Выброс – это неконтролируемый выброс сырой нефти и/или природного газа из нефтяной или газовой скважины после выхода из строя систем контроля давления. [1] Современные скважины оснащены противовыбросовыми превенторами , предназначенными для предотвращения подобных случаев. Случайная искра во время выброса может привести к катастрофическому возгоранию нефти или газа .
До появления оборудования для контроля давления в 1920-х годах неконтролируемый выброс нефти и газа из скважины во время бурения был обычным явлением и был известен как нефтяной фонтан , фонтанный фонтан или дикая скважина .
Фонтанные фонтаны были символом разведки нефти в конце 19 - начале 20 веков. В то время простые методы бурения, такие как бурение с помощью канатного инструмента , и отсутствие противовыбросовых превенторов означали, что бурильщики не могли контролировать резервуары с высоким давлением. Когда эти зоны высокого давления были нарушены, нефть или природный газ поднимались вверх по скважине с высокой скоростью, вытесняя бурильную колонну и создавая фонтанирующий фонтан. Говорят, что скважина, которая начиналась как фонтанный фонтан, «взорвалась»: например, фонтан Лейквью рванул в 1910 году. Эти незакрытые скважины могли добывать большое количество нефти, часто поднимаясь в воздух на высоту 200 футов (61 м) или выше. . [2] Выброс, в основном состоящий из природного газа, был известен как газовый фонтан .
Несмотря на то, что фонтаны были символами вновь обретенного богатства, они были опасны и расточительны. Они убили рабочих, занимавшихся бурением, уничтожили оборудование и залили ландшафт тысячами баррелей нефти; кроме того, из-за взрывного сотрясения мозга, вызванного скважиной, когда она пробивала нефтяной/газовый пласт, ряд нефтяников полностью потеряли слух; находиться слишком близко к буровой установке в момент бурения нефтяного пласта чрезвычайно опасно. Воздействие на дикую природу очень трудно оценить количественно, но его можно оценить лишь как умеренное в самых оптимистических моделях — на самом деле, экологическое воздействие оценивается учеными всего идеологического спектра как серьезное, глубокое и продолжительное. [3]
Ситуация еще больше усложнялась тем, что свободно текущая нефть находилась и находится под угрозой воспламенения. [4] Один драматический рассказ о взрыве и пожаре гласит:
С ревом, словно сотня экспрессов, мчащихся по сельской местности, колодец взорвался, разбрызгав нефть во все стороны. Вышка просто испарилась. Корпуса увяли, как салат из воды, а тяжелая техника корчилась и скручивалась в гротескные формы в пылающем аду. [5]
Развитие методов роторного бурения, при которых плотность бурового раствора достаточна для преодоления забойного давления в только что вскрытой зоне, означает, что фонтанирующих фонтанов стало можно избежать. Однако если плотность флюида была недостаточной или флюиды уходили в пласт, все равно существовал значительный риск выброса скважины.
В 1924 году на рынок был выведен первый успешный противовыбросовый превентор . [6] Клапан противовыбросового превентора, прикрепленный к устью скважины , может быть закрыт в случае бурения в зоне высокого давления и удерживать скважинные флюиды. Для восстановления контроля над скважиной можно использовать методы контроля скважины. По мере развития технологий противовыбросовые превенторы стали стандартным оборудованием, а фонтанные фонтаны ушли в прошлое.
В современной нефтяной промышленности неуправляемые скважины стали называть фонтанирующими и встречаются сравнительно редко. Произошло значительное улучшение технологии, методов контроля скважин и обучения персонала, что помогло предотвратить их возникновение. [1] С 1976 по 1981 год доступен 21 отчет о выбросах. [1]
Нефть или сырая нефть — это природная легковоспламеняющаяся жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и других органических соединений, встречающихся в геологических образованиях под поверхностью Земли. Поскольку большинство углеводородов легче горных пород или воды, они часто мигрируют вверх, а иногда и вбок через соседние слои горных пород, пока либо не достигнут поверхности, либо не попадут в пористые породы (известные как резервуары) в непроницаемые породы наверху. Когда углеводороды концентрируются в ловушке, образуется нефтяное месторождение, из которого можно извлечь жидкость путем бурения и откачки. Забойное давление в горных породах меняется в зависимости от глубины и характеристик нефтематеринской породы . Природный газ (в основном метан ) также может присутствовать, обычно над нефтью в пласте, но иногда растворяется в нефти при пластовом давлении и температуре. Растворенный газ обычно выходит из раствора в виде свободного газа при снижении давления либо при контролируемых операциях добычи, либо при выбросе, либо при неконтролируемом выбросе. Углеводороды в некоторых резервуарах могут практически полностью состоять из природного газа.
