Способ определения присутствия и/или количества H2S в подповерхностном слое и установка для его осуществления

(51) 21 49/00 (2006.01) 01 1/22 (2006.01) 01 33/00 (2006.01) 01 33/24 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ включает следующие эксплуатационные стадии а) бурение слоев подповерхности и извлечение обломков выбуренной породы указанных слоев ) дегазацию обломков выбуренной породы,поступающих со стадии а), с отделением газообразной фазы от указанных обломков выбуренной породы с) определение возможного присутствия и/или количества 2 в газообразной фазе, поступающей со стадии ), при помощи подходящих средств обнаружения присутствия и/или количества 2. Изобретение также относится к способу определения профиля распределения 2 в подповерхности вдоль ствола пробуренной скважины, устанавливающему количество 2 в обломках выбуренной породы, по меньшей мере,двух слоев, при этом указанные слои расположены на разной глубине от поверхности, указанное определение осуществляют выполнением ранее описанных эксплуатационных стадий а) - с) и стадии ), в котором стадии а) - с) повторяют один или более раз при дальнейшем бурении слоев подповерхности. Настоящее изобретение также относится к установке для осуществления вышеупомянутого способа.(74) Тагбергенова Модангуль Маруповна Тагбергенова Алма Таишевна Касабекова Найля Ертисовна(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИСУТСТВИЯ И/ИЛИ КОЛИЧЕСТВА 2 В ПОДПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Настоящее изобретение относится к способу определения присутствия и/или количества 2 в обломках выбуренной породы из подповерхностного слоя во время бурения углеводородных или водозаборных скважин. Способ Настоящее изобретение относится к способу определения, в частности в месторождениях во время бурения углеводородных или водозаборных скважин, присутствия и/или количества 2 в обломках выбуренной породы из подповерхностного слоя, и к соответствующему оборудованию. В частности настоящее изобретение относится к определению присутствия и/или количества 2 в подповерхности,на различных глубинах относительно поверхности, и к установке для осуществления указанного процесса. Настоящее изобретение относится к технической области исследования и эксплуатации подповерхностных ресурсов,в частности углеводородных ресурсов. В этой области, исследование подповерхности посредством бурения скважин и последующего анализа бурового раствора, выходящего на поверхность, является обычной практикой. Буровой раствор получают из смазочных и охлаждающих жидкостей, используемых в процессе бурения. Эти жидкости предназначаются главным образом для смазки и охлаждения оборудования в забое буровой скважины, а также для перемещения на поверхность фрагментов почвы и обломков(обломков выбуренной породы), производимых бурильной установкой. Обломки выбуренной породы, будучи смешанными с буровыми жидкостями, достигают поверхности, образуя буровой раствор. В процессе разведки месторождений нефти производятся геологические исследования (каротаж) бурового раствора в скважине, в основном состоящие из микроскопического анализа обломков выбуренной породы и химического анализа(главным образом хроматографического типа) газов,содержащихся в скважине или выходящих на поверхность. Результаты исследований обеспечивают полезную информацию о природе пробуренных пород и о характеристиках возможных нефтяных ресурсов, находящихся в подповерхности. Подповерхностные газы имеют углеводородную и неуглеводородную природу. Среди газов неуглеводородной природы особенно важен сероводород (2) из-за его потенциальной токсичности для людей. Если присутствие 2 в подповерхности прогнозируется или обнаруживается,к буровым жидкостям и соответствующему буровому раствору в процессе бурения скважин добавляют добавки (поглотители),которые, взаимодействуя с газообразным 2 с образованием твердых или растворимых сульфидов,нейтрализуют вредное действие сероводорода. В месте нахождения буровой установки особенно важно определить присутствие 2 в подповерхности с возможно высокой точностью и скоростью для гарантирования максимально безопасных условий работы для обслуживающего персонала. и его Определение количества 2 распределение в подповерхности имеет также огромное значение для определения геологической 2 характеристики исследуемой области, поскольку оно может предоставить информацию, полезную для эксплуатации возможно имеющихся нефтяных ресурсов. В настоящее время при использовании методик и приборов, доступных в данной области, в процессе бурения скважины невозможно получить достаточно точную информацию, касающуюся распределения и концентрации 2 в подповерхности. Обычно на практике для обеспечения безопасности эксплуатации скважины обнаружение присутствия 2 в воздухе зоны, окружающей место, где будет пробурена скважина, осуществляют при помощи датчиков, предназначенных