автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Разработка и реализация ресурсосберегающих и природощадящих технологий строительства скважин

Для служебного пользования

Экз. N° 2._

ШТОЛЬ ВЛАДИМИР ФИЛИППОВИЧ

РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ И ПРИРОДОЩАДЯЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИН (на примере месторождений Крайнего Севера)

Специальность: 05.15.10 — Бурение скважин

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень 2000

Работа выполнена в Тюменском научно-исследовательском и проектном институте природного газа и газовых технологий (ООО "ТюменНИИгипро-газ").

Научный руководитель — кандидат технических наук В. В. ИППОЛИТОВ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А. Т. КОШЕЛЕВ кандидат технических наук, профессор В. Ф. БОЧАРШ1КОВ

Ведущее предприятие: Сибирский научно-исследовательский институт

Защита диссертации состоится 30 марта 2000 г. в 160() часов на заседании диссертационного совета Д 064.07.03 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу: 625039, Тюмень, ул. 50 лет Октября, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного нефтегазового университета по адресу 625000, Тюмень, ул. Володарского 38.

Автореферат разослан 29 февраля 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

нефтяной промышленности (СнбНИИНП)

д-р техн. наук, профессор

^131,1с,о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие газовой отрасли на современном этапе в основном определяется эффективностью освоения месторождений севера Тюменской области. Специфические природно-климатические условия региона (обводненность территории, отсутствие карьерного фунта в необходимом количестве и требуемого качества, наличие многолетнемерзлых пород, сложные геологические условия) выдвигают ряд задач, связанных с разработкой и реализацией ресурсосберегающих и природощадящих технологий при производстве подготовительных работ к бурению и в процессе строительства скважин.

Известны эффективные решения многих задач по охране природной среды при строительстве скважин, но ряд специфических задач, в связи с лег-коранимостыо и трудновосстанавливаемостью природной среды Крайнего Севера и большим объемом буровых работ в регионе, требуют дополнительного изучения и совершенствования технологий, в том числе с учетом повышенных требований существующих законодательных актов и нормативных документов.

Исходя из этого, приоритетным является выявление технологических циклов, наносящих наибольший ущерб природной среде, и разработка и реализация эффективных природощадящих и ресурсосберегающих технологий строительства скважин, совместимых с требованиями экологической безопасности. При этом технологии и технические решения должны обеспечивать комплексную безопасность буровых работ (техническую, горную, противо-фонтанную, пожарную, экологическую) и технико-экономические показатели строительства скважин, позволяющие компенсировать материальные и ресурсные затраты, направленные на безопасность работ.

Цель работы. Разработка и реализация комплекса ресурсосберегающих и природощадящих технологий строительства скважин на газоконденсат-иых месторождениях Крайнего Севера с целью снижения техногенного воздействия на природную среду.

Основные задачи исследований

1. Анализ техногенных воздействий и выявление доминирующих нагрузок на природную среду при производстве подготовительных работ к бурению и в процессе строительства скважин,

2. Разработка нормативной документации по рациональному и безопасному размещению устьев высокодебитных скважин на кустах газоконденсат-ных месторождений, имеющих в разрезе многолетнемерзлые грунты.

3. Разработка ресурсосберегающих и природощадящих технологий при производстве подготовительных работ к бурению.

4. Разработка технико-технологических решений по минимизации отходов бурения, по снижению их токсичности (класса опасности) и безопасному размещению в накопителях.

5. Экспериментальные исследования и выбор эффективного изоляционного материала для накопителей отходов бурения.

6. Разработка технологий проводки и заканчивания скважин, повышающих эффективность и безопасность их строительства и охрану недр.

Научная новизна

1. Научно обоснованы нормы, регламентирующие размещение высокодебитных скважин и допустимые расстояния между устьями в кустах скважин на месторождениях, имеющих в разрезе многолетнемерзлые породы.

2. Обоснованы требования к конструкциям сборно-разборных покрытий площадок бурения на мерзлых фунтах (пат. № 2096581 РФ, пат. № 2128765 РФ).

3. Обоснованы и оптимизированы составы иолимерглинистых растворов и технология их применения в сложнопостроенных литологичсских разрезах, обеспечивающие снижение объемов и токсичности (до IV класса опасности) отходов бурения и сохранение коллекторских свойств продуктивных горизонтов (пат. № 2123511 РФ).

4. Научно обоснована возможность применения геотекстильных материалов в качестве изоляционных покрытий накопителей отходов бурения (заявка № 99115583, приоритет от 04.08.99).

5. Обоснована конструкция фильтровых колонн с использованием полых заглушек, обеспечивающая повышение надежности заканчивания скважин

с большими зенитными углами (пат. № 2129201 РФ).

Практическая ценность и реализация результатов работы

Внедрение на газоконденсатных месторождениях севера Тюменской области прогрессивных норм по увеличению числа скважин в кусте с уменьшенными расстояниями между устьями и схем рационального размещения бурового и промыслового оборудования и сооружений на кустах скважин обеспечило (за три учтенных года) экономический эффект 31,1 млн. руб. (в расценках и ценах 1991 г.).

1. Разработаны техническое предложение и исходные требования, реализованные ООО "Уралмашзавод" при постановке па производство буровых установок БУ-3200/200 ЭУК-2МЯ, отличающихся от базовой (БУ-3200/200 ЭУК-2М) развернутым вдоль оси скважин куста мостом с установкой его па колесные тележки и направляющие в единый эшелон. Применение новых буровых установок в 1998 — 1999 гг. на шести кустах скважин обеспечило экономический эффект 15,47 млн. руб. за счет снижения площади и объема отсылки кустовых оснований.

