RU2599743C1

RU2599743C1 - Method of recycling liquid phase of drilling wastes

Info

Publication number: RU2599743C1
Application number: RU2015142320/03A
Authority: RU
Inventors: Наталья Николаевна Уткина; Дмитрий Александрович Галиос; Артем Николаевич Медведев; Евгений Сергеевич Матицын
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Союзгазтехнология"
Priority date: 2015-10-05
Filing date: 2015-10-05
Publication date: 2016-10-10

Abstract

FIELD: mining; processing and recycling of wastes.

SUBSTANCE: invention relates to methods of processing and recycling of drilling wastes during tests or well development. Method of recycling liquid phase of drilling wastes is disclosed, according to which liquid phase of drilling wastes is preliminary accumulated. After accumulation of liquid phase of drilling wastes, liquid phase of drilling waste is pumped to installation of heat elimination of waste water and then sprayed, simultaneously gas is supplied to installation of heat elimination of waste water directly from a source of hydrocarbons, it is sprayed and ignited. Wherein temperature of supplied liquid phase of drilling wastes is kept above 0 °C, as well as difference of atmospheric pressure and pressure of gas, supplied into pipe space of installation of heat elimination of waste water, at level no less than 1 ATM, at that comply with Reynolds number, at least 1, for hydrocarbon flow through the tubular space of installation of heat elimination of waste water.

EFFECT: technical result is increased reliability and efficiency of elimination of liquid phase of drilling wastes of spent drilling solutions, as well as improved protection of environment.

1 cl, 1 dwg

Description

Заявляемое изобретение «Способ утилизации жидкой фазы отходов бурения» относится к горной промышленности, а именно к способам переработки и утилизации отходов бурения в период испытания или освоения скважины, и может найти применение в нефтегазодобывающей промышленности.The claimed invention "A method of disposing of the liquid phase of drilling waste" relates to the mining industry, and in particular to methods of processing and disposal of drilling waste during the test or development of the well, and can find application in the oil and gas industry.

Известен, способ нейтрализации газожидкостной смеси, который реализуется установкой, описанной в патенте РФ на ПМ №38356, МПК E21B 47/00, E21B 49/00, опубл. 10.06.2004, когда газожидкостную смесь подают под давлением в двухфазный сепаратор, где за счет гравитации изменения направления и скорости потока производят ее разделение на жидкую и газовую фазы, причем в линию приема газожидкостной смеси перед регулятором давления впрыскивают нейтрализатор сероводорода и меркаптаны, после чего газожидкостную смесь направляют в двухфазный сепаратор, в котором весь свободный попутный газ, выделившийся из нефти с незначительным содержанием сероводорода и меркаптанов, переходит в газовую фазу и его отводят по линии отвода газа и направляют на факельную установку для термического обезвреживания. Жидкую фазу, содержащую частично разгазированную водонефтяную смесь, направляют на второй сепаратор, где жидкость также разделяется на жидкую и газовую фазы, откуда газ направляют на факельную установку для термического обезвреживания, а жидкую фазу направляют на блок вакуумирования, где выделяют свободный газ и направляют на факельную установку для термического обезвреживания. Оставшуюся жидкую фазу направляют в цистерны на отстой, причем выделившийся при отстое газ также направляют на факельную установку для термического обезвреживания.A known method of neutralizing a gas-liquid mixture, which is implemented by the installation described in the patent of the Russian Federation on PM No. 38356, IPC E21B 47/00, E21B 49/00, publ. 06/10/2004, when the gas-liquid mixture is supplied under pressure to a two-phase separator, where, due to gravity, changes in the direction and velocity of the stream, it is divided into liquid and gas phases, and a hydrogen sulfide neutralizer and mercaptans are injected into the gas-liquid mixture reception line in front of the pressure regulator, and then gas-liquid the mixture is sent to a two-phase separator, in which all the free associated gas released from oil with a low content of hydrogen sulfide and mercaptans enters the gas phase and is removed a gas outlet line and sent to flare for thermal destruction. The liquid phase containing the partially degassed oil-water mixture is sent to the second separator, where the liquid is also separated into the liquid and gas phases, from where the gas is sent to the flare unit for thermal neutralization, and the liquid phase is sent to the evacuation unit, where free gas is released and sent to the flare installation for thermal disposal. The remaining liquid phase is sent to tanks for sludge, and the gas released during sludge is also sent to a flare unit for thermal decontamination.

