СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА МОРСКОЙ НЕФТЕГАЗОВОЙ СКВАЖИНЫ С "НУЛЕВЫМ" СБРОСОМ ОТХОДОВ БУРЕНИЯ В МОРЕ
METHOD OF CONSTRUCTION OF OFFSHORE OIL AND GAS WELL WITH “ZERO” DISCHARGE OF DRILLING WASTE INTO THE SEA

Изобретение относится к строительству морских нефтяных и газовых скважин, в частности, к способам обращения с отходами бурения и защиты морской среды от загрязнения.
Известен способ строительства морской скважины на Северо-Восточном шельфе Сахалина (Проект «Сахалин-1»), включающий постановку на точке предстоящего бурения в акватории моря передвижной буровой или стационарной нефтегазовой платформы, подготовительные работы, бурение скважины, сопровождающееся образованием отходов бурения, сброс отходов бурения в морскую среду, крепление, испытание и освоение скважины (см. Балаба В.И. Обеспечение экологической безопасности строительства скважин в море // Бурение и нефть. - 2004. - №1.- С. 18).
Несмотря на то, что нормативными документами (ГОСТ 17.1.3.02-77 (п. 4.2), ОСТ 51.01-06-85 (п. 2.1.6); РД 158-39-031-98, п. 8.1) допускается сброс вредных веществ в море, недостатком данного способа является загрязнение морской среды отходами бурения, содержащими вредные химические реагенты, возможность использования сброса отходов исключительно в глубоководных акваториях, где возможно лучшее разбавление загрязняющих веществ в большом объеме морской воды, и запрет на сброс в море отходов при бурении скважин в мелководных акваториях.
Низкая экологичность данного способа обусловлена токсическим воздействием сбрасываемых отходов бурения на морскую биоту, повышением мутности морской среды. В Каспийском море, изолированном от Мирового океана, и особенно в российском секторе, приуроченном к Северной мелководной части Каспия, действует запрет на сброс любых отходов в морскую среду.
Известен способ строительства морских скважин в мелководном российском секторе Каспийского моря на основе технологии «нулевых» сбросов, включающий постановку на точке предстоящего бурения в акватории моря передвижной буровой или стационарной нефтегазовой платформы, содержащей оборудование бурового, эксплуатационного, энергетического комплексов, а также жилой модуль, подготовительные к бурению работы, бурение скважины, сопровождающееся образованием отходов бурения, сброс отходов бурения в морскую среду при бурении скважины в первом интервале под водоотделяющую колонну с наибольшим диаметром (до 914,4 мм) без замкнутой системы циркуляции бурового раствора, испытание и освоение скважины, эвакуация отходов бурения скважины, образовавшиеся при углублении скважины на береговые предприятия для обезвреживания и утилизации (Балаба В.И. Обеспечение экологической безопасности строительства скважин в море // Бурение и нефть. - 2004. - №1. - С. 18-21).
Недостатком данного способа является то, что он лишь несколько сокращает объем сброса выбуренной породы в морскую среду при бурении первого интервала скважины под водоотделяющую колонну и не исключает полностью загрязнение морской среды отходами бурения.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ строительства морской нефтегазовой скважины в мелководном российском секторе Каспийского моря на основе технологии «нулевых» сбросов отходов бурения в море, включающий буксировку и постановку на точке предстоящего бурения в акватории моря передвижной буровой или стационарной нефтегазовой платформы, содержащей оборудование бурового, эксплуатационного, энергетического комплексов, а также жилой модуль, подготовительные к бурению работы, задавливание водоотделяющей колонны в дно моря с использованием сваебойного оборудования, выбуривание горной породы из полости водоотделяющей колонны с промывкой по замкнутому циклу без контакта с морской средой, сопровождающееся образованием и накоплением на морской платформе отходов бурения, раздельный сбор отходов бурения в инвентарных маркированных контейнерах и емкостях на морской платформе, углубление скважины внутри водоотделяющей колонны с промывкой по замкнутому циклу, сопровождающееся образованием и накоплением на морской платформе отходов бурения, раздельный сбор и складирование на морской платформе выбуренной породы и отработанного бурового раствора в инвентарных маркированных контейнерах, раздельный сбор и складирование на морской платформе буровых сточных вод и жидкой фазы отработанного бурового раствора в инвентарных маркированных емкостях, периодическую эвакуацию из морской платформы отходов бурения в инвентарных маркированных контейнерах и емкостях с использованием судов обеспечения на береговые предприятия для обезвреживания и утилизации отходов, крепление, испытание и освоение скважины (см. Экологическая политика ОАО «ЛУКОЙЛ» на Каспийском море, т. 2, Охрана окружающей среды при поиске, разведке и добыче углеводородного сырья в Северной части Каспийского моря - Астрахань, 2003. - С. 119-128.).
