А. В. Чепрасов, А. И. Трегуб, Воронежскийгосударственный университет
Внастоящее время при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений сталкиваютсяс проблемой переработки и утилизации отходов бурения. В России практически всеотходы, связанные с бурением, складируются на полигонах и в шламовых амбарах, что,однако, не освобождает компании от необходимости их утилизации. Весьма обычнойявляется практика сливания жидких продуктов бурения в землю и захоронениятвердых продуктов на арендованных землях [5]. Шламовые амбары и котлованыпредназначены для хранения в них бурового и тампонажного растворов, буровыхсточных вод и шлама, продуктов испытания скважин, материалов для приготовленияи химической обработки буровых и тампонажных растворов, ГСМ, хозяйственно-бытовыхсточных вод и твердых бытовых отходов, а также ливневых сточных вод. Процентноесоотношение между этими составляющими меняется в зависимости от геологическихусловий, технического состояния оборудования, культуры производства. Среднийсостав отходов: 65 % воды, 30 % шлама (выбуренной породы), 5, 5 % нефти, 0, 5 %бентонита и 0, 5 % различных присадок, которые используются для обеспеченияоптимальной работы буровых установок [6, 7]. Использование котлованов и амбаровдля размещения и хранения шлама, бурового раствора и других материалов являетсянебезопасным в экологическом отношении способом хранения.
Напрактике обычным является использование неподготовленных, открытых котлованов, чтоведет к просачиванию потенциально токсичных веществ в землю и загрязнениюокружающей среды. Специально оборудованные котлованы могут быть причинойзагрязнения среды при повреждении и переполнении хранилищ. Закрытые амбары, применяемыедля хранения буровых отходов, являются более надежными. Они имеют крышку, котораяизолирует шлам от окружающей среды, животных и домашнего скота. Однако даннаясистема не является герметичной, и газообразные продукты могут попадать ватмосферу. Кроме того, система не имеет вторичной защиты, подвержена коррозии, чтоможет приводить к загрязнению окружающей среды [4, 5]. По имеющимся прогнознымоценкам, в России добыча нефти возрастет к 2020 г. в нефтегазоносных провинциях Европейской части до 120 млн т в год, в Западно-Сибирскойпровинции – до 315 млн т в год, в Восточной Сибири – до 60 млн т в год, наДальнем Востоке – до 20 млн т в год [2]. Этот рост будет сопровождаться исоответствующим ростом экологических проблем. В настоящее время обычнымиспособами утилизации нефтяных шламов являются: сжигание плавающей в амбарахнефти; биохимическое разложение путем «разбрасывания» нефтяного шлама наповерхность почвы или откачки на поля орошения; компостирование (перемешиваниешлама с торфом, соломой и т. п.); захоронение шлама в специально отведенномместе (на промышленных и бытовых свалках) [4]. Вместе с тем появились данные означительной токсичности нефтешламов, об их высокой подвижности в подземныхводах и почвах. Это заставило пересмотреть применяемые способы утилизации.Одним из наиболее надежных способов признается закачка шлама в пласт. Внастоящее время она применяется в странах Северной и Южной Америки [4, 5]. Шлампреобразуется в пульпу с определенной вязкостью, которая закачивается в пласт спомощью насоса высокого давления. Технологию можно адаптировать под ужесуществующие шламовые амбары и полигоны, извлекать шлам непосредственно оттудадля закачки его в скважину. Применяют два способа закачки шлама в пласт:кольцевая закачка (Annular injection) и использование специальных скважин дляпромысловых отходов (Disposal well injection). В процессе кольцевой закачкишлам попадает в определенный пласт через пространство между обсадными трубами внефтяных или газовых скважинах. В нижней части внешней обсадной трубы шлампроникает в пласт. При использовании скважины для промысловых отходов шламзакачивается в пласт под давлением с использованием насосно-компрессорных трубниже обсадной колонны или в перфорированную секцию, созданную специально длязакачки шлама в интервалах принимающего пласта [4].
Применениеназванных методов требует комплексного подхода к проекту. Этот подход включаетпервоначальный сбор геологических данных, данных каротажа, построениегеологических моделей, определение потенциальных горизонтов для закачки шлама впласт, определение давления закачки, прогнозирование сопряженных с этим рисков[5, 7]. Важнейшее значение при определении рисков имеет структура выбранногопласта в околоскважинном пространстве, наличие в нем возможных окон перетока, связанныхс разрывами сплошности ограничений пласта, локальных пликативных нарушений, обусловливающихнеравномерное распределение внутрипластового давления, формированиеконцентраторов напряжений, увеличивающих вероятность разрушения пласта инеконтролируемого перемещения закачиваемых отходов. Достаточно эффективным дляструктурного прогноза в условиях Западной Сибири может быть признанморфоструктурный анализ. Один из его методов – метод изучения структурнойанизотропии. Метод основан на использовании индикатрисы анизотропии геологическихобъектов [3] и может быть предложен для анализа неоднородностей пространстваоколо скважины, используемой для закачки. Полная характеристика анизотропииописывается четырьмя параметрами: показателем изменчивости, ориентировкой осейанизотропии, показателем и индикатрисой анизотропии. Показатель изменчивости поконкретной линии внутри объекта – это отношение количества пересекаемыхэлементов к длине линии, а показатель изменчивости поля – средний градиентизменчивости параметра по данному направлению – это отношение суммы показателейизменчивости по конкретным линиям к количеству этих линий.
