Введение.

Безопасность – абсолютное требование для нефтяных операций, включая, как экономическую безопасность, так и безопасность людей.

Необходимо отметить, что нефтепромысловое оборудование представляет собой технологическую уникальность почти каждого устройства, предназначенного для той или иной операции, а его производство требует значительных затрат.

Поэтому современному нефтепромысловому оборудованию предъявляются исключительно высокие требования.

И это не случайно. Так как, исходя из условий эксплуатации, внезапный отказ в работе может привести к тяжелым авариям и соответственно последствиям.

Следовательно, еще на стадии проектирования все усилия должны быть направлены на обеспечение заданного уровня надежности не только работы оборудования, но и всего производства в целом.

Для этого, как мы уже с вами говорили ранее, существуют различные нормативные документы, регламентирующие параметры, направленные на обеспечение безопасности всего технологического процесса при добыче нефти.

Но, к сожалению, задачи по обеспечению необходимого уровня надежности решаются не всегда эффективно (это может быть как на стадии проектирования, так и в период эксплуатации) и аварии разной степени тяжести все-таки происходят.

Вопросы.

Пожарная опасность нефти и природных газов нефтегазовых месторождений.

Краткая характеристика процессов бурения и эксплуатации скважин.

Возможные нарушения в работе технологического оборудования, приводящие к нештатным аварийным ситуациям. Пожарная опасность процессов бурения и эксплуатации скважин.

Меры безопасности при добыче нефти.

Классификация складов нефти и нефтепродуктов. Хранение нефтепродуктов.

Вопрос 1. Пожарная опасность нефти и природных газов нефтегазовых месторождений.

Нефть является сырьем для производства самых разнообразных химических продуктов. К таким продуктам относятся: бензины, керосины, дизельные топлива, масла, мазуты. А также синтетические спирты, ароматические углеводороды, различные моющие средства, растворители и т.д.

Нефть. Нефть представляет собой смесь углеводородов с различными группами структурных соединений. В ее состав входят сернистые, азотистые и кислородсодержащие углеводороды, предельные, непредельные и циклические углеводороды.

По фракционной перегонке нефть разделяют на фракции, отличающиеся по температурам кипения.

Начало кипения нефти около 20 о С, но встречаются и более тяжелые нефти с температурой начала кипения 100 о С и более. Плотность нефти находится в пределах 730-1040 кг/м 3 .

В зависимости от месторождения изменяется состав нефти, что влияет на фракционный состав (температура начала и конца кипения) и плотность.

Относительная плотность по воздуху составляет от 0,56 до 1,01. Диэлектрическая постоянная 2-2,5. Удельное электрическое сопротивление 5·10 8 -3·10 16 Ом·м. Коэффициент температуропроводности составляет 0,069·10 3 -0,086·10 3 м 2 /с. Удельная теплоемкость порядка 2,1 КДж/кг·К. Коэффициент теплопроводности порядка 0,139 Вт/м·К. Теплота сгорания 43514-6024 кДж/кг. В воде нефть практически нерастворима.

Это основные физические характеристики нефти.

А вот химические свойства нефти зависят от ее состава. Ей присущи свойства предельных и непредельных углеводородов, ароматических и кислородсодержащих соединений и т.д.

В последние годы в общем объеме добычи нефти возрастает доля тяжелых высоковязких нефтей.

асфальтенов от 5,5 до 23,7 %;

смол от 18,5 до 40,0 %;

парафинов ≈ 0,8 %;

серы от 2,0 до 3,5 %.

Система оценки пожарной опасности веществ и материалов регламентирована ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

В соответствие с этим стандартом нефть относится к легковоспламеняющимся жидкостям с температурой вспышки от -45 о С до 27 о С (в зависимости от состава).

Температура самовоспламенения 220-375 о С.

Нижний концентрационный предел распространения (воспламенения) пламени находится в пределах 0,9 -2,4 % объемных.

Температурные пределы распространения (воспламенения) пламени, о С:

Нижний -45-+26; верхний -14-+80.

Скорость выгорания 5,2·10 -5 -7·10 -5 м/с. Скорость нарастания прогретого слоя 0,7·10 -4 – 1,0·10 -4 м/с. Температура прогретого слоя 130-160 о С.

Сырые нефти способны прогреваться в глубину, образуя все возрастающий гомотермический слой. Температура пламени при горении нефти 1100 о С.

Природные газы. Природные газы газовых, газоконденсатных и нефтегазовых месторождений состоят в основном из углеводородов гомологического ряда метана С n Н 2n+2 и неуглеродных компонентов, таких как N 2 , СО 2 , Н 2 S, He, Ar, Kr, паров ртути.

Основу природных газов составляет метан.

В значительно меньших объемах содержаться более тяжелые углеводороды: этан, пропан, бутан, пентан и др.

Каждая залежь характеризуется своим составом и даже в пределах залежи этот состав может меняться.

Так, например, сравним состав природного газа Самотлорского нефтяного месторождения и Уренгойского газоконденсатного месторождения:

Состав газа	Месторождения
	Самотлорское нефтяное,	Уренгойское конденсатное, %
Метан СН 4
Этан С 2 Н 6
Пропан С 3 Н 8
Бутан С 4 Н 10
Пентан С 5 Н 12
Относительная плотность по воздуху

Плотность газа по воздуху зависит от состава: для газов, добываемых вместе с нефтью, относительная плотность по воздуху находится в пределах 0,7-0,8, но может быть и более 1,0.

Теплота сгорания также зависит от состава природного газа. Чем тяжелее компонент, тем выше его объемная теплота сгорания.

