СПОСОБ ПОДЗЕМНОГО ЗАХОРОНЕНИЯ БУРОВЫХ ОТХОДОВ В МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОДАХ
METHOD OF DRILL SOLUTION UNDERGROUND BURIAL IN PERMAFROST ROCKS

Предлагаемое изобретение относится к горному делу и может быть использовано при эксплуатации подземных резервуаров-хранилищ, создаваемых в непроницаемых породах для захоронения отходов бурения, в частности в многолетнемерзлых породах.
Известен способ захоронения буровых отходов в амбарах, включающий гидротранспорт бурового раствора, содержащего буровой шлам, от буровой установки до бурового амбара, отделение бурового шлама от бурового раствора в амбаре, откачку бурового раствора из амбара для бурения скважины, и ликвидацию заполненного буровым шламом амбара засыпкой землей [1].
Недостаток данного способа заключается в отрицательном экологическом воздействии на природу, связанном с размещением на поверхности буровых отходов.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ захоронения буровых отходов в подземном резервуаре, созданном в многолетнемерзлых породах, включающий гидротранспорт бурового раствора, содержащего буровой шлам, по трубопроводу от буровой установки до подземного резервуара, заполнение подземного резервуара буровыми отходами через скважину, выдержку бурового раствора в подземном резервуаре до осветления и откачку осветленной части бурового раствора на поверхность для повторного использования [2].
Недостаток данного способа заключается в использовании при бурении большого объема бурового раствора, что связано с необходимостью выдерживания до осветления бурового раствора из закачанной в подземный резервуар порции буровых отходов совместно с буровым раствором. При этом увеличиваются затраты на откачку осветленной части буровых отходов из подземного резервуара.
Решаемая задача заключается в повышении эффективности захоронения буровых отходов в подземном резервуаре, созданном в многолетнемерзлых осадочных породах, за счет сокращения объема буровых отходов, закачиваемых в подземный резервуар, ведения процесса бурения с использованием минимально необходимого объема бурового раствора и сокращения затрат, связанных с подъемом бурового раствора из подземного резервуара на поверхность.
В результате решения этой задачи обеспечивается:
- независимость ведения процесса бурения от процесса захоронения бурового шлама и жидких буровых отходов, что в целом повышает производительность буровых работ через скважину;
- заполнение подземного резервуара одним лишь буровым шламом способствует снижению затрат на захоронение буровых отходов, исключив тем самым тепловое воздействие на многолетнемерзлые породы, вмещающие подземный резервуар, что повышает его устойчивость.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в способе подземного захоронения буровых отходов, включающем гидротранспорт отходов бурения по трубопроводу от буровой установки к подземному резервуару и заполнение его через скважину буровыми отходами, согласно предлагаемому способу в процессе бурения пород отделяют буровой шлам от бурового раствора и, по мере накопления бурового шлама, периодически проводят его подготовку к гидротранспорту в виде пульпы с использованием в качестве транспортирующей жидкости отработанного бурового раствора или технической воды, непосредственно перед заполнением подземного резервуара буровыми отходами отделяют буровой шлам от транспортирующей жидкости с возвратом ее к буровой установке, а заполнение подземного резервуара буровыми отходами ведут с закачкой бурового шлама, в период длительных остановок гидротранспортной системы удаляют пульпу из транспортирующего трубопровода созданием вакуума в трубопроводной сети или продувкой ее сжатым воздухом.
Отделение бурового шлама от бурового раствора в процессе бурения пород позволяет накапливать буровой шлам, обеспечивая тем самым независимость процесса бурения скважин от необходимости одновременного захоронения буровых отходов, что способствует повышению надежности и производительности буровых работ.
Периодическая подготовка пульпы по мере накопления бурового шлама для последующего ее гидротранспорта с использованием в качестве транспортирующей жидкости отработанного бурового раствора или технической воды повышает эффективность гидротранспорта за счет увеличения содержания твердой фазы пульпы, так как гидротранспорт буровых отходов без предварительного накопления бурового шлама из-за малого количества образующихся буровых отходов (около 1 т в час) ведет к повышенным энергозатратам, связанным с необходимостью перекачивания большого количества транспортирующей жидкости для обеспечения необходимой транспортирующей скорости в трубопроводе. Использование отработанного бурового раствора позволяет снизить расход технической воды.
