Аварийное фонтанирование скважины на объектах нефтегазодобычи

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Увеличивающееся с каждым годом потребление нефти и газа, ежегодный объем добычи, которых в настоящее время в стране составляет более 300 млн. тонн, приводит к необходимости интенсификации процессов его добычи. Обусловленные этим отказы механизмов, нарушения технологического процесса, а также природные катастрофы приводят к серьезным авариям, которые могут сопровождаться крупными пожарами, большими материальными потерями, ухудшением экологической обстановки в зоне пожара и прилегающих районах, а нередко и человеческими жертвами.

Борьба с пожарами на нефтяных и газовых месторождениях, часто находящихся в труднодоступных регионах, требует привлечения огромных материально-технических ресурсов и может длиться неделями. Так, например тушение пожара на газонефтяном месторождении в течение нескольких дней обходится не в одну сотню тысяч, а то и не один миллион долларов. При этом зачастую имеют место потери не только специальной пожарной техники, но и обрываются жизни людей. Вред, нанесенный окружающей среде в зоне пожара и прилегающих районах, точно ценить практически невозможно.

Пожары на открыто фонтанирующих газонефтяных скважинах являются одними из наиболее сложных видов промышленных аварий.

Некоторое представление о пожаре на фонтанирующей скважине можно получить по следующим данным: расход мощных фонтанов может достигать 10-20 миллионов кубометров газа в сутки, высота горящего факела достигает 80-100 метров, интенсивность тепловыделения в таком факеле составляет несколько миллионов киловатт.

Целью данной курсовой работы является изучение стадий чрезвычайной ситуации на примере открытого фонтана на нефтяной скважине.

Задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели следующие:

- изучить основные причины возникновения ЧС на буровой площадке;

- провести анализ статистических данных;

- рассмотреть превентивные меры по уменьшению риска их возникновения;

- обосновать расчет изменения интенсивности излучения факела пламени фонтана в зависимости от расстояния до устья скважины.



1 ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРА

1.1 Причины возникновения техногенных ЧС

Техногенная ЧС - состояние, при котором, в результате возникновения источника техногенной ЧС на объекте, определенной территории или акватории, нарушаются нормальные условия жизнедеятельности людей, возникает угроза их здоровью и имуществу.

Под источником чрезвычайной ситуации понимают опасное природное явление, аварию или опасное техногенное происшествие, широкораспрастраненную инфекционную болезнь людей, сельскохозяйственных животных и растений, а также применение современных средств поражения, в результате чего может возникнуть чрезвычайная ситуация.

Рисунок 1 - Основные причины возникновения крупных техногенных аварий



1.2 Классификация ЧС техногенного характера

Все чрезвычайные ситуации можно классифицировать по трем основным принципам: масштабу распространения, темпу развития и природе происхождения.

По масштабу распространения:

- локальные (чрезвычайные ситуации не выходят территориально и организационно за пределы рабочего места или участка, малого отрезка дороги, усадьбы или квартиры. К локальным относятся чрезвычайные ситуации, в результате которых пострадало не более 10 человек, либо нарушены условия жизнедеятельности не более 100 человек, либо материальный ущерб составляет не более 1 тыс. минимальных размеров оплаты труда);

- местные (чрезвычайные ситуации, распространение последствий которых ограничено пределами населенного пункта, города (района), области, края, республики и устраняются их силами и средствами, пострадало свыше 10, но не более 50 человек, либо нарушены условия жизнедеятельности свыше 100, но не более 300 человек, либо материальный ущерб составляет свыше 1 тыс., но не более 5 тыс. минимальных размеров оплаты труда);

- региональные (распространяются на территорию нескольких областей (краев, республик) или экономический район. Для ликвидации последствий таких ЧС необходимы объединенные усилия этих территорий, а также участие федеральных сил. К региональным относятся ЧС, в результате которых пострадало от 50 до 500 человек, либо нарушены условия жизнедеятельности от 500 до 1000 человек, либо материальный ущерб составляет от 0,5 до 5 млн. минимальных размеров оплаты труда);

- национальные (охватывают обширные территории страны, но не выходят за ее границы. Здесь задействуются силы, средства и ресурсы всего государства. Часто прибегают и к иностранной помощи. К национальным относятся ЧС, в результате которых пострадало свыше 500 человек, либо нарушены условия жизнедеятельности более 1000 человек, либо материальный ущерб составляет более 5 млн. минимальных размеров оплаты труда);

- глобальные (чрезвычайные ситуации выходят за пределы страны и распространяются на другие государства. Их последствия устраняются силами и средствами как пострадавших государств, так и международного сообщества).

