способ строительства нефтегазовой скважины

Формула изобретения

Способ строительства нефтегазовой скважины, включающий монтаж бурового станка для сооружения скважин технического водоснабжения строительства нефтегазовой скважины, бурение и обустройство скважин технического водоснабжения, монтаж бурового оборудования для строительства нефтегазовой скважины, отбор из скважин технического водоснабжения минерализованной воды и приготовление на ее основе бурового раствора, разрушение долотом породы забоя нефтегазовой скважины с одновременным нагнетанием бурового раствора под давлением на забой и вынос на дневную поверхность выбуренной породы, отличающийся тем, что при бурении скважин технического водоснабжения и бурении нефтегазовой скважины под кондуктор для приготовления бурового раствора использу3ют пресную воду из местных открытых водоемов, образованных выходами экологически чистых пресных подземных вод на дневную поверхность, идентичную или близкую по своему качественному составу разбуриваемым в верхней части геологического разреза пресноводным горизонтом, а минерализованную воду из скважин технического водоснабжения используют для приготовления бурового раствора, применяемого после спуска и крепления кондуктора нефтегазовой скважины - для бурения нижележащих горных пород.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству нефтяных и газовых скважин, в частности к их промывке и охране пресных подземных вод от загрязнения буровым раствором.

Известен способ строительства скважины, включающий монтаж бурового оборудования, доставку бурового раствора с ранее пробуренных скважин и повторное использование раствора для промывки забуриваемой скважины (см. Булатов А.И., Макаренко П.П., Шеметов В.Ю. Охрана окружающей среды в нефтегазовой промышленности. -М.: Недра, 1997. - С. 296-298).

Однако анализ состава и свойств повторно используемых буровых растворов свидетельствует о значительном уровне их загрязнения. В его составе в большом количестве содержатся растворенная и эмульгированная нефть, загрязняющая органика (показатель ХПК), минеральные соли (сухой и прокаленный остаток). pH таких растворов колеблется в значительном диапазоне от 7,2 до 12,6. Поэтому повторное использование бурового раствора, хотя и является само по себе природоохранным мероприятиям, т. к. утилизируются отходы пробуренных скважин, при забуривании новой скважины приводит к загрязнению водоносных горизонтов питьевого качества, залегающих на глубинах до 100 м. Наиболее негативное воздействие на подземные пресные воды происходит при полном поглощении бурового раствора, нередко отмечаемом уже с глубин 20 м, т.е. при бурении скважины под кондуктор. Помимо этого, доставка бурового раствора с буровой площадки законченной строительством скважины на новую точку бурения сопряжена с неизбежными потерями и разливами в пути следования и, соответственно, загрязнением окружающей природной среды (ОПС).

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ строительства скважины, включающий монтаж бурового станка для сооружения скважин технического водоснабжения (СТВ), строительства нефтегазовой скважины, бурение и обустройство скважин технического водоснабжения, монтаж бурового оборудования для строительства нефтегазовой скважины, отбор из скважин технического водоснабжения минерализованной (технической) воды и приготовление на ее основе бурового раствора, разрушение долотом породы забоя нефтегазовой скважины с одновременным нагнетанием бурового раствора под давлением на забой и вынос на дневную поверхность выбуренной породы (см. Инструкция о составе, порядке разработки, согласования и утверждения проектно-сметной документации на строительство скважин на нефть и газ. ВСН 39-86. М.: ВНИИОЭНГ, 1987, -155 с.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что буровой раствор, приготовленный на основе технической воды из скважин технического водоснабжения, характеризующейся, прежде всего, повышенной минерализацией, приводит при забуривании нефтегазовой скважины к загрязнению пресных подземных водоносных горизонтов питьевого качества, усиливающемся при поглощении бурового раствора при бурении скважины под кондуктор. Недостатками известного способа является также то, что и при бурении СТВ существует такая же угроза загрязнения пресноводных горизонтов буровым раствором, как и при бурении нефтегазовой скважины под кондуктор.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Проблема охраны подземных вод питьевого качества является весьма актуальной, причем наиболее остро она стоит при строительстве водозаборных скважин (технического водоснабжения) и нефтегазовых скважин, когда имеется реальная угроза загрязнения пресных вод, залегающих на глубине до 100 м, вследствие попадания в них бурового раствора при фильтрации или при его поглощении.

Буровые растворы на водной основе состоят из четырех компонентов:

воды (которая является основной жидкой фазой и используется для получения начальной вязкости раствора);

химически активных фракций для обеспечения большей вязкости и создания предельного напряжения сдвига;

инертных фракций для создания требуемой плотности раствора;

химических добавок для управления параметрами бурового раствора.

