способ сбора нефтепродуктов из загрязненных водоносных пластов и гидрогеодинамическая ловушка для нефтепродуктов

Формула изобретения

1. Способ сбора нефтепродуктов из загрязненных водоносных пластов, включающий бурение водопонизительных скважин, забор через скважины с глубинной части водоносного пласта воды с созданием при этом воронки депрессии и локализацией в ней нефтепродуктов и откачку локализованных нефтепродуктов на поверхность, отличающийся тем, что в зоне расположения депрессионной воронки сооружают дренажные траншеи, в которые накапливают собранные нефтепродукты, откачку последних на поверхность осуществляют из дренажных траншей, при этом нижний уровень воронки депрессии поддерживают при водозаборе на уровне не выше уровня подошвы дренажных траншей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поверхностную площадь над воронкой депрессии покрывают противофильтрационным экраном, переходящим в вертикальную стенку-барраж, которую располагают на расстоянии от границы воронки ниже по потоку подземных вод.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для исключения гидроударов откачку нефтепродуктов осуществляют непрерывно с постоянным дебитом.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что откачанные нефтепродукты отстаивают и выделяют их них воду.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что откачанную воду подвергают очистке от нефтепродуктов отстаиванием в резервуарах-нефтеловушках или флотацией, или фиотрованием на сорбентах.

6. Способ по пп.1 и 5, отличающийся тем, что производят доочистку откачанной воды от растворенных нефтепродуктов сорбцией на природных минералах-сорбентах.

7. Способ по пп.1 и 6, отличающийся тем, что в качестве природных минеральных сорбентов для доочистки воды используют диатомиты или опоки.

8. Гидрогеодинамическая ловушка для нефтепродуктов, включающая водопонизительную скважину с расположенным в ее нижней части насосом для забора воды и создания депрессионной воронки, противофильтрационный экран и насос для откачки нефтепродуктов, отличающаяся тем, что ловушка снабжена горизонтальными дренажными траншеями с колодцами-накопителями, которые выполнены в виде резервуаров с днищами и оборудованы фильтрами и выступающими глухими трубами для предотвращения самоизлива нефтепродуктов, противофильтрационный экран выполнен из горизонтальной на всю площадь воронки депрессии части и соединенной с ней на концах вертикальной опущенной вниз стенки, а насос для откачки нефтепродуктов гидравлически связан с колодцем-накопителем.

9. Ловушка по п.8, отличающаяся тем, что днище дренажных траншей покрыто дресвяно-щебенной обсыпкой.

10. Ловушка по п.8, отличающаяся тем, что фильтры колодцев-накопителей выполнены с дресвяно-щебенной обсыпкой.

11. Ловушка по п.8, отличающаяся тем, что противофиотрационный экран выполнен из глины.

12. Ловушка по п.8, отличающаяся тем, что насос для забора воды из скважины выполнен в виде эрлифта для обеспечения пожарной безопасности.

13. Ловушка по п.8, отличающаяся тем, что насос для откачки нефтепродукта из колодца-накопителя выполнен во взрывобезопасном исполнении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобыче из подземных формаций, преимущественно к сбору утечек нефтепродуктов, и может использоваться для добычи остаточной после разработки нефтеносных водоносных пластов нефти и создания техногенных месторождений нефтепродуктов, в т.ч. из смеси бензина и дизельного топлива. Может использоваться также для очистки от загрязнения в аварийных ситуациях, а также для профилактики загрязнений нефтепродуктами. Изобретение рекомендовано для капитального строительства объектов нефтедобывающей, нефтехимической промышленности, а также нефтехранилищ.

Гидрогеодинамические ловушки целесообразно рассматривать как неотъемлемую часть комплекса природоохранных сооружений при капитальном строительстве нефтебаз, что позволит в будущем свести к минимуму последствия техногенных катастроф, связанных с прорывами большого количества нефтепродуктов.

Известен способ создания ловушки нефтепродуктов в водоносных пластах, включающий бурение скважин в водоносный пласт и образование вокруг пузыря ловушки углеводородов подпора путем перепуска воды под ней из одной скважины в другую [1] Недостатком известного способа и устройства является то, что они не предусматривают сбора углеводородов в случае растекания по поверхности воды.