2. Внедрение на газоконденсатных месторождениях комплекса технико-гехнологических решений по снижению объемов образования и класса опасности отходов бурения и их ликвидации в накопителях регламентированной конструкции обеспечило в 1995 — 1996 гг. экономический эффект 6,9 млн. деноминированных рублей путем уменьшения платы за размещение отходов бурения.

3. Разработаны и внедрены комбинированные забойные двигатели, зключая отклоиители, с улучшенными энергетическими параметрами (пат. РФ № 2112855, пат. РФ № 2132444 ), обеспечивающие сокращение времени буре-шя скважины и времени техногенного воздействия на недра. Экономический эффект при строительстве 12 глубоких скважин составил 1,854 млн. руб.

4. За счет внедрения фильтровых колонн снижена вероятность аварий зри их спуске в горизонтальную скважину. Экономический эффект за 1997 — 1999 гг. составил 3,495 млн. руб.

Результаты работы реализованы в проектах на строительство скважин и в руководящих документах:

- РД 015900-125-89. Временная инструкция по размещению устьев

скважин в кустах на месторождениях с наличием в разрезе многолетнемерзлых пород;

- РД 00158758-161-94. Технические условия и требования на проектирование и производство подготовительных и строительных работ при разбури-вании газоконденсатных месторождений Западной Сибири;

- РД 00158758-173-95. Регламент на систему сбора, нейтрализацию и ликвидацию отходов бурения при строительстве скважин на газоконденсатных месторождениях Тюменской области;

- РД 00158758-202-95. Альбом типовых схем размещения комплекса бурового и промыслового оборудования и сооружений для кустов нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин;

- РД 00158758-203-96. Альбом типовых конструкций кустовых оснований;

- РД 00158758-185-97. Макет рабочего проекта на строительство скважин на газоконденсатных месторождениях Западной Сибири;

- РД 00158758-200-98. Руководство по сборке и эксплуатации модернизированных низкооборотных забойных двигателей с унифицированной приставкой ТН-195М, ТН-240М, ТО-240М.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на всесоюзной научно-технической конференции "Нефть и газ Западной Сибири. Проблемы добычи и транспортировки" (Тюмень, 1985 г.), на международном семинаре "Проблемы очистки, нейтрализации и захоронения отходов бурения в полярных и приполярных зонах Западной Сибири" (Надым, 1994 г.), на Первом Международном Конгрессе "Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего" (Тюмень,

1996 г.), на Втором Международном Конгрессе "Высокие технологии, Москва - 850" (Москва, 1997 г.), на Тюменской областной научно-технической конференции "Проводка нефтегазовых скважин в условиях АВПД" (Тюмень,

1997 г.), на совещании буровых мастеров предприятий ОАО "Газпром" "Современный уровень техники и технологии строительства скважин" (Н-Уренгой, 1996 г.), на совещании главных инженеров и главных геологов филиалов ДООО "Бургаз" (Н-Уренгой, 1999 г.), на международной научно-технической конференции "Ресурсосбережение в топливно-энергетическом

комплексе России" (Тюмень, 1999 г.), на заседаниях секции "Техника и технология бурения скважин" НТС ОАО "Газпром" (Москва, 1983 г.; 1988 г.; 1993 г.; Ухта, 1992 г.; 1994 г.; Ставрополь, 1996 г.; 1997 г.; 1998 г.; Тюмень, 1999 г.).

Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 25 опубликованных работах (в том числе в 17 статьях, 8 авторских свидетельствах и патентах) и, кроме того, в девяти руководящих документах и инструкциях.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, основных выводов и рекомендаций: изложена на 137 страницах машинописного текста и содержит 25 рисунков, 39 таблиц, список литературы из 107 наименований и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность разработки ресурсосберегающих и природощадяших технологий и технических средств для строительства скважин с учетом специфических условий освоения газоконденсатных месторождений Крайнего Севера.

В первом разделе приведен анализ техногенного воздействия на природную среду технологических циклов строительства скважин от этапа обустройства площадок бурения до пуска скважин в эксплуатацию. Приведены характеристики источников загрязнения и оценка наносимого природной среде ущерба образующимися загрязнителями, размещением отходов бурения и потреблением природных ресурсов (земельные отводы, карьерный грунт, вода). Рассмотрены вопросы утилизации и размещения отходов бурения и способы создания непроницаемых накопителей отходов бурения.

Исследования влияния процесса строительства скважин на природную среду и снижение его отрицательного воздействия проводили А. А. Акимова, М. А. Ахметшин, А. И. Булатов, 10. Г. Безродный, А. И. Березняков, Н. А. Ба-довский, О. Н. Балаева, Б. Б. Банзаракцаев, В. Н. Балаба, С. Н. Бастриков, И. Ю. Быков, А. Войтанович, Г. П. Волобуев, Г. Н. Грива, 3. М. Гатауллина, Ю. Н. Гержберг, И. П. Елманов, Л. Л. Игнатов, С. М. Костарев, А. Д. Канашин, Н. И. Крысин, А. Ю. Киселев, В. А. Левшин, А. И. Лобкин, С. Д. Масалкин, Н. А. Мурашко, Л. В. Михайлов, А. И. Мазур, Р. Г. Мелконян, В. И. Матыцин, В. Н.

Седых, М. В. Семенюк, JI. И. Симоненко, А. Н. Селиверстов, В. П. Тронов, К. М. Тагиров, Б. Е. Чижов, В. Ю. Шеметов, В. А. Шишов, А. У. Шарипов, А. И. Шевский, В. Д. Шантарин, Ю. Г. Яковлев, J. Beswick, Н. Danuta, W. A. Llao, G. R. Marsh, A. Scherilr, R. Thiel, S. Katarzinol.

