Пожежна небезпека при експлуатації нафтогазових свердловин

НАЦІОНАЛЬНИЙ університет цивільного захисту УКРАЇНИ

Кафедра пожежної і техногенної безпеки об'єктів та технологій

Дисципліна „Пожежна безпека виробництв”

4 курс. 7-й семестр

Розділ 3. ПОЖЕЖНА БЕЗПЕКА НА ПОЖЕЖОНЕБЕЗПЕЧНИХ ВИРОБНИЦТВАХ.

ТЕМА 15. Пожежна безпека процесів добутку і переробки нафти, нафтопродуктів та ГОРЮЧИХ ГАЗІВ.

ЛЕКЦІЯ 13

Пожежна безпека при експлуатації нафтогазових свердловин

ЛІТЕРАТУРА

1. Клубань В.С., Петров А.П. “Пожарная безопасность предприятиий промышленности и агропромышленного комплекса” М.: Стройиздат. -1987. с.232-237.

2. Котов Г.М. “Пожарная опасность и меры профилактики в процессах бурения и добычи нефти”- Харків-1960. - с.83.

3. Правила пожежної безпеки в газовій промисловості України. АТ «Укргазпром» ДО: 1997. с.60-67.

4. Н.Н. Клепоносов, А.И. Сорокин. «Пожарная защита объектов нефтяной и газовой промышленности”.- М.:»Недра».- 1983. С.5-60.

5. А.Веселовський. Енергетичні перспективи Східного Середземномор’я.- ж. Нафтова і газова промисловість - №2 2003. с.3-19.

ПЛАН ЛЕКЦІЇ

Вступ 10 хв.

1. Сутність технологічних процесів експлуатації свердловин 20 хв.

2. Пожежна небезпека при експлуатації нафтогазових свердловин 20 хв.

3. Пожежна профілактика при експлуатації свердловин. 20 хв.

Висновки 5 хв.

Завдання на самопідготовку 5 хв.

ВСТУП

Стан природного середовища безперечно пов’язаний з технічною безпекою промислових виробництв, з безпекою техносфери, вплив якої на природу можна порівняти за своїми масштабами з наслідками земних катаклізмів. Тільки на відміну від стихійних катастроф масштаб аварій у промисловості „заданий” прорахунками та недоліками в забезпечені безпеки, ліквідація та попередження яких

представляє собою найбільш ефективний спосіб рішення екологічної проблеми. Не дотримання промислової безпеки більш чітко виявляє всю екологічну безвідповідальність. Техногенні аварії та катастрофи сьогодні реально загрожують національній безпеці України; стан технічної безпеки та проти аварійної стійкості промислових підприємств, виробництв та об’єктів підвищеної небезпеки, незважаючи на зниження об’ємів та темпів виробництва, продовжує погіршуватися, а рівень аварійності зростає.

Основними причинами екологічно небезпечних аварій на виробництві продовжують залишатися грубі порушення вимог безпеки керівниками робіт, спеціалістами та персоналом, відступи від установлених технологій та регламентів, конструктивні недоліки та несправності обладнання, машин та механізмів, невірні інженерні рішення, дуже низький рівень трудової та виробничої дисципліни.

За даними статистики компанії „Нафтогаз України” в нашій країні експлуатується 4636 нафтогазових свердловин.При експлуатації нафтогазових свердловин найбільшу небезпеку представляють відкриті фонтани з неконтрольованими викидами та розливами рідких, газоподібних або змішаних вуглеводневих фракцій. Особливу екологічну небезпеку представляє розробка родовищ нафти та газу з підвищеним вмістом сірководню.

1. СУТНІСТЬ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ експлуатації СВЕРДЛОВИН

Перед тим, як добувати нафту або газ, свердловину необхідно збудити, тобто забезпечити приплив нафти або газу до поверхні землі.

Способи збудження нафти:

- промивання водою, нафтою, буровим розчином;

- продувка повітрям чи газом за допомогою компресора;

- тартання (витяг нафти зі свердловини за допомогою желонки – довгого цебра з дном, що відкривається,).

свабірування (витяг нафти із свердловини за допомогою підвішеного на тросі поршня)

Способи видобутку нафти класифікуються:

- ФОНТАННИЙ, що полягає у використанні природного тиску нафтового пласта.

