Транспортная инфраструктура для вывоза готовой продукции добывающих предприятий. Включая внутренний транспорт

Введение
Необходимость сооружения подземных хранилищ углеводородов и захоронения промышленных отходов особенно сильно проявляется там, где интенсивно развивается добыча и переработка полезных ископаемых.
В настоящее время на территории Российской Федерации активно ведется подготовка и освоение нескольких десятков месторождений углеводородов. На каждом из этих месторождений количество эксплуатационных скважин может достигать нескольких сотен. На Бованенковском нефтегазоконденсатное месторождении (НГКМ) еще планируется пробурить более 750 эксплуатационных газовых скважин.
Объем образования отходов при строительстве одной эксплуатационной скважины составляет от 800 до нескольких тысяч м3, и, соответственно, объемы отходов на месторождении могут достигать сотен тысяч м3. С учетом освоения новых месторождений углеводородов в восточных и северных регионах, проблема обращения с отходами бурения приобретает серьезное экологическое и экономическое значение.
1 Исследование объекта транспортировки
Необходимость сооружения подземных хранилищ углеводородов и захоронения промышленных отходов особенно сильно проявляется там, где интенсивно развивается добыча и переработка полезных ископаемых.
В настоящее время на территории Российской Федерации активно ведется подготовка и освоение нескольких десятков месторождений углеводородов. На каждом из этих месторождений количество эксплуатационных скважин может достигать нескольких сотен. Например, на Бованенковском НГКМ (рис.1) еще планируется пробурить более 750 эксплуатационных газовых скважин. Объем образования отходов при строительстве одной эксплуатационной скважины составляет от 800 до нескольких тысяч м3, и, соответственно, объемы отходов на месторождении могут достигать сотен тысяч м3. С учетом освоения новых месторождений углеводородов в восточных и северных регионах, проблема обращения с отходами бурения приобретает серьезное экологическое и экономическое значение [1].
Бурение эксплуатационных газодобывающих скважин на кустовых площадках нефтегазоконденсатных месторождений полуострова Ямал сопровождается образованием большого объема буровых отходов, состоящих из бурового шлама (БШ), отработанных буровых растворов (ОБР) и буровых сточных вод (БСВ) [1].
Данные отходы относятся к IV классу опасности и содержат опасные для окружающей среды присадки и добавки. Протокол биотестирования отходов представлен в приложении И. По условиям охраны окружающей среды необходимо надежно изолировать все эти отходы от поверхностных сезонноталых, паводковых, ливневых и надмерзлотных вод, почвенно-растительного слоя, атмосферного воздуха, животного и растительного мира региона. Это особенно актуально для Бованенковского НГКМ, где при таянии снега до 80% территории затапливается паводковыми водами.
Рисунок 1 - Местоположение Бованенковского НГКМ
При строительстве эксплуатационных, разведочных и наблюдательных скважин на нефтегазоконденсатных месторождениях образуется большое количество буровых отходов: буровых сточных вод, отработанных буровых растворов и бурового шлама. При этом жидкие буровые отходы составляют до 70% от общего объема. В зависимости от состава бурового раствора твердые буровые отходы могут содержать до 4%, а жидкие до 30% нефтепродуктов и относится к 4 и 3 классу опасности. При бурении одной эксплуатационной скважины образуется от 800 до нескольких тысяч кубических метров отходов [4].
Утилизация буровых отходов
В ООО «Газпром геотехнологии» разработана технология, позволяющая надежно изолировать буровые отходы в резервуарах, создаваемых в многолетнемерзлых осадочных породах, залегающих ниже уровня сезонных температурных изменений.
C учетом экономического фактора наибольшее развитие и реализацию получили способы обращения с отходами бурения, предусматривающие их захоронение.
Способы захоронения отходов бурения могут предусматривать как совместное, так и раздельное размещение твердых и жидких отходов бурения.
Наиболее распространенный способ – захоронение твердых отходов на специализированном наземном полигоне и обезвреживание жидких отходов путем обезвоживания. На Бованенковском НГКМ был реализован способ, предусматривающий очистку жидких буровых отходов с последующей закачкой осветленной воды в поглощающие скважины и захоронением 25% сгущенной части на наземном полигоне. Недостатки данного способа связаны с необходимостью длительного экологического мониторинга за полигоном и высоким риском загрязнения окружающей среды [4].