В современных скважинах давление забойной жидкости контролируется за счет балансировки гидростатического давления , создаваемого столбом бурового раствора . Если баланс давления бурового раствора неправильный (т.е. градиент давления бурового раствора меньше градиента порового давления пласта), то пластовые флюиды (нефть, природный газ и/или вода) могут начать поступать в ствол скважины и вверх. затрубное пространство (пространство между внешней стороной бурильной колонны и стенкой открытого ствола или внутренней частью обсадной колонны ) и/или внутри бурильной трубы . Обычно это называют ударом . В идеале механические барьеры, такие как противовыбросовые превенторы (ПВП), могут быть закрыты, чтобы изолировать скважину, в то время как гидростатический баланс восстанавливается за счет циркуляции жидкостей в скважине. Но если скважина не закрыта (общий термин для закрытия противовыбросового превентора), выброс может быстро перерасти в выброс, когда пластовые флюиды достигают поверхности, особенно когда приток содержит газ, который быстро расширяется при пониженном давлении. давление по мере движения вверх по стволу скважины, что еще больше снижает эффективный вес жидкости.
Ранними признаками предстоящего удара скважины во время бурения являются:
Другими предупреждающими знаками во время бурения являются:
Основным средством обнаружения выброса во время бурения является относительное изменение скорости циркуляции обратно на поверхность в грязевые ямы. Буровая бригада или инженер по буровым растворам отслеживают уровень в ямах с буровым раствором и внимательно контролируют скорость возврата бурового раствора по сравнению со скоростью, которая закачивается в бурильную трубу. При встрече с долотом зоны более высокого давления, чем оказывает гидростатическая напор бурового раствора (включая небольшой дополнительный фрикционный напор при циркуляции), будет наблюдаться увеличение скорости возврата бурового раствора, поскольку приток пластового флюида смешивается с циркулирующий буровой раствор. И наоборот, если скорость возврата ниже ожидаемой, это означает, что определенное количество бурового раствора теряется в зоне поглощения где-то ниже последнего башмака обсадной колонны . Это не обязательно приводит к удару ногой (и может никогда им не стать); однако падение уровня бурового раствора может привести к притоку пластовых флюидов из других зон, если гидростатический напор уменьшится до уровня, меньшего, чем у полного столба бурового раствора. [ нужна цитата ]
Первой реакцией на обнаружение выброса будет изоляция ствола скважины от поверхности путем активации противовыбросовых превенторов и закрытия скважины. Затем буровая бригада пыталась циркулировать в более тяжелой жидкости глушения , чтобы увеличить гидростатическое давление (иногда с помощью компании по управлению скважиной ). При этом приточные жидкости будут медленно и контролируемо циркулировать, стараясь не допустить слишком быстрого ускорения газа по стволу скважины, контролируя давление в обсадной колонне с помощью штуцеров по заранее определенному графику.
Этот эффект будет незначительным, если приток жидкости в основном представляет собой соленую воду. А с помощью бурового раствора на нефтяной основе его можно замаскировать на ранних стадиях контроля выброса, поскольку приток газа может растворяться в нефти под давлением на глубине только для того, чтобы выйти из раствора и довольно быстро расшириться по мере приближения притока к поверхности. После того, как все загрязнения будут удалены, давление в закрытой колонне должно достичь нуля. [ нужна цитата ]
Укупорочные стояки используются для контроля выбросов. Крышка представляет собой открытый клапан, который закрывается после привинчивания. [23]
Выбросы скважин могут произойти на этапе бурения, во время испытаний скважин , во время заканчивания скважин , во время добычи или во время капитального ремонта скважин. [1]
Выбросы могут выбросить бурильную колонну из скважины, а сила вытекающей жидкости может быть достаточно сильной, чтобы повредить буровую установку . Помимо нефти, выбросы скважин могут включать природный газ, воду, буровой раствор, грязь, песок, камни и другие вещества.