По темпу развития:

- внезапные (взрывы, транспортные аварии, землетрясения и т.д.);

- стремительные (пожары, выброс газообразных сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ), гидродинамические аварии с образованием волн прорыва, сель и др.);

- умеренные (выброс радиоактивных веществ, аварии на коммунальных системах, извержения вулканов, половодья и пр.);

- плавные (аварии на очистных сооружениях, засухи, эпидемии, экологические отклонения и т.п.). Плавные (медленные) чрезвычайные ситуации могут длиться многие месяцы и годы.

По происхождению:

- техногенного характера (транспортные аварии, пожары, взрывы, обрушения зданий);

- природного характера (геофизические, геологические, метеорологические опасные явления и др.);

- экологического характера (связанные с изменением состояния суши, состава и свойств атмосферы, состояния гидросферы).1.3 Стадии развития ЧС техногенного происхождения

ЧС любого типа в своем развитии проходят четыре характерные стадии: зарождение, инициирование, кульминация и затухание. Рассмотрим содержание каждой из них.

На стадии зарождения создаются предпосылки будущей ЧС: активизируются неблагоприятные природные процессы, накапливаются технологические неполадки и проектно-производственные дефекты, происходят сбои в эксплуатации оборудования, работе инженерно - технического персонала и т.д. К их числу также относятся большие объемы хранения и переработки материалов (огнеопасных, горючих, нестабильных, едких, высокореактивных, токсичных, пылевидных, инертных и других веществ) и экстремальные условия производственного процесса (высокие и низкие температуры, высокое давление, вакуум, циклические изменения температуры и давления, гидравлические удары и т.п.) . Продолжительность стадии зарождения может быть определена приблизительно с использованием методологии теории надежности технических систем, теории риска, теории катастроф, теории регулярной статистики отказов, теории локальных отказов и т.д.

На стадии инициирования ЧС возникают технологические нарушения, связанные с выходом параметров процесса (давления, температуры, концентрации, скорости реакции, расхода вещества и т.п.) за критические значения. Происходят спонтанные реакции, разгерметизация трубопроводов, резервуаров, возможен отказ прокладок, коррозионное повреждение стенок. Возможно нарушение работы оборудования (насосов, клапанов, измерительных приборов, датчиков, блокировок). Обнаруживается неисправность систем обеспечения (электрической, водоснабжения, охлаждения, теплообмена, вентиляции и т.п.). Нельзя исключать внешние события, к числу которых следует отнести экстремальные погодные условия, стихийные бедствия, акты вандализма, диверсии и т.п. Наиболее существенным является человеческий фактор, поскольку более 60 % аварий происходит из-за ошибок при проектировании, в процессе строительства и эксплуатации, при техническом обслуживании.

На стадии кульминации ЧС высвобождаются большие количества энергии и массы, причем даже небольшое инициирующее событие может привести в действие цепной механизм аварий с многократным увеличением мощности и масштабов («эффект домино»). На этой стадии очень важно предсказать сценарий развития аварии, что позволит принять действенные меры защиты, избежать человеческих жертв или уменьшить их число, а также сократить наносимый ущерб.

Стадия затухания ЧС (действие остаточных факторов и сложившихся чрезвычайных условий) продолжается от момента устранения источника опасности до полной ликвидации последствий аварии, что может продолжаться годы и даже десятилетия.

1.4 Статистические данные

По статистике, более чем в 80 % случаев возникновения ЧС связаны с деятельностью человека и происходят они часто из-за низкого уровня профессиональной подготовки, а также неумения правильно и вовремя определить свое поведение в экстремальных условиях. Наиболее эффективными мероприятиями по борьбе с ЧС являются те, которые направлены на их предотвращение или максимально возможное снижение уровня проявления ЧС, т.е. это профилактические меры. Имеются два основных пути минимизации, как вероятности возникновения, так и последствий ЧС на любом предприятии. Первое направление состоит в разработке и последующим осуществлении таких организационных и технических мероприятий, которые уменьшают вероятность проявления опасного самопоражающего потенциала технических систем. Суть второго направления - подготовка объекта, обслуживающего персонала, подразделения ГО, мирного населения к действиям непосредственно в ЧС. В основе его лежит формирование планов действий в ЧС, однако для их создания нужны детальные разработки сценариев возможных аварий и катастроф на конкретных объектах.

Статистика аварийности свидетельствует о том, что на объектах нефтегазодобычи происходит около 30 аварий ежегодно. Основные их виды- газонефтяные выбросы и фонтаны, взрывы и пожары ( в среднем 57 % от общего числа аварий). К остальным относятся падения и разрушения частей вышек (буровой, эксплуатационной), падение талевой системы при глубоком бурении и подземном ремонте скважин, Например, по сообщениям противофонтанной службы, в Западной Сибири 2007 - 2010гг. фонтаны происходили при ремонте скважин в процессе подъема насосно-компрессорных труб, при глушении скважин, прорывах газа на поверхность за обсадными трубами из-за некачественного цементного камня, при демонтаже противовыбросового оборудования; при срыве пакера после гидроразрыва, разрыва корпуса задвижки фонтанной арматуры; при падении насосно-компрессорных труб с электроцентробежным насосом на забой с обрывом кабеля и разгерметизацией устья на вводе кабеля в скважину во время спуска электроцентробежного насоса, при гидроразрыве пласта из-за отсутствия противовыбросового оборудования на устье.

