Очистка сточных вод на предприятиях нефтегазового комплекса

метки: Водопотребление, Нефтегазовый, Комплекс, Бурение, Предприятие, Частица, Буров, Очистка

Газовая и нефтяная отрасли занимают важное место в экономике страны, способствуя решению социальных проблем общества и развитию других отраслей. В состоянии этих отраслей ведущее место принадлежит разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений. Их промышленное освоение должно гарантировать требуемый уровень добычи нефти и газа, максимально полное использование недр, как для давно разрабатываемых месторождений, так и для вновь вводимых в эксплуатацию.

Нефть и природный газ — одни из основных полезных ископаемых, используемых человеком в древности. Добыча нефти стала расти особенно быстрыми темпами после того, как стали использовать бурение скважин для добычи нефти из недр земли. Обычно датой рождения в стране нефтегазовой отрасли считается получение нефтяной скважины.

Промышленность по добыче и переработке нефти оказывает значительное влияние на окружающую среду. Это происходит на всех этапах «долгого пути» нефти: от бурения разведочных скважин в процессе разведки до выбросов парниковых газов при использовании топлива. Поэтому в отрасли необходимо использовать новейшие технологии для минимизации экологических рисков.

БУРЕНИЕ НА СУШЕ

Бурение (drilling) — процесс разрушения горных пород с помощью специальной техники — бурового оборудования.

Бурение скважин — это процесс сооружения направленной цилиндрической горной выработки в земле, диаметр «D» которой ничтожно мал по сравнению с её длиной по стволу «H» [1].

Начало колодца на поверхности земли называется устьем, дно — нижним колодцем, а стенки колодца образуют его колодец.

Бурение нефтяных скважин — это процесс дробления горных пород и вынос измельченных частиц на поверхность. Оно может быть ударным или вращательным. При ударном бурении порода крошится сильными ударами бурового инструмента, а измельченные частицы вытягиваются из скважины водным раствором. При вращательном бурении обломки породы поднимаются на поверхность с помощью рабочей жидкости, которая циркулирует в скважине. Тяжелая вращающаяся бурильная колонна давит на наконечник, разрушая породу. При этом скорость проходки зависит от характера породы, качества оборудования и мастерства сверла.

Ударное бурение — это процесс освоения скважины путем разрушения породы ударами бурового инструмента, лопасти которого, как правило, имеют клиновидную форму. Различают перкуссию, роторную перкуссию, роторную перкуссию и роторно-перкуссионное бурение. Ударно-канатное бурение вертикальных (взрывных, разведочных, гидрогеологических и вентиляционных) скважин производится буровыми станками при помощи падающего на забой инструмента массой 0,5-3,0 тонн. При перфорационном бурении сверло вращается со скоростью 1800-2000 ударов в минуту. Сверло работает быстрее при сверлении с вращательным ударом — 1500-4000 ударов в минуту.

Геонавигация в бурении скважин. (Лекция 1)

... 3 4. Реферат 1. Многоствольное бурение. 2. Многозабойное бурение. 3. Горизонтально-направленное бурение. 4. Радиальное бурение. 5. Зарезка боковых стволов. 6. Бурение горизонтальных скважин. 7. Наклонно-направленные скважины для извлечения тяжелых нефтей. 8. ...

Бурение вращательное — процесс разработки скважины, при котором горная порода разрушается в результате прижатого к забою вращающегося породоразрушающего инструмента (бурового долота) Раздробленные частицы породы выносятся на поверхность непрерывно циркулирующей струей глинистого раствора. Вращательное бурение может быть роторным, турбинным, электрическим и комбинированным. Последний способ используется для бурения в очень крепких породах [1].

Различают два вида бурения:

Вертикальное бурение (Рис.2.1)

Наклонно-направленное бурение (Рис.2.2)

Рис. 2.1. Вертикальное бурение

Рис.2.2. Наклонно-направленное бурение

Общая схема буровой установки[2]

Рис. 2.3.Общая схема буровой установки

• буровое долото;
• УБТ; утяжелённые бурильные трубы
• бурильные трубы;
• кондуктор; одна из разновидностей станочных приспособлений, применяемая при обработке отверстий на сверлильном станке
• устьевая шахта;
• противовыбросовое устройства;
• пол буровой установки;
• буровой ротор; механизм, являющийся многофункциональным оборудованием буровой установки, который предназначен для вращения бурильных труб и поддержания колонны бурильных или обсадных труб при свинчивании и развинчивании в процессе спуско-подъемных операций, при поисковом бурении и капитальном ремонте скважин.

Привод — цепной или карданный.