Выбросы часто возникают из-за искр от выбрасываемых камней или просто из-за тепла, выделяющегося в результате трения. Тогда компании по управлению скважиной необходимо будет потушить пожар в скважине или закрыть скважину, а также заменить головку обсадной колонны и другое наземное оборудование. Если текущий газ содержит ядовитый сероводород , нефтяной оператор может принять решение поджечь поток, чтобы преобразовать его в менее опасные вещества. [ нужна цитата ]
Иногда выбросы могут быть настолько сильными, что их невозможно взять под контроль непосредственно с поверхности, особенно если в зоне течения так много энергии, что она не истощается значительно с течением времени. В таких случаях могут быть пробурены другие скважины (называемые разгрузочными скважинами ) для пересечения скважины или кармана, чтобы обеспечить возможность введения ликвидационной жидкости на глубину. При первом бурении в 1930-х годах вспомогательные скважины были пробурены для закачки воды в основную скважину. [24] Вопреки тому, что можно понять из этого термина, такие скважины обычно не используются для сброса давления с использованием нескольких выпусков из зоны выброса.
Двумя основными причинами подводных выбросов являются отказы оборудования и дисбаланс пластового давления. [25] Подводные скважины имеют оборудование для контроля давления, расположенное на морском дне или между подъемной трубой и буровой платформой. Противовыбросовые превенторы (ПВП) являются основными устройствами безопасности, предназначенными для поддержания контроля геологического давления в скважине. Они содержат механизмы отключения с гидравлическим приводом, позволяющие остановить поток углеводородов в случае потери контроля над скважиной. [26]
Даже при наличии оборудования и процессов предотвращения выбросов операторы должны быть готовы отреагировать на выброс, если он произойдет. Перед бурением скважины должны быть представлены, рассмотрены и одобрены BSEE подробный проектный план строительства скважины, План реагирования на разливы нефти, а также План локализации скважин. Это зависит от доступа к адекватным ресурсам локализации скважин в соответствии с NTL 2010-N10. . [27]
Выброс скважины Deepwater Horizon в Мексиканском заливе в апреле 2010 года произошел на глубине воды 5000 футов (1500 м). [28] Текущие возможности реагирования на выбросы в Мексиканском заливе США соответствуют производительности улавливания и переработки 130 000 баррелей жидкости в день и мощности по переработке газа 220 миллионов кубических футов в день на глубинах до 10 000 футов. [29]
Подземный выброс – это особая ситуация, когда флюиды из зон высокого давления бесконтрольно перетекают в зоны более низкого давления внутри ствола скважины. Обычно это происходит от более глубоких зон с более высоким давлением к более мелким пластам с более низким давлением. У устья скважины не может быть утечки потока жидкости. Однако пласт(ы), получающие приток, могут оказаться под избыточным давлением, и эту возможность следует учитывать в будущих планах бурения в окрестностях. [ нужна цитата ]
Майрон М. Кинли был пионером в борьбе с пожарами и выбросами на нефтяных скважинах. Он разработал множество патентов и конструкций средств и методов тушения нефтяных пожаров. Его отец, Карл Т. Кинли, пытался потушить пожар на нефтяной скважине с помощью мощного взрыва — метод, который до сих пор широко используется для тушения нефтяных пожаров. Майрон и Карл Кинли впервые успешно применили взрывчатку для тушения пожара на нефтяной скважине в 1913 году. [30] Позже Кинли в 1923 году основал компанию MM Kinley. [30] Асгер «Ботс» Хансен и Эдвард Оуэн «Кутс» Мэтьюз также начинают свою карьеру. под руководством Кинли.
Пол Н. «Рэд» Адэр присоединился к компании MM Kinley Company в 1946 году и проработал 14 лет с Майроном Кинли, прежде чем в 1959 году основал свою собственную компанию Red Adair Co., Inc..
