Структурная анизотропия нефтегазовых месторождений и утилизация бурового шлама

А. В. Чепрасов, А. И. Трегуб, Воронежский государственный университет

В настоящее время при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений сталкиваются с проблемой переработки и утилизации отходов бурения. В России практически все отходы, связанные с бурением, складируются на полигонах и в шламовых амбарах, что, однако, не освобождает компании от необходимости их утилизации. Весьма обычной является практика сливания жидких продуктов бурения в землю и захоронения твердых продуктов на арендованных землях [5]. Шламовые амбары и котлованы предназначены для хранения в них бурового и тампонажного растворов, буровых сточных вод и шлама, продуктов испытания скважин, материалов для приготовления и химической обработки буровых и тампонажных растворов, ГСМ, хозяйственно-бытовых сточных вод и твердых бытовых отходов, а также ливневых сточных вод. Процентное соотношение между этими составляющими меняется в зависимости от геологических условий, технического состояния оборудования, культуры производства. Средний состав отходов: 65 % воды, 30 % шлама (выбуренной породы), 5, 5 % нефти, 0, 5 % бентонита и 0, 5 % различных присадок, которые используются для обеспечения оптимальной работы буровых установок [6, 7]. Использование котлованов и амбаров для размещения и хранения шлама, бурового раствора и других материалов является небезопасным в экологическом отношении способом хранения.

На практике обычным является использование неподготовленных, открытых котлованов, что ведет к просачиванию потенциально токсичных веществ в землю и загрязнению окружающей среды. Специально оборудованные котлованы могут быть причиной загрязнения среды при повреждении и переполнении хранилищ. Закрытые амбары, применяемые для хранения буровых отходов, являются более надежными. Они имеют крышку, которая изолирует шлам от окружающей среды, животных и домашнего скота. Однако данная система не является герметичной, и газообразные продукты могут попадать в атмосферу. Кроме того, система не имеет вторичной защиты, подвержена коррозии, что может приводить к загрязнению окружающей среды [4, 5]. По имеющимся прогнозным оценкам, в России добыча нефти возрастет к 2020 г. в нефтегазоносных провинциях Европейской части до 120 млн т в год, в Западно-Сибирской провинции – до 315 млн т в год, в Восточной Сибири – до 60 млн т в год, на Дальнем Востоке – до 20 млн т в год [2]. Этот рост будет сопровождаться и соответствующим ростом экологических проблем. В настоящее время обычными способами утилизации нефтяных шламов являются: сжигание плавающей в амбарах нефти; биохимическое разложение путем «разбрасывания» нефтяного шлама на поверхность почвы или откачки на поля орошения; компостирование (перемешивание шлама с торфом, соломой и т. п.); захоронение шлама в специально отведенном месте (на промышленных и бытовых свалках) [4]. Вместе с тем появились данные о значительной токсичности нефтешламов, об их высокой подвижности в подземных водах и почвах. Это заставило пересмотреть применяемые способы утилизации. Одним из наиболее надежных способов признается закачка шлама в пласт. В настоящее время она применяется в странах Северной и Южной Америки [4, 5]. Шлам преобразуется в пульпу с определенной вязкостью, которая закачивается в пласт с помощью насоса высокого давления. Технологию можно адаптировать под уже существующие шламовые амбары и полигоны, извлекать шлам непосредственно оттуда для закачки его в скважину. Применяют два способа закачки шлама в пласт: кольцевая закачка (Annular injection) и использование специальных скважин для промысловых отходов (Disposal well injection). В процессе кольцевой закачки шлам попадает в определенный пласт через пространство между обсадными трубами в нефтяных или газовых скважинах. В нижней части внешней обсадной трубы шлам проникает в пласт. При использовании скважины для промысловых отходов шлам закачивается в пласт под давлением с использованием насосно-компрессорных труб ниже обсадной колонны или в перфорированную секцию, созданную специально для закачки шлама в интервалах принимающего пласта [4].

Применение названных методов требует комплексного подхода к проекту. Этот подход включает первоначальный сбор геологических данных, данных каротажа, построение геологических моделей, определение потенциальных горизонтов для закачки шлама в пласт, определение давления закачки, прогнозирование сопряженных с этим рисков [5, 7]. Важнейшее значение при определении рисков имеет структура выбранного пласта в околоскважинном пространстве, наличие в нем возможных окон перетока, связанных с разрывами сплошности ограничений пласта, локальных пликативных нарушений, обусловливающих неравномерное распределение внутрипластового давления, формирование концентраторов напряжений, увеличивающих вероятность разрушения пласта и неконтролируемого перемещения закачиваемых отходов. Достаточно эффективным для структурного прогноза в условиях Западной Сибири может быть признан морфоструктурный анализ. Один из его методов – метод изучения структурной анизотропии. Метод основан на использовании индикатрисы анизотропии геологических объектов [3] и может быть предложен для анализа неоднородностей пространства около скважины, используемой для закачки. Полная характеристика анизотропии описывается четырьмя параметрами: показателем изменчивости, ориентировкой осей анизотропии, показателем и индикатрисой анизотропии. Показатель изменчивости по конкретной линии внутри объекта – это отношение количества пересекаемых элементов к длине линии