Так, теплота сгорания для метана составляет 802 кДж/моль, а для бутана – 2657 кДж/моль.

Удельная теплоемкость снижается по мере увеличения молекулярной массы углеводородов. Так, для метана удельная теплоемкость составляет 2,22 кДж/кг·К.

Концентрационные пределы распространения (воспламенения, или пределы взрываемости) пламени, % объемные:

Нижний 4,5 -5,35

Верхний 13,5-14,9

Присутствие сероводорода в составе природного газа значительно расширяет область воспламенения (область взрываемости). Для сероводорода H 2 S концентрационные пределы распространения пламени: НКПРП 4,3 % (об); ВКПРП 46% (об).

Нормальная скорость распространения пламени природного газа в смеси с воздухом составляет 0,176 м/с.

Минимальная энергия зажигания составляет 0,028 мДж.

Итак, каждый показатель имеет свое предназначение при оценке пожарной пожаровзрывоопасности нефти и природного газа.

Очень важно знать, какой смысл вложен в значение того или иного показателя.

Например, что понимают под пределом взрываемости (области воспламенения) и почему присутствие сероводорода в природном газе расширяет область воспламенения.

Что это значит, природный газ становится более взрывоопасным при расширении области воспламенения или наоборот?

На эти вопросы вы уже можете ответить сами.

Предприятия из нефтяной и газовой промышленности представляют собой большой комплекс объектов. На обеспечение их пожарной безопасности уходит до 30% от получаемой прибыли. У этих объектов специфические характеристики, поэтому в законодательных и нормативных актах о пожарной безопасности для них отведены отдельные пункты.

Основные понятия в отрасли

Нефтегазовый комплекс включает в себя:

По правилам пожарной безопасности на этих объектах есть нефтепродукты повышенной горючести и взрывоопасности. Для снижения рисков возникновения пожаров и аварийных ситуаций необходимо придерживаться правил проектирования зданий, сооружений, оборудования.

Также обучить рабочий персонал и ответственных лиц правилам пожарной безопасности, осуществлять своевременный контроль по исполнению обязанностей.

Из-за больших площадей и сложного оборудования на предприятиях используют автоматические и роботизированные установки пожаротушения.

Также должны присутствовать системы сигнализации, зачастую не связанные с другими системами, газоанализаторы, сеть пожарных водопроводов, насосы и станции. При любых изменениях в работе такого оборудовании уполномоченные лица обязаны уведомить органы Государственного пожарного надзора.

На этих предприятиях необходимо вести документацию по пожарной безопасности. Зачастую возле таких объектов располагается отделение пожарной охраны, чтобы в минимальные сроки ликвидировать возгорание. Возможна организация на конкретном предприятии.

Правила и требования

Основные требования к объектам нефтяной и газовой промышленности указаны в «Техническом регламенте о требованиях пожарной безопасности». Действуют «Правила пожарной безопасности в нефтяной промышленности» 1987 года. Они охватывают область проектирования, эксплуатации и ремонта предприятий и объектов в части пожарной безопасности.

В них отмечено, что на объектах нефтяной промышленности оборудуют принудительную вентиляцию из негорючих материалов, а в нерабочее время ее заменяет естественная система. Все взрывоопасные зоны обозначают пожарными знаками, как и места для курения на территории предприятий.

Все предметы в лабораториях, на путях эвакуации нельзя делать из пожароопасных материалов. К работам и обслуживанию на предприятиях этого комплекса допускаются люди, прошедшие обучение по пожарно-техническому минимуму.

За каждым участком объекта закрепляют руководителя, и он несет ответственность за исполнение необходимых требований по пожарной безопасности. Регулярно проводят анализ воздуха в производственных помещениях всех объектов нефтегазового комплекса.

Для зданий и сооружений таких предприятий предусмотрены отдельные таблицы с размерами в приложениях к техническому регламенту.

Метод определения класса пожарной опасности описан там же. Проектирование предприятий предполагает отсутствие трубопроводов под административными зданиями. На территорию объектов запрещен въезд любого транспорта без средств огнетушения и пропусков.

Для безопасного функционирования таких предприятий важно соблюдать правила из смежных с пожарной безопасностью отраслей. Большое значение имеют «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности» от 2013 года, «Правила устройства электроустановок» в 6-м издании от 1998 года. Благодаря своевременному контролю по всем правилам состояния установок, трубопроводов и оборудования с помощью технических экспертиз можно избежать утечек нефтепродукта.

Нормы безопасности для складов и хранилищ

В этой части действует свод правил «Склады нефти и нефтепродуктов. Требования пожарной безопасности» от 2013 года. Он не распространяется на объекты специального негражданского назначения, подземные (в непроницаемых для нефтепродуктов горных породах) и ледогрунтовые нефтехранилища, складов синтетических жирозаменителей, сжиженных углеводородных газов и др.

Для складов с нефтепродуктами рассматривают несколько причин возникновения пожаров:

Нефтехранилища делят на категории в зависимости от максимального размера резервуара и общей вместимости склада. При расчете последнего показателя учитывается и номинальный объем присутствующей на территории нефтехранилища тары. Всего 5 категорий, которые обозначают римскими цифрами и буквами.

В своде правил есть таблица с пожарными расстояниями до других объектов. Его определяет назначение ближайшего здания, дороги, сооружения, лесопарка и категория склада.

Иногда допускается уменьшение расстояния, например, при соседстве с лесопарками, участками торфа, если учтены нюансы. Эти требования пожарной безопасности относятся к генеральным планам нефтехранилищ и складов.