Компания Red Adair Co. помогла в борьбе с выбросами на море, в том числе:
Американский фильм 1968 года « Адские бойцы» с Джоном Уэйном в главной роли рассказывает о группе пожарных на нефтяных скважинах, во многом основанный на жизни Адэра; Адэр, Хансен и Мэтьюз работали техническими консультантами над фильмом.
В 1994 году Адэр вышел на пенсию и продал свою компанию Global Industries. Руководство компании Адэра ушло и создало компанию International Well Control (IWC). В 1997 году они купили компанию Boots & Coots International Well Control, Inc. , основанную Хансеном и Мэтьюзом в 1978 году.
После взрыва Макондо-1 на платформе Deepwater Horizon морская отрасль сотрудничала с государственными регулирующими органами для разработки системы реагирования на будущие подводные инциденты. В результате все энергетические компании, работающие в глубоководной части Мексиканского залива США, должны представить план реагирования на разливы нефти, требуемый OPA 90, с добавлением регионального демонстрационного плана локализации перед началом любых буровых работ. [32] В случае подводного выброса эти планы немедленно активируются, используя часть оборудования и процессов, эффективно используемых для сдерживания скважины Deepwater Horizon, а также другие, которые были разработаны после нее.
Чтобы восстановить контроль над подводной скважиной, Ответственная сторона сначала должна обеспечить безопасность всего персонала на борту буровой установки, а затем начать детальную оценку места происшествия. Подводные аппараты с дистанционным управлением (ROV) будут отправлены для проверки состояния устья скважины, противовыбросового превентора (ПВП) и другого оборудования подводных скважин. Процесс удаления мусора начнется немедленно, чтобы обеспечить свободный доступ к укупорочной трубе.
После опускания и фиксации на устье скважины перекрывающая труба использует накопленное гидравлическое давление, чтобы закрыть гидроцилиндр и остановить поток углеводородов. [33] Если закрытие скважины может привести к нестабильным геологическим условиям в стволе скважины, для удержания углеводородов и их безопасной транспортировки на надводное судно будет использоваться процедура закрытия и потока. [34]
Ответственная сторона работает в сотрудничестве с BSEE и Береговой охраной США , чтобы контролировать меры реагирования, включая контроль источников, сбор сброшенной нефти и смягчение воздействия на окружающую среду. [35]
Несколько некоммерческих организаций предлагают решение для эффективного сдерживания подводного выброса. HWCG LLC и Marine Well Containment Company работают в водах Мексиканского залива США [36] , а такие кооперативы, как Oil Spill Response Limited, предлагают поддержку международных операций.
30 сентября 1966 года в Советском Союзе произошли выбросы на пяти газовых скважинах в Урта-Булаке, районе примерно в 80 километрах от Бухары , Узбекистан . В «Комсомольской правде» утверждалось , что после многих лет бесконтрольного горения им удалось полностью остановить их. [37] Советы опустили специально изготовленный 30-килотонный ядерно- физический комплекс в 6-километровую (20 000 футов) скважину, пробуренную на расстоянии от 25 до 50 метров (от 82 до 164 футов) от исходной (быстро протекающей) скважины. Ядерная взрывная установка была сочтена необходимой, поскольку обычные взрывчатые вещества не обладали необходимой мощностью, а также требовали гораздо больше места под землей. Когда устройство взорвалось, оно разрушило первоначальную трубу, по которой газ из глубокого резервуара выходил на поверхность, и остекловало окружающую породу. Это привело к прекращению утечки и пожара на поверхности примерно через одну минуту после взрыва и оказалось постоянным решением. Попытка построить подобную скважину оказалась не столь успешной. Другие испытания касались таких экспериментов, как увеличение добычи нефти (Ставрополь, 1969 г.) и создание резервуаров для хранения газа (Оренбург, 1970 г.). [38]
Данные из отраслевой информации. [1] [39]
Одним из самых больших препятствий, с которыми они столкнулись при бурении, было попадание в сильную нефтяную жилу, самопроизвольный выброс, который взметнулся высоко, как верхушки самых высоких деревьев!