Виды аварий по годам на объектах нефтедобычи

Рисунок 2 - Виды аварий по годам



1.5 Правовое регулирование чрезвычайных ситуаций

Нормативные акты, регулирующие деятельность по снижению риска ЧС, могут быть условно подразделены на две группы: частные и общие (общесистемные) акты. В общесистемных правовых актах формулируется базовый понятийный аппарат, принципы, цели, задачи, основные направления государственной политики в данной сфере. В России к таким актам относится Конституция Российской Федерации, в которой закреплено право граждан на жизнь, здоровье и имущество, а также благоприятную окружающую среду, обеспечение защиты которых, в том числе снижение риска для жизни, здоровья и имущества граждан, является целью государственной политики в рассматриваемой области. Конституция разграничивает сферы компетенции и полномочия федеральных органов и органов субъектов Российской Федерации в области экологических и природно-техногенных рисков (статьи 71 (е) и 72 (д) (з), (к)).

Помимо Конституции к общесистемным актам, регулирующим основы деятельности по снижению риска, относится еще ряд федеральных законов. Из наиболее важных правовых актов, действующих в рассматриваемой области (в хронологическом порядке), следует назвать, закон Российской Федерации «О безопасности». В нем сформулированы основные понятия, характеризующие цель правовых основ (а именно: «безопасность», «система безопасности»), принципы, основные элементы и функции системы обеспечения безопасности при трансформации отдельных видов опасностей в ЧС.

К этой же группе актов относится закон Российской Федерации «О страховании», устанавливающий цели, задачи и механизм защиты интересов, связанных жизнью, здоровьем, имуществом застрахованных физических и юридических лиц при различных видах риска. Условия страхования требуют от страхователя соблюдения норм и правил безопасности, ориентируют на минимизацию интегрального риска и связанного с ним ущерба. При соблюдении этих норм и правил закон предусматривает страховое возмещение и / или обеспечение страхователю, компенсируя прямо или косвенно понесенный им ущерб.

Специального упоминания заслуживает федеральный закон Российской Федерации «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (далее Закон о чрезвычайных ситуациях). Его дополняют и конкретизируют постановления Правительства России, в частности принятые в 1995 г. постановления № 738 «О порядке подготовки населения в области защиты от чрезвычайных ситуаций» и № 1113 «О единой государственной системе предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций». Не менее важны и постановления Правительства России от 1996 г. № 924 «О силах и средствах единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций» и № 1094 «О классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера».

Указанные нормативные акты, прежде всего федеральный закон, в определенной мере выполняют роль одного из ключевых элементов в правовой системе, обеспечивающей снижение риска ЧС. Эти правовые документы определяют основные понятия в упомянутой сфере правового регулирования, а также основные принципы защиты населения и территорий при природно-антропогенных бедствиях и катастрофах.



2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Анализ аварийности

Понятие «авария» (разрушение сооружений и (или) технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемые взрыв и (или) выброс опасных веществ) является ключевым в сфере деятельности по обеспечению промышленной безопасности, так как вероятность возникновения аварии существует практически всегда для любого технического объекта, обладающего запасом энергии, тем более для бурового предприятия.

Анализ причин возникновения и сценариев развития аварий на опасных производственных объектах филиала «Bariod» свидетельствует, что подавляющего большинства аварий можно было бы избежать, а масштаб их последствий резко снизить.

Для этого необходимо обеспечивать надлежащий уровень ответственности и квалификации сотрудников, использовать качественное (сертифицированное) оборудование и технические устройства, осуществлять постоянный контроль (мониторинг) их состояния. Во многом этому также поспособствует развертывание на опасных производственных объектах эффективных систем управления промышленной безопасностью.

Основными причинами аварийности на объектах являются низкий уровень производственной дисциплины, профессиональной подготовки персонала, а также неэффективный производственный контроль за соблюдением требований промышленной безопасности.

2.2 Причины возникновения и развития аварий

Аварии происходят из-за поломки, оставления или падения в скважину элементов обсадных или бурильных колонн, из-за неудачного цементирования обсадных колонн, прихвата, открытого фонтанирования и падения в скважину различных предметов.