Однако отдельные проблемы, особенно для условий строительства скважин в северных регионах, требуют более углубленных исследований и совершенных технико-технологических решений.

Анализ состояния проблемы охраны природной среды при строительстве скважин на газоконденсатных месторождениях севера Тюменской области выявил:

- динамику роста стоимости проектных природоохранных мероприятий и платы за потребление природных ресурсов и наносимый ущерб в общей стоимости строительства скважин, что связано с ужесточением требований природопользования и ростом нормативов платы за ущерб;

- наибольший ущерб природной среде наносится на этапе обустройства площадок бурения и подъездных дорог изъятием земель и безвозвратным использованием карьерного грунта, что связано со спецификой обустройства газовых промыслов и ландшафтными условиями региона, предусматривающими единый отвод земель во временное долгосрочное пользование на период строительства и эксплуатации скважин;

- на втором месте по степени отрицательного влияния и наносимого ущерба стоит цикл "бурение скважин", технологически связанный с применением промывочных жидкостей, обработанных химическими реагентами, и образованием значительных объемов отходов бурения (ОБ), подлежащих сбору и безопасному размещению и включающих: буровой шлам (БШ), отработанный буровой раствор (ОБР) и буровые сточные воды (БСВ);

- решающее значение в минимизации отрицательного воздействия строительства скважин на природную среду (при прочих равных условиях) принадлежит фактору снижения времени технологических циклов и предупреждения аварий.

- на основе анализа определены задачи исследований, решения которых отражены в следующих главах.

Во втором разделе рассмотрены особенности кустования и размещения устьев высокодебитных скважин на площадках и кустах газоконденсатных месторождений, имеющих в разрезе ММП. Приведена технико-экономическая характеристика применяемого на начальном этапе освоения Уренгойского га-зоконденсатного месторождения метода разбуривания месторождения группами из четырех вертикальных скважин с расстоянием между устьями 70 м; показана высокая удельная трудоемкость работ (на одну скважину) и ресурсо-затратность обустройства месторождения в сравнении с известным методом освоения месторождений кустами наклонно направленных скважин. В связи с этим группой работников газовой отрасли Григорьевым П. Н., Мнацакановым

A. В., Савастыгным Ю. Т., Топчевым Ю. И., Нанивским Е. М., Сорокиным О.

B., Добрыниным Н. М. и автором работы была выдвинута концепция дальнейшего освоения газовых месторождений кустами наклонно направленных скважин. Приведен анализ норм проектирования по концентрации числа скважин на одной площадке (кусте) и установлению допустимых расстояний между устьями скважин и динамика изменения нормативов в зарубежной и отечественной практике освоения труднодоступных месторождений. К основным результатам анализа следует отнести:

1) прогрессивность изменения и динамичность "переиздания" нормативов проектирования в нефтяной промышленности, в том числе для ЗападноСибирского нефтяного комплекса;

2) наличие единственного нормативного документа, регламентирующего размещение газовых скважин и введенного в действие с 1965 г.;

3) отсутствие нормативов, регламентирующих размещение высокодебитных скважин в кустах на газоконденсатных месторождениях, имеющих в разрезе ММП.

На фоне отсутствия нормативов проектирования кустов газовых скважин государственными органами пожарного и горнотехнического надзора блокировалась концепция освоения месторождений, имеющих в разрезе ММП, укрупненными кустами наклонно направленных скважин с уменьшенными (менее высоты вышки плюс 10 м) расстояниями между устьями. К основным критериям опасности относятся высокие дебиты газовых и газоконденсатных скважин и наличие в разрезе ММП, которые в процессе длительной эксплуатации скважин, от воздействия температуры добываемого продукта, подвер-

гаются растеплению, образуя вокруг крепи скважины ореол протаявших пород. При сближении устьев скважин ореолы растепленных пород могут сомкнуться и привести к потере устойчивости крепей группы скважин с риском их разрушения и получения "группового" фонтана.

Проведенный анализ работ Медведского Р. И., Мельцера М. С., Клюсова А. А., Ребякина А. Н., Дубины М. М., Полозкова А. А., Дегтярева Б. В., Смирнова В. С., посвященных исследованию механизма растепления ММП и "поведению" крепи скважин, стал отправной точкой для выбора и обоснования нормативов расстояния между устьями скважин. Далее в работе отражены обоснования нормативов размещения устьев высокодебитных газовых и газо-конденсатных скважин и необходимого комплекса организационных мероприятий и технических решений по обеспечению безопасности работ при совмещении бурения, освоения и эксплуатации скважин, позволивших согласовать с государственными органами пожарного и горнотехнического надзора норматив расстояния между устьями скважин — 40 м и максимальное число эксплуатационных скважин в кусте — восемь. Показаны реализация этих нормативов при разработке схем размещения комплекса бурового и промыслового оборудования на кустах скважин газоконденсатных месторождений и результаты внедрения на Уренгойском и Ямбургском месторождениях.

Следующим этапом разработки нормативной документации по рациональному и безопасному размещению высокодебитных скважин в кусте обосновываются (с учетом возросшего уровня технологии бурения и крепления скважин и современного противовыбросового оборудования и средств пожаротушения) еще более прогрессивные нормы, допускающие концентрацию на кусте 24 скважин с разбивкой их на батареи (в зависимости от суммарного дебита батареи скважин) с расстоянием между устьями скважин в батарее — 20 м.