Отделение бурового шлама от транспортирующей жидкости непосредственно перед заполнением подземного резервуара буровым шламом с возвратом транспортирующей жидкости к месту накопления бурового шлама существенно снижает объем продуктов захоронения и одновременно с этим их тепловое воздействие на вмещающие породы. Кроме того, сокращаются дополнительные затраты, связанные с подъемом из подземного резервуара жидкости, не подлежащей захоронению, что в целом повышает эффективность процесса захоронения буровых отходов.
Удаление пульпы из транспортирующего трубопровода вакуумированием или продувкой его сжатым воздухом в период длительных остановок гидротранспорта сокращает энергозатраты на обогрев трубопроводов и предотвращает возможность образования ледяных пробок. Удаление жидкости из трубопроводов путем их продувки сжатым воздухом целесообразно при аварийных остановках, связанных с отключением электроэнергии. Удаление жидкости из трубопроводов путем откачивания ее эжекторной установкой снижает затраты, так как для удаления жидкости используется имеющийся для перекачки жидкости насос и не требуется дополнительный компрессор.
Таким образом, совокупность вышеперечисленных признаков обеспечивает решение задачи повышения эффективности подземного захоронения буровых отходов в подземном резервуаре, созданном в многолетнемерзлых осадочных породах.
На представленном чертеже изображена схема осуществления способа подземного захоронения буровых отходов в многолетнемерзлых породах.
В соответствии с этой схемой гидротранспорт буровых отходов ведут от буровой установки 1, создающей эксплуатационную скважину 2 к скважине 3 подземного резервуара 4, сооруженного в многолетнемерзлых породах. Обезвоживание бурового шлама в процессе бурения производится на ситовибрационной установке 5 с удалением обезвоженного бурового шлама по транспортеру 6 с накоплением бурового раствора в баке 7 и подачей насосом 8 очищенного бурового раствора в эксплуатационную скважину 2. Для осуществления гидротранспорта буровых отходов используют накопительный бункер 9, расположенный вблизи транспортера 6, узел смешения 10 бурового шлама с транспортирующей жидкостью, шламовый насос 11 для транспорта пульпы, соединенный с пульповодом 12, ситовибрационную установку 13, бак 14 для сбора транспортирующей жидкости, насос 15 для подачи транспортирующей жидкости по трубопроводу 16 и эжекторную установку 17 с задвижками 18.
Способ подземного захоронения буровых отходов в многолетнемерзлых породах осуществляется следующим образом.
В процессе бурения пород буровой установкой 1 в создаваемую эксплуатационную скважину 2 из бака 7 насосом 8 подают буровой раствор, который вместе с буровым шламом извлекают из эксплуатационной скважины 2 и направляют на ситовибрационную установку 5, где отделяют буровой шлам от бурового раствора. Очищенный от шлама буровой раствор, прошедший через ситовибрационную установку 5, направляют в бак 7 и насосом 8 вновь подают в эксплуатационную скважину 2, а отделенный буровой шлам транспортером 6 направляют в бункер 9. По мере накопления бурового шлама в бункере 9 периодически проводят его подготовку к гидротранспорту в виде пульпы. С этой целью накопленный буровой шлам выгружают в узел смешения 10, где его смешивают с транспортирующей жидкостью, в качестве которой используют отработанный буровой раствор или техническую воду (в начале бурения), после чего осуществляют гидротранспорт буровых отходов в виде пульпы к подземному резервуару 4. Для этого подготовленную в узле смешения 10 пульпу посредством шламового насоса 11 и пульповода 12 перекачивают к месту захоронения буровых отходов, направляя ее вначале в ситовибрационную установку 13, где непосредственно перед заполнением подземного резервуара 4 буровыми отходами производят отделение бурового шлама от транспортирующей жидкости (бурового раствора или технической воды). Отделяемый при этом буровой шлам через эксплуатационную скважину 3 закачивают в подземный резервуар 4, а транспортирующую жидкость - в бак 14 для сбора транспортирующей жидкости, из которого насосом 15 по трубопроводу 16 ее затем возвращают к буровой установке 1, перекачивая в узел смешения 10 бурового шлама с транспортирующей жидкостью.