Для цього використовують спеціальну фонтанну арматуру, яка складається з:

- трубної голівки, що забезпечує підвіску фонтанних труб, герметизацію і контроль простору між фонтанними трубами й експлуатаційною колоною:

- фонтаної ялинки, що направляє струмені фонтана в збірники нафти, а також регулює роботу фонтана.

Тиск фонтанної арматури повинний відповідати максимальному тиску на устя свердловини (від 4 до 25 МПа і більш).

Продукція свердловини по фонтанних трубах надходить у фонтанну ялинку і далі транспортується через робочу викидну лінію на збірний пункт. Бічні відводи трійника і хрестовини трубної голівки служать для приєднання міжтрубного та затрубного простору до насоса або компресора під час підкачування у свердловину води, нафти або газу в період освоєння свердловини або глушіння фонтана.

КОМПРЕСОРНИЙ спосіб полягає у використанні енергії стиснутого повітря або газу, отриманого на компресорній станції. Спосіб використовують у випадку, якщо енергії пласта виявляється недостатньо для підйому нафти. Розрізняють ерліфтний (повітряний підйом) та газліфтний (газовий підйом) компресорний спосіб.

Повітря або газ подаються в свердловину спеціальною компресорною станцією під тиском 4-5 МПа. За рахунок різниці тиску суміш нафти з газом або повітрям по внутрішній трубі піднімається на поверхню і направляється в трап (герметизована судина для відділення нафти від газу). Повітря в эрліфтній системі використовується тільки 1 раз, а потім викидається назовні. У випадку газліфтного способу, газ при наявності газолінового заводу циркулює в системі постійно (перевага газліфтного способу перед эрліфтним). Якщо немає газолінового заводу, то газ так само як і повітря викидається після однократного використання назовні і спалюється на свічі. При компресорному способі експлуатації в свердловину опускають насосно-компресорні труби в один або два ряди.

ГЛИБИННО-НАСОСНИЙ спосіб здійснюється за допомогою спеціальних насосів, що опускаються в свердловину. Плунжер насоса, одержуючи рух від верстата -качалки, забезпечує усмоктування нафти з вибою і її нагнітання в піднімальні труби. Качалку разом з електроприводом встановлюють в устя свердловини.

З усіх вище названих способів видобутку нафти найдешевшим є фонтанний, за допомогою якого добувається близько 60% нафти, за допомогою глибинно-насосного - 20-30%, компресорного - 10-15% нафти.

Висновок: Таким чином, видобуток нафти пов'язаний зі здійсненням двох основних процесів: буріння та експлуатації свердловин, що у свою чергу являють собою складні технологічні процеси, які вимагають глибокого вивчення з метою безаварійного та безпечного їх проведення.

Пожежна небезпека при експлуатації нафтогазових свердловин

Пожежна небезпека процесів експлуатації свердловин обумовлюється насамперед наявністю великої кількості горючої рідини - нафти і газу, що виходять на поверхню землі, а також можливістю викиду і появи відкритого нафтового фонтана за рахунок високого пластового тиску.

Згідно результатів аналізу великих пожеж на промислах, майже всім пожежам передувало утворення горючого середовища (ГС) на відкритому повітрі в результаті виходу нафти і газу назовні (фонтанування). В умовах відкритого фонтанування на поверхню землі викидається колосальна кількість нафти, що заливає велику територію і створює надзвичайно небезпечну обстановку.

Приклад пожежі: 8січня 1995 р. у південно-індійської пров. Андра Прадеш відбувся спалах природного газу на свердловині, почалося неконтрольоване горіння нафтогазового фонтана висотою до 100 м і продовжувалося 65 днів. Увесь цей час в окрузі радіусом 5 км від свердловини випадав своєрідний «нафтовий дощ», що покривав землю і будівлі, причому сам смолоскип було видно з відстані 3 км. Невдачею закінчилися спроби остудити смолоскип і поступово збити його шляхом подачі води з лафетних пожежних стовбурів із сумарною інтенсивністю до 120 м³/хв. Відірвати смолоскип від свердловини

удалося шляхом підриву за допомогою електродетонатора заряду ВВ масою 400 кг.

М.У.: Питання до курсантів: Чим обумовлюється пожежна небезпека процесів буріння та експлуатації свердловин?

2.1. Умови утворення горючого середовища (ГС).