Нарушение непрерывности технологического процесса бурения скважины при соблюдении технического проекта и правил ведения буровых работ, вызванные явлениями горно-геологического характера, такие как поглощение, нефтегазопроявление, выбросы, осыпи, обвалы, искривление ствола и другие, а также последствия стихийных бедствий в отличие от аварии называют осложнениями.

В зависимости от характера возникновения аварий выделяют следующие группы (рисунок 3).

Рисунок 3 - Группы аварий по характеру возникновения.

Прихваты - одна из самых распространенных, сложных и трудоемких групп аварий при бурении в филиале «Baroid». Прихватом называется авария в скважине, характеризующаяся частичным или полным прекращением движения бурового инструмента, обсадных труб или геофизических приборов.

Случаются прихваты шламом, прихваты горными породами, прихваты предметами (ключи, гайки), упавшими в скважину.

Прихват колонны труб -- это самый многочисленный и тяжелый вид аварии. С ростом глубины скважин и давлений как гидростатического, так и пластовых во вскрываемых горизонтах, возрастает и потенциальная опасность прихвата при бурении скважины.

О влиянии сложности бурения при проводке глубоких скважин свидетельствует следующее. Если на 1 000 м проходки на месторождении при бурении в интервале 0 - 2 000 м приходится лишь 0,033 аварии с прихватом инструмента, то при бурении на глубинах более 2 000 м эта цифра составляет 0,184. Следовательно, количество прихватов на 1 000 м проходки при бурении свыше 2 000м в 5,6 раз больше чем до 2 000м. Время на ликвидацию аварии тоже резко увеличивается с ростом глубины. На устранение прихватов затрачивается до 60 - 80 % непроизводительного времени в цикле сооружения скважины.

К падению в скважину посторонних предметов относится падение ключей, роторных клиньев, кувалд и других ручных инструментов и приспособлений, с помощью которых проводились работы над устьем скважины.

В общем календарном времени на строительство скважины аварийное время составляет от 2 до 8 % (в это время входит время на ликвидацию аварий и время ремонта оборудования буровой установки). В среднем затраты времени на ликвидацию аварий при бурении разведочных скважин составляют 5,5 %, а эксплуатационных -- 4 % о всего календарного времени бурения.

Анализ риска является, по существу, ключевым элементом системы управления ПБ. Это важная инженерная мера, с помощью которой можно усовершенствовать указанную систему и добиться снижения аварийности и травматизма.



Таблица 2 -анализ опасных и вредных производственных факторов.

Опасные и вредные факторы	Источник	Возможные причины	Основные параметры	t cуществования опасности	Возможные последствия
1	2	3	4	5	6
Обустройство месторождения
Движущиеся машины и механизмы	Спец. техника (ПНА)	Екин. при контролируемом и неконтролируемом движении	V = 20 м/с М = 20 т	8 часов	- защемление или раздавливание; - порезы; - отрезание или разрубание; - захват или наматывание; - затягивание или задерживание; - попадание под удар
Эксплуатация месторождения
Разрушающиеся конструкции	Фонтанная арматура	Епот. жидкости, находящейся под давлением	Р = 1,5 МПа	Постоянно	-травмирование выбросом жидкости под высоким давлением
Повышенный уровень шума на рабочем месте	Работа дизеля и спец. техники	Неточность исполнения элементов, большие массы рабочих элементов	L = 75 - 100 дБ	Постоянно	-продолжительные повреждения слуха (потерю остроты слуха); - звон в ушах; - утомляемость, стресс; - ослабление внимания; - создание помех речевым сообщениям, звуковым сигналам



Продолжение таблицы 2

1	2	3	4	5	6
Монтаж - демонтаж арматуры
Движущиеся машины и механизмы	Строительная техника (подъёмные агрегаты, краны)	Екин. при контролируемом и неконтролируемом движении	V = 20 м/с М = 20 - 100 т	8 часов	- защемление или раздавливание; - порезы; - отрезание или разрубание; - захват или наматывание; - затягивание или задерживание; - попадание под удар
ГНВП	Работы по демонтажу, монтажу и ремонту оборудования на устье скважины без глушения	Природный газ с вредными компонентами (Н2S, CO2)	Опасная концентрация	-	- взрывоопасность; - пожароопасность; - дефицит кислорода
Подготовительные работы
Движущиеся машины и механизмы	Строительная техника (бульдозеры, тракторы, тягачи)	Екин. при контролируемом и неконтролируемом движении	V = 20 м/с М = 20 - 100 т	8 часов	- защемление или раздавливание; - порезы; - отрезание или разрубание; - захват или наматывание; - затягивание, задерживание; - попадание под удар
Эксплуатация арматуры
Разрушающиеся конструкции	Арматура	Епот. жидкости, находящейся под давлением	Р = 1,5 МПа	Постоянно	- травмирование выбросом жидкости под высоким давлением



Продолжение таблицы 2.