При длительных остановках гидротранспорта пульпы в период отключения подачи электроэнергии в холодное время года пульповод 12 и трубопровод 16 продувают сжатым воздухом от дизельного компрессора (не показан), установленного у буровой установки 1, производя вытеснение пульпы и транспортирующей жидкости в бак 14.
При длительных плановых остановках транспорта буровых отходов, связанных с перестановкой буровой установки или проведением монтажных работ, производят удаление транспортирующей жидкости из пульповода 12 и трубопровода 16 с использованием эжекторной установки 17. Для этого прекращают подачу бурового шлама из накопительного бункера 9. Пульповод 12 и трубопровод 16 прокачивают до полной очистки пульпы от бурового шлама на ситовибрационной установке 13. При этом задвижки 18 устанавливают в такое положение, при котором транспортирующую жидкость из бака 14 насосом 15 подают в эжекторную установку 17, а транспортирующую жидкость из пульповода 12 и трубопровода 16 откачивают за счет разряжения (вакуумирования) эжекторной установкой 17 через ситовибрационную установку 13 в бак 14 до полного опорожнения пульповода 12 и трубопровода 16.
3
3
3
Примером конкретной реализации предлагаемого способа служит захоронение буровых отходов при бурении газовых скважин на газовом месторождении. Буровой установкой 1 Уралмаш-75 бурят эксплуатационные скважины 2 на глубину 1200 м. Поднимаемый из скважины 2 буровой раствор, содержащий буровой шлам с расходом около 100 м/час направляют на ситовибрационную установку 5, которая снабжена системой вибросит с гидроциклонами. На виброситах производят отделение бурового шлама от бурового раствора. После обезвоживания бурового шлама на ситовибрационной установке 5 его с помощью шнекового транспортера 6 с расходом около 1 т/час выгружают в накопительный бункер 9 объемом 10 м. За 12 часов в бункере 9 накапливают буровой шлам в объеме около 6 м (12 т). По мере накопления бурового шлама в бункере 9 периодически производят подготовку пульпы для гидротранспорта. Для этого буровой шлам выгружают в узел смешения 10 бурового шлама с транспортирующей жидкостью, представляющий собой емкость с механическими мешалками. Получаемую в результате перемешивания бурового шлама с технической водой или с отработанным буровым раствором пульпу шламовым насосом 11 с производительностью 40 т/час и соотношением твердое вещество: жидкость, равное 1:4, перекачивают по пульповоду 12 на установку 13, где буровой шлам отделяют от пульпы с производительностью 8 т/час и по лотку направляют через скважину 3 в подземный резервуар 4. Транспортирующую жидкость, прошедшую через ситовибрационную установку 13, направляют в бак 14, откуда насосом 15 с производительностью 32 т/ч по трубопроводу 16 ее перекачивают в узел смешения 10 бурового шлама с транспортирующей жидкостью для повторного использования. Таким образом, за 1,5 часа из накопительного бункера 9 удаляют весь накопившийся буровой шлам.
При перестановке буровой установки 1 для бурения новой эксплуатационной скважины 2 укорачивают пульповод 12 и трубопровод 16 на 20 м. Для этого их предварительно освобождают от транспортирующей жидкости с помощью эжекторной установки 17.
Источники информации
1. В.Н.Воронцов Открытые горные выработки в подготовительных работах при обустройстве нефтегазовых месторождений Среднего Приобья. Сургут, 1999.
2. А.с. СССР №1620391 А1, МПК B65G 5/00, «Способ эксплуатации подземного резервуара в вечномерзлых породах», 1988 г.