45. Способи буріння нафтових та газових свердловин. Особливості пожежної небезпеки процесу буріння і протипожежні вимоги до бурових установок.

Свердловина - це циліндрична гірська виробка що складається з гирла,

стовбура та забою.

Свердловини бурять не тільки для видобування нафти та газу. Це

можуть бути розвідувальні свердловини, свердловини для видобування

мінеральної або питної води, свердловини підземних газосховищ. Таким

чином бурові установки можна зустріти практично у кожній області

України.

Існує декілька способів буріння свердловин.

П ерші свердловини робилися так званим "канатно - ударним" або

просто "ударним" способом, сутність якого полягала у пробиванні в

ґрунті отвору важкою сталевою штангою. Зараз таким способом здебільше

роблять водяні свердловини на присадибних ділянках.

Найбільш розповсюдженим способом буріння у так зване "роторне"

або обертальне буріння.

Роторне буріння - це утворення свердловин за допомогою спеціального

пристрою - долота, за рахунок його обертання через бурильні труби.

Установка роторного буріння складається:

- долото - для подрібнення породи;

Долота можуть бути фрезерними або, так званими,

"шарошковими" та "алмазними", які мають алмазні вкраплення у коронку

долота. При обертанні долота шарошки або алмазні коронки

подрібнюють грант. Діаметр долота трохи більше за діаметр труб і тому

при роботі виникає кільцевий простір проміж трубами та стінкою

свердловини. Для відводу подрібненої породи із забою долото постійно

омивається глинистим розчином, який подається по трубам із середини і

піднімається нагору по стовбуру свердловини. Крім виносу подрібненої

породи глинистий розчин утворює протитиск зовнішні м породам і

закріплює їх.

- колона бурильних труб - для обертання долота, його підтримки та

підводу глинистого розчину;

Колона складається із окремих труб, довжиною по 20 метрів, поєднаних

конічною різьбою.

(Сталеві бурильні труби діаметром 147 мм мають вагу 37 кГс/м, а також

легкосплавні - 16 кГс/м.)

- "квадрат" (сама верхня труба квадратного перерізу) - для кращої

передачі обертання на всю колону.

Таку трубу значно легше затиснути для обертання, ніж трубу круглого

перерізу.

- обсадна колона - для закріплення гирла свердловини від обсипання

грунту;

В она встановлюється на початку буріння під час так званого

"забуріння свердловини", а її довжина залежить від щільності ґрунту.

- хрестовина - для відводу глинистого розчину із свердловини;

Хрестовина закріплюється на фланці обсадної колони і має патрубки із

засувками. (див мал.2)

Г л инистий розчин відводиться на фільтрацію для вилучення

подрібненої породи і далі у збірник розчину для його повторного

використання.

- ротор - для обертання колони труб;

Р отор, масивний сталевий диск, має по центру спеціальний ковзний

замок, який передає на "квадрат" оберти, але не заважає йому пересуватися

по вертикалі.

- дизельний двигун з трансмісією - для обертання ротора;

- вертлюг - для забезпечення вільного обертання підважених бурильних

труб;

- підйомна таль - для регулювання тиску долота на забій та підйому

бурильних труб при зміні долота;

насос глинистого розчину - для закачування розчину у бурильні труби;

В и користовують поршневі або плунжерні насоси, які можуть

створювати тиск до 500 атм.

- бурова вежа - для розташування основного бурового обладнання;

Вежі можуть бути чотириопорними та гвинтовими, які мають дві опорні

ферми і утримаються тросовими розтяжками - вантами. Висота вежі

залежить від глибини буріння і може бути до 70 метрів.

При бурінні колона труб з долотом пускається у свердловину, а

"квадрат" закріплюється у замку ротора. Тиск долота на забій

регулюється талю. Від дизеля обертання передається на ротор і через

"квадрат" на труби та долото.

При роботі постійно забезпечується циркуляція глинистого розчину по

схемі: насос - вертлюг - колона труб - забій стовбур свердловини -

хрестовина - фільтр - збірник і знову насос.

