Технология утилизации бурового шлама при морском бурении (на примере бурения разведочной скважины Мынгинского месторождения)

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Работы по защите окружающей среды в нефтегазовой сфере прошли большой путь развития с тех пор, как братья Нобели построили первый нефтеперегонный завод на берегу Каспия. Контроль по охране окружающей среды перестал быть последним по значимости делом, сегодня это один из наиболее важных пунктов работ в нефтегазовой индустрии по всему миру.

В течение долгого времени в нефтегазовой индустрии буровые отходы размещались в шламовых амбарах или ямах. Подобное обращение с отходами бурения приводило загрязнению земной поверхности, отравлению почвы и риску загрязнения наземных и подземных вод [1].

Практически в течение всего времени существования нефтегазовой индустрии буровые отходы размещались в шламовых амбарах или ямах. Подобное обращение с отходами производства приводило к загрязнению земной поверхности, отравлению почвы и риску загрязнения наземных и подземных вод.

Большие изменения в скорости образования буровых отходов при бурении создают сложности для использования различных методов утилизации буровых отходов, если эти способы используются непосредственно на месте бурения. Большинство из существующих способов не способны быстро и эффективно обрабатывать большой объем отходов. Следовательно, большинство способов их утилизации используются вне буровых установок и платформ, а так же для их применения необходимо использование различного оборудования и средств их обслуживания для транспортировки и хранения отходов. Подобные способы утилизации буровых отходов технически возможны, но высокая стоимость и различные риски, связанные с ними, сводят на нет их целесообразность. Более того, удаленные буровые месторождения предполагают дополнительные проблемы из-за отсутствия узлов по переработке буровых отходов.

Метод утилизации буровых отходов, который рассматривается в данной работе - это закачивание под землю буровых отходов. Помимо того, что этот процесс обеспечивает высокую скорость обработки отходов, но и является весьма компактным и простым в обслуживание, при условии существования необходимых эксплуатационных условий и соблюдения необходимых правил проведения подобной операции [2]. Ввиду этих факторов этот метод можно использовать непосредственно на буровой, как на суше, так и в море. При наличии необходимых эксплуатационных условий, таких, как пригодные формации для закачивания отходов и соответствующие им обсадные колонны, закачивание буровых отходов становится наилучшим из возможных решений для их утилизации: надежным, экологически безопасным и экономически рентабельным.

Цель этой работы состояла в том, что бы разработать программу для операции по закачиванию буровых отходов в скважину с морской платформы, то есть технику и технологию утилизации бурового шлама, которую можно будет применить в море, морской буровой установке.

Мынгинское газоконденсатное месторождение открыто в 2011 г. Оно расположено в Охотском море на северо-восточном шельфе о. Сахалин. Мынгинское месторождение является одним из ключевых месторождений проекта «Сахалин-3». Газ «Сахалина-3» является основной ресурсной базой для газотранспортной системы «Сахалин -- Хабаровск -- Владивосток» и позволит обеспечить газоснабжение регионов Дальнего Востока и реализацию проекта «Владивосток-СПГ».

Продолжительность ледового периода в регионе этого месторождения может достигать 215 дней или 58% дней в году. Данная особенность региона не позволяет эффективно транспортировать шлам на берег в течение всего года, что сказывается на продолжительности буровых операций в данном регионе.

Проектная глубина разведочной скважины на Мынгинском месторождении составляет 3000 метров [5]. Строительство скважины будет осуществляться ППБУ. Расчет конструкции обсадной колонны проводился с целью применения технологии закачивания шлама в подземные горизонты между обсадными колонными. Общие сведения конструкции скважины приведены в таблице 1.4.

Существует два стандартных способа по закачиванию отходов: через кольцевое пространство (Рисунок 1) и через НКТ. Скорость закачивания через кольцевое пространство составляет 0.1-09 кубических метров в минуту. Данный тип закачивания распространен в море, где отходы бурения закачиваются через кольцевое пространство в любую из доступных скважин. Продолжительность закачивание через кольцевое пространство почти такое же, как и время бурение скважины. Объем закачиваемых отходов через кольцевое пространство обычно составляет 1500 - 8000 кубических метров на скважину. Обычно, объем закачиваемых отходов за одну серию составляет 32 кубических метра, следовательно от 50 до 250 серий закачивания отходов в одну скважину. Способ утилизации отходов бурения через кольцевое пространство будет рассматриваться далее.

Операции по закачиванию отходов и гидравлическому разрыву пласта очень схожи. Для закачивания отходов выбранная формация должна иметь естественные трещины, или в процессе операции по закачиванию они будут созданы. В большинстве случаев происходит второй вариант событий, когда закачивание отходов происходит под давлением выше давления гидравлического разрыва пласта.

Объем при закачивании отходов не превышает 8000 кубических метров в случае затрубного способа утилизации. Очевидно, что значительная разница между этими операциями - это объем, закачиваемой жидкости. Так же существенная разница состоит в типе закачиваемой жидкости, в типе твердой фазы и размере твердых частиц. Важно отметить, что в обоих методах по закачиванию отходов закачиваемая суспензия практически не отличается.

Таким образом, принимая во внимание большое сходство между операцией гидроразрыва и закачивания отходов, идеи и концепции гидравлического разрыва пласта можно применить при разработке операций закачивания отходов и их контроля.

В процессе бурения разведочной скважины, глубиной 3 тысячи будет образовано более 1300 кубических метров отходов бурения. Проектом, который я брал за основу, предусмотрено, что при бурении интервалов под пилотный ствол, направление и кондуктор выход шлама происходит на морское дно. Вследствие чего, операции закачивания будут подлежать отходы бурения, которые будут образованы в процессе бурения 1-ой, 2-ой и эксплуатационной колонны.