Недостатком известного способа нейтрализации газожидкостной смеси является то, что он технологически сложен и кроме того, он имеет ограниченные функциональные возможности, высокую себестоимость.The disadvantage of this method of neutralizing a gas-liquid mixture is that it is technologically complex and in addition, it has limited functionality, high cost.

Данный недостаток обусловлен тем, что из-за громоздкости таких дорогостоящих узлов, как блоки вакуумирования известный способ зависим от условий его применения, в частности он неприемлем в полевых условиях.This disadvantage is due to the fact that due to the cumbersomeness of such expensive nodes as vacuum units, the known method is dependent on the conditions of its application, in particular, it is unacceptable in the field.

Известен также способ исследования скважин и нейтрализации газожидкостной смеси, который реализуется установкой, описанной в патенте РФ на ПМ №13910, МПК E21B 47/00, опубл. 10.06.2000, при котором газожидкостную смесь подают по линии приема газоконденсатной смеси на трехфазный сепаратор, где под действием гравитационных сил, изменения скорости и направления потока разделяется на газ, газовый конденсат и пластовую воду. Газовый поток направляют по линии отвода газа на факел, пластовую воду на линию отвода воды и далее для испарения в факел установки для термического обезвреживания. Газовый конденсат направляют в сепаратор отстоя воды, соединенный с линиями межблочных коммуникаций, и блоком стабилизации жидких углеводородов, включающим емкости дегазации и стабилизации углеводородов.There is also known a method of researching wells and neutralizing a gas-liquid mixture, which is implemented by the installation described in the patent of the Russian Federation on PM No. 13910, IPC E21B 47/00, publ. 06/10/2000, in which the gas-liquid mixture is fed through a gas-condensate mixture receiving line to a three-phase separator, where, under the influence of gravitational forces, changes in the velocity and direction of the flow are divided into gas, gas condensate and produced water. The gas stream is directed along the gas exhaust line to the flare, formation water to the water drain line and then for evaporation into the flare of the thermal decontamination unit. Gas condensate is sent to a water sludge separator connected to inter-unit communication lines and a liquid hydrocarbon stabilization unit, including degassing and stabilization tanks for hydrocarbons.

Недостатком известного способа является низкая эффективность, большая загрязненность окружающей среды и сложное дорогостоящее громоздкое оборудование, высокая себестоимость.The disadvantage of this method is low efficiency, high environmental pollution and complex expensive bulky equipment, high cost.

Данный недостаток обусловлен сложностью конструкции и наличием оборудования больших размеров, что влечет за собой увеличение времени на его монтаж-демонтаж, а также загрязнение окружающей среды при утилизации газов из-за наличия в выбросах вредных соединений.This drawback is due to the complexity of the design and the availability of large equipment, which entails an increase in the time for its installation and dismantling, as well as environmental pollution during gas utilization due to the presence of harmful compounds in the emissions.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению, является принятый за прототип способ ликвидации сточных вод при газогидродинамических исследованиях скважин, (см. Патент РФ №2517672, МПК E03F 1/00, C02F 1/00, опубл. 27.05.2014), при котором сточные воды первоначально накапливают, затем, после накопления сточных вод, насосом под давлением подают сточные воды в змеевик, где производят их распыление на мельчайшие фракции и, в дальнейшем, их направляют к распылительной форсунке, которую помещают в пламя факела газофакельной установки.Closest to the claimed technical solution is the prototype method for wastewater elimination during gas-hydrodynamic studies of wells (see RF Patent No. 2517672, IPC E03F 1/00, C02F 1/00, publ. 05.27.2014), in which the wastewater initially accumulate, then, after the accumulation of wastewater, a pump under pressure delivers wastewater to the coil, where they are sprayed into the smallest fractions and, subsequently, they are sent to the spray nozzle, which is placed in the flame of a gas torch installation.