Вокруг территории нефтехранилищ и складов устанавливают ограждения из продуваемых материалов. Здания, относящиеся к этим нефтехранилищам, должны быть I, II, III либо IV степени огнестойкости. Склады нефтехранилища (резервуарные парки), находящиеся по уровню выше населенных пунктов, дорог или у берегов рек, требуют дополнительных мер по обеспечению пожарной безопасности.

Пожарная безопасность резервуаров

Резервуары с нефтепродуктами бывают горизонтальными и вертикальными. Располагают их под, а также над землей. Резервуары выбирают в соответствии с ГОСТом. По объемам и близости к рекам или городским постройкам причисляют к одному из трех классов опасности.

На каждом резервуаре нефтехранилища делают надпись «Огнеопасно» и указывают характеристики. Если территория объекта находится под охраной и оснащено плакатами, то предупреждение не нужно. Резервуары могут быть с понтонами или плавающими крышками. Такая конструкция емкостей позволяет уменьшить пожарную опасность и испарения легковоспламеняющихся продуктов.

В своде правил размещены таблицы с пожарными расстояниями между резервуарами внутри парка и другими зданиями, сооружениями, путепроводами, объектами.

Вокруг наземных резервуаров делают земляные обвалы. Они должны быть больше на 0,2 м, чем предполагаемый разлив нефтепродукта. Для подземных допустимо отсутствие обвалов, при условии хранения нефти или мазута.

Резервуарные парки оборудуют системами пенного пожаротушения, сигнализирующими устройствами и средствами первичного пожаротушения. Исправность всех элементов, узлов, установок регулярно проверяют, чтобы они были пригодны для использования в любой момент.

Склады и нефтехранилища обеспечивают пожарной охраной. Для персонала разрабатывают инструкции по пожарной безопасности, обозначают места размещения средств первичного пожаротушения.

Резервуары без нефтепродуктов чистят перед регламентными работами, проверкой швов методами неразрушающего контроля, ремонтом. Для этого разработаны официальные инструкции пожарной безопасности, как и для сварочных и остальных огневых работ на территории резервуарного парка.

Эксплуатация предприятий нефтепродуктообеспечения

Правила пожарной безопасности при эксплуатации предприятий нефтепродуктообеспечения предполагают соблюдение противопожарных норм на автозаправочных станциях и подобных им объектах. Ранее действовали правила пожарной безопасности от 1997 года, но их отменили.

Сейчас на автозаправочные станции, нефтебазы, наливные пункты распространяются требования из «Правил противопожарного режима в Российской Федерации».

На станциях нельзя заправлять транспорт с работающим двигателем, а мотоциклы, мопеды заглушают за 15 м до заправочного островка.Допускается нахождение пассажиров в легковом автомобиле, а в остальных случаях люди должны покинуть салон.

Между транспортом в очереди к заправке должно быть расстояние не менее 1 м, при этом должно остаться место для отъезда или маневра автомобиля.

Запрещено заправлять машины, когда автоцистерна сливает топливо в резервуар. Если нет специального клапана, то в этот момент на территории и в помещение заправочной станции не должны находиться люди кроме обслуживающего персонала.

Аналогичные требования к действиям персонала заправочной станции при возникновении пожара. После обнаружения возгораний отключают электропитание, за исключением противопожарных систем заправочной станции (тушение и сигнализация), сообщают пожарной охране об инциденте, и немедленно приступают к ликвидации с помощью первичных средств пожаротушения.

Расчет категории пожароопасности производственного или складского объекта - обязательное условие его безопасного функционирования. Благодаря правильно выполненным вычислениям, определению пожарных рисков и проведению других противопожарных мероприятий, появляется возможность комплексного обеспечения пожарной безопасности (ПБ) предприятия.

Необходимость установления категории пожароопасности для объекта нефтепереработки

Нефтеперерабатывающее предприятие несет большую угрозу для людей, животных, растительного мира и окружающей среды при появлении пожара или другой чрезвычайной ситуации.

Основными целями определения категории пожарной опасности для нефтеперерабатывающего предприятия являются:

• организация эффективного тушения пожара - подавлять огонь на таком объекте достаточно сложно, в большинстве случаев склады ГСМ и цистерны не тушатся до полного выгорания нефтепродуктов;
• предупреждения нанесения значительного вреда атмосфере - горение нефтепродуктов сопровождается выбросом агрессивных химических веществ, которые очень вредны и опасны для окружающей среды и людей;
• предотвращение огромного материального урона, который неминуемо создается при пожаре на нефтеперерабатывающем предприятии;
• оснащение помещений автоматическими системами пожаротушения - некоторые продукты нефтепереработки загораются даже от искры, поэтому необходима гарантированная защита от возгораний таких веществ и материалов.

Категория пожароопасности помещений объекта нефтепереработки

В зависимости от хранящихся горючих веществ и материалов и их количества помещения делят на 5 категорий пожарной опасности. Не последнюю роль в определении категории играет и тип технологического процесса, производимого в помещении.

Большая часть помещений объекта нефтепереработки относят к категории пожароопасности А - с повышенной пожаро- и взрывоопасностью.

Чтобы помещение было отнесено к категории А требуется наличие в нем определенного числа вышеуказанных веществ, которое может спровоцировать образование взрывоопасных паров или воздушных смесей. При их воспламенении должно образоваться избыточное давление выше 5 кПа.

Если в помещении хранятся материалы, способные гореть или взрываться при контакте с кислородом, водой или друг с другом, то его тоже относят к категории пожароопасности А.

Некоторые помещения нефтеперерабатывающих предприятий имеют категорию Б. В эту группу входят помещения, где имеются горючие и ЛВ жидкости с температурой вспышки более 28 0 С, горючая пыль и волокна.