для обнаружения сероводорода. Об обнаружении 2 датчиками персонал участка буровой установки обычно оповещается посредством звуковых и прерывистых световых сигналов тревоги. Этот путь установления наличия сероводорода может оказаться недостаточным с точки зрения безопасности,поскольку он предупреждает персонал об опасности, которая уже неизбежна или непосредственно близка, и не может использоваться фактически для оценки количества 2,находящегося в подповерхности. В действительности, на обнаруженное в воздухе количество 2 сильно влияют реакции растворения и разложения,которые происходят в подповерхности между 2 в протонированной форме и буровым раствором. Газообразный 2 в подповерхности реагирует с буровым раствором, в целом имеющим основные значения , формируя ионы видов - и 2-, которые остаются растворенными или диспергированными в виде нерастворимых солей непосредственно в буровом растворе. Кроме того, фракция 2, которая остается в протонированной газообразной форме и поэтому могла бы быть обнаружена датчиками, как только она достигнет поверхности,далее восстанавливается под действием поглотителей,которые специально добавляют для нейтрализации 2. Поэтому содержание 2 в воздухе,окружающем устье скважины, значительно меньше количества газообразного 2,фактически находящегося в подповерхности. По вышеуказанным причинам традиционные исследования, которые могут быть выполнены на буровом растворе для характеристики подповерхности,не предоставляют точную информацию относительно количества присутствующего 2. Отсутствие способов измерения, позволяющих определять с необходимой и достаточной точностью количество присутствующего в подповерхности 2, делает чрезвычайно трудным исследование распределения этого газа во время бурения скважины. В настоящее время используются только системы прямого измерения в забое, которые способны определить количество газообразного 2 в подповерхности во время бурения при помощи специальных пробоотборников,называемых талевыми стальными троссовыми испытателями формаций, которые способны точно осуществлять выборку жидкости, захваченной выбуренными породами формации. Однако эти системы измерения требуют остановки стадии бурения и являются дорогостоящими из-за покупки и обслуживания оборудования для осуществления выборки и исследования образцов. Поэтому цель настоящего изобретения состоит в обеспечении способа определения присутствия и/или количества 2 в подповерхности, который преодолевает вышеупомянутые недостатки известных в настоящее время технологий. Эта и другие цели настоящего изобретения достигнуты посредством способа определения присутствия и/или количества 2 в обломках выбуренной породы слоев в подповерхности,включающего следующие эксплуатационные стадии) бурение слоя в подповерхности и сбор обломков выбуренной породы указанного слоя) дегазацию обломков выбуренной породы,поступающих со стадии а), с отделением газообразной фазы от указанных обломков выбуренной породы) определение возможного присутствия и/или количества 2 в газообразной фазе, поступающей со стадии ), при помощи подходящих средств обнаружения. Поэтому следующий предмет настоящего изобретения относится к способу определения профиля распределения 2 в подповерхности,вдоль пути (ствола) скважины, включающему определение количества 2 в обломках выбуренной породы, по меньшей мере, двух слоев в подповерхности, указанные слои расположены на разной глубине от поверхности и указанное определение осуществляют посредством следующих эксплуатационных стадий) бурения первого слоя в подповерхности и сбор обломков выбуренной породы указанного слоя) дегазации обломков выбуренной породы,поступающих со стадии а), с отделением газообразной фазы от указанных обломков выбуренной породы) определения количества 2 в газообразной фазе, поступающей со стадии ), при помощи подходящих средств обнаружения) повторения стадий а) - с) на обломках выбуренной породы одной или более дальнейших подповерхностей, предпочтительно собранных через равные интервалы. Способ согласно настоящему изобретению включает первую стадию бурения (стадия а подповерхностного слоя области, интересной для геологического исследования. Эта стадия выполняется при помощи средств бурение, обычно применяемых в данной области. В процессе бурения слоя в подповерхности производятся обломки выбуренной породы, которые выносятся на поверхность буровым раствором. Обломки выбуренной породы, в основном состоящие из разрушаемой породы, содержат различные количества газообразных веществ,присутствующих в пробуренном подповерхностном слое, которые были захвачены в форме мелких пузырьков порами породы. Газы, окклюдированные в обломках выбуренной породы, включая потенциально 2, могут быть извлечены и отделены от них, подверганием обломков выбуренной породы процессу дегазации (стадия ). Для дегазации обломков выбуренной породы может быть использовано любое устройство, которое приспособлено извлекать газы,захваченные обломками выбуренной породы, с формированием газообразной фазы, отделяемой от них. Для достижения эффективного отделения газов от обломков выбуренной породы, предпочтительно применяют способы дегазации, в которых используется эффект кавитации,вызванный применением областей энергии звуковых волн. Стадия ), например, применяется к обломкам выбуренной породы посредством звукового давления волн. Стадия ) предпочтительно осуществляется бомбардированием обломков выбуренной породы звуковым давлением волн,которые являются высокочастотным ультразвуком,т.