Данные нормативы (РД 015900-125-89), реализованы в схемах размещения комплекса бурового и промыслового оборудования на кустах скважин и внедрены на Бованенковском газоконденсатном месторождении. В работе также рассмотрена и представлена перспектива многорядного расположения устьев скважин на кустах и отражены разработка и обоснование нормативов размещения устьев скважин в два ряда. Данные нормативы нашли отражение в согласованных с Управлением Тюменского округа Федерального горного и

промышленного надзора России и УГПС УВД Тюменской области РД 00158758-161-94 "Технические условия и требования на проектирование и производство подготовительных и строительных работ при разбуривании га-зоконденсатных месторождений Западной Сибири" и разработанном совместно с группой авторов нефтяной отрасли Бастриковым С. Н., Добрянским В. Г., Мельницером 3. М., Драгуновым А. С., Евстратовым В. Н. и др. РД 39 — 0148070-003/8-95 "Временный регламент производства подготовительных работ и сооружения кустовых оснований для опытно-промышленного бурения скважин Приобского месторождения"

В третьем разделе, исходя из цели освоения площадей, расположенных в прибрежных районах и в акваториях Обской и Тазовской губ, рассмотрены, с учетом геологических, природно-климатических условий региона и гидрологических и ледовых условий акваторий губ, вопросы и причины, определяющие организацию и производство разведочного бурения.

К основной причине, определяющей повышенные экологические требования к производству работ, следует отнести то, что Обская и Тазовская губы и впадающие в них реки Обь, Пур, Таз относятся к водоемам высшей рыбохо-зяйственной категории.

Другими факторами, усложняющими производство буровых работ, являются ландшафтные условия территорий, наличие поверхностной мерзлоты и У1МП по разрезу, отсутствие изысканных карьеров грунта, "разбросанность" и эольшая удаленность районов ведения буровых работ от существующих баз Зурения.

В связи с этим, исходя из задач разведочного бурения и с учетом оптимизации материальных затрат и обеспечения соответствия безопасности работ условиям природопользования, выделены следующие схемы организации ра-эот:

1. Организация строительства скважин в прибрежных районах (на суше) з зимний период.

2. Организация строительства скважин на участках акваторий с искусственно намороженных ледовых островов.

3. Организация строительства скважин в акватории в летний период с таавучих судов и платформ.

С учетом решения задач по теме диссертационной работы рассмотрены

вопросы технико-технологического обеспечения производства работ по первой и второй схемам.

Определены особенности производства работ в зимний период и критерии их реализации, к которым относятся надежность технических решений > технологий, обеспечивающих безаварийность работ и "ускоренное" произвол ство работ по выходу на точку бурения, монтажу оборудования, строительств) скважины, демонтажу оборудования и зачистке территории.

Обоснована концепция обустройства площадок разведочных скважин заключающаяся в минимизации использования карьерного грунта и применении быстромонтируемых защитных покрытий.

В работе приведены схемы размещения бурового оборудования на площадках бурения на суше и на ледовом острове (в акватории), направленные ш рациональное использование площади застройки с соблюдением требовапш безопасности производства буровых работ, и технико-технологические реше ния обустройства площадок бурения, направленные на минимизацию техно генного воздействия на природную среду строительных и буровых работ. Рас смотрены варианты обустройства площадки бурения с применением настало! из деревянных щитов, монтируемых на поверхность естественного основания и комбинации их применения с отсыпкой подстилающего слоя карьерныл грунтом, торфом и сезонно-охлаждающими устройствами (СОУ) конструкцш ООО "Стройаркос". Обоснована оптимальность применения вариантов обует ройства в зависимости от продолжительности строительства скважин. Также приведены конструктивные решения сборно-разборных покрытий, настилов оснований (пат. РФ № 2096581, № 2128765) под блоки бурового оборудование и для территории буровой площадки и подъездных путей. Разработанные конструкции оснований и настилов заводского изготовления направлены на уско рение производства строительно-монтажных работ и защиту естественны? мерзлых грунтов и ледовых оснований от растепления и прямого механического воздействия оборудования и транспортных средств.

Далее в работе приведены, но уже для условий кустового эксплуатационного бурения с ограниченных территорий искусственных островов, схемь размещения бурового оборудования при многорядном размещении устье! скважин и техническое решение (пат. РФ № 2097523), позволяющее произвести в "стесненных" условиях передвижку блоков буровой установки с их раз-

воротом после окончания бурения последней скважины первого ряда на первую скважину второго ряда.

Отражено обоснование и разработка требований по созданию специализированных буровых установок с учетом специфических условий их применения на укрупненных кустах газовых и газоконденсатных месторождений. Приведены техническое предложение компоновки буровой установки с развернутым вдоль оси скважин куста мостом, с установкой его па колесные тележки и направляющие в единый эшелон с остальными блоками буровой установки и разработанные совместно с Абубакировым В. Ф. и Архангельским В. Л. исходные требования на постановку буровой установки на производство ООО "Уралмашзавод". Представлены результаты применения новой установки БУ 3200/200 ЭУК-2МЯ при строительстве скважин на газоконденсатных месторождениях, отличающиеся от показателей базовой установки снижением трудоемкости передвижки установки в кустах и меньшей требуемой площадью (а, значит, и объемом) насыпного основания.

В четвертой разделе приводятся результаты экспериментальных исследований по оптимизации компонентного состава буровых растворов с учетом их экологической безопасности и по созданию "мягких" высокопрочных экранов для гидроизоляции шламонакопителей. На основе результатов экспериментальных исследований разработаны технико-технологические решения по сокращению объемов образования отходов бурения, по снижению их токсичности и безопасному захоронению отходов бурения в шламонакопителях.

