К вопросу обеспечения экологической безопасности строительства скважин на море
С.А. БАХАРЕВ,
д.т.н., профессор
taf@list.ru
Анализируются проблемы качественной очистки буровой технологической жидкости (БТЖ) от бурового шлама (БШ), тяжелых металлов (ТМ), токсичных компонентов буровых растворов (ТКБР) и нефтяных углеводородов (НУВ) в морских условиях: на морской буровой платформе (МБП), буровом судне (БС) и подводном буровом комплексе (ПБК). Показано, что в настоящее время существует проблема не только с качественной очисткой БТЖ от мелкодисперсных шламовых частиц (МДШЧ), ТМ, ТКБР и НУВ, но и с обезвоживанием БШ перед его транспортировкой на берег.
Получены хорошие результаты комплексной безреагентной очистки оборотных и сточных промышленных вод, а также обезвоживания осадка на предприятиях нефтегазового комплекса и горной промышленности в России и странах Юго-Восточной Азии (Республика Корея, Вьетнам и др.).
ON THE ISSUE OF ENVIRONMENTAL SAFETY CONSTRUCTION OF WELLS ON THE SEA
S. BAKHAREV Doctor, Prof.
Analyzed the problems of quality cleaning of the drilling process fluid (BTZH) from cuttings (BSh), heavy metals (TM), toxic components of drilling fluids (TKBR) and petroleum hydrocarbons (NUV) in the marine environment: on an offshore drilling platform (MBP), the drilling ship (BS) and underwater drilling complex (PBC).
Keywords: drilling, offshore platforms, drilling process fluid, drill cuttings, purification of boring technological liquid, dehydration of boring slime, acoustics, nonlinear underwater acoustics
Вторая половина XX века ознаменовалась началом интенсивных работ по освоению ресурсов Мирового океана, занимающего почти 71% всей поверхности Земли.
В настоящее время уже достаточно четко сформировались три направления морских геолого-геофизических исследований [1 - 4]:
- поиски и разведка залежей углеводородов (УВ): нефти, газа и газогидратов на шельфе и материковом континентальном склоне;
- поиски, разведка и добыча различного вида конкреций - богатых металлических руд с поверхности дна Мирового океана;
- поиски и разведка россыпных месторождений золота, олова, алмазов и др. в прибрежной полосе шельфа.
При этом основными источниками информации о геологическом строении дна океана по-прежнему являются результаты геофизических исследований и разведывательного бурения.
Известно [1 - 4], что буровые шламы (БШ) представляют собой измельченную горную породу, выбуренную в процессе прохождения ствола скважины и вынесенную на поверхность с буровой технологической жидкостью (БТЖ). Поступающий из скважи-
SU
m
Упрощенная схема распространения шлейфа взвеси при аварийных сбросах обработанных буровых растворов
Л
к t V
<т «.V
крупные частицы
мелкие частицы
средние частицы
а) схематическое обозначение
ны БШ накапливается для последующей транспортировки на берег или сбрасывается (регулярно или периодически) в море. В связи с ужесточением природоохранного законодательства в последние годы буровые платформы (МБП) и буровые суда (БС) работают только по замкнутой системе циркуляции БТЖ - с «нулевым сбросом». Однако в нештатных ситуациях не исключена возможность сброса БШ в толщу воды [1 - 4].
Для примера на рис. 1 иллюстрируется процесс распространения в море сброшенного (например, в нештатной ситуации) с МБП (БС) БТЖ.
Как видно из рис. 1, крупнодисперсные частицы (КДЧ) - размером выше 50 мкм -БШ выпадают на дно моря в непосредственной близости от МБП (БС), в то время как среднедисперсные частицы (СДЧ) - размером от 5 мкм до 50 мкм, а тем более мелкодисперсные частицы (МДЧ) - размером менее 5 мкм распространяются на значительные (десятки и сотни километров, соответственно) расстояния.
В общем случае основными типами БТЖ являются [1 - 4]:
- БТЖ на водной основе, которая получается из пресной воды, инертных материалов (для увеличения веса раствора) и
Картина распространения бурового шлама в море б) фотография с самолета
Рис. 1. Процесс распространения сброшенной в море буровой технологической жидкости
Вибросито
Уменьшено содержание взвешенных веществ в воде:
С 2000 мг/л до 200 мг/л (эффективность 90 %). С 1000 мг/л до 80 мг/л (эффективность 92 %). С 200 мг/л до 15 мг/л (эффективность 93%).
химических реагентов (для повышения вязкости);
- БТЖ на эмульсионной основе, которая получается из сырой нефти, воды, инертных материалов и химических реагентов;
- БТЖ на синтетической основе, которая сопоставима с эмульсионным раствором, в котором эмульсия была заменена менее опасными для окружающей среды синтетическими материалами.
Важнейшими характеристиками отработанной БТЖ, с точки зрения экологии, являются [1 - 4]: дисперсность частиц БШ, а также количественное содержание в ней ТМ, ТКБР и НУВ. При этом для нефтесодержащих БШ при выполнении буровых работ в особо уязвимых морских районах возможны следующие варианты [1 - 4]:
- закачка БШ с БТЖ в отработанные скважины и пласты горных пород;
- перекачка БШ с БТЖ и сброс в море в удалении от места бурения;
- обезвоживание или термическая сушка (спекание) БШ с его последующим складированием и транспортировкой на берег;
- транспортировка необработанного (без обезвоживания или термической сушки) БШ на берег для захоронения.