Глинистий розчин має два призначення: - виніс подрібненої породи із

забою; - утворення протитиску на стінки свердловини та пласт газу або

нафти.

Щ ільність глинистого розчину залежить від глибини буріння та

прогнозів геологів - чим більше глибина буріння і чим більший тиск

нафти або газу очікується, тим більш щільним роблять розчин.

По-скільки при роботі обертається вся колона бурильних труб, роторний

спосіб не дозволяє проводити дуже глибинне буріння через скручування

труб.

Для цього може використовуватись інший, більш прогресивніший, спосіб

- так зване "турбінне буріння".

Т у рбінне буріння - це утворення свердловини за допомогою

спеціального пристрою - турбобура, без обертання бурильних труб.

Т у рбобур був винайдений ще у 1922 році інженером

Капелюшниковим за часів Радянського Союзу.

О снову турбобура становить турбіна глинистого розчину.

Виглядає вона як довга труба у середині якої знаходяться крильчатки,

які і перетворюють тиск глинистого розчину на обертальний рух долота

із швидкістю 100-400 об/хв.(див. мал.3) Ії виготовлення вимагає

використання високих, надточних технологій та надміцних матеріалів. Але

це виправдовує себе при проведені надглибокого буріння.

З а допомогою таких турбобурів була пробурена найглибша у світі

дослідницька свердловина на Кольському півострові, глибина якої у

1990 році досягла 12 115 м. Ії буріння за планом повинно було

продовжитись до 14 500 м.

К р ім перерахованих способів буріння можливе використання

електробуріння, при якому долото обертається зануреним у

свердловину спеціальним електродвигуном - електробуром. Тобто:

Е л ектробуріння - це утворення свердловини за допомогою

спеціального пристрою - електробура, без обертання бурильних труб.

Н едоліком електробуріння у необхідність наявності у районі буріння

великих електричних потужностей, а також складність з’єднання

електричного кабелю в середині бурильних труб в середовищі

глинистого розчину. З цих причин воно використовується дуже рідко.

Особливе місце займає так зване "кущове буріння" по-скільки воно

пов’язане не із способом утворення свердловин, а із особливістю їх

розташування.

Кущове буріння - це спосіб розташування свердловин, які робляться

однією установкою і направлені в різні боки, на невеликій площині.

П р и цьому після утворення однієї свердловини установка

пересувається на невелику відстань і починається буріння наступної

свердловини, а сучасне обладнання дозволяє робити не тільки вертикальні

свердловини, а і похилі. Кущове буріння дозволяє значно економити

площі земельних ділянок.

Пожежна небезпека бурових установок складається з таких

факторів:

1. Наявність горючих матеріалів, серед яких:

- дерев’яні конструкції сараїв, настилів та вишок веж;

- дизпаливо - ГР з Тсп біля 70"С.

Т аким чином при нормальній роботі бурові установки відносяться до

категорії "В".

2 . Наявність на бурових горючого середовища з твердих горючих

матеріалів та ГР.

Таким чином при нормальній роботі середовище бурових буде мати зону

класу П-ІІІ.

3. Можливість газо- та нафтопроявів у процесі буріння з появою таких

речовин: - супутній нафтовий газ - ГГ з НКМЗ біля 10 %;

Супутній нафтовий газ на 70-80 % складається з метану.

- нафта - ЛЗР з Тсп від -30"С до +20"С в залежності від родовища.

4. Можливість відкритого фонтанування нафти та газу.

Причинами такого фонтанування можуть бути:

- загазованість глинистого розчину;

Це явище значно зменшує його щільність та протитиск на забій і приведе

до витиснення розчину із свердловини.

- проходження розчину у великі порожнечі;

Т акий проходження різко зменшує висоту стовбура глинистого

розчину у свердловині та протитиск на забій і теж приведе до витиснення

розчину. - недостатня щільність розчину для утворення протитиску.

