора вне скважины параллельно с циркуляцией через скважину, с помощью шламового насоса и системы раствороводов, подающих очищенный буровой раствор из технологических емкостей-накопителей в технологические емкости приема первой, второй, третьей ступени очистки на разбавление с входящим на очистку из скважины буровым раствором.
Недостатком известного способа и устройства является отсутствие оборудования для обезвреживания бурового шлама и буровой сточной воды, что не позволяет проводить комплексную очистку отработанного бурового раствора, буровой сточной воды и обезвреживание бурового шлама в одной установке.
Задачей группы изобретений является создание способа комплексной очистки бурового раствора, буровой сточной воды и обезвреживания бурового шлама и устройства для осуществления указанного способа.
Поставленная задача решается предлагаемой группой изобретений, включающей способ комплексной очистки бурового раствора, буровой сточной воды и обезвреживания бурового шлама и устройство для осуществления указанного способа. Способ комплексной очистки бурового раствора, буровой сточной воды и обезвреживания бурового шлама в ходе бурения скважины, без строительства амбара, включает прием бурового шлама с желобной линии буровой установки или после вибросит центральной системы гидроциклонной очистки со шнекового транспортера буровой установки, а также бурового раствора и буровой сточной воды, подготовку к обезвреживанию (переработке) бурового шлама и очистку бурового раствора и буровой сточной воды, подготовку растворов реагентов для обезвоживания и обезвреживания бурового шлама, очистки бурового раствора и буровой сточной воды, смешивание последних с реагентами и введение их с одновременным перемешиванием нейтрализующего и капсулирующего состава, коагулянта и флокулянта в буровой шлам в последовательно соединенных реакторах для «созревания» и подачей его на обезвоживание, затем проводят обезвоживание буровых шламов на камерном или ленточных пресс-фильтрах и очистку фильтрата, бурового раствора и буровой сточной воды с последующим вторичным использованием обезвреженного бурового шлама, бурового раствора и буровой сточной воды. Подготовка к обезвреживанию бурового шлама включает перемешивание бурового шлама с буровой сточной водой или фильтратом с фильтр-пресса и доведение до нужной консистенции. Подготовка бурового шлама включает очистку жидкого бурового шлама на виброситах с ячейками размером 5-10 мм от частиц породы размером более 5-10 мм. Подготовка реагентов для обезвоживания и обезвреживания бурового шлама включает растворение сухих и жидких реагентов в пресной воде, а в качестве реагентов использованы Аква-Аурат-30, Praestol 2515, нейтрализующий и капсулирующий реагент, коагулянт и флокулянт. Обезвоживание бурового шлама производят в камерном фильтр-прессе, причем выделенный фильтрат подается или в систему очистки фильтрата или на первичную подготовку бурового шлама, или в ленточном фильтр-прессе с выделением бурового раствора, который подается или в центральную систему гидроциклонной очистки буровой установки для повторного использования или на предварительную подготовку бурового шлама. После обезвоживания на фильтр-прессах буровой шлам поступает на перемешивание с сухими нейтрализующим и капсулирующим реагентами. Вторичное использование бурового шлама включает отсыпку дорог и свалок ТБО. Вторичное использование буровой сточной воды и бурового раствора включает возврат в систему ЦСГО буровой установки для вторичного использования в системе бурения или в скважину ППД (поддержание пластового давления).