В связи с активным освоением месторождений в районах Крайнего Севера специалисты ООО «Газпром геотехнологии» разработали способ, позволяющий надежно изолировать буровые отходы в резервуарах, создаваемых в многолетнемерзлых осадочных породах, залегающих ниже уровня сезонных температурных изменений.
Технология создания подземных резервуаров предусматривает оттаивание мерзлых песчаных пород с использованием пара или воды, эрлифтный подъем гидросмеси песка на поверхность по технологической скважине с управлением процессом формирования устойчивого подземного резервуара заданного размера и формы [2].
В 2007-2010 годах на Бованенковском НГКМ были проведены научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по разработке и испытанию технологии и оборудования для создания подземных резервуаров в многолетнемерзлых осадочных породах, разработаны рабочие проекты на строительство подземных резервуаров единичным объемом от 2000 до 5000 м3, которые прошли экологическую и государственную экспертизу [2].
С 2011 года производится захоронение всех твердых буровых отходов, образующихся при бурении газовых эксплуатационных скважин, в подземных резервуарах, создаваемых на кустовых площадках. Внедрение технологии подземного захоронения буровых отходов позволило минимизировать техногенное воздействие на окружающую среду в условиях распространения многолетнемерзлых пород, существенно сократить капитальные и эксплуатационные затраты, связанные с обращением с буровыми отходами при освоении нефтегазоконденсатных месторождений полуострова Ямал [4].
Для сравнения экономических затрат были рассчитаны варианты по технологическим схемам, представленных на рисунке 2:
а) Технологическая схема с закачкой сточных вод в поглощающие горизонты
1) Буровой шлам из-под вибросит вывозится на полигон буровых отходов в карьер № 3, где он захоранивается. Жидкая фаза отходов бурения транспортируется в цех на установку утилизации ОБР на базе бурения (ББ), далее закачивается в поглощающие скважины.
В капитальные затраты включена стоимость обустройства полигона и оборудования необходимого для выгрузки, размораживания шлама на полигоне и его разравнивания в специально обустроенных картах, также стоимость цеха утилизации отработанных буровых растворов (ОБР), с набором необходимого оборудования, расположенного в районе ПББ, стоимость поглощающей скважины и стоимость подвижного состава, осуществляющего транспортировку ОБР и продуктов утилизации [4].
2) Буровой шлам из-под вибросит вывозится на полигон буровых отходов в карьер № 3, где он отверждается. Жидкая фаза отходов бурения транспортируется в цех на установку утилизации ОБР на ББ, далее закачивается в поглощающие скважины.
В капитальные затраты включена стоимость обустройства полигона (меньшего размера, чем в варианте 1) и оборудования необходимого для выгрузки, размораживания шлама на полигоне и его перемещения. Там же на полигоне ставится установка отверждения шлама (в отапливаемом помещении) с целью его дальнейшего использования на отсыпку площадок и дорог. Кроме того, учтена стоимость цеха утилизации отработанных буровых растворов (ОБР), с набором необходимого оборудования, расположенного в районе ПББ, стоимость поглощающей скважины и стоимость подвижного состава, осуществляющего транспортировку ОБР и продуктов утилизации.
б) Технологическая схема с термическим обезвреживанием сточных вод:
1) Буровой шлам из-под вибросит вывозится на полигон буровых отходов в карьер № 3, где он захоранивается. Жидкая фаза отходов бурения транспортируется в цех на установку утилизации ОБР на базе Бурения, далее термически обезвреживается на ГФУ ГП-2.
В капитальные затраты включена стоимость обустройства полигона и оборудования необходимого для выгрузки, размораживания шлама на полигоне и его разравнивания в специально обустроенных картах, также стоимость цеха утилизации отработанных буровых растворов (ОБР), с набором необходимого оборудования, расположенного в районе ПББ, газофакельная установка (ГФУ-5), расположенная на ГП-2 и стоимость подвижного состава, осуществляющего транспортировку ОБР и продуктов утилизации [3].
Рисунок 2 – Варианты способов обращения с отходами на Бованенковском НГКМ
2) Буровой шлам из-под вибросит вывозится на полигон буровых отходов в карьер № 3, где он отверждается

. Жидкая фаза отходов бурения транспортируется в цех на установку утилизации ОБР на ПББ, далее термически обезвреживается на ГФУ ГП-2.