Известен способ сбора нефтепродукта с поверхности подземных вод водоносного горизонта и создания ловушки для нефтепродуктов, включающий бурение водопонизительных скважин, оборудование их двумя насосами более мощным, размещенным в глубинной части водоносного горизонта, для водозабора и менее мощным, расположенным у зеркала подземных вод и предназначенным для откачки нефтепродуктов. С помощью забора воды из глубины водоносного горизонта создают вокруг скважин воронку депрессии и собирают в нее нефтепродукты, формируя при этом линзу нефтепродуктов. Верхним скважинным насосом откачивают на поверхность собранные нефтепродукты. Известное устройство для сбора нефтепродуктов включает водопонизительную скважину, оборудованную шахтами из бетонных труб, обсадными трубами с гравийной обсыпкой фильтра, глубинный насос для водозабора и насос для перекачки нефтепродуктов, сообщенный с нефтепроводами [2] Недостатками известного технического решения является работа одной скважины в двух режимах откачки воды и нефтепродуктов, что приводит к возможности смешения последних и характеризуется сложностью управления работой, особенно при колебаниях уровня и мощности слоя нефтепродуктов. Необходимость строгого согласования режимов откачки воды и нефтепродуктов приводит к уменьшению скорости забора последних, что снижает эффективность очистки от загрязнения.

Кроме того, при отключении электроэнергии и аварийных остановках насосов, не исключается самоизлив нефтепродуктов на поверхность, что может привести к возникновению пожаров, а также отравлению обслуживающего персонала.

Целью изобретения является повышение эффективности сбора нефтепродуктов и упрощение управления процессом, а также повышение пожаробезопасности и улучшение условий труда.

Это достигается тем, что способ сбора нефтепродуктов из подземных водоносных пластов предусматривает бурение в водоносный пласт водопонизительных скважин, забор через скважины воды с глубинной части пласта с целью создания воронки депрессии и сбора и локализации в ней нефтепродуктов и откачку последних на поверхность. Новым в способе является то, что в зоне расположения воронки депрессии сооружают дренажные траншеи, в которые локализуют собранные нефтепродукты, а откачку последних осуществляют из дренажных траншей, при этом нижний уровень воронки депрессии поддерживают при водозаборе не выше уровня подошвы дренажных траншей.

Кроме того, поверхностную площадь воронкой депрессии покрывают противофильтрационным экраном, который имеет на концах вертикальную стенку зуб (барраж), расположенную на расстоянии от границы воронки ниже по потоку подземных вод и препятствующим движению загрязнений по потоку. Осуществляют исключение отжима линзы собранных нефтепродуктов и гидроудары путем откачки нефтепродуктов непрерывно и с постоянным дебитом. Производят отделение откачанной воды от нефтепродуктов, очистку от них отстаиванием в резервуарах-нефтеловушках, или флотацией, или фильтрованием на сорбентах, или сорбцией на природных минеральных сорбентах. При этом в качестве последних используют диатомиты или опоки.

Поставленная цель достигается также тем, что гидрогеодинамическая ловушка для нефтепродуктов, включающая водопонизительную скважину с расположенным в ее нижней части насосом для забора воды и создания депрессионной воронки, противофильтрационный экран и насос для откачки нефтепродуктов, снабжена горизонтальными дренажными траншеями с колодцами накопителями, которые выполнены в виде резервуаров с днищами и оборудованы фильтрами и выступающими глухими трубами для предотвращения самоизлива нефтепродуктов, противофильтрационный экран состоит из расположенной над воронкой депрессии на всю ее площадь горизонтальной части и соединенной с ней на концах вертикальной опущенной вниз стенки для предотвращения растекания нефтепродуктов из воронки депрессии, а насос для откачки нефтепродуктов гидравлически связан с колодцем накопителем. Кроме того, противофильтрационный экран выполнен из глины. Насос для забора воды из скважины выполнен в виде эрлифта для обеспечения пожарной безопасности. Насос для откачки нефтепродукта из колодца накопителя выполнен во взрывобезопасном исполнении.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлены схемы гидрогеодинамической ловушки в плане и ее схема в разрезе.

