Осложнения в процессе эксплуатации нефтегазовых систем

Случаи крупных аварий при обращении с углеводородами

Аварии и чрезвычайные ситуации на суше и на море возникают на всех этапах обращения с нефтью: на скважинах, на трубопроводах, на танкерах, на нефтеперерабатывающих заводах. Во время иракской агрессии 1991 г. в Кувейте горело около 800 скважин. Результатом явилась региональная экологическая катастрофа.

Горящая скважина - это вздымающийся на сотни метров в небо столб ядовитого дыма и огня. Общепринятой технологии тушения таких пожаров нет. Если огня много и приблизиться к скважине невозможно, бурится наклонная скважина, чтобы выйти на горящий ствол и попытаться его перекрыть. Меньший пожар можно блокировать смесью воды и пены и закрыть устье скважины стальным листом. На тушение горящей скважины требуется от нескольких дней до нескольких месяцев, но бывают и более сложные случаи.

Месторождения углеводородов на восточном побережье Северного Каспия отличаются большими запасами и сложными условиями их добычи: глубоким залеганием продуктивных горизонтов; аномально высоким пластовым давлением; содержанием в нефти и газе соединений серы, сероводорода, сульфидов, меркаптанов.

В самом начале освоения этой нефтегазоносной провинции весной 1962 г. возник открытый фонтан на скв. 2 на промысле Прорва. Вырвавшийся столб газа быстро воспламенился от искры, высекаемой ударами камешков по металлоконструкциям, отчего образовалась гигантская свеча высотой 300 м. Вокруг горящей скважины образовался кратер, в который провалилась сорокаметровая буровая вышка вместе со всем оборудованием.

Одним из самых мощных в истории нефтегазодобычи был открытый фонтан на скв. 37 месторождения Тенгиз. Факел открытого фонтана горел 13 месяцев с 24 июня 1985 г. За это время выгорело 3,4 млн т нефти и 1,7 млрд газа.

Месторождение Тенгиз, расположенное в юго-восточной зоне Прикаспийской впадины, открыто в 1975 г. Глубина залегания продуктивного горизонта 4050-5300 м. мощность нефтяного горизонта 300-1152 м. Слагающие продуктивный разрез карбонаты представлены преимущественно известняками. Проницаемость вмещающих пород меняется в пределах от до . Мощность нефтяного горизонта 300-1150 м. Пластовое давление 83-90 МПа. пластовая температура . Режим эксплуатации месторождения упругий режим растворенного газа и водонапорный режим.

Нефть легкая: плотность 0,7892 ; вязкость разгазированной нефти ; содержание серы 0,7%: содержание парафина 4% со значительным выходом бензиновых фракций. Газовый фактор 570 . Мольное содержание компонентов в смеси газов, выделившихся из нефти (%): сероводорода 19,25; углекислого газа 3,6; метана 53,1; этана 13; пропана и высших 16,8%.

Скважина 37 проектной глубиной 5000 м закладывалась для оценки запасов нефти и газа в каменноугольных отложениях. Конструкция скважины: кондуктор ; 1-я промежуточная колонна ; 2-я промежуточная колонна .

Во время бурения в отложениях карбона на глубине 4467 м была потеряна циркуляция промывочной жидкости. Пласт начал бурно поглощать буровой раствор. Попытки восстановить циркуляцию результатов не дали. Устье скважины было герметизировано закрытием верхнего плашечного превентора. задвижки и шарового крана под квадратом. Далее в нарушение регламента было принято решение поднять инструмент до отметки 3500 м, чтобы восстановить циркуляцию.

При подъеме 15-й свечи появился сифон и отмечено движение жидкости по желобам. Предпринятые действия не дали положительных результатов - напор и дебит струи жидкости из буровых труб возрастал. Скважина стала фонтанировать смесью газа с нефтью через бурильный инструмент. Высота ревущей струи достигла 50 м. Вырвавшись из недр, эта смесь превращалась в туманоподобный шлейф, который потянуло в сторону поселка. Людей пришлось эвакуировать. Из-за опасности взрыва буровую обесточили, однако возгорание фонтана все же произошло до того, как его пытались задавить. Через 20 минут вышка упала, и скважина стала фонтанировать и по затрубному пространству.

