Как мы знаем, при традиционном бурении нефтяных и газовых скважин извлечение разрушенной породы и очистка ствола скважины производится непрерывной циркуляцией бурового раствора. Блоки циркуляционной системы, которые находятся на поверхности служат для освобождения раствора от выбуренной породы и регенерации его свойств. Здесь в процессе обработки на механизмах очистного блока: «Вибросито», «Гидроциклон», «Центрифуга», «Буровой дегазатор» из раствора последовательно выделяются инородные включения, вплоть до самых мелких и газы. А отсеянный от раствора шлам утилизируется.
Кроме измельченной горной породы буровой шлам содержит продукты истирания деталей оборудования и остатки твердых фаз бурового раствора.
При сооружении скважины, как и при любом горном производстве образуется немало технологических отходов. Это стоки технической воды, остатки тампонажных и отработанных буровых растворов, осадки в резервуарах, нефть и нефтепродукты.
Проще всего сбрасывать шлам и отработанные материалы на землю в непосредственной близости от буровой. А чтобы они непредсказуемо не растекались по территории достаточно выкопать накопительную яму. Так появились отстойные котлованы – амбары. Емкость шламового амбара рассчитывается исходя из предполагаемых объемов шлама, технологических стоков и дождевой воды. Но вместимость амбара для одной скважины не должна быть менее 650 м3.
Шламовый котлован стал неотъемлемым звеном очистной системы буровой установки. И так продолжалось очень долго. Пока нефтяники не стали задумываться об охране окружающей среды.
Оказывается, из-за отсутствия или некачественной гидроизоляции дна и стенок амбаров в грунты поступает множество вредных веществ. Наибольшую опасность для почвы представляют минеральные соли, нефть и нефтепродукты. Сильными токсичными реагентами являются известь, каустическая сода, бихромат калия (хромпик). Более легкие составляющие отходов проникают в глубину, а битум ухудшает водопроницаемость и смачиваемость верхних слоев. Испарение летучих фракций – еще один отрицательный фактор амбаров.
Простейшим способом ликвидации отслуживших шламовых амбаров стала засыпка песком. Но такое захоронение отходов бурения приводит лишь к их консервации в теле песчаного саркофага. Отрицательное воздействие на окружающую среду продолжается. Правда не так интенсивно.
Но даже этот примитивный способ восстановления локальных экосистем не всегда возможен, так как доставка значительных объемов песка на удаленные месторождения в тундре и болотистой местности сопряжена с большим трудностями.
В настоящее время разработаны эффективные технологии переработки и утилизации буровых отходов из шламохранилищ, применяемые в РФ и за рубежом.
В целом, ликвидация амбаров и последующая рекультивация земель являются весьма затратными мероприятиями.
Рациональным решением стало безамбарное бурение. При безамбарном бурении используется циркуляционная система (ЦС) с высокой степенью очистки бурового раствора, исключающая сброс жидких и твердых отходов в окружающую среду. Целью безамбарного бурения является максимальное извлечение твердой фазы при минимальных потерях жидкости.
Буровой раствор из скважины по открытому или закрытому желобу подается на первую ступень очистного блока – вибросито. Буровое вибросито процеживает раствор, выделяя из него основную массу частиц шлама размером 75 мкм и более. Шлам с вибросита сбрасывается в непрерывно вращающийся шнековый конвейер. А частично просеянный раствор поступает в дегазатор. Пройдя дегазатор раствор центробежным насосом нагнетается в гидроциклонную батарею. В гидроциклонах раствор освобождается от частиц шлама размером до 15 мкм.
В безамбарной ЦС раствор с гидроциклонов направляется на ситогидроциклонный сепаратор (СГС). Вибросито СГС с минимально возможными ячейками обезвоживает шлам и сбрасывает полусухой песок и частицы ила в шнековый конвейер. Раствор после СГС с коллоидными частицами размером 1 – 2 мкм возвращается в ЦС. То есть СГС выжимает остатки бентонитовой суспензии из пульпы после гидроциклонов, уменьшая потери раствора.
При очистке утяжеленного раствора используются только вибросита, так как гидроциклоны из-за центробежного осаждения вместе со шламом удаляют и барит. Утяжеленный раствор на последней ступени обрабатывают центрифуги, извлекая дорогостоящий утяжелитель и возвращая его в ЦС для регенерации раствора.
Окончательно очищенный от шлама раствор поступает в емкости блока химреагентов, где в него добавляют недостающие компоненты.
Соответствующий заданным параметрам, то есть готовый буровой раствор хранится в емкости промежуточного блока. Емкость оборудуется гидравлическими или механическими перемешивателями, которые также называют агитаторами буровой грязи. По конструкции этот блок подобен приемному блоку и связан с ним трубопроводом с насосом и задвижками.
В промежуточном блоке содержится резервное количество бурового раствора, так как по правилам безопасности в бурении его объем должен составлять не менее двух максимальных объемов скважины.
О блоке подготовки раствора читаем отдельную статью: «Приготовление бурового раствора».
Современные ЦС, составленные из звеньев, поставляются буровым предприятиям в виде блоков заводского изготовления. Понятно, что монтаж конструкции из готовых модулей - лучший вариант сборки.
Шлам шнековым конвейером транспортируется в шламовый контейнер из нержавеющей стали. Заполненный контейнер специализированным транспортом вывозится к месту утилизации.
Комплекс работ по обезвреживанию буровых шламов проводится на полигонах за пределами разбуриваемых площадок.
При переработке шлама в грунтошламовую смесь, его перемешивают с торфом и песком. При добавлении определенных компонентов и минеральных удобрений такие смеси применяют в качестве стройматериала и для рекультивации земель.
Преимущества безамбарной малоотходной системы очистки бурового раствора очевидны.
Очистные устройства системы безамбарного бурения способны удалять 90% инородных включений из раствора с размером частиц до 2 мкм.
Несмотря на то, что безамбарная ЦС сложнее и дороже, в большинстве случаев применение ее рентабельно из-за значительного увеличения скорости бурения, снижения расходов на регулирование свойств раствора, уменьшения осложнений в стволе, соответствия экологическим требованиям.
Способ безамбарного бурения разработали и внедрили относительно недавно. Сначала его использовали в морском бурении, а впоследствии технологию адаптировали и стали применять на суше.