Характеристика основных источников воздействия на недра и мероприятия по охране недр при бурении скважин

Недра представляют собой многокомпонентную, динамичную, постоянно развивающуюся систему, находящуюся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека.

Охрана недр является важным элементом и составной частью всех основных технологических процессов при разработке месторождения и направлена на обеспечение высокой эффективности и безаварийности производства, более полного извлечения и использования нефти и газа.

Наибольшее воздействие рассматриваемой деятельности на недра будет оказываться на этапах бурения и освоения скважин.

К работам по бурению скважин приступают после утверждения рабочего проекта на строительство каждой конкретной скважины, в составе которого есть раздел «Охрана окружающей среды», где очень подробно рассмотрены вопросы охраны недр.

Действующий фонд эксплуатационных и нагнетательных скважин должен соответствовать рекомендациям реализуемой системы разработки. Бурение новых скважин должно осуществляться в строгом соответствии с требованиями геолого-технического наряда на строительство скважин.

При бурении скважин основными источниками воздействия на недра (геологическую среду) являются: все технологические операции, связанные с бурением, аварийные ситуации, а также технологические продукты и отходы производства бурения, циркулирующие и накапливающиеся в поверхностных сооружениях (амбарах и др.).

В случае негерметичности или переполнения этих сооружений возможно загрязнение компонентов природной среды.

Возможность загрязнения подземных вод «сверху» зависит от многих факторов, которые можно разделить на литологические и физико-химические. К первым относятся: наличие в разрезе слабопроницаемых пород, их мощность, литологический состав и фильтрационные свойства, а также глубина залегания водоносных горизонтов. К физико-химическим факторам относятся специфические свойства загрязняющих веществ, их миграционная способность, сорбируемость, химическая стойкость, взаимодействие с горными породами и подземными водами.

Практика показывает, что избежать загрязнения подземных вод можно только при тщательном и квалифицированном подходе ко всем работам при бурении скважин.

Причиной загрязнения недр (часто совместно с поверхностными объектами) могут стать нефтегазопроявления.

Ликвидация аварийных выбросов нефти и газа в процессе бурения скважин при разведке и разработке нефтегазовых месторождений должна осуществляться профессиональными службами по предупреждению и ликвидации открытых нефтяных и газовых фонтанов на основе договоров, заключаемых пользователями недр с такими службами.

Воздействие на геологическую среду при бурении скважин можно разделить на следующие основные виды:

– физическое нарушение грунтов зоны аэрации;

– химическое загрязнение грунтов, горизонтов подземных вод химическими реагентами, используемыми при бурении скважин, буровыми и технологическими отходами, образующимися в процессе бурения и испытания скважин;

– образование техногенных грунтов преимущественно техногенно - переотложенных и техногенно - образованных.

Основным требованием по охране недр при строительстве скважин является защита верхних водоносных горизонтов от инфильтрации бурового раствора, особенно при бурении под направление и кондуктор.

Загрязнение «снизу» может произойти за счет поступления высокоминерализованных вод нижнепермских, каменноугольных и девонских отложений, относящихся к зонам замедленного и весьма затрудненного водообмена, под воздействием естественных и искусственных гидродинамических факторов по затрубному пространству скважин в случае некачественной цементации обсадных колонн.

Поэтому одним из условий безопасной эксплуатации объектов добычи углеводородного сырья является проблема обеспечения герметичности заколонного и межколонного пространства скважин.

Межколонные проявления могут обусловить наиболее опасные нарушения геоэкологического статуса, способствовать растворению или переотложению цементирующих фаз, естественных и искусственных флюидоупоров, оказывать коррозионное воздействие на состояние элементов подземного оборудования: металлические колонны, муфты, резьбовые соединения и т.д. Неконтролируемый выход пластового флюида на «дневную» поверхность или его миграция в другие пласты способны повлечь непредсказуемые экологические осложнения.

Для предотвращения загрязнения водоносных горизонтов и надежной их изоляции при бурении скважин предусмотрена конструкция скважин, отвечающая требованиям «Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности» ПБ 08-624-03, утв. 05.06.2003 г., приказ №56. Конструкция скважин Гремихинского месторождения спроектирована с учетом литологических особенностей горных пород, совмещенного графика давлений, анализа осложнений в скважинах, с учетом разработанных и утвержденных технологических регламентов, опыта бурения на данном месторождении, с учетом требований по охране недр и окружающей среды.

До начала бурения скважин предусматриваются пуско-наладочные работы, целью которых является исключение каких-либо утечек и попадания на почву промывочной жидкости из циркуляционной системы и блока приготовления бурового раствора.