• ведущая бурильная труба;
• буровой стояк;
• вертлюг; важный элемент буровой установки, который обеспечивает возможность свободного вращения долота с одновременным подводом промывочной жидкости в буровую колонну. Вертлюг устанавливается между подъемной системой и буровым инструментом, предотвращая перекручивание каната.
• крюк;
• талевый блок; алевая (полиспастовая) система или оснастка буровых установок предназначена для преобразования вращательного движения барабана лебёдки в поступательное (вертикальное) перемещение крюка, к которому крепится бурильная колонна, и уменьшения нагрузки на ветви каната
• балкон верхового рабочего;
• кронблок;
• талевый канат;
• шланг ведущей бурильной трубы;
• индикатор нагрузки на долото;
• буровая лебёдка;
• буровой насос;
• вибрационное сито для бурового раствора;
• выкидная линия бурового раствора.

Буровая установка для разведки и разработки месторождений нефти и газа в общем виде включает:

Буровые сооружения (буровая вышка, основание вышки, мостки, стеллажи).

Спуско-подъёмное оборудование (лебёдка, кронблок, крюкоблок).

Силовое оборудование для привода лебёдки, ротора и буровых насосов (двигатели электрические или дизельные), оборудование для вращения бурильной колонны (ротор, СВП).

Оборудование для очистки бурового раствора

... во время бурения. В связи с этими требованиями современные буровые установки комплектуются циркуляционными системами с определённым набором унифицированных механизмов - емкостей, устройств по очистке и приготовления буровых растворов. Для очистки буровых растворов от ...

Оборудование циркуляционной системы (ёмкости, буровые насосы, манифольд, вертлюг).

Оборудование для очистки бурового раствора от выбуренной породы (вибросита, пескоотделители, илоотделители, центрифуги).

Оборудование для приготовления бурового раствора (гидроворонки, гидромешалки, шламовые насосы).

Противовыбросовое оборудование (превенторы), привышечные сооружения (котельная, склад ГСМ).

строительство наземных сооружений;

• углубление ствола скважины, осуществление которого возможно только при выполнении двух параллельно протекающих видах работ — собственно углубления и промывки скважины;
• разобщение пластов, состоящее из двух последовательных видов работ: укрепления (крепления) ствола скважины опускаемыми трубами, соединёнными в колонну, и тампонирования (цементирования) заколонного пространства;

• освоение скважин. Часто освоение скважин в совокупности с некоторыми другими видами работ (вскрытие пласта и крепление призабойной зоны, перфорация, вызов и интенсификация притока(оттока) флюида) называют заканчиванием скважин.
• Подготовительные работы к строительству.

Получают документы на отвод лесного участка для вырубки леса, согласовываются с лесхозом; отбивка участка по координатам на месте; вырубка леса; планировка площадки; строительство жилого посёлка; подготовка основания для буровой; подготовка и планировка площадки; строительство фундаментов под ёмкости на складе ГСМ; устройства обволовки склада ГСМ; завоз оборудования и перевозка.

• Вышкомонтажные работы. Монтаж оборудования;
• монтаж линий;
• монтаж подвышечных оснований, оснований и блоков;
• монтаж и подъём вышки;
• пусконаладочные работы.

• Подготовительные работы к бурению. По окончании монтажа буровой платформы и возведения конструкций вблизи башни буровая платформа принимается специальной комиссией. Буровой мастер вместе с комиссией проверяет качество работ, опробует оборудование;
• проверяется состояние охраны труда. Электрическое освещение должно быть во взрывобезопасных светильниках;
• по буровой должно быть аварийное освещение 12 v;
• все недостатки и замечания комиссии должны быть устранены до забуривания. До начала работ буровая установка укомплектовывается буровым инструментом, долотами (рис.2.4), обсадными трубами под кондуктор и буровыми трубами, приспособлениями малой механизации, контрольно-измерительными приборами, шурфом под квадрат, запасом воды, химических реагентов и т. д. На буровой должны быть: жилые домики, культурная будка, столовая, баня-сушилка, помещение для анализов растворов, противопожарный инвентарь на своих местах, набор ручного и вспомогательного инструмента, набор плакатов по технике безопасности, аптечки, запас ГСМ в емкостях с чёткой надписью типа топлива, склад для бурильного инструмента, склад для химических реагентов, амбар для сбора отработанных жидкостей, источник воды. После принятия установки от монтажников делается переоснастка талевой системы, монтаж оборудования и опробирование объектов малой механизации (УМК, противозатаскиватель и т. д.).

  Бурение осуществляется установкой вала направлением, установленным строго по центру с осью башни. Башню центрируют, затем просверливают под направлением — трубу опускают и бетонируют, соединяя вершину направления с желобом. После направления ещё раз проверяется центрация вышки и ротора. Центр скважины бурят под шурф для квадрата и обсаживают трубой. Скважину пробуривают турбобуром, удерживая его от реактивного вращения пеньковой веревкой в ​​трех или четырех витках. Один конец привязан к стойке буровой установки, другой удерживается в руках через блок или стойку буровой установки. По окончанию подготовительных работ не позднее за 2 дня до пуска буровой, проводится пусковая конференция с участием администрации экспедиции (главного инженера, главного технолога, председателя профкома, главного геолога и начальника ПТО), где подробно знакомятся с конструкцией скважины, геологическим разрезом, свойствами пород, ожидаемыми осложнениями, режимом бурения. Рассматривается нормативная карта, обсуждаются меры по безаварийной, скоростной проводке. Бурение может быть начато при наличии следующих документов: геолого-технического наряда (ГТН), акта о вводе в эксплуатацию буровой установки, нормативной картой, должны быть вахтовый журнал, журнал по буровым растворам, журнал по охране труда, журнал учёта работы дизелей. На буровой должны быть: цементировочное оборудование, коротажное оборудование, плакаты по охране труда и противопожарной безопасности, вертолётная площадка, питьевая и техническая вода, химические реагенты и материалы для буровых и цементных растворов, аварийный инструмент, бурильные и обсадные трубы.

