Локализация ЧС на буровой скважине и ликвидация их последствий

7 – каталитический  фильтр-нейтрализатор; 8 – ёмкость жидкостного нейтрализатора; 9 – ротор; 10 – коллектор выхлопных газов; 11 – устьевое оборудование; А – очищенный буровой раствор; В – загрязнённый буровой раствор; С – выхлопные газы.

Рисунок 1 – Функциональная схема буровой установки

 

2 Технологические особенности объекта

 

 

         Современное бурение допускает проводку скважин самого различного назначения, диаметра, конфигурации ствола и его ориентировки: бурение скважин, ствол которых ориентирован в пространстве, строительство скважин на суше и на море, причем при глубине воды в сотни метров. Получило развитие кустовое бурение.

Под кустовым бурением понимается способ, при котором устья скважин группируются на общей площадке, а конечные забои находятся в точках, соответствующих проектам разработки пласта, месторождения.

При кустовом бурении скважин значительно сокращаются строительно-монтажные работы в бурении, уменьшается объем строительства дорог, линий электропередачи, водопроводов и т.п. Наибольший эффект от кустового бурения обеспечивается при бурении в условиях моря, в болотистых местностях. В настоящее время с куста бурят 8-24 скважины и более.

Основными подготовительными работами является подготовка площадки к строительству наземных сооружений и прокладка коммуникаций. На заболоченной или затопляемой территории технически возможны следующие методы их освоения: строительство дамб, огораживающих площадку; сооружение искусственных островов; при высоком уровне вод – сооружение эстакад.

Применяются различные виды и типы кустований в зависимости от природных условий.

Кусты делят на локальные, т.е. не связанные постоянными дорогами с базой; кусты, расположенные вдоль транспортных магистралей и кусты, находящиеся в центре транспортной магистрали. В первом случае скважины направляют веером во все стороны. В случае расположения кустов вдоль транспортной магистрали (Азербайджан – море, Западная Сибирь) число скважин в кусте уменьшается по сравнению с числом скважин в локальном кусте.

Схем расположения устьев скважины используется много в зависимости от геолого-климатических условий, техники и рельефа.

Одна из основных особенностей проводки скважин кустами – необходимость соблюдения условия непересечения стволов скважин, т.к. при пересечении соседних стволов опасны верхние вертикальные участки.

Важное значение имеет установление минимальной разности вертикальных глубин точек забуривания стволов скважин в кусте. Минимальная разность между соседними стволами должна быть 50 м.

Кустовое бурение широко распространено в зарубежной и отечественной практике бурения.

Недостатки: вынужденная консервация уже пробуренных скважин до окончания некоторой скважины данного куста в целях противопожарной безопасности, что замедляет темпы разработки залежи; увеличение опасности пересечения стволов скважин; трудности в проведении капитального и подземного ремонта скважин, а также в ликвидации грифонов в условиях морского бурения и др.

 

3 Факторы, способствующие возникновению аварии при бурении скважин

 

 

Все факторы и причины, влияющие на возникновение аварий при бурении скважин, можно разделить на три основные группы: технические, технологические и организационные.

Технические причины аварии: низкое качество исходного материала (механическая прочность, твёрдость, морозостойкость, коррозиестойкость, упругость), из которого изготовлены буровые установки, технологический, вспомогательный и специальный инструмент, технические средства для гидрогеологических и геофизических исследований в скважинах и другие устройства или их отдельные агрегаты, узлы, детали; применение недопустимо изношенных технологических средств со скрытыми конструктивными недостатками или изготовленных с нарушением ГОСТа, ОСТа, ТУ; усталость металла, возникающая в процессе эксплуатации под действием различных нагрузок, меняющихся по значению и направлению; низкие эргономические показатели технических средств, особенно при оптимальном распределении функций между человеком и машиной.