Помещения, в которых хранятся горючие или трудногорючие жидкости, вещества и материалы, способные гореть только при взаимодействии с воздухом, водой или между собой (но не относятся к категориям А или Б), имеют категорию В1-В4.

Помещения со средней и низкой пожароопасностью относят к категориям Г и Д соответственно.

Создание эффективной системы нефтяной промышленности является необходимым условием функционирования подобных структур. Технологии в этой области постоянно совершенствуются, что позволяет отраслевым подразделениям обеспечить более надежный подход к эксплуатации оборудования, резко уменьшить количество аварий, вызванных глобальными пожарами или локальными возгораниями, и, самое главное, защитить персонал от несчастных случаев, влияющих не только на здоровье, но и их жизнь.

На примере нефтяных производственных объектов Удмуртской республике можно проследить ситуацию в области противопожарной безопасности начиная с 70-х годов прошлого века. Статистика подтверждает, что с 1976 года в течение четырех лет на региона произошло приблизительно 80 опасных пожаров. Основной причиной подобного положения сало крайне неудовлетворительный уровень пожарной безопасности. К 90-м годам появилось некоторое понимание и исправление этой проблемы. Во-первых, нефтяные объекты к этому времени стали технически перевооружаться, что сделало технологический процесс более устойчивым к возгораниям и пожарам. Во-вторых, менеджмент компаний стал серьезней относиться к подобной проблеме. Это существенно уменьшило не только количество технических инцидентов, связанных с этими случаями, но и изменило их структуру. Специалисты отрасли обратили внимание, что пожарные ситуации на опасных производственных объектах практически перестали возникать по следующим причинам:

• Курение в неположенных местах и неправильное обращение согнем.
• Отсутствие присмотра над нагревательными приборами (например, для сушки одежды).
• Сварочные работы на опасных объектах.

Подобная тенденция наблюдалась и в начале 2000-х годов. Более того, значительно уменьшился (в 2-4 раза) материальный ущерб от и непредвиденных возгораний на предприятиях нефтяной промышленности .

Руководители региональной отрасли осознавали, что совершенствование системы противопожарной безопасности требует финансового и технического подкрепления. Именно поэтому и была разработана и реализована комплексная программа, которая так и называется – « ». Она была рассчитана на пятилетний срок – с 2007 по 2011 год. Ее реализация позволило резко снизить количество пожаров на нефтяных объектах. И, главным образом, это было обеспечено за счет внедрения новейших технологий пожаротушения на предприятиях по добыче нефти.

Так, например, решили отказаться от ликвидации пожаров и различных возгораний методом, предусматривающего тушение очага паром. Он оказался недостаточно эффективным, особенно на стадии подготовки топлива в специальных установках (печи трубчатого типа). Для использования подобной технологии необходима постоянная выработка пара в котельной. А что делать, если нужна профилактика этого объекта или непредвиденный ремонт? Без мобильной передвижной установки, вырабатывающей пар не обойтись. Все это в совокупности ведет к высоким финансовым затратам и организационно-техническим издержкам. Более того, подобный способ пожаротушения провоцирует увеличение коррозионных процессов на трубопроводных системах. Именно поэтому для ликвидации пожаров и различных локальных возгораний на опасных производственных объектах нефтяной отрасли рекомендуется применять азотные технологии.

Одним из основных достоинств подобного метода является, прежде всего, его экономичность (снижение себестоимости нефти на стадии ее подготовки), надежность и достаточно высокая скорость технологического процесса тушения пожаров или возгораний, Более того, его применение позволяет эффективно выветрить инертный газ, находящийся на объекте во время проведения сварочных работ. В Удмуртской республике, например, такие установки уже функционируют на Киенгопском, Чутырском, Ельниковском и Гремихинском месторождениях.

Существует еще один достаточно распространенный и эффективный метод тушения пожаров на нефтяных объектах, причем в основном это касается установок подготовки нефти. Его суть заключается в следующем: пенообразная жидкость, направляется в горящий резервуар, причем под слой нефти – в нижнюю его часть. Она представляет собой фторсинтетический пенообразователь, образующий на поверхности пленку. Процесс его подачи осуществляется через специальные технологические трубопроводы. Жидкость из фторсинтетического продукта наверху резервуара взаимодействует с веществом, в результате чего происходит процесс тушения.

Для ликвидации пожаров на опасных производственных объектах нефтяной отрасли Удмуртской республики в рамках компании ОАО «Удмуртнефть» создано специализированное подразделение – оно называется ОВПО (Отряд ведомственной пожарной охраны, - ред.). Его деятельность полностью лицензирована. Основной задачей ОВПО является противопожарная профилактика нефтяных объектов компании и непосредственное тушение глобальных пожаров и локальных возгораний. В структуре этого отдела имеется 10 высококвалифицированных, технически обеспеченных пожарных команд, а также два стационарных подразделения, расположенных на крупных и опасных, с точки зрения пожарной безопасности, месторождений.

Одной из задач этого специализированного подразделения является также выполнение контрольных функций над проведением сварочных работ, осуществляемых на А их по подсчетам специалистов насчитывается порядка 13 тысяч в год. Подобная процедура предполагает наличие своеобразного пожарного караула в момент проведения сварочных работ. В компании ОАО «Удмуртнефть» это делается на каждом десятом технологическим процессе.

Эффективность ОВПО в сложных экстремальных ситуациях достигается еще и высоким профессионализмом специалистов этого подразделения. На уровне высшего руководства компании разработан план учений и тренировок пожарного отряда. После проведения каждого из них осуществляется тщательный разбор, оценка действий участников и формулируются выводы и рекомендации. На подобных совещаниях, как правило, присутствует руководство заинтересованных подразделений компании.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Общие сведения о бурении нефтяных и газовых скважин

1.1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Рис. 1. Элементы конструкции скважины

Скважиной называется цилиндрическая горная выработка, сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр во много раз меньше ее длины (Рис. 1).