Классификация буровых скважин

... по характеру бурения: бурение одиночных скважин; кустовое бурение (количество стволов скважин от двух до 12 и более); 6) по назначению: опорные параметрические ... буровой скважины представлены на рисунке 1 [1]. Устье скважины 1 - место пересечения буровой скважиной земной поверхности, дна акватории или элементов горной выработки при бурении в подземных условиях. Забой скважины 8 - дно буровой скважины ...

Рис. 2.4. Шарошечное буровое долото

• Бурение скважины (проходка и крепление).

  В процессе бурения скважины происходит извлечение породы, в результате чего образуется скважина, которую необходимо укрепить с помощью футеровки и цементации.

• Испытание скважин на приток нефти и газа. Стенки колонны перфорированы для доступа к производственному горизонту с целью получения притока нефти и газа.
• Демонтаж бурового оборудования и привышечных сооружений.

— Рекультивация отведённой площади. на скважину устанавливают пломбу с табличкой с указанием времени бурения скважины и названия компании, выполняющей работы. Все сараи закопаны, отходы сжигаются, металлолом собирается на захоронение. Буровая площадка находится в процессе адаптации к стандартам экологических услуг.

МОРСКОЕ БУРЕНИЕ

Морское бурение (off-shoredrilling) — разновидность буровых работ, выполняемых на акваториях Мирового океана и внутренних морей с целью поиска, разведки и разработки нефти, газа и других полезных ископаемых, а также инженерно-геологических изысканий и научных исследований [1].

Чем глубже воды, тем более сложные технологии применяются. Стационарные платформы строятся на глубине до 40 метров, но если глубина достигает 80 метров, используются плавучие буровые установки, оснащенные опорами. Полупогружные платформы работают на глубине до 150-200 метров, удерживаясь на якоре или сложной системой динамической стабилизации.

Основные виды буровых платформ представлены на рис. 3.1 и 3.2.

Геоэкологические проблемы при проведении разведки и эксплуатационного ...

... на 1 м пробуренных разведочных скважин; отношение количества продуктивных к общему числу скважин. Среди геологических исследований и работ большое место занимает бурение скважин, ... среды" ... воды и их изучении и др. Бурение - Цели и задачи: установление (уточнение тектоники, стратиграфии, литологии, оценка продуктивности горизонтов) без дополнительного выявление продуктивных объектов, ... Буровой раствор -

Рис. 3.1.Основные виды буровых платформ.

Рис. 3.2.Основные виды буровых платформ.

Стационарная буровая платформа — сложный инженерный комплекс, прикрепленный сваями к морскому дну и предназначенный для бурения скважин и добычи нефти и газа, лежащих под морским дном, океаном или другим водным пространством.

Плавучая (самоподъемная) буровая установка — плавучий понтон, над которым расположена буровая вышка. В нем размещается буровое и вспомогательное оборудование, многоэтажная кабина с каютами для бригады и рабочих, электростанция и складские помещения. По углам платформы установлены многометровые колонны-опоры. После буксировки к месту бурения канаты выдвигаются наружу и, достигнув дна, поднимают платформу над уровнем моря. Высота корпуса подбирается с учетом вероятных высот волн и приливов.

Полупогружная платформа — плавучая буровая платформа на подводных понтонах. От перемещений такие платформы удерживаются якорями массой 15 т и более. Стальные тросы соединяют их с автоматическими лебедками, которые ограничивают горизонтальные смещения относительно точки бурения.

Динамическая стабилизация — это автоматизированный комплекс, включающий силовую установку, двигатели, подруливающие устройства и компьютеризированную систему управления. Система управления обрабатывает информацию о ветре, течении и волнах на поверхности моря и дает команду двигателям и подруливающим устройствам, которые возвращают плавучую платформу в заданное положение.

Буровые суда также могут бурить на гораздо больших морских глубинах. Больше всего «рекордных скважин» пробурено в Мексиканском заливе: более 15 скважин пробурены на глубину более полутора километров. Абсолютный рекорд глубоководного бурения был установлен в 2004 году, когда буровое судно DiscovererDeelSeas компаний Transocean и ChevronTexaco начало бурение скважины в Мексиканском заливе (AlaminosCanyonBlock 951) при глубине моря 3053 метра.