Решение задач минимизации объемов образования отходов бурения, снижения их токсичности и безопасной ликвидации при строительстве скважин на газоконденсатных месторождениях Крайнего Севера заключается в следующем:

- проведение экологической инвентаризации и паспортизации применяемых химических реагентов, рецептур буровых растворов, БШ, ОБР и оценка их токсичности (предельно-допустимая концентрация, лимитирующий показатель вредности, класс опасности);

- исключение из практики бурения наиболее опасных и высокотоксичных реагентов — это нефтесодержащие смазки и полимеры ОК-с1п11 А1, Сус1п1, Сурап, ОК8-ех1епс1ег; разработка новых составов буровых растворов на основе менее опасных смазывающих реагентов "Жирма", ЛТМ, ОЖК и поли-

меров КМЦ, 8шес1ех, Ро1у-Кет Б, Кет-РаБ; при этом содержание импортных полимеров ограничено и не превышает 10 % расхода отечественного КМЦ;

- ограничение интенсивности естественной наработки избыточных объемов промывочной жидкости в интервале ММП и залегания высококоллоидальных глинистых пород за счет комплексного применения малотоксичных полимеров (акрилаты, эфиры целлюлозы) и оптимизации режимов бурения горных пород;

- адаптация технологии реагентной нейтрализации отходов бурения с применением установок 2его-Ь\У (фирмы Кеш-Тгоп) и Бп\'апо-Р1ос (фирмы Ваго1(1); санитарно-токсикологическая и химическая оценка эффективности нейтрализации твердой и жидкой фаз отходов бурения;

- разработка конструкции накопителя отходов бурения с "мягким" про-тивофильтрационным экраном и проведение мониторинговых наблюдений за состоянием окружающей накопитель естественной территории и почво-грунтов.

С целью систематизации результатов исследований и их реализации в проектно-сметной документации на строительство скважин и в производстве буровых работ, а также согласования технико-технологических решений и природоохранных мероприятий с государственными органами охраны природы, как единой системы обеспечения экологической безопасности строительства скважин, разработан РД 00158758-173-95 "Регламент на систему сбора, нейтрализацию и ликвидацию отходов бурения при строительстве скважин на газоконденсатных месторождениях Тюменской области". Нормативным документом регламентируются:

- конструктивное исполнение и технология сооружения насыпных оснований и накопителей отходов бурения с учетом различных типов естественных оснований (минеральный грунт, болота различной категории);

- экологическая характеристика применяемых буровых растворов и отходов бурения, а также технологические мероприятия по сокращению объемов образования и снижению токсичности отходов бурения;

- система сбора отходов бурения, объемы накопителей, объемы образования ОБ и объемы сбросов и утилизации по вариантам использования как серийной отечественной техники, так и технологии обезвоживания и нейтра-

лизации отходов бурения;

- организация работ по утилизации накопленных отходов бурения и захоронению неутилизируемой части отходов бурения ликвидацией накопителя для зимних и летних условий производства работ.

Известные способы гидроизоляции накопителей отходов бурения, приведенные в разделе 1, из-за низкой эффективности их применения в условиях отрицательных температур окружающего воздуха и в грунтах, находящихся в мерзлом состоянии, а также при гидроизоляции боковых наклонных стен накопителя, не нашли достаточного распространения в районах Севера. С учетом анализа и обобщения промысловых условий и опыта строительства накопителей отходов бурения в качестве гидроизоляционного материала, как основы противофильтрационного экрана, предложены и исследованы нетканые геотекстильные полотна, обладающие высокой механической прочностью на разрыв. Исследования показали, что из шести артикулов геотекстильных полотен, применяемых в дорожном строительстве на месторождениях ОАО "Газпром" наиболее эффективным для изоляции накопителей отходов бурения является полотно С 1.300.500.03 (ТУ 8390-003-05283280-95). С моделированием реальных условий доказано, что при фильтрации жидких отходов бурения (отработанные буровые растворы) через геотекстильное полотно происходит его кольматация твердой фазой. Установлено, что кольматационные процессы наиболее интенсивно отмечаются в течение первых трех минут фильтрации, а в последующие 30 минут кольматация практически затухает и фильтрация стабилизируется на минимальном уровне, близком к нулевым значениям (рис. 1).

С использованием метода Брандона экспериментальные данные аппроксимированы эмпирической зависимостью

У = А

Сжф Р°'3

где V— начальная скорость фильтрации, м3/с;

А —эмпирический коэффициент, равный 1,4- 103 кг01-м0'4/сп'7;

Сж.ф — содержание жидкой фазы, %;

р — воздухопроницаемость полотна, м3/м2-с;

Ст.ф. ■— содержание твердой фазы в буровом растворе, %;

р — плотность нетканого материала, кг/м3.

1 ' 1

1 1 15

2

6

1.1 1,0

и

0,9

и

а 0.8

1

о,

Н 0,6 5 0,5

-еЛ 0,4

ъ

2

10 20 Время, мин

Рис. 1. Динамика изменения фильтрационной способности геотекстильного материала при кольматации:

1 - С1.300.450.06, к = 5,0 мм; 2 - С1.320.306.09, к = 2,0 мм; 3 - С1.300.330.03, к = 4,0 мм; 4 - Cl.300.160.03, к = 3,0 мм; 5 - С1.320.160.03, к = 1,0 мм; 6 - С1.300.500.03, к = 4,5 мм

При средней ошибке аппроксимации 19 % уравнение описывает динамику кольматации геотекстильного полотна в течение первой минуты фильтрации. Экспериментально установлено, что оптимальная концентрация твердой фазы находится в диапазоне 20-30 % вес., а значение скорости начальной фильтрации при коэффициенте корреляции 0,85 обратно пропорционально квадрату концентрации твердой фазы.