Основные элементы буровой скважины:

Устье скважины (1) – пересечение трассы скважины с дневной поверхностью

Забой скважины (2) – дно буровой скважины, перемещающееся в результате воздействия породоразрушающего инструмента на породу

Стенки скважины (3) – боковые поверхности буровой скважины

Ось скважины (6) - воображаемая линия, соединяющая центры поперечных сечений буровой скважины

*Ствол скважины (5) – пространство в недрах, занимаемое буровой скважиной.

Обсадные колонны (4) – колонны соединенных между собой обсадных труб. Если стенки скважины сложены из устойчивых пород, то в скважину обсадные колонны не спускают

Скважины углубляют, разрушая породу по всей площади забоя (сплошным забоем, рис. 2 а) или по его периферийной части (кольцевым забоем рис. 2 б). В последнем случае в центре скважины остается колонка породы – керн, которую периодически поднимают на поверхность для непосредственного изучения.

Диаметр скважин, как правило, уменьшается от устья к забою ступенчато на определенных интервалах. Начальный диаметр нефтяных и газовых скважин обычно не превышает 900 мм, а конечный редко бывает меньше 165 мм. Глубины нефтяных и газовых скважин изменяются в пределах нескольких тысяч метров.

По пространственному расположению в земной коре буровые скважины подразделяются (рис. 3):

1. Вертикальнвые;

2. Наклонные;

3. Прямолинейноискривленные;

4. Искривленные;

5. Прямолинейноискривленные (с горизонтальным участком);

Рис. 3. Пространственное расположение скважин

Сложноискривленные.

Нефтяные и газовые скважины бурят на суше и на море при помощи буровых установок. В последнем случае буровые установки монтируются на эстакадах, плавучих буровых платформах или судах (рис. 4).

В нефтегазовой отрасли бурят скважины следующего назначения:

1. Эксплуатационные – для добычи нефти, газа и газового конденсата.

2. Нагнетательные – для закачки в продуктивные горизонты воды (реже воздуха, газа) с целью поддержания пластового давления и продления фонтанного периода разработки месторождений, увеличения дебита эксплуатационных скважин, снабженных насосами и воздушными подъемниками.

3. Разведочные – для выявления продуктивных горизонтов, оконтуривания, испытания и оценки их промышленного значения.

4. Специальные - опорные, параметрические, оценочные, контрольные – для изучения геологического строения малоизвестного района, определения изменения коллекторских свойств продуктивных пластов, наблюдения за пластовым давлением и фронтом движения водонефтяного контакта, степени выработки отдельных участков пласта, термического воздействия на пласт, обеспечения внутрипластового горения, газификации нефтей, сброса сточных вод в глубокозалегающие поглощающие пласты и др.

5. Структурно-поисковые – для уточнения положения перспективных нефте-газоносных структур по повторяющим их очертания верхним маркирующим (определяющим) горизонтам, по данным бурения мелких, менее дорогих скважин небольшого диаметра.

Сегодня нефтяные и газовые скважины представляют собой капитальные дорогостоящие сооружения, служащие много десятилетий. Это достигается соединением продуктивного пласта с дневной поверхностью герметичным, прочным и долговечным каналом. Однако пробуренный ствол скважины еще не представляет собой такого канала, вследствие неустойчивости горных пород, наличия пластов, насыщенных различными флюидами (вода, нефть, газ и их смеси), которые находятся под различным давлением. Поэтому при строительстве скважины необходимо крепить ее ствол и разобщать (изолировать) пласты, содержащие различные флюиды.

Крепление ствола скважины производится путем спуска в нее специальных труб, называемых обсадными. Ряд обсадных труб, соединенных последовательно между собой, составляет обсадную колонну. Для крепления скважин применяют стальные обсадные трубы (рис. 5).

Насыщенные различными флюидами пласты разобщены непроницаемыми горными породами - «покрышками». При бурении скважины эти непроницаемые разобщающие покрышки нарушаются и создается возможность межпластовых перетоков, самопроизвольного излива пластовых флюидов на поверхность, обводнения продуктивных пластов, загрязнения источников водоснабжения и атмосферы, коррозии спущенных в скважину обсадных колонн.

В процессе бурения скважины в неустойчивых горных породах возможны интенсивное кавернообразование, осыпи, обвалы и т.д. В ряде случаев дальнейшая углубка ствола скважины становится невозможной без предварительного крепления ее стенок.

Для исключения таких явлений кольцевой канал (кольцевое пространство) между стенкой скважины и спущенной в нее обсадной колонной заполняется тампонирующим (изолирующим) материалом (рис. 6). Это составы, включающие вяжущее вещество, инертные и активные наполнители, химические реагенты. Их готовят в виде растворов (чаще водных) и закачивают в скважину насосами. Из вяжущих веществ наиболее широко применяют тампонажные портландцементы. Поэтому процесс разобщения пластов называют цементированием.

Таким образом, в результате бурения ствола, его последующего крепления и разобщения пластов создается устойчивое подземное сооружение определенной конструкции.

Под конструкцией скважины понимается совокупность данных о числе и размерах (диаметр и длина) обсадных колонн, диаметрах ствола скважины под каждую колонну, интервалах цементирования, а также о способах и интервалах соединения скважины с продуктивным пластом (рис. 7).