Устройство для реализации способа комплексной очистки бурового раствора, буровой сточной воды и обезвреживания бурового шлама содержит технологически соединенные вибросито с ячейками 5-10 мм для очистки бурового шлама от частиц породы размером более 5-10 мм, емкость с устройством для перемешивания бурового шлама с буровой сточной водой или фильтратом с фильтр-пресса, насос для подачи жидкого бурового шлама на обезвреживание, емкости для подготовки растворов реагентов для обезвоживания и обезвреживания бурового шлама, буровой сточной воды и бурового раствора, шнековые транспортеры для подачи сухих реагентов в емкости для их приготовления, последовательно соединенные емкости-реакторы для введения и одновременного перемешивания нейтрализующего и капсулирующего состава, коагулянта и флокулянта, емкость для конечного «созревания» бурового шлама перед обезвреживанием, перистальтический насос для подачи подготовленного таким образом бурового шлама на фильтр-пресс, трубопровод для отвода выделенного фильтрата в систему очистки фильтрата или на первичную подготовку бурового шлама, приемный бункер шнекового транспортера для поступления обезвоженного бурового шлама с установленным шнековым смесителем для перемешивания в бункере бурового шлама с сухим нейтрализующим и капсулирующим составом с последующим вывозом полученного продукта 5 класса опасности - «Обезвреженная выбуренная порода», например, на автосамосвалах, а для очистки бурового раствора и буровой сточной воды использовано оборудование напорной флотации, в котором буровой раствор и буровая сточная вода обрабатываются составами химических реагентов, подаваемых из емкостей подготовки растворов реагентов, до снижения содержания механических примесей и нефтепродуктов менее 20 мг/л. В качестве фильтр-пресса использован камерный фильтр-пресс объемом 1000-1500 л или два ленточных фильтр-пресса с шириной ленты 1000-1200 мм. Промывка фильтровальных лент фильтр-пресса осуществляется подачей очищенного фильтрата под давлением 0,5-0,6 МПа.
Предлагаемая группа изобретений иллюстрируется принципиальной схемой устройства для комплексной очистки бурового раствора, буровой сточной воды и обезвреживания бурового шлама в момент бурения скважин, без строительства амбаров. На фиг.1 показана технологическая схема предлагаемого способа и устройства.
Предлагаемое устройство для осуществления способа комплексной очистки бурового раствора, буровой сточной воды и обезвреживания бурового шлама состоит их пяти технологически соединенных основных функциональных блоков: блока I подготовки бурового шлама, блока II подготовки ввода химических реагентов для нейтрализации, блока III приготовления химических растворов, блока IV очистки фильтрата и отработанного бурового раствора, блока V обезвоживания бурового шлама. Блоки соединены друг с другом технологически трубопроводами и транспортерами. Указанные технологические связи выполнены в виде трубопроводов и транспортеров и показаны на фиг.1 стрелками с арабскими цифрами: 1 - буровой шлам от вибросит, 2 - фильтрат на разбавление, 3 - смесь бурового шлама и фильтрата, 4 - нейтрализующий раствор, 5 - раствор коагулянта, 6 - раствор флокулянта, 7 - буровой шлам на обезвоживание, 8 - обезвреженный буровой шлам, 9 - фильтрат, 10 - очищенный буровой раствор, 11 - флотошлам, 12 - вода на приготовление химических растворов, 13 - реагент, 14 - коагулянт, 15 - флокулянт Расход компонентов на очистку бурового шлама, буровой сточной воды и бурового раствора приведен в таблице 1.
Таблица 1.
№№ линии
Среда
Расход массовый, кг/ч
1
Буровой шлам от вибросит
5500
2
Фильтрат на разбавление
4125
3
Смесь бурового шлама и фильтрата
9625
4
Нейтрализующий раствор
1037
5
Раствор коагулянта
275
6
Раствор флокулянта
275
7
Буровой шлам на обезвоживание
11212
8
Обезвреженный буровой шлам
4557
9
Фильтрат
6655
10
Очищенный буровой раствор
2530
Примечание: массовый расход по линиям 11-15 переменен и зависит от применяемых реагентов.