После кольматации геотекстильный материал становится практически непроницаемым даже для дистиллированной воды при перепаде давления 0,1 МПа в камере фильтра-пресса "ВагсисГ. Это в сочетании с высокой механической прочностью на разрыв образца 20x200 мм до 350 Н при удлинении на 130 % и возможностью укладки полотен в условиях отрицательных температур обуславливает эффективность применения геотекстильного полотна в качестве гидроизоляционного материала. На основе экспериментальных исследований разработан и внедрен способ гидроизоляции накопителей отходов бурения в естественных грунтах и в насыпных основаниях кустовых площадок (заявка № 99115583 с приоритетом от 04.08.99)

На практике способ реализуется следующим образом. Рулон геотек-сгильного материала укладывается на верхнюю кромку накопителя, скатывается по боковым стенкам и дну, обрезается, а края закрепляются грунтом или анкерами. Таким образом, полотно последовательно укладывается на всю поверхность накопителя внахлест с продольным перекрытием полос 15-20 см. Геотекстильный материал, имея сетчатую структуру, выполняет роль "мягкой" решетки, в поровое пространство которой проникает твердая фаза отработанного бурового раствора при его "сбросе" в накопитель. Монтморилонитовые частицы твердой фазы и полимерные реагенты адсорбируются на решетке, образуя кольматирующий слой, обеспечивающий гидроизоляцию накопителя. Перед ликвидацией отходов бурения в летнее время, после утилизации жидкой фазы, а в зимнее время — непосредственно на поверхность замерзших отходов укладываются полотна геотек-стилыюго материала с последующим созданием ликвидационного экрана из суглинистых грунтов.

В пятом разделе рассмотрены технологии и технические решения, направленные на увеличение скорости проводки скважин и предупрежде-

ние аварий при заканчивании скважин спуском фильтровых колонн, что позволяет уменьшить время техногенного воздействия процесса бурения на недра и окружающую среду.

Одним из основных направлений работ по повышению технико-экономических показателей бурения является создание и внедрение забойных двигателей с энергетической характеристикой, обеспечивающей эксплуатацию наиболее производительных долот, имеющих маслонаполнен-ные герметизированные опоры скольжения.

Изменение параметров забойных двигателей проводится в направлении снижения частоты вращения и повышения вращающего момента. Перспективным направлением работ в этой области, особенно в последние годы, является комбинирование гидравлических машин с различными рабочими органами. Конструирование таких двигателей основано на применении турбобуров, не требующих строгой регулировки. Для использования самого значительного парка шпиндельных турбобуров типа ТСШ возникла необходимость разработки новой конструктивной схемы для секционирования их с преобразователями частоты вращения.

С этой целью разработана простая в изготовлении конструкция комбинированного забойного двигателя, защищенная патентом РФ № 2112855. Конструкция предусматривает использование рабочей секции винтового забойного двигателя, которая выполнена в виде отдельного сменного узла, содержащего в верхней части опорный элемент, а в нижней разъемную муфту для стыковки с валом секции турбобура. Это позволило снизить вредные крутильные и осевые усилия на эксцентрично вращающий карданный (торсионный) вал, силовую секцию, предотвратить рассоединение рабочих секций в процессе спуска и при работе на холостом режиме и стабилизировать энергетическую характеристику в узком диапазоне изменения частоты вращения. При бурении скважин с направленно искривленным участком на большой глубине требуется улучшение энергетической характеристики турбинных отклонителей. Для этой цели по такой же схеме сборки разработана конструкция отклонителя, в которой диаметр и длина приставки выбираются такими, что обеспечивается сохранение заданного радиуса искривления скважины. На принятое решение получен патент РФ №2132444.

Реализация концепции укрупнения кустов скважин зависит от уровня совершенства технологий строительства наклонно направленных и горизонтальных скважин с большими отходами от вертикали. Одним из аспектов, определяющих эффективность строительства таких скважин, является заканчивание скважин спуском фильтровых колонн в открытый ствол большой протяженности. Для предупреждения осложнений и аварий при спуске фильтровых колонн разработана конструкция (пат. РФ № 2129201), позволяющая осуществлять промывку через башмак. С этой целью отверстия фильтровых труб экранируются полыми заглушками, которые после спуска колонны разрушаются долотом или фрезером для создания связи "скважина-пласт". С целью повышения технологичности изготовления и снижения себестоимости фильтровых труб экспериментальными исследованиями различных типов пластмасс осуществлен выбор материалов заглушек. Определены физико-механические диапазоны их применения для различных пластовых условий.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Наибольший ущерб природной среде при производстве буровых работ на газоконденсатных месторождениях Крайнего Севера наносится на этапе подготовительных работ изъятием земель под кусты скважин, подъездные дороги и безвозвратным использованием карьерного грунта для их отсыпки. Ущерб, наносимый земельным ресурсам на этапе строительных работ, кратно превышает ущерб, наносимый природной среде отходами бурения; в свою очередь отходы бурения (БЩ, ОБР, БСВ) оказывают и наносят доминирующие воздействие и ущерб в сравнении с другими загрязнителями, образующимися при строительстве скважин.

2. Разработана концепция укрупнения кустов газовых скважин с уменьшенными расстояниями между устьями с целыо снижения земельных отводов и объемов отсыпки кустовых оснований и подъездных дорог. В рамках реализации концепции максимально допустимое число газовых скважин в кусте увеличилось с четырех до 24 скважин, а минимально допустимое расстояние между устьями сократилось с 70 м до 20 м.

