Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské Technické univerzity Ostrava monografie 15, rok 2005, ročník LI, řada hornicko-geologická Zdzisław HERMAN *, Janusz PUDŁO ** 3WP2-3.1 PROBLEMY LIKWIDACJI I REKONSTRUKCJI ODWIERTÓW NA ZŁOŻACH SCZERPANYCH PRZEDGÓRZA KARPAT Streszczenie: Artykuł przedstawia opracowane techniki likwidacji odwiertów usytuowanych na sczerpanych złożach gazu ziemnego znajdujących się na obszarze przedgórza Karpat. Summary: The paper presents technology of removing the surface equipment of abandonment gas wells on the Carpathian Foreland. Wprowadzenie Celem likwidacji odwiertów jest wyeliminowanie wpływu wyrobiska górniczego na warunki powierzchniowe. Potrzeba likwidacji odwiertów na obszarze południowej Polski wymaga specyficznego podejścia do zagadnienia tak ze względu na społeczność lokalną, jak też otaczające środowisko. W wielu przypadkach wiąże się to z koniecznością uprzedniej rekonstrukcji odwiertu, w celu uzyskania poprawnej wtórnej likwidacji (relikwidacji). Konieczność przekazania terenu dla prawowitego właściciela po zakończeniu eksploatacji wymaga demontażu uzbrojenia napowierzchniowego w likwidowanych odwiertach oraz wycinanie podpowierzchniowych części rur okładzinowych jest poważnym problemem, który wymaga specjalnego podejścia do zagadnienia. Prace te powinny odbywać zgodnie z ujednoliconą metodyką postępowania przy uwzględnieniu kryteriów kwalifikacyjnych i warunków, jakim muszą odpowiadać likwidowane odwierty. Likwidacja odwiertu powinna być wykonana w sposób zapewniający: szczelną izolację przewierconych poziomów wodonośnych, roponośnych i gazonośnych, właściwą ochronę środowiska. Likwidację odwiertu przeprowadza się z użyciem materiałów, które są dostosowywane do istniejących warunków geologicznych, złożowych i technicznych. W razie stwierdzenia szkodliwego dla środowiska naturalnego naruszenia stosunków wodnych, ropnych i gazowych lub też stwierdzenia możliwości wystąpienia takiego niebezpieczeństwa, powinna być przeprowadzona rekonstrukcja odwiertu, zanim zostanie on powtórnie zlikwidowany. * Instytut Nafty i Gazu, Kraków, Poland ** Zakład Robót Górniczych, Krosno, Poland 101
Likwidacja napowierzchniowej części odwiertów musi być wcześniej poprzedzona: analizą typowych uzbrojeń wylotów odwiertów ze względu na techniki usuwania wyposażenia napowierzchniowego; przyporządkowaniu do określonej grupy kryterium decydującego o demontażu uzbrojenia napowierzchniowego i wycięciu przypowierzchniowej części rur okładzinowych (do 5 m); wykonaniem projektu likwidacji odwiertu na podstawie dokładnej analizy warunków geologiczno technicznych odwiertu. Prace likwidacyjne odwiertów na obszarze przedgórza Karpat Prace związane z likwidacją odwiertu są ostatnim etapem jego historii i wiążą się z usunięciem napowierzchniowej części zagłowiczenia odwiertu do głębokości około 2,5 m oraz rekultywacją terenu. Nie mniej jednak, na każdym terenie mogą zachodzić nieprzewidziane zjawiska tak w odwiercie, jak i jego otoczeniu w nieprzewidywalnym okresie czasu. W związku z tym, uważa się za konieczny montaż na obciętej eksploatacyjnej lub technicznej kolumnie rur kryzy bazowej w celu ewentualnego dowiązania się do odwiertu w przypadkach awaryjnych. Głównym wykonawcą likwidacji odwiertów na obszarze przedgórza Karpat jest Zakład Robót Górniczych w Krośnie. W okresie lat 1991-2000 wykonał on likwidację około 800 odwiertów(rys.1). Od roku 2000 prowadzi planowe likwidacje odwiertów, głównie na złożach przeznaczonych do całkowitej likwidacji. Likwidacje odwiertów w O/ZRG w Krośnie od 1991 roku 120 110 100 Ilość zlikwidowanych odwiertów 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Rok 102