Процесс бурения
Механические опасности	Машины, механизмы	-отсутствие кожухов на вращающихся элементах; - захламленность рабочего места, скользкий пол; - падение с высоты незакрепленных предметов	-	Постоянно	- защемление или раздавливание; - порезы; - отрезание или разрубание; - захват или наматывание; - затягивание или задерживание; - попадание под удар
Повышенный уровень шума на рабочем месте	Оборудование	Работа машин и механизмов	L = 89 дБ	Постоянно	- продолжительные повреждения слуха (потерю остроты слуха); - звон в ушах; - утомляемость, стресс; - ослабление внимания; - создание помех речевым сообщениям, звуковым сигналам

2.3 Причины возникновения газонефтеводопроявления

В нефтяной и газовой промышленности наиболее сложными и опасными являются аварии с открытыми фонтанами при строительстве и эксплуатации скважин. В результате этих аварий наносится огромный материальный ущерб. Начавшаяся в виде проявлений аварийная ситуация может перейти в открытый фонтан с возгоранием, уничтожением скважины, гибелью людей.

Главным условием возникновения ГНВП является превышение пластового давления над давлением, создаваемым столбом промывочной жидкости в интервале пласта, содержащего флюид.

Основными причинами возникновения газонефтеводопроявлений являются:

Рисунок 4 - Причины возникновения газонефтеводопроявлений

Наличие в разрезе скважины газовых пластов, а также нефтяных и водяных пластов с большим количеством растворенного газа значительно увеличивает опасность возникновения ГНВП, даже если пластовое давление ниже гидростатического.

Степень риска аварий при строительстве скважин на месторождениях сибири определяется сложностью геокриологического и геологического строения разбуриваемых пород и связана с:

- наличием в разрезе мощной толщи (до 250 - 300 м) мерзлых пород с температурой на глубине нейтрального слоя до минус 7 ⁰С и объемной льдистостью до 60 %;

- наличием пластов и залежей углеводородов с аномально-высоким пластовым давлением (АВПД), залегающих на крайне небольших глубинах (КАВПД от 1,0 до 1,3) как в газообразном, так и в газогидратном состоянии.

Риск возникновения аварий при бурении в интервале ММП определяется тепловым и эрозионным воздействием промывочной жидкости на мерзлые породы; при эксплуатации скважины - тепловым воздействием добываемого флюида (растепление ММП).

Сценарий развития аварийной ситуации связан со смятием крепи скважины давлением обратного промерзания водосодержащих сред, потерей поперечной или продольной устойчивости крепи скважины; также с возможностью газопроявлений за счет вскрытия газообразований в интервале ММП.

Сценарий развития аварийной ситуации от техногенного воздействия на массив мерзлых пород представлен в виде дерева событий на рисунке 4.

Рисунок 5 - Сценарий развития аварийной ситуации

Наиболее сложными и опасными являются аварии с открытым выбросом пластовых флюидов при строительстве и эксплуатации скважин. Начавшаяся в виде проявлений аварийная ситуация может перейти в открытый фонтан с уничтожением оборудования, скважины, гибели людей.

Количественная оценка безопасности бурения скважин связана с определением степени риска.

Под степенью риска понимается вероятность возникновения открытого фонтана, полученная на стадии проектирования и строительства.

Степень риска рассчитывается по «Методике определения степени риска при проектировании и строительстве нефтяных и газовых скважин», утвержденной Госгортехнадзором РФ от 26.12.1996 г., а также РД 03-418-01 «Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов».

Метод основан на построении логико-вероятностной расчетной схемы, графическая интерпретация которой, соответствует дереву, в вершине которого лежит нежелательное (головное) событие.

Вероятность такого события необходимо определить, зная вероятности базовых событий. В качестве нежелательного события обычно выбирается событие, имеющее наибольшую опасность для окружающей среды. Таким событием является открытый фонтан.

На предварительном этапе определения степени риска проводиться идентификация опасностей. В процессе ее проведения определяются причины водопроявлений, выбросов и открытых фонтанов.

Основной задачей идентификации является выявление (на основе информации о данном объекте, результатов экспертизы и опытов работы подобных систем) и четкое описание всех присущих системе опасностей. Обработка факторных вероятностей дает итоговую вероятность возникновения аварийной ситуации, что соответствует 1 аварии на 9 скважин в год.

Риск возникновения аварии может быть связан как со снижением плотности промывочной жидкости (снижение противодавления на пласт), так и с увеличением ее плотности (поглощение раствора в поглощающий пласт с последующим газопроявлением), то есть ниже или выше расчетной.



Факторами, сопутствующими перерастанию ГНВП в открытый фонтан, являются (рисунок 6).

Рисунок 6 - Факторы, сопутствующие перерастанию газопроявления в открытый фонтан

Сценарий развития аварийной ситуации при газопроявлении и открытом фонтанировании представлены в виде дерева событий на рисунке 7.