По глубине скважин морское бурение подразделяют на морское неглубокое бурение (до 500 м ниже уровня дна моря) для поиска твёрдых полезных ископаемых, инженерно-геологических и структурно-картировочных изысканий, научных исследований и т.д. и морское глубоководное бурение преимущественно для поиска и освоения нефтегазовых ресурсов Мирового океана. Морское бурение, проводимое для изучения строения земной коры, может быть обоих типов.

Морское бурение осуществляется стационарными гидротехническими сооружениями и плавучими буровыми платформами. К стационарным гидротехническим сооружениям относятся эстакадные площадки, дамбы, искусственные грунтовые острова, сооружаемые на мелководье (глубина воды до 30 м), и стационарные платформы, устанавливаемые на больших глубинах. Самая глубоководная стационарная платформа сооружена в 1980 на месторождении Коньяк в Мексиканском заливе (глубина воды 312 м).

Разработаны проекты глубоководных стационарных платформ для глубин воды 450-600 м.

На шельфах арктических морей (например, море Бофорта) для бурения поисково-разведочных скважин сооружают также искусственные ледовые острова двух типов: плавучие и опирающиеся на дно. Ледовые острова строят путём налива или набрызгивания морской воды на естественный лёд.

По технологии закачки в скважину различают морское бурение с надводным или подводным устьем. Бурение с неглубоким устьевым расположением ведется стационарными гидротехническими сооружениями и самоподъемными буровыми платформами. Технология бурения, откачки и испытания морских скважин с неглубоким устьем скважины аналогична аналогичным земляным работам.

Бурение морских скважин с подводным расположением устьев скважин осуществляется буровыми судами, полупогружными и самоподъемными платформами, а также плавучими островами искусственного льда. Самоподъемные платформы с консольной башней позволяют бурить скважины как с подводными, так и с надводными устьями, причем в последнем варианте устье располагается на отдельной стационарной платформе.

Техника и технология бурения скважин с подводным устьем имеет ряд отличий от техники и технологии бурения на суше. После забивки в морское дно направления, играющего роль сваи, на нём устанавливают донную плиту, на которой с помощью водолазов или направляющих канатов монтируют подводный устьевой буровой комплекс массой 90-175 т и высотой до 12 м. Комплекс соединен с плавучей буровой платформой райзером, на котором снаружи закреплены коллектор и напорные трубопроводы. Для натяжения изолирующего водяного столба используются специальные системы натяжения, а в случае длинных столбов прикрепляются специальные поплавки для уменьшения веса. Подводный устьевой комплекс включает: блок дивертора и переходный блок с системами управления; блок превенторов (превенторы с трубными, глухими и срезающими плашками, а также универсальные превенторы); аварийную акустическую систему управления противовыбросовым оборудованием и др. Над UPB может быть шарнирный узел, позволяющий наклонять стояк до 10 ° в любом направлении.

На полупогружных буровых установках и буровых судах над вертлюгом размещается компенсатор вертикальных перемещений, позволяющий поддерживать постоянную нагрузку на буровой инструмент при вертикальных перемещениях корабля, вызванных морскими волнами. Подобный прием используется при бурении с искусственных плавучих ледяных островов.

При бурении с бурового судна с водоотделяющей колонной и подводным устьевым буровым комплексом максимальная глубина воды 2074 м, без водоотделяющей колонны (с выносом шлама на дно океана) — 6100 м.

Стоимость морского бурения выше, чем на суше: стоимость поисково-разведочной скважины (глубина около 500 м) составляет 3-6 млн. долларов для условий Мексиканского залива, 15-20 млн. долларов для условий Северного моря и до 50 млн. долларов на шельфе арктических морей.

Обусловлено это наличием над придонным устьем скважины водного пространства, необходимостью применять специальные морские основания для размещения на них бурового оборудования и выполнения с них комплекса работ, связанных с проводкой скважины, сложными гидрологическими и метеорологическими условиями работы на акваториях (ветры и волнения, приливы, отливы и течения, туманы, морось, снег и горизонтальная видимость, ледовый режим, температура воздуха и воды) и т.д.

Ветры, волны и течения водного пространства, расположенного над нижним устьем скважины, заставляют плавучую буровую платформу катиться, перемещать оборудование и инструменты по ее палубе, перемещаться и дрейфовать в направлении ветра или течения. Качели оказывают негативное физиологическое воздействие на людей, работающих на помосте. Волнение моря вредно и при бурении со стационарных (неподвижных) установок, так как волны, обрушивающиеся на основание буровой, могут повредить его или полностью разрушить.

Рыхлые породы морского дна обычно сильно обводнены. При бурении в таких породах для обеспечения сохранности керна и устойчивости стенок скважин приходится использовать специальные технические средства и осуществлять технологические мероприятия, требующие дополнительных материальных затрат и удовлетворяющие жестким требованиям охраны окружающей среды от загрязнения.

Бурение морских разведочных скважин на незамерзающей платформе осуществляется почти исключительно погружными, полупогружными, самоподъемными буровыми установками и буровыми судами. Добывающие скважины бурятся со стационарных буровых платформ с использованием одной или двух буровых установок. Морской кластер скважин с фиксированной платформой может содержать от 12 до 96 скважин. Наметилась тенденция к росту числа эксплуатационных скважин с подводным закачиванием устья, бурение которых ведётся с самоподъёмных или полупогружных платформ[1,2].