Na podstawie analizy technicznej oraz wykonanych wizji lokalnych ustalono, że przy typowaniu odwiertów do likwidacji stosowana będzie następująca kolejność: 1. odwierty, które znajdują się na złożach przeznaczonych do całkowitej likwidacji, 2. odwierty wyeksploatowane i zastawione, oddalone od centralnego punktu kopalni o utrudnionej kontroli, stanowią dla środowiska zagrożenie związane z: możliwością niekontrolowanego wypływu węglowodorów, wystąpieniem zagrożenia pożarowego i wybuchowego. 3. odwierty o bardzo małej wydajności. Problemy likwidacji odwiertów Problemy występujące przy wykonywaniu likwidacji odwiertów można podzielić na trzy podstawowe grupy, mianowicie: trudne warunki terenowe; ekshalacje gazu wokół odwiertów zlikwidowanych; nieskuteczna likwidacja odwiertów. Trudne warunki terenowe. Powierzchnie obszarów górniczych na obszarze przedgórza Karpat i Karpat posiadają charakter bardzo zróżnicowany. Występują duże różnice wniesień do chodzące do 200m. Część terenów jest użytkowana rolniczo, a pozostała w znacznej części zalesiona. Na większości obszarów górniczych znajdują się zabudowania wiejskie, a w niektórych przypadkach również miejskie. Takie warunki terenowe stwarzają problemy, gdy w celu rekonstrukcji i likwidacji odwiertu konieczny jest wjazd urządzenia o większym udźwigu niż zamontowane na stałe i stosowane do prac obróbczych urządzenie dźwigowe. Jedynie w takich przypadkach, gdy nie ma możliwości wjazdu, odstępuje się od wycinania rur i wypełnia przestrzenie międzyrurowe specjalnymi zaczynami. Jest to skomplikowana czynność, gdyż istnieje ograniczony dostęp do przestrzeni międzyrurowych i w wielu przypadkach są one wypełnione solanką. Należy podkreślić, że największą gwarancję skutecznej likwidacji daje wycięcie rur okładzinowych i wykonywanie korków w obrębie tych wycięć. Ekshalacje gazu wokół odwiertów zlikwidowanych. Ekshalacje gazu wokół odwiertów ropnych i gazowych są bardzo częstym zjawiskiem na obszarze przedgórza Karpat i Karpat (rejon południowo wschodniej Polski). Przyczyną tych zjawisk jest skomplikowana budowa geologiczna i brak nieskuteczności cementowanie rur okładzinowych. Ekshalacje gazu, często obserwuje się w znacznej odległości od osi odwiertu (kilkadziesiąt metrów), przez co stwarzają duże zagrożenie dla życia i zdrowia ludzi oraz naruszają przepisy o ochronie środowiska. Problem ten nabiera szczególnej wagi przy zaprzestaniu eksploatacji odwiertów, likwidacji złoża i zejściu z obszaru górniczego. Przepisy Prawa Geologicznego i Górniczego nakładają na Przedsiębiorcę, posiadającego koncesję na eksploatację złóż, bezwzględny obowiązek usunięcia zagrożenia i szkód wyrządzonych działalnością górniczą oraz przywrócenia terenu do stanu z przed rozpoczęcia działalności górniczej (Prawo Geologiczne i Górnicze Art. 73 p.1, Art.80 p.1, Art. 93, Art. 94). W dotychczasowej działalności górniczej nie było skutecznej metody likwidacji ekshalacji pozarurowych gazu, a co się z tym wiąże usunięcia zagrożeń i ochrony środowiska naturalnego. Opracowana 103
przez pracowników naukowych Akademii Górniczo Hutniczej w Krakowie metoda likwidacji ekshalacji poprzez cementowanie iniekcyjne otworami dała możliwość takiego uszczelnienia górotworu, które zapobiega ekshalacji gazu na powierzchnię.. Na podstawie obserwacji terenowych można stwierdzić, że metoda likwidacji ekshalacji jest skuteczna. W celu potwierdzenia skuteczności likwidacji ekshalacji wykonano badania geochemiczne z wynikiem pozytywnym. W ostatnim czasie opracowano wspólnie z pracownikami Instytutu Nafty i Gazu metodykę likwidacji odwiertów i usuwania uzbrojenia napowierzchniowego, która została z powodzeniem wdrożona na wielu likwidowanych odwiertach. Nieskuteczna likwidacja odwiertów. Na obszarach górniczych południowo wschodniej Polski eksploatację płynów złożowych prowadzono od końca XIX wieku. W obecnym czasie wokół niektórych odwiertów obserwuje się wycieki substancji ropopochodnych, z czego można wnioskować, iż zostały one zlikwidowane nieskutecznie bądź zostały zastawione bez likwidacji. Przykładowo, dla wielu