Главная опасность, которую необходимо учитывать на этапе проектирования бурения скважин и их строительства, является открытый фонтан.

Можно выделить три группы факторов, приводящих к возникновению открытого фонтана:

Первая группа - факторы, характеризующие состояние оборудования;

Вторая группа - факторы, связанные с неправильными действиями буровой бригады при строительстве скважин;

Третья группа - факторы, связанные с поведением пласта (водопроявлениями).



Рисунок 7 - Сценарий развития аварийной ситуации

Система обеспечения безопасности ситуации возникновения открытого фонтана построена такими образом, что последняя возможна только при совместном наступлении всех трех событий, характеризующихся указанными тремя группами факторов.

Особо опасные работы при бурении и освоении скважин представлены на рисунке 5:



Рисунок 8 - Особо - опасные работы при бурении и освоении скважин

2.4 Стадии развития ЧС на примере открытого фонтана.

Таблица 3-Стадии Развития ЧС и меры по их предупреждению.

Стадия ЧС	Характеристика	Превентивные меры по предупреждению стадии
Зарождения.	Ошибочное прогнозирование пластового давления, определение проектной плотности бурового раствора и глубины залегания продуктивных отложений.	Выбор конструкции скважины должен производиться в соответствии с требованиями Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности. Рабочие проекты на строительство скважин, разрабатываемые на основе проектов разведки или разработки месторождений, должны обеспечивать безаварийную проводку ствола.
Инициирования.	Превышение над столба жидкости в интервале пласта, содержащего флюид.	Утяжеление глинистых растворов, сохраняя их вязкость в нужных пределах.
Кульминации.	Выход из скважины газонефтяной смеси на дневную поверхность на высокой скорости и ее воспламенение.	Монтаж и эксплуатация ПВО в соответствии с ГОСТ 13682-90 «Оборудование противовыбросовое»
Затухания.	Тушение и ликвидация открытого фонтана. Ликвидация розливов нефти и восстановление нефтезагрязненных земель.	Принятие эффективных мер с наименьшими материальными и временными затратами.

2.5 Причины воспламенения открытого фонтана

Основные причины воспламенения фонтанов:

- выбросы породы и воспламенение искр в результате удара камней друг о друга или о стальные конструкции и оборудование буровой вышки;

- обрыв световой электропроводки, неисправность электрооборудования и аппаратуры;

- искры при пользовании в процессе аварийных работ стальным инструментом;

- газовые разряды;

- нарушение правил пожарной безопасности при производстве аварийных огневых работ в зоне действующего фонтана.

Рисунок 9- Воспламенение открытого фонтана



2.6 Первоочередные действия производственного персонала при возникновении открытого фонтана

 При появлении признаков поступления пластового флюида в скважину (перелив бурового раствора, увеличение его объема в емкостях, несоответствие расчетного и фактического объемов доливаемого (вытесняемого) раствора при СПО) подается сигнал «Выброс». При этом буровая вахта обязана загерметизировать канал бурильных труб, устье скважины, информировать об этом руководство бурового предприятия и действовать в соответствии с планом ликвидации аварий. Перед герметизацией канала бурильных труб должны быть сняты показания манометров на стояке и затрубном пространстве.

Действия буровой бригады:

- остановить двигатели внутреннего сгорания;

- отключить силовые и осветительные линии электропитания;

- отключить электроэнергию в загазованной зоне;

- потушить технические и бытовые топки, находящиеся вблизи скважины;

- прекратить в газоопасной зоне все огневые работы, курение, а также другие действия, способные вызвать искрообразование;

- обесточить все производственные объекты (трансформаторные будки, станки-качалки, газораспределительные пункты и т.д.), которые могут оказаться в газоопасной зоне;

- оповестить руководство предприятия, противофонтанной службы и пожарной охраны о возникновении открытого фонтана;

- прекратить движение на прилегающих к скважине подъездных дорогах к территории, установить предупреждающие знаки и посты охраны;

- прекратить все работы в опасной зоне и немедленно удалиться за ее пределы;

- при возможном перемещении загазованности на другие объекты или населенные пункты принять меры по своевременному оповещению работников и населения.

2.7 Ликвидация открытого фонтана

Открытые фонтаны могут быть ликвидированы механическим и гидравлическим способом. Первый способ заключается в закрытии потока механическими средствами (закрытие трубного пространства заранее установленным на устье скважины превентором или с помощью специальной аварийной планшайбы, имеющей задвижку и патрубки на резьбе, соответствующей резьбе насосно-компрессорных труб, спускаемых в данную скважину ).

Второй - в задавливании скважины тяжелыми растворами (применяют глинистый раствор или соляной раствор, с помощью которого создается противодавление на продуктивный пласт) .