е. имеют частоту от 2 МГц до 200 МГц. Таким образом, прикладывается энергия, достаточная для извлечения захваченных газовых пузырьков из пор обломков выбуренной породы и формирования газообразной фазы, отделяемой от обломков выбуренной породы, включая 2, возможно присутствующий в пробуренном подповерхностном слое. Согласно настоящему изобретению, стадия дегазации обломков выбуренной породы,отделенных от бурового раствора, может быть выполнена сразу после отделения обломков, без необходимости выполнения какой-либо другой предварительной обработки(например,промывания). Отделенную от обломков выбуренной породы газообразную фазу собирают в подходящей емкости и подвергают анализу для определения возможного присутствия 2 и/или измерения его концентрации,используя подходящие средства обнаружения(стадия с. В предпочтительном варианте настоящего изобретения присутствие 2 в отдельности определяется непосредственно на участке бурения,предпочтительно в лабораторной камере, с помощью специального датчика для этого газа(качественное определение). Альтернативно,качественное определение 2 может быть выполнено любым другим видом химического анализа, позволяющим обнаружить присутствие 2 в газообразной фазе(например,хроматографическим анализом). Соответственно, возможный положительный ответ датчика относительно присутствия 2 в газообразной фазе может также использоваться как сигнал для активизирования сигнального устройства, например, путем соответственного соединения датчика с электронным процессором,способным обрабатывать сигнал, переданный этим 3 датчиком и,следовательно,активизировать сигнальное устройство (например, звукового и/или вспыхивающего светового типа). Следовательно, средства обнаружения 2 в газообразной фазе могут быть связаны с сигнальным устройством (например, вспыхивающего светового и/или звукового типа), посредством электронного процессора, который, в случае положительного сигнала, переданного этим датчиком, активизирует сигнальное устройство. Во втором предпочтительном варианте способа качественное определение присутствия 2 в газообразной фазе, отделенной от обломков выбуренной породы, может быть замещено или совмещено с количественным определением его концентрации. С этой целью можно использовать детектор с высоким разрешением, способный также определять очень низкие концентрации 2(предел обнаружения количества сероводорода,выраженного в , частей на миллиард). Детекторы с высоким разрешением известны и доступны на рынке. Альтернативно, концентрация 2 может быть определена химическим анализом газообразной фазы (например, хроматографическим или массспектрометрическим анализом). Определение количества 2 в обломках выбуренной породы, которое может быть выполнено способом согласно настоящему изобретению, является достоверным измерением концентрации газообразного 2, фактически присутствующего в подповерхности на определенной глубине. В отличие от того, что имеет место в буровом растворе, где 2 растворяется с формованием ионов видов - и 2-, в обломках выбуренной породы вышеупомянутое равновесие диссоциации не происходит, и, следовательно, 2 присутствует исключительно в своей протонированной форме(газ). Кроме того, количество 2, присутствующего в обломках выбуренной породы в протонированной форме,не находится,за исключением незначительного,под влиянием действия поглотителей, используемых во время стадии бурение. Поэтому количество 2, которое может быть измерено способом согласно настоящему изобретению,показывает количество 2,фактически находящегося в слое подповерхности, из которого получены обломки выбуренной породы. Возможность определения присутствующего в подповерхностном слое количества сероводорода анализом 2, захваченного обломками выбуренной породы, может также быть полезно использована для получения информации относительно распределения 2 в подповерхности. Как указано выше, фактически, настоящее изобретение также относится к способу определения профиля распределения 2 в подповерхности вдоль ствола высверленной скважины, включающему определение количества 2 в обломках выбуренной породы по меньшей мере двух слоев в 4 подповерхности, указанные слои размещаются на разной глубине относительно поверхности и указанное определение выполняют