Недостатком способа является низкая надежность и экологическая эффективность ликвидации сточных вод.The disadvantage of this method is the low reliability and environmental efficiency of wastewater treatment.

Задачей заявляемого изобретения является эффективность ликвидации сточных вод и сохранение окружающей среды.The task of the invention is the efficiency of wastewater management and the preservation of the environment.

Технический результат, обеспечиваемый заявляемым изобретением «Способ утилизации жидкой фазы отходов бурения», состоит в повышении надежности, и эффективности ликвидации жидкой фазы отходов бурения, а также повышении экологической защиты окружающей среды.The technical result provided by the claimed invention "Method for the utilization of the liquid phase of drilling waste" is to increase the reliability and efficiency of liquidation of the liquid phase of drilling waste, as well as improving environmental protection.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе утилизации жидкой фазы отходов бурения, при котором первоначально накапливают жидкую фазу отходов бурения, согласно изобретению после накопления жидкой фазы отходов бурения насосом подают жидкую фазу отходов бурения в установку термической ликвидации сточных вод и осуществляют их распыление, одновременно к установке термической ликвидации сточных вод подводят под давлением газ посредством системы подвода непосредственно от источника углеводородов, распыляют его и поджигают, при этом поддерживают температуру подаваемой жидкой фазы отходов бурения не ниже 0°C, а также поддерживают разницу атмосферного давления и давления, подаваемого в трубное пространство установки термической ликвидации сточных вод газа, не ниже 1 атм, причем соблюдают число Рейнгольдса, по меньшей мере 1, для течения углеводородов через трубное пространство установки термической ликвидации сточных вод, а в качестве источника углеводородов используют скважину, пробуренную на пласт, содержащий углеводороды.This result is achieved by the fact that in the known method of disposing of the liquid phase of the drilling waste, in which the liquid phase of the drilling waste is initially accumulated, according to the invention, after the accumulation of the liquid phase of the drilling waste, the pump delivers the liquid phase of the drilling waste into the thermal wastewater treatment unit and spraying them simultaneously gas is supplied under pressure to the thermal wastewater treatment plant by means of a supply system directly from a hydrocarbon source, sprayed and ignited while maintaining the temperature of the supplied liquid phase of the drilling waste not lower than 0 ° C, and also maintaining the difference in atmospheric pressure and the pressure supplied to the pipe space of the gas wastewater treatment plant not lower than 1 atm, and at least the Reinholds number is observed, at least 1, for the flow of hydrocarbons through the pipe space of a thermal wastewater treatment plant, and a well drilled into a hydrocarbon containing formation is used as a hydrocarbon source.

Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.Between the distinguishing features and the achieved technical result, there is the following causal relationship.