Сведения о диаметрах, толщинах стенок и марках сталей обсадных труб по интервалам, о типах обсадных труб, оборудовании низа обсадной колонны входят в понятие конструкции обсадной колонны.

В скважину спускают обсадные колонны определенного назначения: направление, кондуктор, промежуточные колонны, эксплуатационная колонна.

Направление спускается в скважину для предупреждения размыва и обрушения горных пород вокруг устья при бурении под кондуктор, а также для соединения скважины с системой очистки бурового раствора. Кольцевое пространство за направлением заполняют по всей длине тампонажным раствором или бетоном. Направление спускают на глубину от нескольких метров в устойчивых породах, до десятков метров в болотах и илистых грунтах.

Кондуктором обычно перекрывают верхнюю часть геологического разреза, где имеются неустойчивые породы, пласты, поглощающие буровой раствор или проявляющие, подающие на поверхность пластовые флюиды, т.е. все те интервалы, которые будут осложнять процесс дальнейшего бурения и вызывать загрязнение окружающей природной среды. Кондуктором обязательно должны быть перекрыты все пласты, насыщенные пресной водой.

Рис. 7. Схема конструкции скважины

Кондуктор служит также для установки противовыбросового устьевого оборудования и подвески последующих обсадных колонн. Кондуктор спускают на глубину нескольких сотен метров. Для надежного разобщения пластов, придания достаточной прочности и устойчивости кондуктор цементируется по всей длине.

Эксплуатационная колонна спускается в скважину для извлечения нефти, газа или нагнетания в продуктивный горизонт воды или газа с целью поддержания пластового давления. Высота подъема тампонажного раствора над кровлей продуктивных горизонтов, а также устройством ступенчатого цементирования или узлом соединения верхних секций обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах должна составлять соответственно не менее 150-300 м и 500 м.

Промежуточные (технические) колонны необходимо спускать, если невозможно пробурить до проектной глубины без предварительного разобщения зон осложнений (проявлений, обвалов). Решение об их спуске принимается после анализа соотношения давлений, возникающих при бурении в системе «скважина-пласт».

Если давление в скважине Рс меньше пластового Рпл (давления флюидов, насыщающих пласт), то флюиды из пласта будут поступать в скважину, произойдет проявление. В зависимости от интенсивности проявления сопровождаются самоизливом жидкости (газа) на устье скважины (переливы), выбросами, открытым (неконтролируемым) фонтанированием. Эти явления осложняют процесс строительства скважины, создают угрозу отравлений, пожаров, взрывов.

При повышении давления в скважине до некоторой величины, называемой давлением начала поглощения Рпогл, жидкость из скважины поступает в пласт. Этот процесс называется поглощением бурового раствора. Рпогл может быть близким или равным пластовому, а иногда приближается к величине вертикального горного давления, определяемого весом расположенных выше горных пород.

Иногда поглощения сопровождаются перетоками флюидов из одного пласта в другой, что приводит к загрязнению источников водоснабжения и продуктивных горизонтов. Снижение уровня жидкости в скважине вследствие поглощения в одном из пластов обуславливает понижение давления в другом пласте и возможность проявлений из него.

Давление, при котором происходит раскрытие естественных сомкнутых трещин или образование новых, называется давлением гидравлического разрыва пласта Ргрп. Такое явление сопровождается катастрофическим поглощением бурового раствора.

Характерно, что во многих нефтегазоносных районах пластовое давление Рпл близко к гидростатическому давлению столба пресной воды Рг (далее просто гидростатическое давление) высотой Нж, равной глубине Нп, на которой залегает данный пласт. Это объясняется тем, что давление флюидов в пласте чаще обусловлено напором краевых вод, область питания которых имеет связь с дневной поверхностью на значительных расстояниях от месторождения.

Поскольку абсолютные значения давлений зависят от глубины Н, их соотношения удобнее анализировать, пользуясь величинами относительных давлений, которые представляют собой отношения абсолютных значений соответствующих давлений к гидростатическому давлению Рг,

Промежуточные колонны могут быть сплошными (их спускают от устья до забоя) и не сплошными (не доходящими до устья). Последние называются хвостовиками.

Принято считать, что скважина имеет одноколонную конструкцию, если в нее не спускаются промежуточные колонны, хотя спущены и направление и кондуктор. При одной промежуточной колонне скважина имеет двухколонную конструкцию. Когда имеются две и более технические колонны, скважина считается многоколонной.

Конструкция скважины задается следующим образом: 426, 324, 219, 146 – диаметры обсадных колонн в мм; 40, 450, 1600, 2700 – глубины спуска обсадных колонн в м; 350, 1500 – уровень тампонажного раствора за хвостовиком и эксплуатационной колонной в м; 295, 190 – диаметры долот в мм для бурения скважины под 219 – и 146 –мм колонны.

СПОСОБЫ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Бурить скважины можно механическим, термическим, электроимпульсным и другими способами (несколько десятков). Однако промышленное применение находят только способы механического бурения – ударное и вращательное. Остальные пока не вышли из стадии экспериментальной разработки.

УДАРНОЕ БУРЕНИЕ

Ударное бурение. Из его всех разновидностей наибольшее распространение получило ударно-канатное бурение (рис. 8).

Буровой снаряд, который состоит из долота 1, ударной штанги 2, раздвижной штанги-ножниц 3 и канатного замка 4 , спускают в скважину на канате 5, который, огибая блок 6, оттяжной ролик 8 и наравляющий ролик 10, сматывается с барабана 11 бурового станка. Скорость спуска бурового снаряда регулируют тормозом 12. Блок 6 установлен на вершине мачты 18. Для гашения вибраций, возникающих при бурении, применяются амортизаторы 7.