Факел газонефггяного выброса горел 398 суток. В течение всего этого времени происходило загрязнение огромной территории продуктами горения в радиусе 150 км. Высота пламени в первые 5 месяцев горения достигала 200 м. диаметр столба пламени - 50 м. Температура воздуха в районе устья достигала , концентрация ядовитого сернистого газа превышала ПДК в 1100 раз. В ночное время факел как магнитом тянул к себе пролетавших птиц. Птицы молниеносно втягивались в пламя и тут же с другой стороны факела их горящие тела выбрасывало словно сноп искр. В один из дней погиб профессиональный фонтанщик, его затянуло в пламя образовавшееся сильное разрежение у устья скважины.

В один из дней из скважины погнало вверх колонну бурильных труб. В течение двух часов всю четырехкилометровую стальную колонну выдавило вместе с долотом. Попытки заглушить фонтан увенчались успехом 27 июля 1986 г. За время горения факела в атмосферу было выброшено 516 тыс. тонн сероводорода, 900 тыс. т сажи и 1 млн т несгоревших углеводородов. Продуктами горения факела были загрязнены воздух, почва и поверхностные воды в радиусе до 250 км от скважины. На этой площади растения погибли или были угнетены, люди и домашние животные страдали от респираторных заболеваний.

Эта наклонно-направленная скважина была забурена в сентябре 1978 г. с целью уточнения объема углеводородов в отложениях карбона. Проектное отклонение бурильной колонны от вертикали составляло , поэтому забой скважины располагался на глубине 2300 м, а длина бурильной колонны составляла 2860 м. Осенью 1980 г. провели испытания скважины, меняя диафрагмы, замеряя давление и околозвуковые скорости выходящего природного газа. Полученная информация позволила прирастить запасы российского газа за счет Кумжинского месторождения на 96 млрд .

Скважину, которая выполнила свою задачу, необходимо было заглушить и передать в фонд действующих скважин на баланс государства. Но тут возникли сложности. В процессе закачки раствора хлористого кальция из-под снежного покрова около устья скважины появились фонтанчики грязи - грифоны. Это означало, что газ вышел за обсадную колонну. Пока открывали запорную арматуру, чтобы снизить давление газа, грифоны усилились, над скважиной в диаметре до пяти метров фонтанировала грязь и летели куски цемента. Облако газа и конденсата растекалось сизым шлейфом над тундрой.

Когда спасатели начали свою штатную работу, оказалось, что наклонная техническая колонна была нарушена тысячами спусков бурильного инструмента, а истинное направление наклонного ствола скважины отличалось отданных инклинометрии на . Отсутствие достоверных данных о местонахождении ствола объясняет долгие неудачи в ликвидации аварии, в том числе неудачную попытку ликвидировать газовый фонтан с помощью подземного ядерного взрыва.

Наклонную скважину для закладки ядерного заряда заложили на расстоянии 260 м от аварийного устья и начали бурить, придерживаясь ошибочных азимута и углов отклонений. Заряд опустили в скважину глубиной 1700 м, залили цементом и взорвали. Глубинные пласты были сдвинуты и смяты мощным взрывом, но ожидаемого результата не получилось. Через сутки газ вновь начал фонтанировать.

После этой неудачи скважина фонтанировала еще долгих шесть лет, и все это время наносила вред тундре, Печоре, рыбе, зверю и людям. Были пробурены еще три поисковых скважины, отсыпаны защитные дамбы на Печоре и дамбы обвалования вокруг стометрового кратера. Наконец, в марте 1987 г. на глубине 1 ООО м удалось выйти на ствол аварийной скважины, после чего она была заглушена. Ущерб от этой аварии подсчитать невозможно.