На фигурах приняты обозначения: 1 глиняный противофильтрационный экран, 2 песчаный водоносный пласт, 3 дресвяно-щебенный фильтр, 4 слабоводопроницаемые породы, 5 начальный уровень подземных вод, 6 динамический уровень подземных вод, 7 уровень смеси нефтяных топлив из бензина и дизельного топлива, 8 обсадные трубы скважины и колодца-накопителя, 9 сетчатый фильтр, 10 барраж противофильтрационного экрана, 11 гидроизогипса, 12 линия потока подземных вод, 13 водоносная зона, 14 контур линзы нефтепродуктов, 15 дренажная траншея, 16 водопонизительная скважина, 17 колодец-накопитель, 18 насос для забора воды, 19 насос для нефтепродуктов, 20 глухая труба, 21 курган.

Устройство гидрогеодинамической ловушки нефтепродуктов включает водопонизительную скважину 16, оборудованную обсадной трубой 8, и сетчатым фильтром 9, дренажную траншею 15 с колодцем-накопителем 17, заполненным дресвяно-щебенным фильтром 3. На воронку депрессии наложен противофильтрационный экран 1, выполненный из глины и имеющий глиняный зуб барраж 10. Водопонизительная скважина оборудована насосом для откачки воды с глубинной части пласта 18, а колодец накопитель гидравлически соединен с насосом для откачки продуктов 19. На поверхности земли у глухой трубы 21 сооружен курган 22.

Способ осуществляют следующим образом. Определяют местоположение зоны загрязнения и ее площадь. Проектируют места накопления нефтепродуктов путем их сбора с поверхности подземных вод и образования на этих местах воронок депрессии. Гидрогеодинамическую ловушку создают из трех основных частей: водопонизительных скважин, горизонтального дренажа с колодцами накопителями нефтепродукта и глиняного противофильтрационного экрана с "зубом" барражом. Водопонизительные скважины закладывают в линейных водоносных зонах с повышенной водопроводимостью. При этом рассчитывают режим забора воды с глубины водоносного пласта с соблюдением следующего требования: воронка депрессии не должна быть выше подошвы дренажных траншей с нефтепродуктом. В противном случае возможны просадочные явления из-за неравномерной деформации обломочных грунтов над скальными грунтами, что в свою очередь может вызвать деформацию днищ резервуаров с нефтепродуктом и последующее заражение окружающей среды.

В дренажных траншеях закладывают колодцы-накопители диаметром около 1 м, при этом дренажные траншеи прокладывают на расстоянии не более 10 м от водопонизительных скважин. В дренажные траншеи укладывают фильтры с дресвяно-щебенистой обсыпкой с уклоном к колодцам-накопителям. На дресвяно-щебе- нистую обсыпку укладывают слой бензостойкой изоляции и сверху на него слой глины мощностью 0,5 м с целью уменьшения испарения. Колодцы накопители также оборудуют фильтраты с дресвяно-щебенистой обсыпкой. От подошвы глиняного экрана и выше земли на 2 с устанавливают глухие трубы диаметром не менее 1,0 м для предотвращения самоизлива нефтепродуктов при остановке откачки из дренажных скважин. Около устьев колодцев-накопителей насыпают курган из слабоводопроницаемого грунта, а сверху тонкий слой дресвяно-щебенистой обсыпки.

Глиняный противофильтрационный экран с зубом (барражом) предназначен для улавливания взвешенных нефтепродуктов, фильтрующихся с потоком подземных вод в периоды временного вынужденного прекращения отбора этих несмешивающихся жидкостей. Кроме того, этот экран препятствует испарению легких углеводородов, что способствует сохранению качества смеси нефтепродуктов. Дренажные скважины оборудованы фильтром длиной 0,5-1,0 м выше уровня подземных вод для исключения самоизлива нефтепродукта на поверхность земли.