К причинам, препятствующим получению технического результата, который обеспечивается предлагаемым техническим решением, относится то, что в известном способе, принятым за прототип, для предотвращения загрязнения морской среды все образующиеся на морской платформе объемы отходов бурения периодически эвакуируют на береговые предприятия, используя при этом транспортные суда, и, по сути, переносят вопросы обезвреживания и утилизации отходов с места их образования на морской платформе на береговые предприятия.
Кроме этого, реализация технологии «нулевого» сброса отходов отличается высокой сложностью, трудоемкостью и стоимостью. При этом не исключены задержки движения судов обеспечения, используемых для эвакуации отходов на береговые предприятия, вследствие штормов или сложной ледовой обстановки, которые значительно ограничивают его применение.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в снижении трудоемкости, объемов и стоимости эвакуации отходов бурения с морской нефтегазовой платформы на береговые предприятия, снижении числа рейсов транспортно-буксирных судов и риска аварий с экологическим ущербом в процессе строительства скважины путем утилизации и обезвреживания отходов бурения непосредственно на месте их образования на морской платформе до эвакуации отходов бурения на береговые предприятия.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемом изобретении, включающем буксировку и постановку на точке предстоящего бурения в акватории моря передвижной буровой или стационарной нефтегазовой платформы, содержащей оборудование бурового, эксплуатационного, энергетического комплексов, а также жилой модуль, подготовительные к бурению работы, задавливание водоотделяющей колонны в дно моря с использованием сваебойного оборудования, выбуривание горной породы из полости водоотделяющей колонны с промывкой по замкнутому циклу без контакта с морской средой, сопровождающееся образованием и накоплением на морской платформе отходов бурения, раздельный сбор отходов бурения в инвентарных маркированных контейнерах и емкостях на морской платформе, углубление скважины внутри водоотделяющей колонны с промывкой по замкнутому циклу, сопровождающееся образованием и накоплением на морской платформе отходов бурения, раздельный сбор и складирование на морской платформе выбуренной породы и отработанного бурового раствора в инвентарных маркированных контейнерах, раздельный сбор и складирование на морской платформе буровых сточных вод и жидкой фазы отработанного бурового раствора в инвентарных маркированных емкостях, периодическую эвакуацию из морской платформы отходов бурения в инвентарных маркированных контейнерах и емкостях с использованием судов обеспечения на береговые предприятия для обезвреживания и утилизации отходов, крепление, испытание и освоение скважины, особенность состоит в том, что, морскую нефтегазовую платформу дополнительно оснащают комплексом оборудования для обезвреживания и утилизации отходов бурения в процессе строительства скважины непосредственно на морской платформе, очищают буровые сточные воды и жидкую фазу отработанного бурового раствора физико-химическими и другими методами, вовлекают очищенную сточную воду и жидкую фазу отработанного бурового раствора в оборотное техническое водоснабжение строительства скважины, снижая объем потребления свежей воды и водоотведения, подвергают термическому обезвреживанию выбуренную породу и загущенную фазу отработанного бурового раствора с переводом их в сухой порошкообразный инертный материал, эвакуируют периодически буровые сточные воды и жидкую фазу отработанного бурового раствора после трех-четырех циклов их очистки в инвентарных емкостях на береговые предприятия для обезвреживания и утилизации, периодически эвакуируют обезвреженный сухой порошкообразный инертный материал в инвентарных контейнерах на береговые предприятия для утилизации, причем очистку и утилизацию сточных вод и термическое обезвреживание выбуренной породы и загущенной фазы отработанного бурового раствора осуществляют на морской платформе предварительно эвакуации отходов на судах обеспечения на береговые предприятия.