При невозможности ликвидировать открытый фонтан указанными способами применяют взрыв в призабойной зоне в целях обрушения пород в фонтанирующей скважине или пробуривают наклонную скважину к стволу фонтанирующей скважины для отвода газа и нефти.

2.8 Тушение газонефтяных фонтанов

До настоящего времени тушение пожаров газонефтяных фонтанов осуществлялся одним из следующих способов: мощными водяными струями; струями огнетушащих порошков, подаваемых в факел сжатым газом; газоводяными струями, создаваемыми авиационными турбореактивными двигателями; взрывом мощного сосредоточенного заряда взрывчатого вещества, подвешиваемого вблизи основного факела.

Применение этих методов требует привлечения большого количества людей и специальной техники, проведения сложных и дорогостоящих подготовительных работ, наличия больших запасов воды. Поэтому сроки ликвидации аварии на скважине нередко затягиваются на многие недели и месяцы, что приводит к истощению ресурсов месторождения и к угрозе гибели скважины.

В Институте гидродинамики Сибирского отделения Российской академии наук совместно с работниками пожарной службы разработан принципиально новый вихрепорошковый способ тушения пожаров газонефтяных фонтанов практически любой возможной мощности. Тушение факела этим способом осуществляется путем воздействия на факел воздушным вихревым кольцом, заполненным распыленным огнетушащим порошком. Вихревое кольцо образуется при взрыве небольшого кольцевого заряда взрывчатого вещества, обложенного слоем огнетушащего порошка. Этот способ характеризуется высокой эффективностью, незначительным объемом подготовительных работ и малыми расходами огнетушащих материалов. Простота реализации данного способа позволяет осуществить тушение горящего факела в сжатые сроки при минимальных затратах людских и материальных ресурсов.

2.9 Ликвидация розливов нефти

Восстановление продуктивности нефтезагрязненных земель, состав и порядок работ:

1) первичное обследование нефтезагрязненных участков (отбор проб почвы (воды), определение границ разлива нефти и составление плана участка с выкопировкой схемы коммуникаций, составление характеристики загрязненного участка (лист экологической оценки));

2) оценка степени загрязнения почв нефтью (визуально или по данным анализов) и давность разлива нефти (по соответствующему акту или по степени биодеграции нефти);

3) выбор соответствующих технологических мероприятий по конкретному участку, согласно результатов первичного обследования;

4) реализация намеченного комплекса работ и текущий контроль за эффективностью выполняемых мероприятий, вплоть до достижения показателей удовлетворяющих требованиям соответствующего раздела “Регламента на приемку земель, временно используемых при разведке, обустройстве и эксплуатации месторождений нефти и газа в Ханты-Мансийском автономном округе”.

По окончании работ проводится сдача рекультивированных участков контролирующим органам.



3. РАСЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ ФАКЕЛА ПЛАМЕНИ ФОНТАНА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАССТОЯНИЯ ДО УСТЬЯ СКВАЖИНЫ.

3.1 Расчет параметров горения пламени факела

Дебит фонтана (D, млн. /сутки) может быть рассчитан по высоте факела пламени:

D = 0,0025, млн. /сутки. (1)

Так как газ в пласте находится под давлением, расходы газа при аварийном истечении будут очень большими - до 100 /с. В таких условиях режимы истечения, а значит, и режимы горения будут турбулентными.

Для расчета сил и средств на тушение горящих факелов необходимо знать расход газа. Исходные данные для его расчета практически всегда отсутствуют, поскольку неизвестны либо давление газа в технологическом оборудовании, либо в пласте месторождения. Поэтому на практике пользуются экспериментально установленной зависимостью высоты пламени факела (таблица 4).

Таблица 4 - Зависимость высоты пламени от расхода газа при различных режимах горения.

Режим горения	Расход газа, /с	Высота пламени, м
	5	16
турбулентный	10	22
	20	28
	30	45

D = 0,0025* = 5,0625 млн.м³/сутки,



Т.е. секундный расход газового фонтана составит D_c = 58,6 м³/с.

Режим истечения газовой струи может быть определен сравнением эффективной скорости истечения (V_э) со скоростью звука (V₀):

=, (2)

где D_c - секундный расход газа, м³/сутки,

d - диаметр устья скважины, м; d = 250мм = 0,25м.

Скорость звука в метане (V₀) составляет 430 м/с, т.е. скорость истечения газовой струи превышает скорость звука.

Изменение мощности (интенсивности) излучения факела пламени фонтана (, кВт/) в зависимости от расстояния до устья скважины можно рассчитать по формуле:

=, (3)

где - низшая теплота сгорания фонтанирующего газа, кДж/;

- секундный расход газа, /с;

R - расстояние от половины высоты факела пламени фонтана до поверхности земли, м.