Кривошип 14 при помощи шатуна 15 приводит в колебательное движение балансирную раму 9. При опускании рамы оттяжной ролик 8 натягивает канат и поднимает буровой снаряд над забоем. При подъеме рамы канат опускается, снаряд падает, и при ударе долота о породу последняя разрушается.

По мере углубления скважины канат удлиняют, сматывая его с барабана 11. Цилиндричность скважины обеспечивается поворотом долота в результате раскручивания каната под нагрузкой (во время приподъема бурового снаряда) и скручивания его при снятии нагрузки (во время удара долота о породу).

Эффективность разрушения породы при ударно-канатном бурении прямо пропорциональна массе бурового снаряда, высоте его падения, ускорению падения, числу ударов долота о забой в единицу времени и обратно пропорциональна квадрату диаметра скважины.

В процессе разбуривания трещиноватых и вязких пород возможно заклинивание долота. Для освобождения долота в буровом снаряде применяют штангу-ножницы, изготовленные в виде двух удлиненных колец, соединенных друг с другом подобно звеньям цепи.

Процесс бурения будет тем эффективнее, чем меньшее сопротивление долоту бурового снаряда оказывает накапливающаяся на забое скважины выбуренная порода, перемешанная с пластовой жидкостью. При отсутствии или недостаточном притоке пластовой жидкости в скважину с устья периодически доливают воду. Равномерное распределение частиц выбуренной породы в воде достигается периодическим расхаживанием (приподъемом и опусканием) бурового снаряда. По мере накопления на забое разрушеной породы (шлама) возникает необходимость в очистке скважины. Для этого с помощью барабана поднимают буровой снаряд из скважины и многократно спускают в нее желонку 13 на канате 17, сматываемом с барабана 16. В днище желонки имеется клапан. При погружении желонки в зашламленную жидкость клапан открывается и желонка заполняется этой смесью, при подъеме желонки клапан закрывается. Поднятую на поверхность зашламленную жидкость выливают в сборную емкость. Для полной очистки скважины приходится спускать желонку несколько раз подряд.

После очистки забоя в скважину опускают буровой снаряд, и процесс бурения продолжается.

При ударном бурении скважина, как правило, не заполнена жидкостью. Поэтому, во избежание обрушения породы с ее стенок, спускают обсадную колонну, состоящую из металлических обсадных труб, соединенных друг с другом с помощью резьбы или сварки. По мере углубления скважины обсадную колону продвигают к забою и периодически удлиняют (наращивают) на одну трубу.

Ударный способ более 50 лет не применяется на нефтегазовых промыслах России. Однако в разведочном бурении на россыпных месторождениях, при инженерно-геологических изысканиях, бурении скважин на воду и т.п. находит свое применение.

1.2.2. ВРАЩАТЕЛЬНОЕ БУРЕНИЕ СКВАЖИН

При вращательном бурении разрушение породы происходит в результате одновременного воздействия на долото нагрузки и крутящего момента. Под действием нагрузки долото внедряется в породу, а под влиянием крутящего момента скалывает ее.

Существует две разновидности вращательного бурения – роторный и с забойными двигателями.

При роторном бурении (рис. 9) мощность от двигателей 9 передается через лебедку 8 к ротору 16 - специальному вращательному механизму, установленному над устьем скважины в центре вышки. Ротор вращает бурильную колонну и привинченное к ней долото 1. Бурильная колонна состоит из ведущей трубы 15 и привинченных к ней с помощью специального переводника 6 бурильных труб 5.

Следовательно, при роторном бурении углубление долота в породу происходит при движении вдоль оси скважины вращающейся бурильной колонны, а при бурении с забойным двигателем – невращающейся бурильной колонны. Характерной особенностью вращательного бурения является промывка

При бурении с забойным двигателем долото 1 привинчено к валу, а бурильная колонна – к корпусу двигателя 2. При работе двигателя вращается его вал с долотом, а бурильная колонна воспринимает реактивный момент вращения корпуса двигателя, который гасится невращающимся ротором (в ротор устанавливают специальную заглушку).

Буровой насос 20, приводящийся в работу от двигателя 21, нагнетает буровой раствор по манифольду (трубопроводу высокого давления) 19 в стояк - трубу 17, вертикально установленную в правом углу вышки, далее в гибкий буровой шланг (рукав) 14, вертлюг 10 и в бурильную колонну. Дойдя до долота, промывочная жидкость проходит через имеющиеся в нем отверстия и по кольцевому пространству между стенкой скважины и бурильной колонной поднимается на поверхность. Здесь в системе емкостей 18 и очистительных механизмах (на рисунке не показаны) буровой раствор очищается от выбуренной породы, затем поступает в приемные емкости 22 буровых насосов и вновь закачивается в скважину.

В настоящее время применяют три вида забойных двигателей – турбобур, винтовой двигатель и электробур (последний применяют крайне редко).

При бурении с турбобуром или винтовым двигателем гидравлическая энергия потока бурового раствора, двигающегося вниз по бурильной колонне, преобразуется в механическую на валу забойного двигателя, с которым соединено долото.

При бурении с электробуром электрическая энергия подается по кабелю, секции которого смонтированы внутри бурильной колонны и преобразуется электродвигателем в механическую энергию на валу, которая непосредственно передается долоту.