В отличие от известных аналогов и прототипа применение способа утилизации жидкой фазы отходов бурения, при котором первоначально осуществляют подачу жидкой фазы отходов бурения, после накопления жидкой фазы насосом подают жидкую фазу отходов бурения в установку термической ликвидации сточных вод, к которой подводят углеводороды непосредственно из скважины посредством системы подвода углеводородов, при этом соблюдение числа Рейнгольдса, по меньшей мере 1, для течения углеводородов через трубное пространство установки термической ликвидации сточных вод, т.е. соблюдение соотношения скорости газа к диаметру проходной трубы, обеспечивает смешивание жидкостей за счет скоростей газа, превышающих ламинарные течения, т.е. образовывающиеся вихревые течения смешивают газ с подаваемой жидкой фазой отходов бурения, что увеличивает эффективность термической ликвидации отходов бурения, а также повышают экологическую защиту окружающей среды. Использование в качестве источника углеводородов, непосредственно, скважины, пробуренной на пласт, содержащий углеводороды, позволяет быстро и эффективно обеспечить утилизацию жидкой фазы отходов бурения, при этом полностью исключают загрязнение окружающей среды, в частности исключается попадание жидкой фазы отходов бурения в водоемы и почву. Поскольку используемый технологический процесс заявляемого способа очень прост, он не требует сложного монтажа и демонтажа оборудования, что обеспечивает бесперебойность процесса, эффективность и надежность утилизации жидкой фазы отходов бурения. Кроме того, используемое для реализации заявляемого способа оборудование легко трансформируется. Причем совокупность признаков заявленного способа обеспечивает также эффективную бесперебойную подачу жидкой фазы отходов бурения для утилизации.In contrast to the known analogues and prototype, the use of a method for utilization of the liquid phase of drilling waste, in which the liquid phase of drilling waste is initially supplied, after the accumulation of the liquid phase, the pump feeds the liquid phase of drilling waste into the thermal wastewater treatment plant, to which hydrocarbons are supplied directly from the well by hydrocarbon supply system, while observing a Reingolds number of at least 1, for the flow of hydrocarbons through the pipe space of the thermal face installation Wastewater species, i.e. compliance with the ratio of gas velocity to the diameter of the passage pipe ensures mixing of liquids due to gas velocities exceeding laminar flows, i.e. the resulting vortex flows mix the gas with the supplied liquid phase of the drilling waste, which increases the efficiency of thermal elimination of drilling waste, and also increases the environmental protection of the environment. Using as a source of hydrocarbons, directly, a well drilled on a hydrocarbon containing formation allows for quick and efficient utilization of the liquid phase of drilling waste, while completely eliminating environmental pollution, in particular, the liquid phase of drilling waste getting into water bodies and soil is excluded. Since the used technological process of the proposed method is very simple, it does not require complicated installation and dismantling of equipment, which ensures uninterrupted operation, efficiency and reliability of the liquid phase utilization of drilling waste. In addition, the equipment used to implement the proposed method is easily transformed. Moreover, the set of features of the claimed method also provides an effective uninterrupted supply of the liquid phase of drilling waste for disposal.

По имеющимся у заявителя сведениям совокупность существенных признаков заявляемого изобретения «Способ утилизации жидкой фазы отходов» не известен из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта «Способ утилизации жидкой фазы отходов бурения» критерию «новизна».According to the applicant’s information, the set of essential features of the claimed invention “Method for the disposal of the liquid phase of the waste” is not known from the prior art, which allows us to conclude that the claimed object “Method of disposal of the liquid phase of the drilling waste” meets the criterion of “novelty”.

По мнению заявителя сущность заявляемого изобретения не следует главным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на достигаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения «Способ утилизации жидкой фазы отходов бурения» критерию "изобретательский уровень".According to the applicant, the essence of the claimed invention does not follow mainly from the prior art, since it does not reveal the above effect on the achieved technical result - a new property of the object - a set of features that distinguish the claimed invention from the prototype, which allows us to conclude that the invention is “ The method of disposal of the liquid phase of drilling waste "to the criterion of" inventive step ".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения «Способ утилизации жидкой фазы отходов бурения» может быть многократно использована в производстве в различных регионах для с получением технического результата, заключающегося в повышении эффективности утилизации жидкой фазы отходов бурения и повышении экологической защиты окружающей среды, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию «промышленная применимость».The set of essential features characterizing the essence of the invention, “Method of utilizing the liquid phase of drilling waste” can be repeatedly used in production in various regions to obtain a technical result consisting in increasing the efficiency of utilization of the liquid phase of drilling waste and improving environmental protection, which allows us to conclude on the compliance of the proposed facility with the criterion of "industrial applicability".