Очевидно, что , (4)

где L - расстояние до устья скважины, тогда из (3) следует, что:

(5)

Низшая теплоты сгорания фонтана, входящая в формулу (5) составляет

Qн = 33727,4 кДж/ .

Для установления зависимости изменения мощности излучения факела пламени фонтана от расстояния до устья скважины будем задавать

L = 10,20,40,60,80,100 м, подставляя в формулу (5) высоту фонтана Нф = 45 м, рассчитанное значение секундного расхода газа Dс = 58,6 /с и теплопотерь излучением пламени = 0,206. В качестве примера приведем расчет мощности излучения для L = 10 м:

Проведенные расчеты приведены ниже в таблице 5.

Таблица 5- Расчеты мощности излучения факела для различных расстояний

Величина Значения
L.м	10	20	40	60	80	100
,кВт/	53,5	35,8	15,4	7,9	4,7	3,1

3.2 Определение опасных зон

Рисунок 10 -Зависимость изменения мощности излучения факела пламени фонтана от расстояния до устья скважины.



Построив график зависимости = f(L), устанавливаем, что:

1) Расстояние, на котором личный состав может работать длительное время в боевой одежде и в касках с защитными щитками без специального теплозащитного снаряжения, которое определяется по мощности теплового потока, составляющего величину 4,2 кВт/ , равно 84 м от устья скважины;

2) Расстояние, на котором личный состав может вести боевую работу в течение не более 5 мин в специальном теплозащитном снаряжении под защитой распыленных водных струй, определяемое мощностью теплового потока в 14 кВт/, составляет 42 м.

Рисунок 11 - Типовая схема буровой площадки

- расстояние, на котором личный состав может работать длительное время в боевой одежде;

- расстояние, на котором личный состав может вести боевую работу не более 5 минут.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенный анализ показал, что суммарный вклад в общий фонд ЧС вносят ЧС техногенного характера. Основной причиной является низкий уровень профессиональной подготовки, а также неумение правильно и вовремя определить свое поведение в экстремальной ситуации. Выявлено, что наиболее опасным по своим последствиям на объектах нефтегазодобычи является аварийное фонтанирование скважины.

Изучив характеристику объекта, выявлено, что буровая площадка относится к ОПО. На основе статистических данных и специфики данного объекта смоделирована наиболее опасная ЧС. В результате проведенных расчетов определено, что зоны действия опасных факторов не выходят за границы.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Абдурагимов И.М. Процессы горения / И. М. Абдурагимов, А. С. Андросов, Л. К. Исаева Процессы горения. М. : РИО ВИПТШ МВД СССР, 1976.

2. Возможный характер аварий, катастроф, стихийных бедствий, правила поведения и действия населения в чрезвычайных ситуациях: Методические указания / Сост. В.А. Цветков. - Ульяновск: УлГТУ, 2001. - 70 с.

3. Гражданская оборона и предупреждение ЧС. Методическое пособие МЧС. - М.: Институт риска и безопасности., 2002. - 500 с.

4. Шойгу С.К. Учебник спасателя / С.К. Шойгу, М.И. Фалеев, Г.Н. Кириллов и др. - Краснодар: Советская Кубань, 2002. - 528 с.

5. Безопасность жизнедеятельности: Учебник / Под ред. проф. Э.А. Арустамова. - М: Дашков и К, 2005. - 496 с.

6. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для студентов / С.В. Белов, В.А. Девисилов, А.Ф. Козьяков и др. - М.: Высш. шк., 2002. - 357с.

7. Губанов В.М. Чрезвычайные ситуации социального характера и защита от них: учеб. пособие / В.М. Губанов Л.А. Михайлов, В.П. Соломин. - М.: Дрофа, 2007. - 285 с.

8. Асфандриянов Х.А. Нефтегазопроявления и открытые фонтаны при эксплуатации скважин /Х.А. Андриянов, Р.А. Максутов. -.: Недра, 1986. - 231с.

9. Котляровский В.А. К оценке степени риска аварий на объектах нефтегазодобывающей отрасли: [Проведено моделирование аварийных ситуаций при выбросах взрывоопасных продуктов из оборудованияпо различным сценариям, используемое в целях оценки риска и возможных последствий аварий] / В.А. Котляровский, М.А. Аверченко, А.В. Забегаев // Аварии и катастрофы: Предупреждение и ликвидация последствий.Кн.5. -.:М АСВ, 2001. - С, 79-88.

10. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств [Текст]: ПБ 09-540-03: утв. Постановлением Госгортехнадзора России от 05.05.03, № 29; зарегистрировано М-вом юстиции Рос. Федерации 15.06.03, № 4537. - М.: ДЕАН, 2003. - 43 с.

Размещено на www.allbest.ru