В капитальные затраты включена стоимость обустройства полигона (меньшего размера, чем в варианте 1) и оборудования необходимого для выгрузки, размораживания шлама на полигоне и его перемещения. Там же на полигоне ставится установка отверждения шлама (в отапливаемом помещении) с целью его дальнейшего использования на отсыпку площадок и дорог. Кроме того, учтена стоимость цеха утилизации отработанных буровых растворов (ОБР), с набором необходимого оборудования, расположенного в районе ПББ, стоимость газофакельной установки и стоимость подвижного состава, осуществляющего транспортировку ОБР и продуктов утилизации [4].
б) Технология ООО “Газпром геотехнологии”.
1) Отходы бурения (буровой шлам и жидкая фаза отходов бурения) захораниваются в подземные резервуары на каждой кустовой площадке.
В капитальные затраты включена стоимость бурения скважин до 100м глубины, монтаж, оборудование и техника для строительства и стоимость их эксплуатации, стоимость контейнеров для сбора шлама на кустовых площадках и стоимость инженерного обеспечения.
2) Отходы бурения (буровой шлам и жидкая фаза отходов бурения) захоранивается на централизованном полигоне подземного захоронения отходов бурения.
В капитальные затраты включена стоимость бурения скважин до 100 м глубины, монтаж, оборудование и техника для строительства и стоимость их эксплуатации, стоимость контейнеров для сбора шлама на кустовых площадках и стоимость инженерного обеспечения.
в) Технология совместной закачки отходов бурения в глубокие горизонты под давлением методом гидроразрыва пласта.
Отходы бурения (буровой шлам и жидкая фаза отходов бурения) захораниваются на централизованном полигоне подземного захоронения отходов бурения в районе ПББ.
2 Технологическая схема захоронения буровых отходов
Анализ технологических схем захоронения отходов бурения в подземных резервуарах, созданных в многолетнемерзлых породах
В качестве технических решений при подземном захоронении буровых отходов, образующихся при бурении эксплуатационных скважин на кустовых площадках, рекомендуются следующие технологические схемы:
а) Гидротранспорт твердых и жидких буровых отходов от буровой установки до подземного резервуара.
б) Вывоз буровых отходов автотранспортом с выгрузкой их в установку приема и подачи буровых отходов над подземным резервуаром
в) Вывоз буровых отходов с перекачкой их из кузова автомобиля шламовым насосом в подземный резервуар [4].
Вариант А (рисунки 3.1 и 3.2). Технологическая схема захоронения отходов бурения предусматривает накопление бурового шлама в бункере блока приема буровых отходов. Отходы бурения из буровой скважины шнековым конвейером подаются в приемную воронку установки УБ-342, где перемешиваются до получения однородной массы и сбрасываются в бак с водой. Установка УБ-342 оснащена электрокалориферами для поддержания положительной температуры. Далее песковым насосом ПБ 100/31,5 пульпа по трубопроводу диаметром 159 мм и длиной до 500 м перекачивается в блок обезвоживания на вибрационное сито СВ1ЛМ. Блок устанавливается над скважиной подземного резервуара. Надрешетный продукт грохота СВ1ЛМ по желобу сбрасывается в подземный резервуар для захоронения. Подрешетная вода поступает в бак емкостью 20 м3 и далее насосом ПБ 63/22,5 возвращается в блок приема исходного продукта.
При сбросе в подземный резервуар жидких буровых отходов они направляются в водяной бак блока приема буровых отходов, транспортируются по трубопроводу в блок обезвоживания буровых отходов, поступают в установленную в нем емкость для воды и через сбросной трубопровод направляются в скважину подземного резервуара.
Рисунок 3.1 – Схема гидротранспортного комплекса для захоронения буровых отходов
Рисунок 3.2 – Схема захоронения буровых отходов в подземный резервуар с использованием гидротранспортного комплекса
При длительных остановках предусматривается удаление воды из трубопроводов в бак блока обезвоживания буровых отходов с помощью эжекторной установки или сброс воды из емкостей и трубопровода в подземный резервуар. Гидротранспортный комплекс оснащен калориферными установками для работы в зимний период и тэнами для подогрева воды.
Гидротранспортный комплекс обслуживают два человека: оператор и дежурный электрик.
Перестановка блоков при перемещении буровой установки на следующую скважину или после заполнения подземного резервуара производится с помощью бульдозера [4].