Минимизация негативного воздействия на почвенный покров и грунты при проведении работ по строительству скважин обеспечивается следующими мероприятиями:

– использованием схемы расположения комплекса бурового оборудования и привышечных сооружений, обеспечивающей рациональное использование площади земельного отвода для строительства скважины;

– неукоснительным соблюдением границ, предусмотренных к отводу земель, с исключением их сверхнормативного изъятия;

– возведением защитного грунтового обвалования по периметру площадки;

Жидкие, сыпучие химреагенты предусматривается хранить в закрытых складах, основание которых поднято над уровнем земли. Дозировка химреагентов при приготовлении буровых растворов осуществляется с помощью специальных дозаторов, исключающих их попадание на почву или в водные объекты.

Спуск и цементирование обсадных колонн проводятся по плану, составленному буровым предприятием и утвержденному в установленном порядке. Перед подготовкой ствола скважины к спуску колонны должен быть проведен комплекс геофизических исследований, необходимых для детального планирования процесса крепления.

Режим спуска обсадных колонн и гидравлическая программа цементирования должны рассчитываться и осуществляться таким образом, чтобы обеспечить минимально возможную репрессию на продуктивные горизонты и не допускать осложнений, связанных с гидроразрывом пород и поглощением. В процессе цементирования должна обеспечиваться регистрация параметров, характеризующих этот процесс.

Одним из основных условий по охране недр при строительстве скважин является качественный цементаж обсадных колонн, в основе которого лежит правильный подбор тампонирующих свойств цементного раствора, его способность противостоять процессам разложения и разрушения, а также совместимость тампонирующих свойств цементного раствора со свойствами пластовых флюидов и горных пород.

Поскольку в продуктивных пластах Гремихинского месторождения присутствует сероводород, для цементирования эксплуатационной колонны в интервале продуктивных пластов необходимо применять тампонажные материалы стойкие к сероводородной агрессии.

В целях сохранения природной проницаемости пористых и пористо-трещиноватых коллекторов необходимо применять тампонажные растворы с минимально возможной фильтрацией и общей минерализацией, приближающейся к минерализации бурового раствора, применявшегося при вскрытии этих горизонтов.

Применение цемента без проведения лабораторного анализа для условий предстоящего цементирования колонны запрещается.

В период бурения эксплуатационных скважин потребуется использование воды для приготовления бурового раствора, омыва оборудования, охлаждения механизмов и т.д., а так же для удовлетворения хозяйственно-питьевых нужд бригады буровиков.

На основании анализа гидрогеологических условий района размещения Гремихинского месторождения, для обеспечения нужд бурения и нефтепромыслового строительства, рекомендуется использовать подземные воды нижнеуржумского и верхнеказанского водоносных горизонтов с минерализацией от 0,4 до 0,7 г/л, для чего необходимо строительство водозаборных скважин глубиной 120-130м. При обустройстве месторождения и выполнении реального проекта гидрогеологические параметры водоносного горизонта должны быть уточнены.

Снижение потребления технической воды (в т.ч. из скважин технического водоснабжения, в случае принятия решения об их строительстве) в процессе строительства скважин обеспечивается использованием систем очистки бурового раствора от выбуренной породы (вибросита, песко- и илоотделители, дегазатор) и буровых сточных вод (седиментацией).

Обеспечение водой хозяйственно-питьевых нужд обслуживающего персонала, буровиков, строителей предусматривается водой из водозаборной скважины № 49а, расположенной в 1,2км В от УПН «Гремиха».

Качество воды для хозяйственно-питьевых нужд должно соответствовать СанПиН 2.1.4.1074-01.

Сброс сточных вод в водоемы и на поверхность земли не предусматривается. Для сбора сточных вод в период строительства планируется использовать временные водонепроницаемые выгребы объемом до 3 м3. По мере заполнения емкостей, стоки вывозятся на очистные сооружения полной биологической очистки на УПН «Гремиха».

На территории буровой площадки в период строительства загрязнение верхних водоносных горизонтов в рассматриваемом районе, может произойти за счет фильтрации бурового раствора и буровых сточных вод в грунт.

Для исключения попадания отходов бурения на территорию буровой площадки и миграции токсичных веществ в природные объекты, на площадке буровой предусматривается инженерная система организованного их сбора, хранения, обезвреживания, а также гидроизоляция технологических площадок. Гидроизоляция технологических площадок осуществляется гидроизоляционными композициями на основе глины и установкой специальных поддонов в местах возможных утечек.

По существующей технологии и в соответствии с п. 4.8. РД 39-133-94 отработанный буровой раствор, сточные воды, буровой шлам собираются в двухсекционный амбар, расположенный на территории буровой площадки.

При этом, первая секция, в которую сбрасываются БСВ, ОБР и БШ, является накопительной, а вторая секция – отстойной, в которую поступает лишь жидкая часть отходов бурения (БСВ и ОБР).