посредством следующих эксплуатационных стадий а) бурения первого слоя в подповерхности и извлечения обломков выбуренной породы указанного слоя) дегазации обломков выбуренной породы,поступающих со стадии а), с отделением газообразной фазы от указанных обломков выбуренной породы) определения количества 2 в газообразной фазе, поступающей со стадии ), при помощи подходящих средств обнаружения) повторения стадий а) - с) на одном или более дальнейших пробуренных слоях подповерхности,обломки предпочтительно собирают через определенные интервалы по глубине проходки. Повторяя количественное определение 2 по обломкам выбуренной породы, получаемым из двух или более слоев подповерхности, расположенных на разных глубинах относительно поверхности,фактически можно коррелировать концентрацию 2 с глубиной подповерхностного слоя вдоль просверленной секции. Профиль распределения 2 в подповерхности предпочтительно устанавливают определением количества 2 по обломкам выбуренной породы,получаемым из разных подповерхностных слоев на регулярных друг от друга интервалах глубины,варьируемых от 1 до 10 метров, предпочтительно 3 метра. Следующим предметом настоящего изобретения является установка для осуществления способа согласно настоящему изобретению, включающая- емкость, подходящую для вмещения обломков выбуренной породы и оборудованную соответствующими средствами загрузки и разгрузки обломков- средства для дегазации обломков выбуренной породы, содержащихся в емкости- средства для сбора газообразной фазы,произведенной дегазацией обломков выбуренной породы, в специальной второй емкости средства для обнаружения и/или количественного определения количества 2,возможно присутствующего в газообразной фазе,указанную газообразную фазу получают при дегазации обломков выбуренной породы. Установка включает, по меньшей мере, одну емкость, подходящую для вмещения обломков выбуренной породы, извлекаемых во время бурение объекта подповерхностного слоя исследования. Емкость оборудована подходящими средствами загрузки и разгрузки обломков. Для осуществления дегазации обломков выбуренной породы, вышеупомянутая емкость оборудована подходящими средствами дегазации,пригодными для подвергания обломков звуковому давлению, адекватному для вызывания выхода газов, содержащихся в обломках вследствие кавитации. Средства дегазации, например, могут быть преобразователями, способными производить область акустической энергии, предпочтительно преобразователи способны производить высокочастотный ультразвук. Газообразная фаза, которая извлекается из обломков выбуренной породы, собирается в специальной емкости,способной содержать газообразные вещества без дисперсии. Емкость для газообразной фазы оборудована подходящими детекторами для определения возможного присутствия 2 в газообразной фазе. В предпочтительном варианте установки согласно настоящему изобретению средства обнаружения включают специальный датчик для 2 (качественное определение). Во втором предпочтительном варианте средства обнаружения включают систему анализа, способную определять количество присутствующего 2(количественное определение). Количественное определение 2 в газообразной фазе может быть выполнено, например, детектором с высоким разрешением, способным также измерять очень низкие концентрации 2 (предел обнаружения количеств сероводорода, выраженных в ). Настоящее изобретение имеет несколько преимуществ. Первое преимущество состоит в возможности заблаговременной идентификации присутствия 2 во время бурение подповерхности. Фактически,вышеупомянутый способ также позволяет обнаружить незначительные количества газообразного 2, захваченного обломками выбуренной породы, что в свою очередь позволяет усовершенствовать меры безопасности и рабочие полевые условия. Второе преимущество состоит в возможности проведения намного более точных количественных измерений присутствия 2 в подповерхности по отношению к данным, которые могут быть получены известными методиками. Все это позволяет получить важную информацию по геологической природе подповерхности и определить профиль распределения 2 в подповерхности, также предлагается инновационный подход для исследования подповерхности. Профили распределения 2 вглубь скважины предоставляют дополнительную информацию к традиционным стратиграфическим и петрофизическим профилям и способствуют улучшению результатов так называемых от скважины к скважине корреляций,то есть корреляции информации, которая может быть получена через бурение ряда скважин внутри одной геологической области исследования. В частности способ согласно настоящему изобретению позволяет непрерывное прямое измерение для получения полуколичественных профилей концентрации 2 по глубине подповерхности. Третье преимущество,предлагаемое количественное определение присутствия 2 даже только в виде следов в подповерхности, связано с возможностью характеристики эффективности верхних каменистых пород, на определенных уровнях глубины подповерхности. Покрывающая порода состоит из литологий,имеющих чрезвычайно низкую или нулевую проходимость (в основном сланец), который,действуя в качестве затвора, гарантирует улавливание углеводородов (летучих соединений) в нижележащих пористых и проницаемых слоях,таким образом формируя резервуар. Наконец,более высокая точность количественных определений 2 в подповерхности также позволяет использование поглотителей для оптимизирования обезвреживания в виде корректив бурового раствора, таким образом предотвращая проблемы коррозии буровых труб, связанные с использованием этих добавок. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ определения присутствия и/или количества 2 в обломках выбуренной породы слоя подповерхности, включающий следующие эксплуатационные стадии) бурение слоя подповерхности и извлечение обломков выбуренной породы указанного слоя) дегазацию обломков выбуренной породы,поступающих со стадии а), с отделением газообразной фазы от указанных обломков выбуренной породы, которую выполняют с помощью приемов, в которых используют эффект кавитации, создаваемой применением акустических энергетических полей) определение возможного присутствия и/или количества 2 в газообразной фазе, поступающей со стадии ), при помощи подходящих средств обнаружения. 2. Способ по п.1, в котором стадию ) выполняют подверганием обломков выбуренной породы давлению акустических волн. 3. Способ по п. 2, в котором акустические волны давления являются высокочастотными ультразвуками. 4. Способ по любому из п.п.1-3, в котором средства обнаружения включают специальный датчик 2 или датчик 2 с высоким разрешением. 5. Способ по любому из п.п.1-4, в котором определение стадии с) производят подверганием газообразной фазы химическому анализу, например хроматографическому анализу или массспектрометрии. 6. Способ определения профиля распределения 2 в подповерхности вдоль ствола пробуренной скважины, включающий определение количества 2 в обломках выбуренной породы, по меньшей мере, двух подповерхностных слоев, указанные слои размещены на разной глубине относительно поверхности и указанное определение выполняют через следующие эксплуатационные стадии а) бурение первого слоя в подповерхности и извлечение обломков выбуренной породы указанного слоя) дегазацию обломков выбуренной породы,поступающей со стадии а), с отделением 5 газообразной фазы от указанных обломков выбуренной породы, которую выполняют с помощью приемов, в которых используют эффект кавитации, создаваемой применением акустических энергетических полей) определение количества 2 в газообразной фазе, поступающей со стадии ), при помощи подходящих средств обнаружения) повторение стадий а) - с) на одном или более дальнейших подповерхностных пробуренных слоях,предпочтительно собранных в регулярных интервалах глубины. 7. Способ по п.6, в котором количественное определение 2 выполняют на обломках выбуренной породы, извлеченных из разных слоев подповерхности, и образцы собирают на регулярных интервалах глубины друг от друга, варьируя от 1 до 10 метров, предпочтительно 3 метра. 8. Способ по п.6, в котором стадию ) выполняют подверганием обломков выбуренной породы давлению акустических волн. 9. Способ по п.8, в котором акустические волны давления являются высокочастотным ультразвуком. 10. Способ по любому из п.п.6-9, в котором средства обнаружения включают специальный датчик 2 или датчик 2 с высоким разрешением. 11. Способ по любому из п.п.6-10, в котором определение стадии с) выполняют подверганием газообразной фазы химическому анализу, например хроматографическому анализу или массспектрометрии. 12. Способ по любому из п.п.1-11, в котором средства обнаружения 2 в газообразной фазе соединяют с сигнальным устройством (например,вспыхивающего и/или акустического типа),посредством электронного процессора, который, в случае положительного сигнала, переданного непосредственно на датчик,активизирует сигнальное устройство. 13. Установка для выполнения способа по любому из предыдущих пунктов, включающая- емкость, подходящую для вмещения обломков выбуренной породы и оборудованную соответствующими средствами загрузки и разгрузки обломков- средства для дегазации обломков выбуренной породы, содержащихся в емкости- средства для сбора газообразной фазы,произведенной дегазацией обломков выбуренной породы, в специальной второй емкости- средства для обнаружения и/или определения количества 2, возможно присутствующего в газообразной фазе, указанную газообразную фазу получают от дегазации обломков выбуренной породы. 14. Установка по п.13, в которой средства дегазации являются преобразователями,способными к производству областей акустической энергии. 15. Установка по п.13, в которой средства дегазации являются преобразователями,способными к производству высокочастотных ультразвуков.