3. Разработаны и внедрены в производство руководящие документы РД 015900-125-89, РД 00158758-161-94, РД 00158758-202-95, регламента-

рующие размещение комплекса промыслового и бурового оборудования и устьев скважин на кустах газонефтеконденсатных месторождений, имеющих в разрезе млоголетнемерзлые породы.

4. Обоснована экологическая и экономическая целесообразность обустройства площадок бурения разведочных скважин в труднодоступных районах с использованием сборно-разборных настилов. Разработаны конструкции оснований и настилов многоразового использования под блоки бурового оборудования и для территории буровой площадки (пат. РФ № 2096581, №2128765).

5. Разработано устройство (пат. РФ № 2097523), позволяющее произвести передвижку блоков буровой установки с их разворотом в "стесненных" условиях кустового основания при двухрядном размещении устьев скважин.

6. Разработаны и реализованы техническое предложение и исходные требования для постановки на производство буровой установки БУ 3200/200 ЭУК-2МЯ, отличающейся от базовой модели развернутым вдоль оси скважин куста мостом, что обеспечивает уменьшение на 16 % площади и объема кустового насыпного основания.

7. Разработан и внедрен "Регламент на систему сбора, нейтрализацию и ликвидацию отходов бурения при строительстве скважин на газо-конденсатных месторождениях Тюменской области", РД 00158758-173-95, отражающий комплексный подход к решению проблемы минимизации объемов, снижения токсичности и безопасного размещения отходов бурения.

8. Разработан и внедрен на основе применения нетканого геотекстильного материала способ создания изоляционного покрытия накопителей отходов бурения. (Заявка на изобретение № 991128816, приоритет от 11.06.99).

9. Разработаны и внедрены технологии проводки скважин, первичного вскрытия и заканчивания, позволяющие:

- сократить время строительства скважины ( а, значит, и время техногенного воздействия) применением комбинированных забойных двигателей с улучшенными энергетическими характеристиками (пат. РФ № 2112855, пат. РФ № 2132445);

- сохранить коллекторские свойства продуктивных горизонтов применением бурового раствора с низкой фильтрующей способностью (пат. РФ №2123511);

- повысить надежность заканчивания скважин с большими зенитными углами применением фильтровых колонн (пат. РФ № 2129201).

10.Учтенный экономический эффект реализации комплекса технико-технологических решений составляет 276,5 млн. деноминированных рублей.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих печатных работах:

1. Штоль В. Ф., Зотов А. С., Симонов В. Ф. Блоки емкостной системы очистки промывочной жидкости для бурения газовых и нефтяных скважин на месторождениях севера Тюменской области. // Нефть и газ Западной Сибири: Тез. докл. Всесоюз. науч. конф. - Тюмень, 1985. - С. 132.

2. Штоль В. Ф., Ребякин А. Н. Предупреждение газопроявлений при строительстве скважин в интервале ММП и в продуктивных горизонтах с АВПД // Рассмотрение научно-технических проблем глубокого разведочного бурения: Материалы НТС РАО "Газпром". - М.: ИРЦ Газпром, 1997. -С.ЗЗ -42.

3. Кашкаров Н. Г., Штоль В. Ф., Ипполитов В. В., Усынин А. Ф., Коновалов Е. А. Опыт использования новых материалов и химреагентов при строительстве глубоких разведочных скважин на Уренгойском месторождении // Рассмотрение научно-технических проблем глубокого разведочного бурения: Материалы НТС РАО "Газпром". - М.: ИРЦ Газпром, 1997. -С. 42-51.

4. Сехниашвили В. А., Штоль В. Ф., Кириенко А. М., Туршиев А. П., Ипполитов В. В., Севодин Н. М. Теоретическое обоснование и результаты промысловых работ по оптимизации режимов бурения глубоких скважин на П "Тюменбургаз" // Рассмотрение научно-технических проблем глубокого разведочного бурения: Материалы НТС РАО "Газпром". - М.: ИРЦ Газпром, 1997.-С. 51 -65.

5. Штоль В. Ф., Сехниашвили В. А., Кириенко А. М., Ипполитов В. В., Севодин Н. М., Беклемышев А. В. Низкооборотный забойный отклони-

тель // Проводка нефтегазовых скважин в условиях АВПД: Тез. докл. Тюменской облает, науч.-техн. конф. - Тюмень, май 1997. - С. 18 - 20.

6. Вяхирев В. И., Ипполитов В. В., Штоль В. Ф., Кашкаров Н. Г. Опыт использования импортных технологий, оборудования и химических реагентов при строительстве скважин в условиях Крайнего Севера П "Тю-менбургаз" РАО "Газпром" // Первый международный конгресс "Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего". - М.: 1997. т.1. - С. 93 - 100.

7. Никитин Б. А., Гноевых А. П., Вяхирев В. И., Ипполитов В. В., Севодин Н. М., Шюль В. Ф., Сехниашвили В. А. Резерв повышения показателей бурения в Тюменбургазе // Газовая промышленность. - М.: Газойл пресс,. 1997. №8,-С. 51 -52.

8. Пат. № 2096581 РФ, C1 6Е21В 15/00. Основание под бурение / Рахматуллин А. X., Штоль В. Ф., Симонов В. Ф., Рудницкий А. В. -Опубл. вБ.И,- 1997,- №32.

9. Пат. № 2097523 РФ, C1 6Е21В 15/00. Платформа для разворота блоков бурового оборудования / Рахматуллин А. X., Штоль В. Ф. - Опубл. вБ.И. - 1997. - № 33.