Морская буровая платформа [3]

Рис. 3.3. Буровая и производственная платформа

Рис. 3.4. Буровая платформа.

Рис. 3.5.Буровая платформа.

Рис. 3.6. Производственная палуба.

Рис. 3.7.Палуба переработки.

Процессы, проходящие на морской буровой платформе, представлены на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Процессы, проходящие на морской буровой платформе.

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД И ОТХОДОВ БУРЕНИЯ НА СУШЕ И НА МОРЕ

При строительстве нефтяных скважин на суше и на море одной из важнейших задач является защита природной среды от жидких и твердых буровых отходов (БО), образующихся в процессе работы бурового оборудования.

БО — вещества, очистка и повторное использование которых экономически невыгодно или технологически непрактично.

При бурении нефтяных и газовых скважин потребляется значительное количество природной воды, в результате чего образуются загрязненные стоки в виде буровых сточных вод.

При бурении, помимо буровых сточных вод, образуются: отработанные буровые растворы и буровые обломки.

Систематизация источников загрязнения природной среды при бурении скважин представлена на рис. 4.1.

отходов бурения на суше и на море 1">

Рис. 4.1. Систематизация источников загрязнения природной среды при бурении скважин[4].

очистка сточный скважина бурение

К первым относятся фильтрация и выгрузка буровых отходов из буровых амбаров.

Ко вторым — нарушение герметичности зацементированного заколонного пространства, приводящее к заколонным проявлениям и межпластовым перетокам; поглощение бурового раствора при бурении; выбросы пластового флюида на дневную поверхность; затопление территории буровой паводковыми водами или при таянии снегов и разлив при этом содержимого ША.

Общим для второй группы является то, что источники загрязнения носят вероятностный характер, а их последствия трудно предсказуемы [4].

Очистка буровых сточных вод[5]

Наибольший объем буровых отходов составляют буровые сточные воды.

Это связано с тем, что строительство скважин сопровождается потреблением значительных объемов природной воды и образованием загрязненных стоков в виде БСВ.

Чем больше используется оборотной воды на технологические нужды, тем меньше объемы сточных вод; но в то же время степень загрязненности их выше.

Производственные сточные воды образуются в процессе проведения различных технологических операций, работы механизмов, оборудования и устройств.

Бытовые сточные воды на буровых предприятиях образуются в результате деятельности пунктов питания, культурно-бытовых и санитарно-гигиенических объектов.

Атмосферные сточные воды, образующиеся в результате выпадения атмосферных осадков, подразделяют на дождевые и талые (таяние снега и льда).

В процессе бурения скважин формирующиеся сточные воды загрязняются буровым раствором и его компонентами, выбуренной породой, химреагентами, нефтью и нефтепродуктами, в том числе и горюче-смазочными материалами (которые попадают в БСВ в местах, где производятся технологические операции с этими компонентами и где возможны их потери).

Выбор метода очистки сточных вод от бурения зависит, прежде всего, от степени дисперсности частиц, физико-химических свойств и концентрации примесей, а также требований, связанных с направлением сброса очищенной воды.

Главный принцип выбора метода очистки — это состав сточных вод. Среди многообразия подходов в настоящее время наиболее удачным и общепринятым считается подход, предложенный Л.А.Кульским (Табл. 4.1.).

В его основе лежит классификация примесей по фазовому дисперсному состоянию веществ в растворах. Согласно нему, все примеси, содержащиеся воде, делятся на четыре группы:

• Взвеси в виде тонкодисперсных суспензий и эмульсий.
• Коллоидный и высокомолекулярные соединения.
• Растворимые органические вещества и газы.
• Растворимые минеральные соли.

Загрязняющие вещества BSV, относящиеся к первым двум группам, представляют собой инертогенные системы со специфической кинетической и агрегатной стабильностью. Они как правило являются термодинамическими неустойчивыми системами. Загрязнители третьей и четвёртой групп относятся к гомогенным системам и являются термодинамическими неустойчивыми, обратимыми системами[5].

Характеристика системы	Размер частиц, м		Показатели системы	Методы очистки сточной воды
Дисперсные системы
1. Взвеси, суспензии, эмульсии	10-3-10-5	Мутность			Отстаивание, центрифугирование, фильтрование
2.Коллоиды, растворы высокомолекулярных соединений	10-5-10-8	Окисляемость и цветность			Флотация, коагуляция, флокуляция, биологическая очистка
Растворы
3. Молекулярные растворы, органические вещества, газы	10-9	Запахи и привкусы			Химические методы, нейтрализация, окисление, экстракция, биологическая очистка
4. Ионные растворы — электролиты, соли кислоты , основания	10-10	Минерализация			Сорбционные, термические методы, обратный осмос

Табл. 4.1. Классификация сточных вод поЛ.А.Кульскому[6].