Технологические причины аварии: неправильный выбор и нарушение рациональных параметров режима бурения (осевая нагрузка, частота вращения, расход промывочной жидкости) и параметров процесса бурения, включая механическую скорость, крутящий момент, усилие на подъём инструмента, давление промывочной жидкости; несоблюдение рациональной последовательности правил крепления скважины; неправильный выбор типа промывочного агента, применение которого не обеспечивает выполнение гидродинамических, гидростатических и других функций, включая функции коркообразования; необоснованный выбор рецептур промывочных жидкостей, тампонажных смесей и цементных растворов; использование материалов и реагентов для приготовления промывочной жидкости низкого качества; недоучёт геологических и гидрогеологических условий, степени минерализации подземных вод, характера излива жидкости из скважины; неудовлетворительная подготовка скважины к гидрогеологическим и геофизическим исследованиям; необеспечение однородности раствора по всему стволу скважины.

Организационные причины аварий: низкая трудовая дисциплина и квалификация бригады буровых установок и буровых мастеров, выражающиеся в невыполнении своих обязанностей; нерегулярное проведение планово-предупредительного ремонта; невыполнение профилактических мероприятий по предупреждению аварий, простоев и длительных остановок буровых агрегатов; несовершенство диспетчерской службы, отсутствие радиотелефонной связи с объектами, расположенными на отдалённых участках; неудовлетворительное материально-техническое обеспечение; несоответствие режима сменности вахт естественному биологическому ритму жизнедеятельности человека.

Геологические причины аварий: нарушение целостности стенок скважин; обстоятельства, не зависящие от исполнителей трудового процесса.

Кроме прямых причин, непосредственно вызывающих возникновение аварий, существуют косвенные факторы, уменьшающие или увеличивающие вероятность их появления. К ним относятся: способ бурения; глубина и конструкция скважин; оснащение буровых установок контрольно-измерительными и регистрирующими приборами; степень автоматизации и механизации спускоподъёмных операций; скорость бурения скважин; тип породоразрушающего инструмента, бурильных и обсадных труб и элементов их соединений; компоновка низа бурильной колонны; интенсивность пространственного изменении оси скважины. Эти факторы в отдельных случаях превращаются в непосредственные причины аварий и снижают технико-экономические показатели буровых работ.

Газопроявления и открытые фонтаны относят к числу наиболее тяжёлых аварий в газовой промышленности, так как часто приводят к значительным размерам ущерба и затратам на ликвидацию их последствий.

В случае вскрытия продуктивных горизонтов с аномально высоким пластовым давлением иногда происходит образование вторичных скоплений газа в водоносных горизонтах вследствие его перетоков при бурении. В результате этого могут образовываться так называемые техногенные залежи, опасные для окружающей среды.

К тяжёлым последствиям приводят открытые фонтаны на месторождениях, содержащих сероводородный газ. Существенно осложняют последствия аварии нахождение скважин вблизи источников питьевой воды, населённых пунктов, на шельфах морей.

Особенно опасны фонтаны, сопровождающиеся грифонообразованием. Появление грифонов- проникновений газа по трещинам в породе или аварийным скважинам существенно осложняет ликвидацию последствий аварии. В некоторых случаях выброс блуждающих газовых скоплений наблюдается на значительных расстояниях от места аварии.

Особую опасность добыча газа представляет для северных природных сообществ, таких как тундра, лесотундра, тайга северо-востока РФ. Именно там сосредоточены основные запасы углеводородного сырья, и эти районы являются важнейшими по добыче нефти и газа. Для северных территорий характерны следующие особенности: вечная мерзлота, высокая обводненность территории и густая сеть ручьёв и рек, изрезанность рельефа, короткий вегетационный период и низкий самовосстановительный потенциал экосистем. В целом по РФ более 60% объёма буровых работ приходиться на северные районы.

При аварийных фонтанных выбросах имеют место крупные разрушения, воздействия температуры и воздушного давления на оборудование, здания и сооружения. Потери значительных материальных ресурсов, включая машины и оборудование, происходят также при ликвидации фонтанов и газопроявлений.

Ущерб увеличивается при наличии вблизи места возникновения аварий населённых пунктов или производственных сооружений. Выброс фонтаном остатков бурильного оборудования может происходить на значительное расстояние от места аварий.