Расчет объемов бурового шлама и шламового амбара производится в соответствии с РД-39-133-94 «Инструкция по охране окружающей среды при строительстве скважин на нефть и газ на суше» [7]. Объемы технологических отходов бурения рассчитываются в сторону завышения. Объём отработанного бурового раствора определяется в соответствии с ВРД 39-1.13-057-2002 «Регламент организации работ по охране окружающей среды при строительстве скважин». А буровые сточные воды образуются на виброситах при промывке породы, извлекаемой из скважины, охлаждении буровых насосов, смывке бурового раствора, разлитого при выполнении спускоподъемных операций. Общая предполагаемая масса отходов, которая подлежит утилизации, составит 980 тонн.

По данным ГТН (рис. 1) [4], формация, в которую возможно закачать отходы бурения находится на глубине 710 метров от стола ротора. Толщина этой формации 50 метров. А покрывающими и подстилающими породами являются глины толщинами более 100м. Согласно докладу для департамента США и данным Аргонской национальный библиотеки [3] за 2003 год в которым зафиксированы глубины в операциях по закачиванию отходов, в 22% операциях отходы бурения закачивались в интервалы не глубже 750 метров (Таблица 2.1).

Конструкция скважины (1.3) позволяет производить закачивания отходов бурения между направляющей колонной и 1-ой промежуточной колонной. Выполняется спуск низа направляющей колонны до центра формации для закачивания отходов, а после спуска и цементирования 1-ой обсадной колонны можно производить операцию по закачиванию отходов.

Перед проведением операции по закачиванию отходов проводят расчет параметров при помощи теории ГРП. Целью расчета является определение оптимальных параметров для проведения успешных циклов закачивания отходов.

Совокупная масса отходов бурения из пункта 4.1 равна 981 тоннам. Благодаря методике Мищенко [9] для расчета гидроразрыва оптимальная масса закачиваемых отходов равняется 25 тоннам, следовательно, общее число циклов будет составлять не менее 40.

Расчет графиков проводился в пакете программ HF2DPKN [6] в формате Excel, который используется для оперативного проектирования по двумерной модели гидравлического разрыва пласта (ГРП) по стандартной технологии (плотные породы умеренной проницаемости) и технологии ГРП с формированием гравийной набивки (более проницаемые мягкие породы) -- технология «фрак-энд-пак». Расчет проводился с помощью 2D модели Перкинса-Керна-Нордгрена [8] (модель PKN). На рис. 1.4 и 1.5 представлены результаты моделирования в пакете программ HF2DPKN.

Продолжительность одного цикла закачивания отходов согласно моделированию равна двум часам, поэтому общее время закачивания для 40 циклов составляет не менее 80 часов.

В заключении я был хотел бы сказать, что технология закачивания отходов является действительно эффективной и безопасной при должном соблюдение необходимых правил. А для удаленных регионов, месторождений и скважин является экономически рентабельной.

Мои расчеты доказывают, что для данной скважины существует необходимая формация для закачивания отходов, а сам процесс может быть более рентабельным в сравнение с вывозом отходов на побережье.

Согласно расчетам совокупная продолжительность циклов закачивания всего объема отходов составит более 80 часов без учета времени на восстановление давления между циклами закачивания отходов.

1. Литолого-Стратиграфические данные

Таблица 1. Литологическая характеристика разреза

Таблица 2. Стратиграфический разрез скважины, элементы залеганий и коэффициент кавернозности пластов

Таблица 3. Общие сведения о конструкции скважины

нефтегазовый стратиграфический кавернозность

Рис. 1. Закачивание через кольцевое пространство

Рис. 2. Область данных из геолого-технического наряда

Таблица 4. Данные по диапазону глубин интервалов для закачивания отходов

Рис. 3. Конструкция обсадной колонны

Рис. 4. Время закачивания отходов

Рис. 5. Параметры трещин

Список литературы

1. Mansoor Zoveidavianpoor, Ariffin Samsuri and Seyed Reza Shadizadeh. Overview of Environmental Management by Drill Cutting Re-Injection Through Hydraulic Fracturing in Upstream Oil and Gas Industry, 2013. Режим доступа: http://dx.doi.org/10.5772/45828

2. Neal B. Nagel, John D. Mclennan. Solids Injection. Monograph Volume 24. Society of Petroleum Egineers, 2010.

3. John A. Veil and Maurice B. Dusseault. Evaluation of Slurry Injection Technology for Management of Drilling Wastes. Argonne National Laboratory, 2003.

4. Government of Canada. Cuttings Treatment Technology Evaluation. Environmental Studies Research Funds, 2009.

5. Индивидуальный рабочий проект на бурение разведочной скважины в акватории охотского моря.

6. Michael Economides, Roland Oligney, Peter Valko. Unified Fracture Design. Orsa Press. Texas, 2002 // Перевод М. Углов, Унифицированный дизайн гидроазрыва пласта, ПетроАльянс Сервисис Компани Лимитед, Москва, 2004.

7. РД 153-39-031-98 Правила охраны вод от загрязнения при бурении скважин на морских нефтегазовых месторождениях.

8. Dr. Peter P. Valko. HF2DPKN Frac Design Spreadsheet. Texas A&M University, 2001.

9. И.Т. Мищенко. Расчеты в добыче нефти. Недра. Москва, 1989. с. 215-219.

Размещено на Allbest.ru