Периодическую эвакуацию буровых сточных вод и жидкой фазы отработанного бурового раствора, а также обезвреженного сухого порошкообразного инертного материала осуществляют одновременно.
Кроме этого, комплекс оборудования для обезвреживания и утилизации отходов бурения демонтируют на стационарной морской нефтегазовой платформе после завершения строительства скважины или куста скважин.
Отличительными признаками предложенного способа являются:
- дополнительное оснащение буровой или стационарной морской нефтегазовой платформы, комплексом оборудования для утилизации и обезвреживания отходов бурения непосредственно на месте их образования на морской платформе и до их эвакуации на береговые специальные предприятия;
- очистка буровых сточных вод и жидкой фазы отработанного бурового раствора физико-химическими и другими методами непосредственно на морской платформе;
- вовлечение (утилизация) очищенной сточной воды и жидкой фазы отработанного бурового раствора в оборотное техническое водоснабжение строительства скважины непосредственно на морской платформе;
- снижение объема потребления свежей воды и водоотведения при строительстве скважины непосредственно на морской платформе;
- термическое обезвреживание выбуренной породы и загущенной фазы отработанного бурового раствора с переводом их в сухой порошкообразный инертный материал непосредственно на морской платформе;
- периодическая эвакуация с морской нефтегазовой платформы буровых сточных вод и жидкой фазы отработанного бурового раствора после трех-четырех циклов их очистки в инвентарных емкостях на береговые предприятия для обезвреживания и утилизации;
- периодическая эвакуация с морской нефтегазовой платформы сухого порошкообразного инертного материала, полученного в результате термического обезвреживания выбуренной породы и загущенной фазы отработанного бурового раствора в инвентарных контейнерах на береговые предприятия;
- демонтаж на стационарной морской нефтегазовой платформе комплекса оборудования для обезвреживания и утилизации отходов бурения после завершения строительства куста скважин.
Сущность изобретения.
Строительство нефтяных и газовых скважин сопровождается неизбежным образованием отходов бурения, которые включают выбуренную породу - буровой шлам, отработанный буровой раствор и буровые сточные воды. Наибольший объем (до 60-75%) среди них составляют буровые сточные воды. Под буровыми сточными водами понимаются воды, нарабатываемые в процессе строительства скважины и эксплуатации оборудования, представляющие собой буровой раствор, разбавленный технической водой и атмосферными осадками.
Загрязняющая способность бурового раствора, являющегося источником загрязнения отходов бурения, зависит от применяемых для его приготовления компонентов.
Под отработанным буровым раствором понимается раствор, использованный в технологическом процессе и непригодный для бурения скважины в дальнейшем.
Буровой шлам представляет собой смесь выбуренной породы с буровым раствором. Эта смесь поступает в накопитель или контейнер после очистки ее в циркуляционной системе различными очистными устройствами. Выбуренная порода по минеральному составу нетоксична, но диспергируя в среде обработанного химреагентами бурового раствора, частицы ее адсорбируют на своей поверхности токсичные компоненты, вследствие этого она также становится загрязнителем компонентов окружающей среды. Отходы бурения нефтегазовых скважин при использовании буровых растворов, приготовленных на водной основе, по степени вредного воздействия на окружающую среду относятся, как правило, к III (умеренно опасные) или IV (малоопасные) классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76.
Предотвращение негативного воздействия строительства нефтегазовых скважин при освоении российского сектора Каспийского моря было обеспечено путем реализации технологии «нулевого» сброса ("zero" discharge) отходов бурения в морскую среду, в соответствии с которой все производственные отходы, образующиеся на морской нефтегазовой платформе, за исключением воды из системы охлаждения внешнего контура энергетических установок, собирают и эвакуируют на береговые предприятия для дальнейшей переработки и утилизации.