Блок I подготовки бурового шлама содержит в своей верхней части вибросито с ячейками 5-10 мм для очистки поступающего бурового шлама от частиц породы размером более 5-10 мм, насос для разбавления бурового шлама подаваемой буровой сточной водой или фильтратом с фильтр-пресса, емкость со смешивающим устройством для перемешивания бурового шлама и доведения его до нужной консистенции, насос, который подает полученную смесь в блок II подготовки ввода химических реагентов для нейтрализации. Блок III приготовления химических растворов содержит бункеры станций подготовки растворов реагентов, в которых сухие реагенты растворяются в пресной воде. В зависимости от скорости бурения, интервалов бурения, степени загрязнения выбуренной породы нефтью, загрязнения бурового раствора и буровой сточной воды используются различные реагенты или их сочетания. Реагенты, используемые для процессов обезвоживания и обезвреживания выбуренной породы и очистки бурового раствора и буровой сточной воды: Аква-Аурат-30, Praestol 2515, нейтрализующий и капсулирующий реагент и др. Сухой реагент хранится в бункере, из которого шнековым транспортером он подается в емкость для его приготовления. Для приготовления коагулянта и флокулянта блок II содержит также емкости объемом 500-1000 литров, оборудованные устройствами дозирования сухого реагента, устройствами перемешивания и дозировочными насосами подачи подготовленных реагентов для их использования. Блок IV очистки фильтрата и отработанного бурового раствора содержит оборудование напорной флотации производительностью 8-20 куб.м/час. Буровой раствор и буровая сточная вода подвергаются обработке составами химических реагентов. После переработки бурового раствора и буровой сточной воды на выходе получаются два продукта: очищенный буровой раствор с остаточным содержанием механических примесей меньше 20 мг/л и нефтепродуктов - меньше 20 мг/л, и очищенная буровая сточная вода с остаточным содержанием механической примеси меньше 20 мг/л и нефтепродуктов - меньше 20 мг/л. В этом блоке имеются насосы, подающие полученные продукты для повторного использования при бурении или для закачивания в скважину ППД (поддержания пластового давления) или для первичной подготовки бурового шлама. Блок V обезвоживания бурового шлама содержит перистальтический насос, который подает подготовленный в блоке I буровой шлам на пресс фильтр. В качестве пресс-фильтра используется камерный фильтр-пресс объемом 1000-1500 литров, или два ленточных фильтр-пресса с шириной ленты 1000-1200 мм. Обезвоженный буровой шлам поступает в приемный бункер шнекового транспортера, а из дозирующего устройства, имеющегося в данном блоке, подается сухой нейтрализующий и капсулирующий состав. Шнековый смеситель перемешивает шлам с реагентами. Образуется обезвреженная масса, которая вывозится самосвалами. Технологическую связь блоков устройства осуществляют технологические линии 1 - линия подачи бурового шлама с вибросит буровой установки, линия 2 - подачи воды или фильтрата с прессов для подготовки бурового шлама, линия 3 - подачи подготовленного бурового шлама, линия 4 - подачи химического нейтрализующего состава, линия 5 - подачи раствора коагулянта, линия 6 - подачи раствора флокулянта, линия 7 - подачи обезвреженного бурового шлама, линия 8 - подачи обезвреженного бурового шлама, линия 9 - подачи фильтрата с пресса на флотатор, линия 10 - подачи очищенной буровой сточной воды, линия 11 - подачи флотошлама с флотатора, линия 12 - подача воды на приготовление химических растворов, 13 - линия подачи реагента, линия 14 - подачи коагулянта, линия 15 - подачи флокулянта.
Способ комплексной очистки бурового раствора, буровой сточной воды и обезвреживания бурового шлама осуществляется с помощью описанного устройства следующим образом.
1.1. Прием бурового шлама на обезвреживание, с ЦСГО буровой установки, в момент бурения скважины:
1.1.1. Прием бурового шлама с желобной линии буровой установки производится из трубопровода 1 (⌀ 100 мм) с системы ЦСГО (Центральной Системы Гидроциклонной Очистки) на прием насоса блока I (фиг.1).
1.1.2. Прием бурового шлама после вибросит системы ЦСГО (буровой установки). Со шнекового транспортера буровой установки. Буровой шлам поступает в блок I под воздействием гравитации.
1.2. Подготовка бурового шлама к обезвреживанию (переработке) со шнекового транспортера буровой установки:
1.2.1. Подготовка бурового шлама к обезвреживанию, производится в блоке I.
1.2.2. Со шнекового транспортера буровой установки, буровой шлам поступает в блок I на предварительную подготовку.
1.2.3. В верхней части блока I размещено вибросито с ячейкой 5-10 мм.
1.2.4. В поток частично обезвоженного на виброситах буровой установки бурового шлама, поступающего в блок I, насосом вводится буровая сточная вода или фильтрат с фильтр-пресса. В нижней части блока буровой шлам перемешивается и доводится до нужной консистенции перемешивающим устройством, затем насосом полученная смесь подается в блок II на обезвреживание.