Сущность заявляемого изобретения «Способ утилизации жидкой фазы отходов бурения» поясняется примером конкретного выполнения с иллюстрацией на фиг. 1, где изображена технологическая схема способа утилизации жидкой фазы отходов бурения.The essence of the claimed invention "Method of disposal of the liquid phase of drilling waste" is illustrated by an example of a specific implementation with the illustration in FIG. 1, which shows a flow chart of a method for disposing of the liquid phase of drilling waste.

Способ утилизации жидкой фазы отходов бурения реализуется посредством системы примененного оборудования, смонтированного непосредственно на буровой площадке. Система примененного оборудования содержит емкость 1 для хранения жидкой фазы отходов бурения, выполненную в виде мерника, в котором в процессе бурения скважины накапливают жидкую фазу 2 отходов бурения. Емкость 1 для хранения жидкой фазы 2 отходов бурения связана трубопроводом 3 с насосом 4, который, в свою очередь, связан с системой подвода 5 жидкой фазы 2 отходов бурения, соединенной с вытянутой кольцевой цилиндрической камерой 6 установки термической ликвидации сточных вод 7, связанной системой подвода углеводорода 8 со скважиной 9, пробуренной на пласт, содержащий углеводороды, т.е. являющейся источником углеводородов. По системе подвода углеводорода 8 газ попадает через цилиндрическую камеру 10 к системе форсунок 11, обеспечивающих факел 12 установки термической ликвидации сточных вод 7. Вытянутая кольцевая цилиндрическая камера 6, в которую поступала жидкая фаза отходов бурения, также была оснащена системой форсунок 13. Для безопасности обслуживающего персонала перед установкой термической ликвидации сточных вод 7 устанавливается теплоотражающий экран 14.The method of utilizing the liquid phase of drilling waste is implemented through a system of applied equipment mounted directly at the drilling site. The system of equipment used contains a tank 1 for storing the liquid phase of drilling waste, made in the form of a measuring device, in which during the drilling process accumulate the liquid phase 2 of drilling waste. The storage tank 1 for the liquid phase 2 of drilling waste is connected by a pipe 3 to a pump 4, which, in turn, is connected to the supply system 5 of the liquid phase 2 of drilling waste connected to an elongated annular cylindrical chamber 6 of the thermal wastewater treatment plant 7, connected by a supply system hydrocarbon 8 with a well 9 drilled into a hydrocarbon containing formation, i.e. being a source of hydrocarbons. Through the hydrocarbon supply system 8, gas enters through a cylindrical chamber 10 to a system of nozzles 11 providing a torch 12 of the thermal wastewater treatment unit 7. The elongated annular cylindrical chamber 6, into which the liquid phase of the drilling waste was fed, was also equipped with a nozzle system 13. For the safety of the operator personnel before installing thermal wastewater treatment 7 installed heat-reflecting screen 14.

Способ утилизации жидкой фазы отходов бурения осуществляли следующим образом.The method of disposal of the liquid phase of drilling waste was carried out as follows.