Однако, технология «нулевых» основана на концепции "end of pipe" («на конце трубы»), т.е. предусматривает решение проблем отходов за счет совершенствования методов и средств их переработки и утилизации на суше. Данная технология сопряжена со значительным удорожанием стоимости освоения морских месторождений углеводородов, вовлечением в процесс строительства скважин дополнительных специальных судов (барж) для транспортировки отходов на берег и, по сути, переносит проблемы обращения с отходами с шельфа на сушу.
Кроме этого, имеются и другие недостатки технологии «нулевых» сбросов, связанные с эвакуацией отходов бурения на специализированные береговые предприятия:
а) увеличение количества погрузочно-разгрузочных механизмов (кранов, подъемников), а также барж и вспомогательных судов для перемещения отходов производства, вследствие чего возрастает риск аварий и технических инцидентов, как на береговой базе, так и на самом буровом комплексе;
б) увеличение времени проходки скважины из-за перерывов на операции по перемещению отходов;
в) увеличение количества технического персонала, задействованного на морской платформе и на суше для транспортировки производственных отходов;
г) возрастание интенсивности судового движения вследствие транспортировки дополнительных объемов груза;
д) увеличение интенсивности движения сухопутного транспорта, обеспечивающего перемещение отходов от береговой зоны к местам их переработки, утилизации и захоронения;
е) увеличение числа барж, контейнеров для жидких стоков и сухогрузных емкостей, в том числе непосредственно на морской платформе;
ж) возрастание эмиссии выхлопных газов в атмосферу из-за увеличения продолжительности строительства скважины и привлечения дополнительных транспортных средств;
з) возрастание потенциальной опасности разливов загрязняющих веществ в мелководной акватории и в прибрежной зоне из-за увеличения интенсивности транспортного движения и длительности строительства скважины;
и) резкое увеличение трудоемкости и стоимости работ по обращению с отходами, образующимися в процессе строительства морских нефтегазовых скважин, и их эвакуации на береговые предприятия.
Основными задачами при выработке способов обращения с отходами бурения являются создание условий для минимизации их объемов на стадии разработки рабочего проекта и образования отходов в процессе строительства скважины, максимальная утилизация, снижение класса их опасности по ГОСТ 12.1.007-76, снижение величины соотношения: отходы / вторичные материальные ресурсы и экологически безопасное захоронение.
Минимизация негативного воздействия на компоненты окружающей среды предусматривает совершенствование технологии строительства скважин в направлении минимизации объемов отходов на самой ранней стадии их образования и до того, как они становятся опасными для окружающей среды, накоплены избыточные объемы отходов на морской платформе, имеющей определенные площадные ограничения, и эвакуируются судами обеспечения на береговые предприятия для переработки и утилизации.
Способ осуществляют следующими последовательными действиями в порядке изложения:
- дополнительно оснащают морскую нефтегазовую платформу комплексом оборудования для обезвреживания и утилизации отходов бурения непосредственно на месте их образования на морской нефтегазовой платформе до их эвакуации на береговые предприятия;
- буксируют морскую платформу, содержащую оборудование бурового, эксплуатационного, энергетического комплексов, а также жилой модуль, комплекс оборудования для обезвреживания и утилизации отходов бурения непосредственно на месте их образования на морской нефтегазовой платформе на точку предстоящего бурения в акватории моря;
- устанавливают морскую платформу на точке предстоящего бурения в акватории моря;
- осуществляют подготовительные к бурению работы;
- залавливают водоотделяющую колонну в дно моря с использованием сваебойного оборудования;
- выбуривают горную породу из полости водоотделяющей колонны с промывкой по замкнутому циклу без контакта с морской средой с выносом на блок очистки бурового раствора, установленный на морской нефтегазовой платформе;
- осуществляют раздельный сбор отходов бурения в инвентарных маркированных контейнерах и емкостях на морской платформе,
- углубляют скважину внутри водоотделяющей колонны с промывкой по замкнутому циклу, сопровождающееся образованием и накоплением на морской нефтегазовой платформе отходов бурения;
- осуществляют раздельный сбор и складирование в инвентарных маркированных контейнерах на морской платформе выбуренной породы и отработанного бурового раствора в инвентарных контейнерах, установленных на морской нефтегазовой платформе;