При начале очистки начинают откачку с глубины подземного водоносного горизонта воды. При этом режим обкачки рассчитывают так, чтобы при откачке на поверхности воды образовалась воронка депрессии. При осуществлении водозабора происходит подтягивание нефтепродуктов к водопонизительной скважине и накопление из в воронке депрессии при откачке на поверхности воды образовалась воронка депрессии. При осуществлении водозабора происходит подтягивание нефтепродуктов к водопонизительной скважине и накопление их в воронке депрессии. При этом формируется линза из нефтепродуктов. Откачку воды производят эрлифтом.

По мере заполнения воронки депрессии осуществляется перепуск нефтепродуктов в дренажные траншеи и заполнение колодцев-накопителей. После их заполнения начинают откачку нефтепродуктов из колодцев-накопителей на поверхность. Откачку ведут без остановок с небольшим дебитом, чем исключаются гидроудары и отжим линзы нефтепродуктов вниз по потоку подземных вод в породы с большей гравитационной емкостью.

Если ниже по потоку от дренажных скважин нет глиняного экрана-барража, то "техническое" месторождение нефтепродуктов из смеси бензина и дизельного топлива, мощностью 5-10 м, сформированное в центре воронки депрессии на поверхности подземных вод при остановке откачки может "исчезнуть", т.е. снова растечься тонким слоем 0,1-0,4 м.

Как показывает опыт, в отвале водопонизительных скважин при откачках появляется небольшой слой нефтепродуктов из-за турбулентного режима фильтрации в прискважинной зоне и вследствие флотационного эффекта в водо-нефтяной эмульсии. При остановке откачки происходит восстановление уровня подземных вод до начального, что вызывает выдавливание нефтепродукта и самоизлив его на поверхность. Для предотвращения этого предусмотрена установка фильтра над уровнем подземных вод.

Откачку нефтепродуктов производят насосами в взрывобезопасном исполнении, расположенными на поверхности в зоне расположения колодца-накопителя или траншей. Откачанную смесь из нефтепродуктов отстаивают с целью отделения от нее воды, содержание которой может составлять до 10% Откачиваемую из скважин воду подвергают очистке от взвешенных и растворенных нефтепродуктов путем отстаивания в резервуарах нефтеловушках, обработки на флотационных устройствах и фильтрования через сорбенты. Экономически предпочтительно осуществлять доочистку воды от растворенных нефтепродуктов сорбцией на природных минеральных сорбентах, из которых наиболее эффективны диатомиты и апоки.

П р и м е р. Нефтебаза расположена в пределах гранитного массива на Среднем Урале. С трех сторон горы, с четвертой стороны болото, дренируемое р. Арамилка. Мощность коры выветривания от 0 до 10 м и более в зоне тектонического разлома. Водопроводимость фоновая менее 10 м²/сут, в линейной водоносной зоне вдоль тектоноческого разлома до 100 м²/сут. Вдоль водоносной зоны простирается тальвег лога, переходящего в болото. ГН была заложена в водоносной линейной зоне на таком удалении от резервуаров с нефтепродуктами, чтобы воронка депрессии не доходила до них, в месте перехода ("устье") лога в болото. Откачку воды вели эрлифтом, нефтепродуктов центробежными насосами во взрывобезопасном исполнении. За период работы было откачано в общей сложности 250 м³.

Загрязнение нефтепродуктами было распространено на площади 2 км². Средняя толщина слоя нефтепродуктов 0,3 м. После откачки толщина слоя нефтепродуктов уменьшилась до 200 м². Практически был защищен инфильтрационный водозабор подземных вод для хозпитьевого водоснабжения г. Арамиль.

Принципиальным отличием предложенного технического решения является способ откачки нефтепродуктов и воды при создании депрессии, наличие и конструкция дренажных скважин и глиняного экрана барража потока подземных вод, которые повышают пожаробезопасность, уменьшают возможность отравления обслуживающего персонала парами токсичных углеводородов и практически исключают возможность утечек взвешенных нефтепродуктов за пределы ловушки.

Натурными испытаниями доказана наибольшая эффективность использования изобретения при неглубоком залегании уровня подземных вод (1,5-2,5 м) в коре выветривания ряда гранитных массивов Урала, которое позволило с одной стороны собрать десятки тонн ценного нефтепродукта, а с другой защитить водозабор питьевых подземных вод от технического загрязнения нефтепродуктами.