Санитарными и природоохранными службами при бурении скважин под кондуктор запрещается обрабатывать буровой раствор вредными химическими реагентами и нефтью. При этом пресные питьевые воды подвержены загрязнению в большей степени, чем воды повышенной и высокой минерализации, которые сами могут быть источником загрязнения. В этой связи даже исключение из рецептуры бурового раствора вредных химреагентов при бурении скважины под кондуктор не обеспечивает предотвращение поступления в пресноводные горизонты минерализованной (технической) воды, являющейся основой бурового раствора, полученной из скважины технического водоснабжения. Но и при бурении скважин технического водоснабжения, осуществляемого до начала строительства нефтегазовой скважины, угроза загрязнения пресноводных горизонтов по тем же причинам остается вполне реальной.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении экологической безопасности строительства нефтегазовых скважин вследствие предотвращения загрязнения пресных подземных вод при бурении СТВ и нефтегазовой скважины под кондуктор.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе, включающем монтаж бурового станка для сооружения скважин технического водоснабжения строительства нефтегазовой скважины, бурение и обустройство скважин технического водоснабжения, монтаж бурового оборудования для строительства нефтегазовой скважины, отбор из скважин технического водоснабжения минерализованной (технической) воды и приготовление на ее основе бурового раствора, разрушение долотом породы забоя нефтегазовой скважины с одновременным нагнетанием бурового раствора под давлением на забой и вынос на дневную поверхность выбуренной породы, особенность заключается в том, что при бурении скважин технического водоснабжения строительства нефтегазовой скважины и при бурении нефтегазовой скважины под кондуктор для приготовления бурового раствора используют пресную воду из местных открытых водоемов, образованных выходами экологически чистых пресных подземных вод на дневную поверхность, идентичную или близкую по своему качественному составу разбуриваемым в верхней части геологического разреза пресноводным горизонтам, а минерализованную (техническую) воду из скважин технического водоснабжения используют для приготовления бурового раствора, применяемого после спуска и крепления кондуктора нефтегазовой скважины - для бурения нижележащих горных пород.

Использование природной пресной воды из местных открытых естественных или искусственных водоемов, образованных выходами экологически чистых пресных подземных вод на дневную поверхность, например родниками, идентичной или близкой по своему качественному составу разбуриваемым в верхней части геологического разреза пресноводным горизонтам питьевого качества, для приготовления бурового раствора, применяемого при бурении скважин технического водоснабжения строительства нефтегазовой скважины и бурении нефтегазовой скважины под кондуктор, исключает возможность загрязнения подземных пресных вод даже при полном поглощении бурового раствора. После бурения, спуска и крепления обсадной эксплуатационной колонны СТВ, а также проходки верхней части геологического разреза при строительстве нефтегазовой скважины, спуска и крепления кондуктора, надежно изолирующего пресноводные горизонты питьевого качества, для бурения нижележащих горных пород (интервалов) нефтегазовой скважины применяют буровой раствор, приготовленный на основе минерализованной (технической) воды из скважин технического водоснабжения.

Осуществление указанных выше действий обеспечивает повышение экологической безопасности строительства нефтегазовой скважины и исключает загрязнение водоносных горизонтов питьевого качества вредными веществами при бурении скважины под кондуктор.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить отсутствие источника, характеризующегося признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:

дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения;

замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;

исключение какой-либо части (элемента, действия) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;

увеличение количества однотипных элементов действий для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов, действий;

выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;

создания средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется ввиду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Способ осуществляют следующими последовательными действиями в порядке изложения:

монтируют буровой станок для сооружения скважин технического водоснабжения строительства нефтегазовой скважины;

отбирают пресную воду из ближайшего открытого водоема, образованного выходами экологически чистых пресных подземных вод на дневную поверхность;

бурят с промывкой раствором на пресной воде и обустраивают специальные скважины технического водоснабжения строительства нефтегазовой скважины;

монтируют буровое оборудование для строительства нефтегазовой скважины;

отбирают пресную воду из ближайшего открытого водоема, образованного выходами подземных пресных вод на дневную поверхность;

приготавливают буровой раствор на основе пресной воды из ближайшего открытого водоема, образованного выходами экологически чистых пресных подземных вод на дневную поверхность;

бурят нефтегазовую скважину под кондуктор путем разрушения долотом породы забоя с одновременным нагнетанием под давлением на забой бурового раствора, приготовленного на пресной воде с выносом выбуренной породы на дневную поверхность;

спускают и крепят кондуктор нефтегазовой скважины;

приготавливают буровой раствор на основе технической воды из скважин технического водоснабжения строительства;

бурят нижележащие горные породы до достижения проектной глубины нефтегазовой скважины путем разрушения долотом породы забоя с одновременным нагнетанием под давлением на забой бурового раствора, приготовленного на технической воде, с выносом на дневную поверхность выбуренной породы.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена топографическая основа района буровых работ, на фиг. 2 - буровая площадка для строительства нефтегазовой скважины.