- осуществляют раздельный сбор и складирование буровой сточной воды и жидкой фазы отработанного бурового раствора в инвентарных маркированных емкостях, установленных на морской нефтегазовой платформе;
- очищают (осветляют) буровые сточные воды и жидкую фазу отработанного бурового раствора физико-химическим и другими методами на морской нефтегазовой платформе;
- вовлекают (утилизируют) очищенную (осветленную) сточную воду и жидкую фазу отработанного бурового раствора в оборотное техническое водоснабжение строительства морской нефтегазовой скважины, снижая объем потребления свежей воды и водоотведения;
- подвергают термическому обезвреживанию выбуренную породу и отработанный буровой раствор, складированных в инвентарных контейнерах, с переводом их в сухой порошкообразный инертный материал;
- осуществляют периодическую эвакуацию с использованием судов обеспечения из морской платформы в инвентарных емкостях буровые сточные воды и жидкую фазу отработанного бурового раствора после того, как вода аккумулировала загрязняющие вещества и перестает поддаваться очистке на морской нефтегазовой платформе при любой дозировке коагулянта и флокулянта, на береговые предприятия для обезвреживания и утилизации;
- осуществляют периодическую эвакуацию с использованием судов обеспечения из морской платформы в инвентарных контейнерах обезвреженный на морской платформе сухой порошкообразный инертный материал на береговые предприятия для утилизации;
- осуществляют крепление скважины;
- осуществляют испытание скважины;
- осуществляют освоение скважины;
- демонтируют комплекс оборудования для обезвреживания и утилизации отходов бурения на стационарной морской нефтегазовой платформе после завершения строительства скважины или куста скважин.
Пример конкретного выполнения (промышленной применимости).
Государственным стандартом ГОСТ 16293-89 «Установки буровые комплектные для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения. Основные параметры» и другими нормативными документами не предусмотрено оснащение морских платформ специальным оборудованием для минимизации объемов образующихся на морской нефтегазовой платформе отходов. Это обусловливает при строительстве скважин на основе технологии «нулевых» сбросов сложную и дорогостоящую процедуру эвакуации отходов бурения с морской платформы на береговые предприятия, то есть перенесение всех объемов отходов бурения с морской нефтегазовой платформы на береговые предприятия.
В связи с этим морскую нефтегазовую платформу дополнительно оснащают комплексом оборудования, выполненном в блочно-модульном исполнении, для обезвреживания и утилизации отходов бурения непосредственно на месте их образования на морской платформе.
Геологическая служба нефтяной компании выдает координаты точки бурения разведочной скважины глубиной 4600 м, расположенной на лицензионном участке в российском секторе Каспийского моря.
С помощью буксирных судов доставляют на точку предстоящего бурения и устанавливают на дне моря морскую самоподъемную буровую установку (СПБУ) при глубине моря 21 м. Проводят подготовительные к бурению работы. С использованием сваебойного оборудования залавливают (забивают) в дно моря на глубину 120 м водоотделяющую колонну диаметром 762 мм. Выбуривают горную породу из полости водоотделяющей колонны с промывкой по замкнутому циклу без контакта с морской средой с выносом на блок очистки бурового раствора, установленный на морской нефтегазовой платформе, и складируют выбуренную породу в инвентарные маркированные контейнеры, установленные на СПБУ. При этом исключают сброс выбуренной породы в морскую среду. Углубляют (бурят) скважину внутри водоотделяющей колонны с промывкой по замкнутому циклу без контакта с морской средой с образованием и накоплением на СПБУ отходов бурения. Раздельно собирают и складируют на буровой платформе выбуренную породу и отработанный буровой раствор в инвентарных маркированных контейнерах. Собирают и складируют на СПБУ буровые сточные воды и жидкую фазы отработанного бурового раствора в маркированных инвентарных емкостях.
По мере образования на СПБУ отходов подвергают физико-химической обработке буровые сточные воды и жидкую фазу отработанного бурового раствора специально подобранными флокулянтами (коагулянтами) и далее методом центрифугирования разделяют на твердую и жидкую фазы. Для этих целей используют флокуляционно-коагуляционную установку, в основу которой и заложен этот метод.