 

 

4 Определение последовательности и вероятности наступления событий, приводящих к неблагоприятным последствиям

 

 

4.1 Анализ причин снижения фонтанной опасности процесса бурения и освоения скважин вследствие выхода из строя герметизирующих элементов противовыбросового оборудования

 

Постоянно усложняющиеся условия разведочного и эксплуатационного бурения на нефть и газ, вскрытие продуктивных высокодебитных горизонтов с аномально высокими пластовыми давлениями, необходимость решения в кратчайшие сроки сложных технических и организационных задач в случае возникновения открытого фонтана требуют от работников буровых, газонефтедобывающих предприятий и военизированных служб по предупреждению возникновения и по ликвидации открытых фонтанов систематического повышения квалификации, совершенствования профессиональных навыков на основе изучения современных видов техники и новейшей технологии.

Анализ промысловых данных показывает, что в подавляющем большинстве случаев к открытому фонтанированию приводят нарушения технологии бурения, низкое качество герметизирующих элементов противовыбросового оборудования и его монтажа.

Согласно статистическим данным, открытые фонтаны в большинстве случаев возникают при наличии ряда отрицательных факторов:

- несоответствие  геологическим условиям конструкций  скважин и противовыбросового  оборудования, выбранных без учёта  глубин залегания и пластовых  давлений вскрываемых горизонтов;

- отсутствие  должностного контроля за противовыбросовым  оборудованием на устье скважины, а также несоответствие его  технических характеристик условиям  бурения;

- оснащение  устья скважины оборудованием, не  обеспечивающим своевременную герметизацию  при проявлениях;

- неправильная  эксплуатация противовыбросового  оборудования;

- неправильная  компоновка бурильного инструмента;

- слабая  работа профилактической службы  по предупреждению возникновения  газонефтеводопроявлений в части  профессиональной подготовки персонала  буровых бригад и, как следствие, отсутствие у него необходимых  навыков.

Практика предупреждения газонефтеводопроявлений и работ по ликвидации открытых газовых и нефтяных фонтанов позволила сформулировать основные функции противовыбросового оборудования:

- надёжная  герметизация устья при наличии  или отсутствии бурильного инструмента  в скважине;

- расхаживание  бурильных труб по гладкой  части в пределах замкового  соединения (плашечный превентор), протаскивание  бурильных замков (кольцевой или  универсальный превентор), вращение  бурильной колонны (вращающийся  превентор) при герметизированном  устье скважины;

- восстановление  циркуляции бурового раствора  с возможным противодавлением  на пласт;

- быстрое  снижение давления в скважине;

- закачка  бурового раствора в скважину  методом обратной циркуляции (через  затрубное пространство);

- подвеска  бурильного инструмента на трубные  плашки (плашечный превентор) и удержание  ими колонны от выброса из  скважины под действием рабочего  давления (давления в скважине).

Несмотря на постоянное совершенствование технологии бурения и

конструкций противовыбросового оборудования, открытые проявления и нефтегазовые фонтаны –довольно частое явление. Как в странах СНГ, так и в дальнем зарубежье они наносят колоссальный ущерб экономике стран и окружающей среде. В этой связи необходимость предупреждения выхода из строя противовыбросового оборудования, прогнозирование его технического состояния для осуществления безаварийного бурения с использованием оценочных методов его работоспособности и долговечности не вызывают сомнений. Основными задачами указанных методов являются:

- контроль  технического состояния установленного  на устье скважины противовыбросового  оборудования с целью выявить  соответствие типа данного оборудования  требованиям технической документации  и определить его реальную  работоспособность на текущий  момент времени;

- определение  причин неисправностей и отказов  ПВО с рекомендацией методов  и средств восстановления работоспособности  используемого противовыбросового  оборудования;

- прогнозная  оценка технического состояния  установленного противовыбросового  оборудования на предстоящий  период бурения или достоверное  определение интервала времени (остаточного ресурса), в течение которого сохраняется его работоспособность.

 

4.2 Определение вероятности и построение «дерева событий»

 

Для расчета вероятности возникновения аварии воспользуемся экспоненциальным законом распределения:

                                                                                 (1)