10. Вяхирев В. И., Ипполитов В. В., Еремин Н. Я., Штоль В. Ф,, Полубабкин В. А. Сафаров Э. В., Сагдеев Ш. X. Разработка и производство новых видов утяжелителей и глинопорошков на основе сырьевых баз Урала и Западной Сибири // Второй междунар. конгресс "Высокие технологии. Москва - 850 (Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего)". - М.: 1997.

11. Штоль В. Ф., Кашкаров Н. Г., Крылов Г. В., Симонов В. Ф., Уткина Н. М., Юшков Ю. С., Вяхирев В. И., Ипполитов В. В., Абубакиров В. Ф., Новиков В. И. Экологическая безопасность строительства скважин в условиях Крайнего Севера // Газовая промышленность. М.: Газойл пресс, 1998, №2. - С. 64 - 66.

12. Штоль В. Ф., Вяхирев В. И., Ипполитов В. В., Полубабкин В. А., Кашкаров Н. Г., Козубовский В. Н., Севодин Н. М. Технологические особенности и опыт применения железорудных утяжелителей Среднего Урала при строительстве глубоких скважин // Материалы совещания Ассоциации буровых подрядчиков. - Астрахань, май 1998.

13. Сехниашвили В. А., Кашкаров Н. Г., Штоль В. Ф., Севодин Н. М., Грицаненко М. Ф., Кириенко А. М. и др. РД 51-00158758-200-98. Руководство по сборке и эксплуатации модернизированных низкооборотных забойных двигателей с унифицированной приставкой ТН-195М, ТН-240М, ТО-240М (руководящий документ) - Тюмень: ТюменНИИгипрогаз, 1998. -38 с.

14. Пат. № 2112855 РФ, С1 6Е21В 4/02. Гидравлический забойный двигатель / Ипполитов В. В., Штоль В. Ф. Сехниашвили В. А., Кашкаров Н. Г. и др. - Опубл. в Б.И,- 1998. - № 16.

15. Пат. № 2123511 РФ, С1 6С09К 7/02. Буровой раствор / Саунин В. И., Вяхирев В. И., Верховская Н. Н., Ипполитов В. В., Кашкаров П. Г., Штоль В. Ф. - Опубл. в Б.И. - 1998. - № 35.

16. Штоль В. Ф., Кашкаров Н. Г., Ипполитов В. В., Усынин А. Ф., Севодин Н. М. Новые способы обеспечения качества промывочных жидкостей в ДООО "Бургаз" // Газовая промышленность. - М.: Газойл пресс,

1998,№12.-С. 30-31.

17. Сехниашвили В. А., Штоль В. Ф., Кашкаров Н. Г., Кириенко А. М., Ипполитов В. В. Повышение надежности спуска эксплуатационных колонн при строительстве горизонтальных скважин // Совершенствование технологии заканчнвания скважин: Материалы НТС ОАО "Газпром". - М.: ИРЦ Газпром, 1998.-С. 130 - 133.

18. Штоль В. Ф., Кашкаров Н. Г., Гноевых А. Н., Коновалов Е. А., Ипполитов В. В., Севодин Н. М. Новые компоненты буровых растворов // Газовая промышленность. - М.: Газойл пресс, 1999, №3. - С. 33 - 45.

19. Сехниашвили В. А., Штоль В. Ф., Кириенко А. М., Туршиев А. П., Вяхирев В. И., Ипполитов В. В., Севодин Н. М. Эффективность отработки долот // Газовая промышленность. - М.: Газойл пресс, 1999, №3. -С. 30-32.

20. Штоль В. Ф., Сехниашвили В. А., Кашкаров Н. Г., Кириенко А. М., Ипполитов В. В. Конструкция скважинного фильтра с промывкой через башмак // Ресурсосбережение в топливно-энергетическом комплексе России: Сб. тез. междунар. науч.-техн. конф. Тюмень: ЗапСибгазпром,

1999.-С. 12.

21. Штоль В. Ф., Сехниашвили В. А., Туршиев А. П., Ипполитов В. В., Севодин Н. М. Теоретические и промысловые работы по повышению

показателей работы долот на месторождениях Крайнего Севера // Ресурсосбережение в топливно-энергетическом комплексе России: Сб. тез. меж-дунар. науч.-техн. конф. - Тюмень: ЗапСибгазпром, 1999. - С. 13.

22. Пат. № 2128765 РФ, С16Е21В 15/00, Е02Д 27/36 Настил под бурение / Рахматуллин А. X., Штоль В. Ф., Рудницкий А. В., Вяхирев В. И. -Опубл. вБ.И,- 1999,- № 10.

23. Пат. № 2129201 РФ, С16Е21В 17/00,43/11 Конструкция обсадной колонны / Сехниашвили В. А., Штоль В. Ф., Ипполитов В. В., Кашкаров Н. Г, Севодин Н. М„ Кириенко А. М. - Опубл. в Б.И. - 1999. - №11.

24. Пат. № 2132444 РФ, С16Е21В 7/08 Забойный двигатель-отклонитель / Сехниашвили В. А., Штоль В. Ф., Ипполитов В. В., Севодин Н. М, Кириенко А. М., Туршиев А. П. - Опубл. в Б.И. - 1999. - № 18.

25. Пат. № 2132934, С16Е21В 43/08, 33/14 Способ заканчивания скважины с искусственным фильтром / Сехниашвили В. А., Штоль В Ф., Ипполитов В. В., Крылов Г. В., Ребякин А. Н., Вяхирев В. И. - Опубл. в Б.И. - 1999.-№ 19.

Соискатель

Подписано к печати 24.02.2000 г. Формат бумаги 60x84 1/16. Печ. листов 1. Заказ № 113. Тираж 100 экз. ООО "ТюменНИИгипрогаз", ООВ. 625019, г. Тюмень, Воровского, 2