1.3. Подготовка бурового шлама к обезвреживанию (переработке) с ЦСГО буровой установки:
1.3.1. Подготовка бурового шлама с ЦСГО буровой установки к обезвреживанию, производится в блоке I установки.
1.3.2. С ЦСГО буровой установки п. 1.1.1., жидкий буровой шлам поступает самотеком в блок I. В верхней части блока I размещено вибросито с ячейкой 5-10 мм. Жидкий буровой шлам с ЦСГО подвергается только очистке от частиц породы размером более 5-10 мм. Он не требует разбавления его буровой сточной водой или фильтратом с пресса. Из нижней части блока I жидкий буровой шлам насосом подается в блок II на обезвреживание.
1.4. Подготовка растворов реагентов для обезвоживания и обезвреживания выбуренной породы (буровых шламов):
1.4.1. Подготовка растворов реагентов заключается в растворении сухих или жидких химических реагентов в пресной воде. Оператор согласно технологическому регламенту загружает реагенты в бункеры станций подготовки растворов реагентов, далее процесс подготовки (смешения) происходит в автоматическом режиме.
1.4.2. В зависимости от скорости бурения, интервалов бурения, степени загрязнения выбуренной породы нефтью, загрязнения бурового раствора или буровой сточной воды используются различные реагенты и их сочетания. Станции подготовки растворов реагентов размещены в блоке III.
1.4.3. Реагенты, используемые для процессов обезвоживания и обезвреживания выбуренной породы и очистки бурового раствора и буровой сточной воды:
- Аква-Аурат-30;
- Praestol 2515;
- Нейтрализующий и капсулирующий реагент и др.
1.4.4. Температуры приготовления растворов реагентов:
- Аква-Аурат-30 - +5+40°C;
- Praestol 2515 - +5+40°C;
- Нейтрализующий и капсулирующий реагент - +5+40°C.
1.4.5. Количество реагентов, используемых для процессов обезвоживания и обезвреживания выбуренной породы и очистки бурового раствора и буровой сточной воды:
- Аква-Аурат-30 (0,1% раствор) - до 50 л/т бурового шлама;
- Praestol 2515 (5% раствор) - до 50 л/т бурового шлама;
- Нейтрализующий и капсулирующий агент - 0,05-0,15 кг/кг бурового шлама.
1.4.6. В качестве нейтрализующего реагента используется водный раствор нейтрализующего и капсулирующего состава, на основе извести. Нейтрализация бурового шлама производится после «протыкания» нефтеносных горизонтов.
1.4.7. Удельный расход раствора нейтрализующего и капсулирующего состава 0,05-0,2 т/т при обезвреживании бурового шлама. Максимальный расход - 1000 кг/ч.
1.4.8. Подготовка раствора осуществляется разведением его с пресной водой в соотношении 2:1 (масс).
3
1.4.9. Сухой реагент хранится в бункере объемом 3 м блока III.
3
1.4.10. Из бункера блока III сухой реагент шнековым транспортером подается в емкость объемом 2-5 м для его приготовления.
1.5. Подготовка реагентов для обезвоживания и флотации:
1.5.1. Для приготовления растворов коагулянта и флокулянта используются станции приготовления химических растворов вместимостью 500-1000 л, оборудованные устройствами дозирования сухого реагента, устройствами перемешивания и дозировочными насосами подачи подготовленных растворов реагентов для их использования.
1.6. Окончательная подготовка бурового шлама к обезвреживанию:
1.6.1. Предварительно подготовленный в блоке I буровой шлам смешивается с реагентами в блоке II, введением и одновременным перемешиванием нейтрализующего и капсулирующего состава, коагулянта и флокулянта в последовательно соединенные реакторы (по 200 л). Конечное «созревание» бурового шлама перед обезвреживанием осуществляется в емкости объемом 6000 л.
1.7. Обезвоживание подготовленного бурового шлама:
1.7.1. Подготовленный буровой шлам перистальтическим насосом подается на пресс-фильтр, расположенный в блоке V. В качестве пресс-фильтра в способе используются (прошедшие испытания) камерный фильтр-пресс объемом 1000-1500 л, или два ленточных фильтр-пресса с шириной ленты 1000-1200 мм.