starych odwiertów, takich jak: Alma 33, Pollon 8, Łęki 6 i innych pozostała dokumentacja w postaci Projektów geologicznych likwidacji, z której można tylko częściowo odtworzyć ich stany techniczne. Nie ma natomiast protokołów stwierdzających wykonanie prac likwidacyjnych. Biorąc pod uwagę aktualnie stwierdzone nieszczelności w tych odwiertach, można przypuszczać, że nie zostały one zlikwidowane lub likwidacja była nieskuteczna, a zatem wymagana jest ich relikwidacja. Ciecze wypełniające i mieszaniny uszczelniające do likwidowanych otworów Płuczki bentonitowe i pasty bentonitowe. Ciecze te służą do wypełniania odcinków odwiertu między korkami cementowymi w celu równoważenia ciśnień hydrostatycznych i złożowych. Ponadto powinny one również spełniać funkcje uszczelniające w przypadku rozczelnienia się rur okładzinowych. W związku z tym ciecze te winny charakteryzować: - bardzo wysokimi parametrami tiksotropowymi, - brakiem rozwarstwiania się na frakcje wodną i fazą stałą, - brakiem toksyczności, - brakiem korozyjnego oddziaływania na rury okładzinowe, - nie powinny powodować rozwoju flory bakteryjnej, a zatem w swoim składzie nie mogą zawierać pożywki dla rozwoju tej flory, - odpornością na procesy starzenia w warunkach temperatur panujących w odwiertach, - możliwością wywierania represje na strefy skał zbiornikowych. Mieszaniny uszczelniające. Warunkiem prawidłowej likwidacji odwiertu jest uszczelnienie stref chłonnych w jego nieorurowanym odcinku. W tym celu należy przed wykonaniem korków cementowych udrożnić odwiert w strefie chłonnej i doprowadzić do stabilizacji równowagi hydrostatycznej poziomu płuczki. Często likwidowane odwierty udostępniają strefy chłonne o znacznie obniżonych ciśnieniach w porównaniu z ciśnieniem hydrostatycznym cieczy (płuczka, solanka) w odwiercie. Wykonanie w takiej sytuacji korka cementowego w strefie chłonnej będzie nieskuteczne, bowiem zaczyn cementowy wniknie w tę strefę, wymiesza się z wodą złożową, co w efekcie prowadzi najczęściej do braku uszczelnienia. Likwidowanie stref chłonnych można wykonywać poprzez dodatek materiałów uszczelniających do: - zaczynu cementowego,, - płuczki wiertniczej, 104
- płuczki wiertniczej i zaczynu cementowego. W celu likwidacji chłonności stref złożowych dokonano opracowania receptur skutecznej mieszaniny uszczelniającej dodawanej do płuczki bentonitowej. W technologii likwidacji odwiertów stosuje się również pasty bentonitowe. Są to zagęszczone suspensje bentonitu w wodzie bez dodatku aktywatorów. Ocena ryzyka wykonywanych prac z uwzględnieniem lokalizacji odwiertu w terenie Z uwagi na płytko zalegające poziomy gazonośne w południowej Polsce występuje duże prawdopodobieństwo migracji gazu w przestrzeniach międzyrurowych. W przypadku stwierdzenia stałych wypływów gazu ziemnego należy przystąpić do rekonstrukcji odwiertu, mającej na celu zlikwidowanie stałych wypływów gazu. Podczas sprawdzania przestrzeni międzyrurowych, szczególnie w odwiertach zlokalizowanych blisko osiedli ludzkich, należy prowadzić monitoring obecności gazów wybuchowych i toksycznych. Podsumowanie 1. Ze względu na złożone warunki geologiczno-techniczne likwidowanych odwiertów w projektach likwidacji winien być przygotowany wariantowy program prac, uwzględniający wszelkie możliwe do wystąpienia trudności, a przede wszystkim: trudne warunki terenowe; ekshalacje gazu wokół odwiertów zlikwidowanych; nieskuteczne wcześniejsze likwidacje odwiertów. 2. Do prac likwidacyjnych winny być stosowane specjalne ciecze wypełniające i mieszaniny uszczelniające, zapewniające długoterminową skuteczność ich oddziaływania. 3. Prace związane z demontażem uzbrojenia napowierzchniowego i wycięciem rur okładzinowych powinny być poprzedzone klasyfikacją odwiertów przeznaczonych do likwidacji, a następnie ich skuteczną likwidacją. Recenzent: doc. Ing. Dalibor Kalus, CSc., IGI HGF VŠB-TU Ostrava. 105