Типовой состав оборудования для очистки БТЖ в морских условиях [1 - 4]:
- вибрирующий фильтр (вибросито) - для извлечения крупнодисперсных частиц (КДЧ) - размером выше 50 мкм породы;
- гидроциклон (центрифуга) - для извлечения средне-дисперсных частиц (СДЧ) - размером от 5 мкм до 50 мкм породы;
- отстойный танк - для извлечения мелкодисперсных частиц (МДЧ) - размером менее 5 мкм породы. При этом он также является буфером и смесителем химических реагентов в процессе работы;
- танк-хранилище - емкость для хранения очищенного от породы БТЖ;
- смеситель - резервуар для ввода химических реагентов в БТЖ до начала работы;
- гидравлический насос (для закачки БТЖ из отстойников).
Для примера на рис. 2 фигурами синего цвета обозначены основные модули типовой установки очистки БТЖ на МБП (БС).
Как видно из рис. 2, в типовой технологической схеме используются гравитационные и химические методы очистки БТЖ от БШ, ТМ, ТКБР и НУВ. При этом на рис. 2 фигурами красного цвета обозначены основные модули, в которых размещены элементы разработанной установки безреагентной очистки БТЖ и обезвоживания БШ на МБП (БС).
В работах [2, 5 - 8] показана возможность акустической коагуляции частиц различной дисперсности, а также их принудительного (под воздействием акустических волн) осаждения в нижние слои воды или непосредственно на дно отстойника (танка).
Для примера на рис. 3, 4 иллюстрируются процессы акустической коагуляции преимущественно разно-дисперсных монодисперсных частиц в бегущих (БГАВ)
Отстойный тан -
Отстойный танк |
1г>
I
Танк - хранилище
Контейнер для бурового шлама
Рис. 2. Технологические схемы очистки в море буровой технологической жидкости
и стоячих гидроакустических волнах (СГАВ), соответственно.
Как видно из рис. 3а,б и рис. 4а,б в исходном состоянии КДЧ, СДЧ и МДЧ равномерно распределены по объему в горизонтальной плоскости (рис. 3а,б) и в соответствии с законом силы тяжести (МДЧ находятся преимущественно в верхнем слое, а КДЧ находятся преимущественно в нижнем слое воды) распределены в вертикальной плоскости (рис. 3б и рис. 4б).
Под воздействием гидроакустических волн частицы различной дисперсности укрупняются фронтами БГАВ (рис. 3б,в) и областями сжатия СГАВ (рис. 4б,в). При этом акустическая коагуляция разнодисперсных ШЧ в БГАВ осуществляется и в верхнем отстойнике (отстойном танке), а монодисперсных (преимущественно МДЧ) - в СГАВ и в нижнем отстойнике (танке-хранилище).
В результате проведенных промышленных испытаний на предприятиях горной промышленности (Ярославский ГОК, Приморский кр., 1999 - 2001 гг.; ЗАО «Корякгеол-до-быча», Камчатский кр., 2002 - 2007 гг.; компании «Сам-сунг» и «Самвон», Республика Корея, 2004 - 2008 гг.; компания «Вьетсовпетро» и «Офшор-сервис», Вьетнам, 2008 - 2012 гг.; ОАО «Севералмаз», Архангельская обл.,
О О О О О
О О 0 о О
О О О 6 О
о О О о о
О О О о О
а)вид сверху
0 \ О
сдч м дч к дч
01 0 6° £ о ( О о О о о О о с 6 0 ) О
б) вид сбоку
в)вид сверху
г) вид сбоку
Рис. 3. Процесс акустической коагуляции разнодисперсных частиц
19 экология и прогресс
о
0_о_0_о__ о о о о
мдч сдч
I О
б)вид сбоку
в)вид сверху
г) вид сбоку
Рис. 4. Процесс акустической коагуляции монодисперсных частиц
а) схематическое изображение
б) визуальное изображение
Рис. 5. Иллюстрация процесса акустической дегазации шламсодержащей водной системы
высокочастотный излучатель
высокочастотные акустические волны
^плавучесть
осветленная вода
шламовые частицы
низкочастотные акустические волны
РРР
ЙйшННй!
низкочастотный излучатель
а) разработанный способ
б) существующий способ
Рис. 6. Схематический вид буровой технологической жидкости в отстойном танке
2002 - 2014 гг. и др.) установлено, что под действием БГАВ и СГАВ удалось [2, 5 - 8]:
• повысить на 35 - 45% эффективность гравитационного метода очистки оборотных и сточных вод от ШЧ для любых типов отстойников (танков) при их исходной концентрации от 0,02 г/л до 200 г/л. При этом: в одном технологическом процессе эффективность акустической очистки воды от ШЧ составляет 85 - 90%; после суточного отстаивания предварительно акустически обработанной воды эффективность ее очистки от ШЧ составляет 95 - 97%; после двухсуточного отстаивания - 97 - 99%;
• уменьшить содержание ТМ: меди, цинка и др. - в 50 раз и более; свинца, никеля и др. - от 20 до 50 раз; железа, алюминия и др. - от 2 до 20 раз и т.д. При этом: в одном технологическом процессе эффективность акустической очистки воды от ТМ составляет 85 - 90%, а по некоторым видов ТМ (например, свинца, алюминия и др.) полностью соответствует ПДК; после суточного отстаивания предварительно акустически обработанной воды содержание ТМ соответствует ПДК или незначительно превышает ПДК; после двухсуточного отстаивания - полностью соответствует ПДК;
• акустически уплотнить более чем на
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.