Принципиальная технологическая схема сбора, очистки и повторного использования буровых сточных вод представлена на рис. 4.2.[13].

Рис. 4.2.Принципиальная технологическая схема сбора, очистки и повторного использования буровых сточных вод.

Буровые сточные воды по коммуникациям 1, установленным под настилом платформ или приэстакадных площадок, направляются в специальный блок сбора буровых сточных вод 2, откудаПесковым насосом подаются в блок очистки 4, где при помощи гидроциклонов отделившаяся твердая фаза сбрасывается в контейнер или специальный блок 5. Очищенные буровые сточные воды поступают в блок доочистки и хранения 6, где они отделяются от частиц ила с помощью фильтров тонкой очистки и с помощью аппарата электрокоагуляции очищаются от масляной пленки. С помощью насоса 7 полностью очищенные сточные воды поступают в общую систему водоснабжения буровой установки.

Вода, нефть и масло в сточной воде отделяются в блоке доочистки и хранений 6 и сливаются в приемную емкость буровых насосов 8 и используются для обработки бурового раствора [13].

Методы очистки буровых сточных вод [5]

Самый простой и наиболее часто используемый метод отделения от сточных вод крупнодисперсных примесей, которые под действием силы тяжести оседают на дне отстойника или всплывают на поверхность. Нефтетранспортные предприятия (нефтебазы, нефтеперекачивающие станции) оборудуют различными отстойниками для сбора и очистки воды от нефти и нефтепродуктов. Для этой цели обычно используют стандартные стальные или железобетонные резервуары (отстойники), которые могут работать в режиме резервуара-накопителя, резервуара-отстойника(рис.4.3.) или буферного резервуара-отстойника в зависимости от технологической схемы очистки сточных вод.

Процесс, проходящий в резервуаре-отстойнике подчиняется закону Джорджа Стокса: wос=d2g(pтв-р)*R/ 18μ

Woc — установившаяся скорость частицы (м/с) (частица движется вниз если ρp>ρf, и вверх в случае ρp<ρf),

d — радиус Стокса частицы (м),- ускорение свободного падения (м/с²),

ρтв — плотность частиц (кг/м³),

ρж- плотность жидкости (кг/м³),

μ — динамическая вязкость жидкости (Па*с).

Рис. 4.3.Резервуар-отстойник.

Коагуляция — один из наиболее доступных и дешевых методов очистки буровых сточных вод. Целью коагуляции является очистка воды от масла, мутности, взвешенных веществ, физико-химические свойства которых не позволяют или делают нерациональным их удаление путем осаждения. Высокая эффективность очистки сточных вод достигается за счет использования сульфата алюминия в качестве коагулянта. Очищенные таким методом буровые сточные воды по коррозионной активности соответствуют чистым водам, в большинстве случаев прозрачны. Их можно повторно использовать в технологических процессах бурения скважин. Для улучшения очистки сточную воду перед подачей на коагуляцию необходимо предварительно отстаивать от нефти и взвешенных частиц в шламовых амбарах [2].

Методы очистки буровых сточных вод: фильтрация, центрифугирование, окисление органических примесей озоном с последующим использованием вод в оборотном водоснабжении не получили широкого распространения.

Коагуляция — процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. В очист­ке СВ ее применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных в-в. В процессах очистки СВ коагуляция происходит под влиянием добавляемых к ним специальных веществ — коагулянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидратов окисей Ме, кот.быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способностью улавли­вать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их. Так как коллоидные частицы имеют слабый отрицательный заряд, а хлопья коагулянтов слабый положительный заряд, то между ними возникает взаимное притяжение. В кач-ве коагулянтов исп. соли алюминия, железа или их смеси.

Буровые отходы

При строительстве нефтяных скважин на суше и на море одной из важнейших задач является защита природной среды от жидких и твердых буровых отходов (БО), образующихся в процессе работы бурового оборудования.

БО — вещества, очистка и повторное использование которых экономически невыгодно или технологически непрактично. Они состоят из буровых сточных вод, отработанного бурового раствора (БР) и бурового шлама, в ряде случаев перемешанных в шламовых амбарах. Основные факторы воздействия БО на окружающие элементы биоценоза определяются составом БР и попадающими в него из забойного пространства нефтепродуктами и минерализованными водами [7].

Буровые отходы в большинстве своем состоят на 30-45% масс, из выбуренной породы (частицы глины и песка); 30-45% БР и 10-20% возможных технологических сбросов, подземных вод и нефти. БР, в свою очередь, состоят из: воды — 85-89%, бентонитовыхглинопорошков — 10-11%, в оставшиеся 1-5% могут входить различные смазывающие, антисептические, пеногаситель-ные, антифильтрационные и гидрофобизирующие жидкости [8,9]. Наиболее распространены гидрофобизированная кремнийорганическая жидкость (ГКЖ), натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), рыбожировая смазка, полиакриламид (ПАА), гепан, графитовая смазка, каустическая сода, едкий калий, кальцинированная сода.

