2.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).

Пожежна небезпека глибинно-насосного способу видобутку нафти зводиться головним чином до можливих аварій і розливу нафти по території.

Аварії можуть бути при:

- заїданні поршня в циліндрі;

- обриві штанг і балансирів;

- прориві газу із свердловини;

- перевантаженню електродвигунів;

- самозайманні приводних ременів.

2.2. Можливі джерела запалювання.

Приклад пожежі. У грудні 1991 р. на свердловині Хар’ягинського родовища ПО “Коминефть” здійснювали видобуток нафти з великим вмістом газу (у 1 тонні нафти 400 куб.м газу). Газ через фланцеві з'єднання вибивався назовні. По недбалості поруч проводили зварювальні роботи. Пожежа виникла на фланцевих з'єднаннях і незабаром вогонь охопив усю свердловину. Висота полум'я смолоскипа досягла 45-50 м. Пожежу гасили протягом 10 днів.

При видобутку нафти пожежа і навіть вибух можуть виникнути від різних джерел запалювання:

- іскра, що виникла внаслідок удару каменів, що викидаються, об сталеві частини устаткування;

- іскра, що виникла при підйомі або опусканні металевих пристроїв за рахунок удару їх об тверду породу;

- самозаймання відкладень сірчистих з'єднань заліза, що утворюються на внутрішніх стінках технологічного устаткування в результаті хімічного впливу чи сірководню вільної сірки зі сталевими поверхнями;

• іскри двигунів внутрішнього згоряння;

• перегрів підшипників та масла в компресорі;

• відкрите полум'я апаратів з вогневим обігрівом (трубчасті печі пунктів

комплексної підготовки нафти);

• проведення зварювальних та інших вогневих робіт (зварювання обсадних

труб над устям свердловини);

• самозаймання продукції свердловини ;

• розряди статичної електрики (при терті нафти об стінки труб);

В основі причин, що викликають займання аварійного фонтану нафти

розрядами статичної електрики лежать такі явища, як трибоелектричний ефект (заряження тертям), що виникає при взаємному терті часток потоку, що рухаються та нерухомих конструкцій, зміна агрегатного стану фонтануючої речовини, розпилення рідкої фази в складі струменя, деформація фонтануючого струменя при ударі об тверду перешкоду і т.д.

Таким чином, найбільш ймовірні джерела запалювання при видобутку нафти пов'язані з тепловими проявами механічної, хімічної й електричної енергії.

2.3. Шляхи поширення пожежі.

Характерними шляхами поширення пожежі на нафтогазовидобувних промислах є парогазоповітряна хмара та дзеркало розлитої нафти, що утворюються при аварійному викиді нафти і газу, а також при відкритому фонтануванні нафти.

Пожежа на промислах може досягати грандіозних розмірів і може стрімко поширюватися на сусідні бурові та інші спорудження. Палаючі потоки нафти нерідко досягають 80 і більш метрів у висоту, теплове випромінювання яких сприяє подальшому поширенню пожежі на великі площі.