1.8. Обезвреживание бурового шлама на камерном фильтр-прессе:
1.8.1. Подготовленный буровой шлам подается в камерный фильтр-пресс. Давление подачи бурового шлама - 1,6 МПа (предельное давление фильтрования). Выделенный фильтрат отводится самотеком в блок V, затем насосом подается в систему очистки фильтрата (блок IV) или на первичную подготовку бурового шлама в блок I. Работа фильтр-пресса циклична: 2-3 цикла в 1(один) час.
3
1.8.2. После обезвоживания на фильтр-прессе, буровой шлам высвобождается и поступает в приемный бункер шнекового транспортера, одновременно в бункер транспортера подается сухой нейтрализующий и капсулирующий состав из дозирующего устройства (объемом 0,5-1,5 м), расположенного над фильтр-прессом. Шнековый смеситель перемешивает высвободившийся буровой шлам из фильтр-пресса с сухим реагентом. При смешении смеси повышается температура до 60°С, что приводит к дополнительному осушению шлама.
3
1.8.3. После перемешивания смеси в бункере шнекового транспортера, образуется продукт 5 класса опасности - "Обезвреженная выбуренная порода", которая подается в кузов автосамосвала. Производительность шнекового транспортера - 10-30 м/ч.
1.9. Обезвреживание бурового шлама на ленточных фильтр-прессах:
1.9.1. Предварительно подготовленный буровой шлам, подается на ленточный фильтр-пресс, где происходит обезвоживание бурового шлама, с выделением бурового раствора. Давление на ленте пресса - 0,2 МПа.
1.9.2. Промывка фильтровальных лент прессов осуществляется подачей очищенного фильтрата бурового раствора, под давлением 0,5-0,6 МПа. Буровой раствор, выделенный при обезвоживании шлама, отводится самотеком в блок IV, а затем насосом подается в систему ЦСГО буровой установки для вторичного использования или очистки фильтрата или на предварительную подготовку бурового шлама в блок I.
3
3
1.9.3. После обезвоживания на фильтр-прессе, буровой шлам высвобождается и поступает в приемный бункер шнекового транспортера, одновременно в бункер транспортера, подается сухой нейтрализующий и капсулирующий состав из дозирующего устройства (объемом 0,5-1,5 м), расположенного над фильтр-прессами. Шнековый смеситель перемешивает высвободившийся буровой шлам из фильтр-пресса с сухим реагентом. При смешении смеси повышается температура до 60°С, что приводит к дополнительному осушению шлама. После перемешивания смеси в бункере шнекового транспортера, образуется продукт 5 класса опасности - "Обезвреженная выбуренная порода", которая подается в кузов автосамосвала. Производительность шнекового транспортера - 10-30 м/ч.
1.10. Очистка бурового раствора и буровой сточной воды:
1.10.1. Очистка бурового раствора и буровой сточной воды осуществляется с применением оборудования напорной флотации, которое размещено в блоке IV.
3
1.10.2. Производительность блока - 8-20 м/ч.
1.10.3. Буровой раствор и буровая сточная вода подвергаются обработке составами химических реагентов.
1.10.4. После переработки бурового раствора и буровой сточной воды, на выходе будут получены два продукта:
- очищенный буровой раствор с остаточным содержанием механической примеси ≤20 мг/л и нефтепродукта ≤20 мг/л;
- очищенная буровая сточная вода с остаточным содержанием механической примеси ≤20 мг/л и нефтепродукта ≤20 мг/л.
1.11. Использование полученных продуктов:
1.11.1. Очищенный буровой раствор применяется для повторного использования в системе ЦСГО буровой установки или подается в скважину ППД;
1.11.2. Очищенная буровая сточная вода используется для первичной подготовки бурового шлама или подается в скважину ППД.
Группа изобретений позволяет нефтегазодобывающим компаниям обезвреживать буровые шламы в момент бурения скважин, без строительства амбаров, в ограниченных пространствах, вблизи жилых массивов, в национальных парках и на морских платформах, а также вторично использовать продукты переработки обезвреженного бурового шлама, буровую сточную воду и буровой раствор.