3 Технологическое оборудование, применяемое при захоронении отходов бурения в подземных резервуарах
3.1 Оборудование для гидротранспорта буровых отходов
Гидротранспортный комплекс состоит из блока приема буровых отходов, блока обезвоживания буровых отходов и трубопровода подачи пульпы и возврата воды. Блок приема буровых отходов устанавливается под шнековым конвейером буровой установки. Блок состоит из приемного бункера со шнеком для перемешивания и выгрузки твердых буровых отходов, емкости для воды и пульпонасосной станции. Блок обезвоживания буровых отходов устанавливается над подземным резервуаром и включает ситовибрационную установку, емкость для воды, насосную станцию и эжекторную установку. Трубопровод подачи пульпы и возврата воды выполнен в виде двух ниток труб диаметром 159 мм с теплоизоляцией и электроподогревом. Трубопровод устанавливается на эстакаде и имеет уклон в сторону блока обезвоживания буровых отходов [1].
Комплекс обеспечивает обезвоживание твердого до влажности 25%. Осветленная пульпа, возвращаемая в процесс, не содержит твердый продукт крупнее 0,1мм. Содержание твердого в осветленной пульпе – не более 200 мг/л.
Основные характеристики гидротранспортного комплекса:
Производительность по твердому – до 10 т/ч, производительность по пульпе до 50м3/ч.
Установленная мощность электроустановок (с освещением) ~112 кВт.
Распределительный пункт располагается в блоке приема буровых отходов. Пульт управления располагается в модульном вагончике.
Отопление – электронагревательными приборами.
Режим работы – круглосуточный, круглогодичный.
Блоки внешне представляют собой металлические контейнеры, внутри которых расположено оборудование, обеспечивающее прием, обезвоживание и складирование буровых отходов в подземный резервуар.
Блоки металлические, утепленные сэндвич-панелями. Внутри помещения предусмотрено освещение, проходы вдоль оборудования. Перечень основного технологического оборудования приведен в таблице 1.
Таблица 1 – Перечень технологического оборудования
N
п/п Наименование оборудования Ед.
изм. Кол-во
Установл. мощн. кВт Фирма-производитель
1 Насос песковый
ПБ 63/22,5 Шт
1 15 ОАО «Уралгидромаш»
2 Насос песковый ПБ100/30,5 Шт
1 30
3 Сито вибрационное
СВ 1Л М Шт
1 Общ. 3 ОАО «Нефтемаш»
г. Краснодар
4 Установка для перемешивания и выдачи раствора УБ-342 Шт
1 Общ. 11 Ярославский завод «Стройтехника»
5 Бак емкостью 20 м3 шт. 1
Нестандарт.
6 Бак емкостью 6 м3 шт. 1
Нестандарт.
Блок приема буровых отходов имеет размер в плане (в сборе) 7,8 х 2,7 м. Высота помещения 3,6 м. Блок обезвоживания буровых отходов имеет размер в плане 6,3 х 6,5 м. Высота помещения 5,03 м.
Для удобства транспортирования установки с объекта на объект по поверхности земли блоки устанавливаются на металлические полозья. Помещения отапливаемые. Отопление электронагревателями. Температура воздуха внутри помещения +16 ºС.
Эстакада трубопровода подачи и возврата воды имеет длину до 500 м. Эстакада металлическая, открытая, предназначена для укладки труб и электрических кабелей.
Операторская представляет собой блок-контейнер размерами 4,8 х 2,5 х 2,5 м. В помещении блок-контейнера - операторской устанавливаются щиты управления и силовой щит. В операторском пункте предусмотрено также помещение для отдыха персонала [4].
Установка приема и подачи буровых отходов в подземное хранилище
Установка приема и подачи буровых отходов в подземное хранилище состоит из блока приема и подачи и блока промывки. Блок приема и подачи включает установку УБ-342 со шнеками для перемешивания и выгрузки твердых буровых отходов и шиберного затвора. Блок промывки имеет емкость для воды объемом 5 м3 с тэнами для подогрева воды и насосом (рис. 3.3).
Оборудование подачи буровых отходов из приемного бункера в подземный резервуар
Для обеспечения дистанционной подачи буровых отходов из приемного бункера в подземный резервуар может быть использован шнековый конвейер типа КШ, предназначенный для транспортирования в горизонтальном состоянии твердых буровых отходов [2].
Рисунок 3.3 - Установка приема и подачи буровых отходов в подземное хранилище
Конвейер КШ 25-Р с производительностью 25 м3/час и диаметром винта 400 мм выпускается длиной от 7,2 до 16,1 м