Накопительная и отстойная секции амбара соединяются между собой с помощью перепускной трубы с заглушкой.

Для предотвращения загрязнения почв, грунтов зоны аэрации и подземных вод, амбары обваловываются вынутым минеральным грунтом на высоту 0,5 м. Дно и стенки амбара гидроизолируются в соответствии с п. 4.12. РД 39-133-94 глиноцементной смесью толщиной не менее 10 см и выстилаются прочной полиэтиленовой пленкой. Слои гидроизоляции создадут экран, предотвращающий фильтрацию загрязненной водной фракции буровых растворов.

Глубина амбара проектируется с учетом залегания грунтовых вод и должна быть выше на 0,3 м максимальной отметки уровня грунтовых вод.

После окончания бурения скважин очищенные отработанный буровой раствор и буровые сточные воды вывозятся для повторного использования на другую буровую, буровой шлам и осадки глинистого бурового раствора и буровых сточных вод обезвреживаются и утилизируются на месте работ в шламовом амбаре. Применение малоопасных химреагентов для приготовления бурового раствора, обезвреживание выбуренной породы и гидроизоляция шламового амбара позволяет свести к безопасному минимуму загрязнение окружающей среды отходами бурения.

На буровой площадке будут организованы централизованные места сбора и временного хранения (накопления транспортной партии) отходов с условием предотвращения перемешивания отходов различных классов опасности.

Бытовые отходы, а так же отходы не подлежащие утилизации и вторичному использованию подлежат захоронению на полигоне твердых бытовых отходов. Количество отходов и точное место их размещения должны быть определены на стадии разработки рабочего проекта на строительство скважин.

Работы по освоению скважин могут быть начаты при обеспечении следующих условий:

– высота подъема цементного раствора за эксплуатационной колонной и качество сформировавшейся крепи отвечает проекту и требованиям охраны недр;

– эксплуатационная колонна прошаблонирована, опрессована совместно с колонной головкой и превенторной установкой, герметична при максимально ожидаемом давлении на устье скважины.

Комплекс работ по освоению скважины должен предусматривать меры, обеспечивающие:

- исключение закупорки пласта при вторичном вскрытии;

- сохранение целостности скелета пласта в призабойной зоне;

- предупреждение прорыва пластовой воды;

- гидродинамические исследования по определению количественной и качественной характеристики пласта и его геолого-физических параметров;

- сохранение, восстановление или повышение проницаемости призабойной зоны.

Для мониторинга за возможным загрязнением и истощением водоносных горизонтов рекомендуется организовать режимно - наблюдательную сеть, состоящую из водопунктов на поверхностных водотоках и гидрогеологических наблюдательных скважин. Количество и место расположения водопунктов и скважин уточняется на стадии рабочего проекта.

Меры по устранению осложнений при строительстве скважин.

Существуют факторы, которые могут повлиять на сохранность целостности (устойчивости) стенок скважины, в результате чего в скважине возникают осложнения.

К таким факторам относятся геологические (физико-механические свойства горных пород, содержание пластовых вод, газа и нефти, характер и условия залегания горных пород), технико-технологические (параметры промывочной жидкости, скорость ее циркуляции, температурный режим, способ бурения и т.д.), организационные (квалификация и уровень подготовки членов буровой бригады, климатические условия и т.п.).

Основная причина осложнений в скважинах, вызванных нарушением целостности и устойчивости стенок скважины (раскрытие естественных трещин и образование новых трещин, поглощение промывочной жидкости, образование каверн, набухание, осыпание, обрушение пород) – некачественное и несвоевременное цементирование обсадных колонн, снижение скорости движения промывочной жидкости, отступление от заданных по проекту значений параметров бурового раствора.

Наиболее опасным по величине наносимого ущерба на окружающую среду являются нефтегазопроявления. При этом возникает опасность загрязнения почв и грунтов, водных объектов, возможны пожары. Кроме того, не исключается возможность отравления персонала буровой бригады содержащимися в излившихся флюидах различными окислами нефтепродуктов. Нефтегазопроявления возникают в том случае, когда пластовое давление превышает давление столба жидкости в стволе скважины. Чтобы избежать такого вида аварию необходимо поддерживать параметры бурового раствора в соответствии с расчетными.

В процессе бурения плотность бурового раствора необходимо постоянно контролировать. Не допускается отклонение плотности бурового раствора (освобожденного от газа), находящегося в циркуляции, более чем на 0,02 г/см3 от установленной величины.

Геологические разрезы скважин, намеченных к бурению в настоящем проекте, достаточно изучены в результате бурения на данном месторождении, и какие-либо непредвиденные ситуации – аварии, неконтролируемые нефтегазопроявления практически возникнуть не могут.