Первоначально накапливали отработанные буровые растворы от одной и более скважин в емкости 1 для хранения жидкой фазы 2 отходов бурения. Если температура окружающей среды была низкой (менее 0°C), то емкость 1 с жидкой фазой 2 отходов бурения подогревали, при этом использовали углеводородный газ от скважины 9, являющейся источником углеводородов. Затем из емкости 1 для хранения жидкой фазы 2 отходов бурения по трубопроводу 3 насосом 4 откачивали жидкую фазу отходов бурения с температурой 8°C по системе подвода 5 в вытянутую кольцевую цилиндрическую камеру 6, установки термической ликвидации сточных вод 7, откуда ее под давлением направляли к форсункам 13. Одновременно через систему подвода углеводорода 8, связанную со скважиной 9, являющейся источником углеводородов, осуществляли бесперебойный подвод углеводородного газа от скважины 9 и создавали в системе подвода углеводорода 8 разницу атмосферного давления и давления, подаваемого в трубное пространство установки термической ликвидации сточных вод газа, 2 атм, при этом соблюдали число Рейнольдса 1200, т.е. поддерживали соотношение произведения скорости газа и диаметра проходной трубы к кинематической вязкости V*D/v=1200 (число Рейнольдса). По удлиненной цилиндрической камере 10 газ направляли к системе форсунок 11, где газ поджигали, т.е. образовывали факел 12. Одновременно производили разбрызгивание жидкой фазы отходов бурения с помощью форсунок 13, которые превращали жидкую фазу отходов бурения в пар, и за счет скорости газа, превышающей ламинарные течения с образованием вихревых течений, смешивали газ с подаваемой жидкой фазой отходов бурения. Под действием высокой температуры факела 12 фракцию пара жидкой фазы отходов бурения испаряли.Initially, spent drilling fluids were accumulated from one or more wells in a tank 1 for storing the liquid phase 2 of drilling waste. If the ambient temperature was low (less than 0 ° C), then the tank 1 with the liquid phase 2 of the drilling waste was heated, while using hydrocarbon gas from the well 9, which is the source of hydrocarbons. Then, from the reservoir 1 for storing the liquid phase 2 of drilling waste through pipeline 3, pump 4 pumped out the liquid phase of drilling waste with a temperature of 8 ° C through a supply system 5 into an elongated annular cylindrical chamber 6, thermal wastewater treatment plant 7, from where it was directed under pressure to nozzles 13. At the same time, through the hydrocarbon supply system 8, connected to the well 9, which is the source of hydrocarbons, uninterrupted supply of hydrocarbon gas from the well 9 was made and differences were created in the hydrocarbon supply system 8 at atmospheric pressure and the pressure supplied to the tube space of installation thermal disposal of waste gas treatment, 2 atm, thus observe Reynolds number 1200, i.e. maintained the ratio of the product of the gas velocity and the diameter of the passage pipe to the kinematic viscosity V * D / v = 1200 (Reynolds number). Through an elongated cylindrical chamber 10, gas was directed to a system of nozzles 11, where the gas was ignited, i.e. formed a torch 12. At the same time, the liquid phase of the drilling waste was sprayed using nozzles 13, which turned the liquid phase of the drilling waste into steam, and due to the gas velocity exceeding the laminar flows with the formation of vortex flows, the gas was mixed with the supplied liquid phase of the drilling waste. Under the influence of the high temperature of the flame 12, the vapor fraction of the liquid phase of the drilling waste was evaporated.

Применение предложенного изобретения «Способ утилизации жидкой фазы отходов бурения» позволяет повысить качество и эффективность утилизации жидкой фазы отходов бурения, а также повысить экологическую защиту окружающей среды.The application of the proposed invention "Method for the disposal of the liquid phase of drilling waste" can improve the quality and efficiency of disposal of the liquid phase of drilling waste, as well as improve the environmental protection of the environment.

Claims

1. The method of disposal of the liquid phase of drilling waste, which initially accumulate the liquid phase of drilling waste, characterized in that after the accumulation of the liquid phase of the drilling waste, the pump feeds the liquid phase of the drilling waste into the thermal wastewater treatment plant and sprays them, simultaneously to the thermal elimination installation Wastewater is supplied with gas under pressure through a supply system directly from a hydrocarbon source, sprayed and ignited, while maintaining the temperature of the feed phase of drilling waste not less than 0 ° C, and also maintain the difference in atmospheric pressure and pressure supplied to the pipe space of the gas wastewater treatment plant, not less than 1 atm, and the Reynolds number of at least 1 is observed for the flow of hydrocarbons through the pipe space for the installation of thermal wastewater treatment.

2. A method for utilizing the liquid phase of drilling waste according to claim 1, characterized in that a well drilled into a hydrocarbon containing formation is used as a hydrocarbon source.