Пожежна небезпека процесів буріння свердловин і видобутку нафти характеризується наявністю великої кількості нафти і газу і їх пожежонебезпечними властивостями.

Нафта - ЛЗР, Тсп=-35 - +35⁰С. Область спалахування парів нафти в суміші з повітрям від 1% (Yн) до 10% (Yв) (об. %). Особливо небезпечні нафти з великим вмістом сірки (0.6% і більш) (сірка, взаємодіючи з металами утворює пірофорні сполуки, здатні на повітрі самозайматися). Сірководень та двоокис вуглецю агресивно впливають на бурильні, обсадні труби і на устаткування, викликають при цьому корозію у процесі експлуатації, особливо коли вони знаходяться під навантаженням розтягання (водневе охрупчивання та сульфідне розтріскування).

Крім нафти горючими матеріалами на бурових є запаси палива для двигунів, промивні розчини на вуглеводневій основі, нафтопродукти, що застосовуються для нафтових ванн, матеріали для використання при спорудженні бурових, хімреагенти та нафта для промивного розчину, обтиральні матеріали тощо.

При нормальній експлуатації свердловин ГС не утворюється, тому що в навколишньому середовищі немає парів нафти і газу в достатніх кількостях, необхідних для утворення вибухонебезпечних концентрацій (ВНК).

М.В. Питання до курсантів: За яких умов утворюється ВНК горючих речовин?

Пожежонебезпечною є операція порушення (збудження) свердловини шляхом продувки її газом або повітрям, тому що існує можливість вільного утворення вибухонебезпечної суміші в свердловині.

Пожежна небезпека процесів добутку нафти та газу різко зростає при ускладненнях, що порушують нормальний хід робіт і здатних привести до фонтанування нафти і газу зі стовбура свердловини.

М.В. Питання до курсантів: Що є причиною відкритого фонтанування нафти при бурінні свердловин?

Розглянемо особливості пожежної небезпеки, а саме причини та умови утворення горючого середовища процесів добутку нафти та газу різними способами.

Пожежна небезпека фонтанного способу експлуатації свердловин визначається можливістю прориву горючої продукції в зовнішнє середовище внаслідок порушення щільності з'єднань, зриву і роз'їдання арматури породою та інш.

При видобутку нафти фонтанним способом відкрите фонтанування може відбутися:

- при пуску свердловини, коли стовп глинистого розчину заміняють нафтою (протитиск на вибій знижується);

- при неправильному улаштуванні вибою свердловини (коли простріл здійснюють верхніх нафтових прошарків);

- при підйомі експлуатаційних труб з метою ремонту їх на поверхні землі;

- при руйнуванні фонтанної арматури (наявність у нафті піску, засмічення

окремих ділянок арматури парафіном).

Місцями аварійного фонтанування нафти найчастіше є;

-нещільності фланців фонтанної арматури;

-міжколоні кільцеві зазори;

-тріщини та пласти з великою проникливістю, що виходять на поверхню за межами свердловини (грифони).

При експлуатації свердловин, що дають парафінисту нафту, одним з частих видів несправностей є запарафінування стовбура та викидних ліній. Парафін, розчинений у нафті, при охолодженні нафтогазової суміші в процесі її руху від вибою до устя свердловини починає випадати в осад і відкладається на стінках трубопроводів на всьому шляху проходження нафти аж до приймальних ємностей.

Факторами, що сприяють інтенсивному відкладенню парафіну, є підвищений вміст газу в нафтогазовій суміші, що викликає охолодження нафти газом при його розширенні, низька температура навколишнього середовища, нестабільність процесу фонтанування, низька швидкість руху нафтогазової суміші, шорсткість внутрішньої поверхні труб.

Для видалення відкладень прибігають до трьох основних способів очищення: механічному видаленню парафіну з внутрішньої поверхні труб спеціальними шкребками, розчиненню парафіну різними розчинниками, тепловій обробці трубопроводів нагрітими агентами. Велику пожежну небезпеку представляє останній спосіб, зв'язаний із застосуванням нагрівальних установок поблизу свердловини і полягає в закачуванні в свердловину пари або гарячої нафти.

При компресорному способі видобутку нафти основною пожежною небезпекою є:

- засмоктування повітря в магістраль при роботі компресорів;

- пропуск газу через нещільності сальників, фланцевих з'єднань, вентилів і засувок;

- перевищення тиску в компресорі понад припустимого (вибух).