Буровой шлам[5]

Буровой шлам — смесь выбуренной породы и бурового раствора, удаляемая из циркуляционной системы буровой различными очистными устройствами. Буровой шлам наряду с выбуренной породой и нефтью включает все химические реагенты, применяемые для приготовления буровых растворов.

Все известные технологии переработки нефтешламов по методам переработки можно разделить на следующие группы:

• термические — сжигание в открытых амбарах, печах различных типов, получение битуминозных остатков;
• физические — захоронение в специальных могильниках, разделение в центробежном поле, вакуумное фильтрование и фильтрование под давлением;
• химические — экстрагирование с помощью растворителей, отвердение с применением (цемент, жидкое стекло, глина) и органических (эпоксидные и полистирольные смолы, полиуретаны и др.) добавок;

• физико-химические — применение специально подобранных реагентов, изменяющих физико-химические свойства, с последующей обработкой на специальном оборудовании;
• биологические — микробиологическое разложение в почве непосредственно в местах хранения, биотермическое разложение.

Принципиальная схема переработки отходов бурения (Рис. 4.4.)[10]

Рис. 4.4.Принципиальная схема переработки отходов бурения.

Процесс ликвидации амбара с последующей утилизацией бурового шлама можно условно разделить на следующие технологические стадии:

• сбор нефтяной пленки с поверхности амбара;
• очистка жидкой фазы от эмульгированной нефти;
• обезвоживание и обезвреживание бурового шлама;
• утилизация бурового шлама;
• очистка нефтезагрязненного грунта.

Таким образом, весь технологический процесс ликвидации шламового амбара проводится в два этапа:

• очистка и обезвреживание содержимого амбара;
• собственно утилизация бурового шлама.

Первый этап должен проводиться с учетом особенностей состава отходов, находящихся в шламовом амбаре.

Буровой раствор [11]

Буровые растворы (БР) состоят из: воды — 85-89%, бентонитовыхглинопорошков — 10-11%, в оставшиеся 1-5% могут входить различные смазывающие, антисептические, пеногаситель-ные, антифильтрационные и гидрофобизирующие жидкости [8,9]. Наиболее распространены гидрофобизированная кремнийорганическая жидкость (ГКЖ), натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), рыбожировая смазка, полиакриламид (ПАА), гепан, графитовая смазка, каустическая сода, едкий калий, кальцинированная сода.

Буровой раствор выполняет ряд функций:

Вынос на поверхность выбуренной породы (шлама)

Охлаждение и смазка трущихся деталей долота

Предотвращение обвалов стенок скважины, за счет

гидростатического давления столба жидкости;

• склеивания частиц обваливающихся пород;

ограничение попадания фильтрата раствора (водоотдача) в пласты

Уравновешивание пластовго давления нефтегазоносных пластов.

Смазка бурильных труб, стенок скважины, обсадных труб, частей бурового насоса и т.п.

Удержание осколков выбуренной породы во взвешенном состоянии и предотвращение выпадения их на забой;

• Обеспечение осаждения песка и частиц выбуренной породы в отстойных емкостях. Таким образом, раствор должен иметь две противоположные особенности: удерживать выбуренную породу во взвешенном состоянии в стволе скважины и в то же время осаждать ее в отстойных емкостях;
• Передача энергии гидравлическим забойным двигателям;
• Передача сигналов от забойных приборов на принимающие приборы на поверхности.

Циркуляционная система бурового раствора [13]

Рис.4.5.Циркуляционная система бурового раствора.

• устье скважины;
• 2 — желоб;
• 3 — вибросито;
• 4 — гидроциклон;

5 — блок приготовления бурового раствора; 6 — ёмкость; 7 — шламовыйнасос;

8 — приёмная ёмкость; 9 — буровой насос; 10 — нагнетательный трубопровод.

Очистка буровых растворов

Готовый буровой раствор через напорный рукав, присоединенный к неподвижной части вертлюга, закачивается в бурильную колонну буровыми насосами. Пройдя по бурильным трубам вниз, он с большой скоростью проходит через отверстия в долоте к забою скважины, захватывает частички породы, а затем поднимается между стенками скважины и бурильными трубами. Отказываться от его повторного использования экономически нецелесообразно, а использовать без очистки вновь нельзя, т.к. в противном случае происходит интенсивный абразивный износ оборудования и бурильного инструмента, снижается удерживающая способность бурового раствора, уменьшаются возможности выноса новых крупных обломков породы.

Через систему очистки необходимо пропускать и вновь приготовленные глинистые растворы, т.к. в них могут быть комочки нераспустившейся глины, непрореагировавших химических реагентов и других материалов.

Очистка промывочной жидкости осуществляется как за счет естественного выпадения частиц породы в желобах и емкостях, так и принудительно в механических устройствах (виброситах, гидроциклонах и т.п.).