По мере углубления скважины бурильная колонна, подвешенная к полиспастной системе, состоящей из кронблока (на рисунке не показан), талевого блока 12, крюка 13 и талевого каната11, подается в скважину. Когда ведущая труба 15 войдет в ротор 16 на всю длину, включают лебедку, поднимают бурильную колонну на длину ведущей трубы и подвешивают бурильную колонну с помощью клиньев на столе ротора. Затем отвинчивают ведущую трубу 15 вместе с вертлюгом 10 и спускают ее в шурф (обсадную трубу, заранее установленную в специально пробуренную наклонную скважину) длиной, равной длине ведущей трубы. Скважина под шурф бурится заранее в правом углу вышки примерно на середине расстояния от центра до ее ноги. После этого бурильную колонну удлиняют (наращивают), путем привинчивания к ней двухтрубной или трехтрубной свечи (двух или трех свинченных между собой бурильных труб), снимают ее с клиньев, спускают в скважину на длину свечи, подвешивают с помощью клиньев на стол ротора, поднимают из шурфа ведущую трубу с вертлюгом, привинчивают ее к бурильной колонне, освобождают бурильную колонну от клиньев, доводят долото до забоя и продолжают бурение.

Для замены изношенного долота поднимают из скважины всю бурильную колонну, а затем вновь спускают ее. Спуско-подъемные работы ведут также с помощью полиспастной системы. При вращении барабана лебедки талевый канат наматывается на барабан или сматывается с него, что и обеспечивает подъем или спуск талевого блока и крюка. К последнему с помощью штропов и элеватора подвешивают поднимаемую или спускаемую бурильную колонну.

При подъеме БК развинчивают на свечи и устанавливают их внутри вышки нижними концами на подсвечники, а верхние заводят за специальные пальцы на балконе верхового рабочего. Спускают БК в скважину в обратной последовательности.

Таким образом процесс работы долота на забое скважины прерывается наращиванием бурильной колонны и спуско-подъемными операциями (СПО)для смены изношенного долота.

Как правило, верхние участки разреза скважины представляют собой легкоразмываемые отложения. Поэтому пред бурением скважины сооружают ствол (шурф) до устойчивых пород (3-30 м) и в него спускают трубу 7 или несколько свинченных труб (с вырезанным окном в верхней части) длиной на 1-2 м больше глубины шурфа. Затрубное пространство цементируют или бетонируют. В результате устье скважины надежно укрепляется.

К окну в трубе приваривают короткий металлический желоб, по которому в процессе бурения буровой раствор направляется в систему емкостей 18 и далее, пройдя через очистительные механизмы (на рисунке не показаны), поступает в приемную емкость 22 буровых насосов.

Трубу (колонну труб) 7, установленную в шурфе, называют направлением. Установка направления и ряд других работ, выполняемых до начала бурения, относятся к подготовительным. После их выполнения составляют акт о вводе в эксплуатацию буровой установки и приступают к бурению скважины.

Пробурив неустойчивые, мягкие, трещиноватые и кавернозные породы, осложняющие процесс бурения (обычно 400-800 м), перекрывают эти горизонты кондуктором 4 и цементируют затрубное пространство 3 до устья. При дальнейшем углублении могут встретиться горизонты, также подлежащие изоляции, такие горизонты перекрываются промежуточными (техническими) обсадными колоннами.

Пробурив скважину до проектной глубины, спускают и цементируют эксплуатационную колонну (ЭК).

После этого все обсадные колонны на устье скважины обвязывают друг с другом, применяя специальное оборудование. Затем против продуктивного пласта в ЭК и цементном камне пробивают несколько десятков (сотен) отверстий, по которым в процессе испытания, освоения и последующей эксплуатации нефть (газ) будут поступать в скважину.

Сущность освоения скважины сводится к тому, чтобы давление столба бурового раствора, находящегося в скважине, стало меньше пластового. В результате создавшегося перепада давления нефть (газ) из пласта начнет поступать в скважину. После комплекса исследовательских работ скважину сдают в эксплуатацию.

На каждую скважину заводится паспорт, где точно отмечаются ее конструкция, местоположение устья, забоя и пространственное положение ствола по данным инклинометрических измерений ее отклонений от вертикали (зенитные углы) и азимута (азимутальные углы). Последние данные особенно важны при кустовом бурении наклонно-направленных скважин во избежание попадания ствола бурящейся скважины в ствол ранее пробуренной или уже эксплуатирующейся скважины. Фактическое отклонение забоя от проектного не должно превышать заданных допусков.

Буровые работы должны выполняться с соблюдением законов об охране труда и окружающей природной среды. Строительство площадки под буровую, трасс для передвижения буровой установки, подъездных путей, линий электропередач, связи, трубопроводов для водоснабжения, сбора нефти и газа, земляных амбаров, очистных устройств, отвал шлама должны осуществляться лишь на специально отведенной соответствующими организациями территории. После завершения строительства скважины или куста скважин все амбары и траншеи должны быть засыпаны, вся площадка под буровую – максимально восстановлена (рекультивирована) для хозяйственного использования.

3. Классификация и структура построения автоматических установок пожаротушения.

Согласно нормативной документации, а именно, ГОСТ-12.2.047(27), под установкой пожаротушения понимается совокупность стационарных технических средств для тушения пожара за счет выпуска огнетушащих веществ. В общем случае они подразделяются на ручные и автоматические. Сегодня мы бы хотели рассказать об автоматических установках, отличительной особенностью которых является одновременное выполнение ими функций пожарной сигнализации, то есть обнаружения возгорания. Мы проведем их классификацию и обсудим преимущества и недостатки каждого вида. Общая схема классификации автоматических установок пожаротушения представлена на рисунке ниже.

Рисунок 1 Классификация автоматических установок пожаротушения

Соответственно, полное наименование автоматической установки пожаротушения должно звучать примерно так: «Модульная система порошкового пожаротушения по площади с автоматическим пуском».
Итак, классификация по типу огнетушащего вещества.