На территории земельного отвода (буровой площадки) 1, предоставленного во временное краткосрочное пользование на период строительства в Жирновском районе Волгоградской области нефтегазовой скважины 2 глубиной 2900 м, монтируют буровой станок типа УГБ-50М или УРБ-2А (на чертежах не показан), для сооружения двух (одна рабочая, другая резервная) специальных скважин 3 и 4 технического водоснабжения строительства нефтегазовой скважины 2.

По вертикали геологического разреза имеют развитие несколько водоносных горизонтов и комплексов. Первый от поверхности водоносный горизонт приурочен к песчаным образованиям готерив-барремского яруса (K₁^hb), глубина залегания которого не превышает 50 м. Экологически чистые подземные воды приурочены к зоне активного водообмена и имеют минерализацию менее 1000 мг/дм³, дебит - до 200 м³/сут.

В юрских отложениях водоносными являются малодебитные горизонты песчаников байоссого яруса (J₂b). Вода пресная с минерализацией до 1000 мг/дм³.

Водоносный комплекс пермских, верхне- и среднекаменноугольных отложений залегает в интервале 370-1105 м. Коллекторами являются карбонатные пористо-трещиноватые известняки. Плотность вод составляет 1040 мг/дм³, минерализация - 5000-20000 мг/дм³, тип воды - хлоридно-кальциевый.

Источником воды, используемой на технические нужды при строительстве нефтегазовой скважины, являются подземные минерализованные воды и оборотное водоснабжение.

Забор подземных минерализованных вод осуществляется из верхнекаменноугольного (C₃) водоносного комплекса + нижнепермского (P₁) горизонта водоносного комплекса пермских (P) отложений, залегающих в интервале 370-422 м, посредством скважин технического водоснабжения, пробуренных на глубину 410 м. В районе намечаемого строительства нефтегазовой скважины имеются естественные выходы экологически чистых пресных подземных вод готерив-барремского комплекса на дневную поверхность в виде родников 5. Сооруженная в балке 6 плотина 7 обеспечила сбор пресных вод в пруде Яминный 8.

Химический состав экологически чистых пресных подземных вод готерив-барремского горизонта, подземных минерализованных вод среднекаменноугольных отложений и поверхностных пресных вод пруда Яминного 8 приведен в таблице.

Анализ данных таблицы показывает, что качественный состав воды из пруда Яминного 8 близок к составу экологически чистых пресных подземных вод готерив-барремского водоносного комплекса из родников 5 и они совместимы. В то же время данные таблицы подтверждают вывод о том, что буровой раствор, приготовленный на основе минерализованной воды из СТВ, загрязняет экологически чистые пресные подземные воды готерив-барремского водоносного комплекса при бурении скважин 3 и 4 технического водоснабжения и нефтегазовой скважины 2 в интервале глубин 0-50 м.

Из пруда Яминный 8 насосом (на чертежах не показан) отбирают пресную воду и доставляют ее в автоцистернах (на чертежах не показаны) на буровую площадку 1. На основе привезенной пресной воды приготавливают глинистый (экологически безвредный) раствор, с использованием которого поочередно бурят СТВ 3 и 4 глубиной 410 м. После окончания бурения СТВ производят спуск обсадной эксплуатационной колонны с фильтром и обвязывают скважины 3 и 4 устьевым оборудованием (на чертежах не показаны).

На устье нефтегазовой скважины 2 монтируют буровое оборудование установки БУ-3200/200 ДГУ, включающей вышечный блок 9, приводной блок 10, насосный блок 11, блок 12 очистки бурового раствора, сооружают склад ГСМ 13 и земляной шламовый амбар-накопитель 14 отходов бурения. Буровое оборудование и привышечные сооружения размещаются вне зоны санитарной охраны 15 скважин технического водоснабжения 3 и 4.

Из пруда Яминного 8 доставляют пресную воду на буровую площадку 1, приготавливают на ее основе буровой раствор, не содержащий нефти и токсичных химических реагентов, и бурят долотом диаметром 490 мм (на чертежах не показано) нефтегазовую скважину 2 под кондуктор в интервале 0-120 м. Спускают на глубину 120 м кондуктор из обсадных труб диаметром 426 мм и цементируют затрубное пространство до устья скважины 2 - изолируют пресные водоносные горизонты.

Отбирают из скважин 3 и 4 технического водоснабжения минерализованную воду, приготавливают на ее основе буровой раствор и бурят нефтегазовую скважину 2 до проектной глубины без угрозы загрязнения экологически чистых пресных подземных вод.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения (способа) следующей совокупности условий:

средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено для использования при строительстве скважин на суше, а именно при их промывке и охране пресных подземных вод от загрязнения буровым раствором;

для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью, описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".