Осианизотропии – это направления внутри изучаемого объекта с максимальнымиразличиями изменчивости, а показатель анизотропии – это отношение максимальнойизменчивости к минимальной. Индикатрисой анизотропии называется эллипсовиднаяповерхность, величина радиуса-вектора которой в масштабе отображаетизменчивость параметра внутри объекта в направлении радиуса-вектора. Прииспользовании двумерной модели индикатриса может быть представлена эллипсом[3].
Индикатрисаанизотропии – графическое изображение координированной изменчивости того илииного параметра изучаемого объекта. При изучении структурной анизотропии вкачестве таких параметров могут быть использованы гипсометрическое положениеповерхностей напластования или мощность пласта. Измерения этих параметровпроводятся по сериям параллельных профилей, ориентировка которыхпоследовательно изменяется в определенных интервалах значений. Характериндикатрисы анизотропии отражает деформационное поле пласта, посколькуособенности его залегания подчинены в первую очередь интегральному полютектонических напряжений, действовавших как во время образования пласта, так ипосле перехода его в ископаемое состояние. Можно считать, что индикатрисаанизотропии в значительной степени является отражением эллипсоида деформации, осикоторого коррелятны осям индикатрисы анизотропии. При деформации пластанеизбежно изменяются его внутренние свойства и, прежде всего, степень егопроницаемости в направлениях максимальной и минимальной изменчивости. Это можетоказывать влияние на характер движения внутри пласта закачиваемых отходов.Определение предполагаемого направления движения закачиваемых в скважинупромысловых отходов, а также скорости их перемещения имеет большое значение приоценке экологических рисков, связанных с буровыми и промысловыми работами нанефтегазовых месторождениях.
Вкачестве примера (рис.) может быть приведен расчет параметров анизотропиипласта закачки вокруг одной из скважин месторождения Ванкор (Зап. Сибирь).Исходными данными для расчета были данные об изменении гипсометрическогоположения пласта. Анализ проведен по сериям параллельных профилей с10-градусным интервалом.
Расчетыпоказывают значительную анизотропию пласта закачки с осью максимальнойизменчивости, ориентированной в направлении СЗ 322° – ЮВ 142° и минимальной –СВ 50° – ЮЗ 230°. Показатель анизотропии составляет 3, 2. Исходя из общейситуации пологого погружения пласта в северо-западном направлении, можносделать вывод о том, что в процессе такого погружения пласт испытал деформациюудлинения-укорочения. А оси удлинения и укорочения по направлению совпадают, соответственно,с максимальной и минимальной осями индикатрисы анизотропии пласта. По величинекоэффициента анизотропии можно оценить величину деформации удлинения-укороченияпласта, равную + 2, 31 % (в направлении удлинения). При такой характеристикедеформационного поля следует ожидать общего разуплотнения пласта вдоль осимаксимальной анизотропии. Это разуплотнение в целом коррелируется с величинойдеформации. Оно осуществляется через увеличение пористости пласта и скважностиимеющихся в нем трещин, что в совокупности приводит к увеличению коэффициентафильтрации, а это существенно влияет на скорость и направление перемещениязакачиваемых отходов. Движение закачиваемой жидкости, кроме того, зависит и отуклона пласта, величина которого в данном случае составляет 1, 7 м на 1 км в направлении СЗ 320°. В совокупности все это определяет преимущественное направлениедвижения потока закачиваемых промысловых отходов от скважины в северо-западномнаправлении по азимуту 322°. При необходимости, зная вязкость закачиваемойпульпы, исходное давление при закачке, можно определить и возможную скоростьперемещения отходов в пределах пласта.
Полученныеданные необходимо учитывать при составлении динамической модели движениязакачиваемых отходов бурения и при определении возможных экологических рисков, связанныхс этим процессом, поскольку направление движения отходов в пределах пластастановится предсказуемым по основным параметрам. При определении местоположенияновых скважин учет характеристики потока отходов позволяет наметить меры понедопущению в процессе бурения выхода этих отходов за пределы пласта закачки, загрязненияводоносных горизонтов или земной поверхности.
/>
Рис.Анизотропия околоскважинного пространства в пределах месторождения Ванкор (Зап.Сибирь):
1– изогипсы пласта закачки, 2 – индикатриса анизотропии пласта, 3 – скважиназакачки
Список литературы
1.Куценко В. В. О состоянии экологической безопасности в РФ и деятельности Госкомэкологии России по ее обеспечению / В. В. Куценко, А. Е. Данилов // ИзвестияАкадемии промышленной экологии – 1999. – № 3. – С 99–100.
2.Стефаненко С. Далеко ли светлое будущее геологоразведки? / С. Стефаненко //Нефть России, № 9. – 2009. – С. 34–39.
3.Четвериков Л. И. Оценка анизотропии геологических объектов // Вестн. Воронеж. ун-та.
Сер.: Геол. – 2000. – Вып. 9. – С. 26–31.
4. An Introduction to Slurry Injection Technology for Disposal ofDrilling Wastes / Brochure prepared by Argonne National Laboratory for the U.S. Department of Energy, Office of Fossil Energy, National Petroleum TechnologyOffi ce. – September, 2003.
5. Veil J. A. Evolution of Slurry Injection Technology forManagement of Drilling Wastes / J. A Veil, M. B. Dusseault. – Prepared byArgonne National Laboratory for the U.S. Department of Energy, Offi ce ofFossil Energy, National Petroleum Technology Offi ce, September, 2003. – 20 p.
6. www.ngv.ru/default.aspx 7. neftegaz.ru 8.www.earthworksaction.org
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.vestnik.vsu.ru/