Использованный буровой раствор (рис. 4.5.) из устья скважины 1 через систему желобов 2 поступает на расположенную наклонно и вибрирующую сетку вибросита 3. При этом жидкая часть раствора свободно проходит через ячейки сетки, а частицы шлама удерживаются на стенке и под воздействием вибрации скатываются под уклон. Для дальнейшей очистки буровой раствор с помощью шламового насоса 7 прокачивается через гидроциклоны 4, в которых удается отделить частицы породы размером до 10-20 мкм. Окончательная очистка раствора от мельчайших взвешенных частиц породы производится в емкости 6 с помощью химических реагентов, под действием которых очень мелкие частицы как бы слипаются, после чего выпадают в осадок.

При отстаивании в емкостях 6 и 8 одновременно происходит выделение растворенных газов из раствора.

Очищенный буровой раствор насосом 9 по нагнетательному трубопроводу 10 вновь подается в скважину. По мере необходимости в систему вводится дополнительное количество свежеприготовленного раствора из блока 5.

РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

Показатель	Диапазон значений показателя	Наиболее часто встречающиеся значения
рН	7,2-12,4	7,6-8,6
Взвешенные вещества, мг/л	2500-28000	3200-8000
Нефть и нефтепродукты, мг/л	25-1100	80-240
ХПК, мг/л	1200-10200	1000-3750
БПК5, мг/л	1800-7200	2200-3000

Схема очистки

Рис. 5.4.Принципиальная технологическая схема сбора, очистки и повторного использования буровых сточных вод.

Буровые сточные воды по коммуникациям 1, установленным под настилом платформ или приэстакадных площадок, направляются в специальный блок сбора буровых сточных вод 2, откудапесковым насосом подаются в блок очистки 4, где при помощи гидроциклонов отделившаяся твердая фаза сбрасывается в контейнер или специальный блок 5. Очищенные буровые сточные воды поступают в блок доочистки и хранения 6, где они отделяются от частиц ила с помощью фильтров тонкой очистки и с помощью аппарата электрокоагуляции очищаются от масляной пленки. С помощью насоса 7 полностью очищенные сточные воды поступают в общую систему водоснабжения буровой установки.

Вода, нефть и масло в сточной воде отделяются в блоке доочистки и хранений 6 и сливаются в приемную емкость буровых насосов 8 и используются для обработки бурового раствора [13].

Степень очистки в гидроциклоне принимаем равной 75% [5].

Найдем количество взвешенных веществ в воде после гидроциклона:

Свв1=5600 мг/л * (1 — 0,75) = 1400 мг/л

Электрокоагуляция.

Оптимальными режимными параметрами процесса очистки, обеспечивающими глубокую очистку стоков от основных загрязнителей при минимальных энергозатратах и расходе металла анода, следует считать плотность тока, равную 1 А/дм2, и скорость потока в межэлектродном пространстве 2,0-2,5 м/ч. При этом удельные энергозатраты не превышают 4 (кВт*ч)/м3, а расход металла анода составляет всего лишь 150 г/м3[5, стр. 230].

Все показатели поступающей загрязнённой воды на электрокоагуляцию соответствуют разрешённым параметрам (показателям) данного метода очистки.

Степень очистки взвешенных веществ равна 98%. Обычно 100%, но из-за содержания ХПК более 2000 мг/л степень очистки по взвешенным веществам падает до 98% [5, стр. 232-233].

Степень очистки нефти и нефтепродуктов — 100%

Степень очистки по ХПК — 99% [5, стр. 233-235].

Найдем количество взвешенных веществ в воде после коагуляции:

Сi = Сiисх * (1- эффективность очистки)

Свв2= 1400 мг/л * (1 — 0,98) = 28 мг/л

Найдем показатель ХПК в воде после коагуляции:

Схпк1= 2300 мг/л*(1- 0,99)= 23 мг/л

Снп1= 160 мг/л*(1-1)=0 мг/л

Выводы:

Данная схема очистки отвечает требуемой степени очистки.

По-моему мнению этот метод очистки будет наиболее экономичен и прост для морского бурения на платформе из-за ограничений по площади расположения аппаратуры для процессов очистки.

Я выбрал столь глубокую очистку оборотной воды исходя из того, что при замкнутом цикле водоснабжения буровой последовательно возобновляемая очистка БСВ возможна лишь при одно- — трёхкратном использовании очищенных вод. При многократном (более 4 раз) использовании буровых сточных вод очистка невозможна. Такие воды должны исключаться из очерёдного цикла системы оборотного водоснабжения, либо разбавляться чистой технической водой до требуемого качества. Степень разбавления должна определяться в первую очередь возможностями используемого метода очистки по лимитирующему загрязнителю (по ХПК) и количественно рассчитываться с учётом качества БСВ [5, стр. 241].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Интенсивный рост объёмов буровых работ, не подкреплённый научным предвидением возможных негативных последствий, в настоящее время наиболее остро проявляется в загрязнении окружающей среды производственно-технологическими отходами бурения. Сброс таких отходов предопределяется несовершенством как основных технологий ведения буровых работ, так и отсутствием специальных технико-технологических решений по их обезвреживанию и утилизации.