В качестве флокулянтов (коагулянтов) применяют, например, полимерные реагенты катионоактивные (Greendrill-CP) и анионоактивные (Greendrill FL). Принцип их действия основан на связывании в агрегаты тонкодисперсных частиц за счет взаимодействия противоположно заряженных ионов катионоактивных высокомолекулярных соединений и их укрупнение анионоактивными полимерами.
В результате физико-химической обработки и центрифугирования получают очищенную (осветленную) воду, которую вовлекают в оборотное водоснабжение строительства скважины (для приготовления свежего бурового раствора, другие технические нужды). При этом снижается объем потребления свежей технической воды и водоотведение. Однако многократное использование очищенных вод в оборотном водоснабжении строительства скважины затрудняет процесс очистки буровых сточных вод, что обусловлено аккумулированием загрязняющих веществ, препятствующих нормальному прохождению процесса очистки. То есть, после неоднократных циклов использования, вода перестает поддаваться очистке при любой дозировке коагулянта и флокулянта. В результате даже при замкнутом цикле водоснабжения строительства скважины последовательно возобновляемая очистка буровых сточных вод возможна лишь при трех-четырехкратном использовании очищенных вод. При многократном (более четырех раз) применении буровые сточные воды не очищаются и переходят в категорию отходов, которые складируют в инвентарные емкости на морской нефтегазовой платформе и эвакуируют на береговые предприятия для утилизации.
Для снижения объемов образованных на морской платформе отходов используют блочно-модульную установку, например, УТД-2-800 для утилизации и термического обезвреживания выбуренной породы, загущенной фазы отработанного бурового раствора и осадка, полученного после физико-химической очистки и центрифугирования буровых сточных вод, которая позволяет полностью избавиться от жидкой фазы в этих отходах и составляющей наибольший объем в отходах. Производительность установки УТД-2-800 составляет до 1500 кг/час по перерабатываемым шламам.
В результате термического обезвреживания на установке УТД-2-800 на морской платформы получают сухой порошкообразный материал IV (малоопасный) или V (практически неопасный) класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76.
Осуществляют периодическую эвакуацию с СПБУ отходов бурения в инвентарных маркированных контейнерах и емкостях с использованием судов обеспечения на Комплексную транспортно-производственную базу в пос.Ильинка Астраханской области для дальнейшего обезвреживания и утилизации отходов.
Продолжают бурение и крепление (тампонирование кольцевого пространства) скважины в интервалах бурения 120-350 м под кондуктор диаметром 508 мм; под промежуточную колонну 350-1797 м под обсадную колонну диаметром 339,7 мм; 1797-3072 м под обсадную колонну диаметром 244,5 мм, 3072-3300 м под потайную колонну (хвостовик) диаметром 177,8 мм.
Испытывают и осваивают скважину.
Использование способа на стационарной морской нефтегазовой платформе, предназначенной кроме бурения куста скважин еще и для долгосрочной (в некоторых случаях десятков лет) добычи углеводородного сырья, включает демонтаж и эвакуацию комплекса оборудования для обезвреживания и утилизации отходов бурения после завершения строительства всех кустовых скважин.
Таким образом, использование предложенного способа позволяет производить обезвреживание и утилизацию отходов бурения нефтегазовой скважины непосредственно на месте их образования - на морской платформе. Это обеспечивает снижение объемов водопотребления и водоотведения за счет утилизации отходов и переводу их из категории загрязнителей окружающей среды в материал для приготовления бурового раствора по принципу «отходы в доходы».
В результате термического обезвреживания отходов бурения снижают класс опасности обезвоженной выбуренной породы и снижают объем отходов, эвакуируемых на береговые предприятия, сокращая число рейсов судов обеспечения и риск загрязнения окружающей среды в результате аварийного попадания в морскую среду отходов с судов в процессе их движения по Северному Каспию (через Волго-Каспийский канал) и рукаву р. Волги - Бахтемиру на протяжении до 300 км.
При этом снижается трудоемкость и стоимость работ по обращению с отходами бурения морских нефтегазовых скважин.