Любая авария на буровой опасна, драматична и дорого обходится государству, природе и человеку. Далеко не каждую беду можно списать на стихию. В ряду причин возникновения аварий часто бывают беспечность, неподготовленность и многие другие человеческие факторы.

Большую угрозу для морской среды представляют катастрофы, связанные с разливом нефти. Добыча нефти на калифорнийском шельфе США началась в конце XIX в. В январе 1969 г. на пути буровой скважины в проливе Санта-Барбара оказалась геологическая аномалия и около 6 тыс. баррелей нефти, просочившись через трещины в породе, вышли на поверхность моря. Клейкая масса сырой нефти двинулась в прибрежные воды и покрыла толстым слоем тридцать миль знаменитых калифорнийских пляжей. Взрыв общественного возмущения прокатился по всей стране, после чего администрация президента Никсона наложила мораторий на разработку месторождения.

Статистическая информация по строительству и эксплуатации морских платформ свидетельствует об отказах с катастрофическими последствиями. Анализ показывает, что большинство аварий на платформах произошло во время добычи (255 аварий) и бурения (266). Наиболее часто встречающимися видами аварий являются пожары (207), выброс нефти и газа (118). утечка нефти и газа (117). За период с 1980 по 1990 гг. потеряно 73 из 4786 действующих платформ.

Самая тяжелая и трагическая авария за всю историю морской нефтедобычи произошла в июле 1988 г. на платформе "Пайпер Альфа" в Северном море. Во время пожара погибли 167 человек, а платформа стоимостью в миллиард долларов была полностью уничтожена.

В 1989 г. в результате аварии танкера "Валдез" компании "Экссон" у берегов Аляски в море вылилось около 40 тыс. т нефти. В таких случаях примерно 40% тяжелых составляющих нефти уходит на дно. 40% теряется в толще воды, а 20% растекается по поверхности в виде огромных нефтяных пятен. На ликвидацию этого катастрофического разлива и компенсацию ущерба израсходовано более 8 млрд долл. Подобная катастрофа произошла с танкером "Престиж" у берегов Европы в 2002 г. Тогда спецотряды уборщиков всего Евросоюза много месяцев очищали берега курортов Франции, Испании и Португалии.

Аварии на нефтегазопроводах приводят к чувствительному ущербу для окружающей среды. Среднегодовой уровень аварийности российских магистральных трубопроводов составляет 50-60 аварий в год. На внутрипромысловых трубопроводах ежегодно случается до 40 тыс. случаев их разгерметизации.

В случае разрушения магистрального газопровода и воспламенения выброса зона поражения может достигать 500 м. В июне 1989 г. при аварии нефтепродуктопровода под Уфой в результате взрыва легких паров углеводородов и пожара погибло более 600 человек. Примером возможных масштабов загрязнений долговременными утечками нефти может служить аварийная эксплуатация нефтепроводов ОАО "Коминефть". Утечки нефти и пластовой воды через свищи происходили много лет. Только в августе-октябре 1994 г. на рельеф вышло до 70 тыс. т нефтесодержащей смеси. Площадь земель, загрязненных аварийной нефтью, составила около 700 га.

Главной особенностью предприятий по переработке углеводородного сырья является наличие мощных потоков пожаро- и взрывоопасных продуктов. Наиболее опасными элементами установки первичной переработки нефти являются ректификационные колонны и трубопроводы подачи и откачки нефтяных фракций. Из-за случающихся утечек горючих жидкостей и газов образуются дрейфующие ядовитые и взрывоопасные парогазовоздушные облака. Например, общие потери от аварий на американских НПЗ за 25 лет составили 1,7 млрд долл. при средних потерях от одной аварии 58 млн долл. Практика показывает, что как бы осторожно не работали нефтяники, они своей деятельностью причиняют ощутимый вред окружающей природной среде.