Це може виникнути або через помилки бурових майстрів, або ж через

аномально високий тиск газонафтового пласту.

Т ак, під час буріння газонафтової свердловини на родовищі Тенгіз

(м.Гурьєв Російська Федерація) у 1985 р., при досягненні газонафтового

горизонту на глибині 4,5 км замість очікуваного тиску 400-500 атм

пластовий тиск становив 900 атм. Глинистий розчин був витиснений

із свердловини, запірні пристрої такого тиску не витримали і почалося

відкрите фонтанування газонафтової суміші. Через 6 хвилин після

спалахування фонтану впала бурова вежа, а ще через 10 хвилин із

свердловини були викинуті всі 4,5 км бурильних труб загальною вагою

понад 160 тон. На ліквідацію цієї аварії знадобилось 222 доби.

5. Наявність різноманітних джерел запалювання та шляхів

розповсюдження пожежі.

Н а йбільш характерними джерелами запалювання при відкритому

фонтанування у механічні джерела

- співудари металу або твердого каміння

Таким чином при нормальній роботі бурової установки її пожежна

небезпека на дуже висока. Але вона значно підвищується під час

газонафтових проявлень, а відкрите фонтанування як правило

закінчується пожежею.

До нормативних документів що містять вимоги до бурових установок

відносяться:

- ППБ для нафтової промисловості. /1/

- ППБ для геологорозвідувальних організацій та підприємств. /2/

Всі ці вимоги можна поділити на 4 групи.

1. Вимоги до території.

- територія навколо бурової повинна бути очищена від горючих

матеріалів в радіусі 50 м з оборюванням завширшки 1,4 м; (п.3.2.11 /1/)

- побутові будиночки повинні бути з навітряного боку від вежі;

Т а ка вимога необхідна для забезпечення безпеки будиночків при

відкритому фонтануванні, по-скільки сильний вітер можу прихиляти полум’я

факелу аж до землі.

- розриви проміж вежами та до побутових будиночків повинні бути не

менше висоти найбільшої вежі. (п.2.1.12 /1/)

Така вимога забезпечить безпеку при падіння вежі.

2. Вимоги до обладнання.

- повинні бути заходи проти відкритого фонтанування:

- недоторканий запас глинистого розчину;

- спеціальні цементи для закриття підземних порожнин;

- ПРЕВЕНТОРИ із штурвалами приводів в 10 м від свердловини за

захисним козирком. (п.3.1.12 /1/)

Превентори - це запірні пристрої для перекриття свердловини.

В они уявляють собою міцні шибери, які можуть перекривати зазор

проміж бурильними трубами та обсадною колоною. На буровій вони

встановлюються над хрестовиною.(див.мал.4)

- ДВЗ повинні бути на негорючих підлогах; (п.3.7.3 /1/)

- під ДВЗ повинен бути противень для збирання мастила;

(п.3.7.4 /1/)

- крізь горючі стінки вихлопні труби ДВЗ повинні проходити із зазором 15

см; (п.3.7.2 /2/)

- запас палива повинен бути не ближче 20 м від бурової, біля ДВЗ може

бути не більше 200 л палива; (п.3.1.6 /1/)

- на паливопроводі повинен бути аварійний вентиль в 5 м від бурової;

(п.3.1.6 /1/)

- на побутових печах та вихлопних трубах ДВЗ повинні бути іскрогасники.

(п.3.2.32 /2/)

3. Вимоги до електрообладнання.

- електрообладнання може бути загального виконання;

- по горючих конструкціях електродріт повинен прокладатися на

ізоляторах або негорючій основі;

- повинен бути загальний вимикач для відключення при

газонафтопроявленнях.

4. Протипожежний режим.

- на буровій повинен бути комплект інструкцій, серед яких:

- про заходи пожежної безпеки;

- по діям при газонафтопроявленнях;

- по попередженню відкритого фонтанування.

(п.3.2.27 /2/, дод.3 /1/)

- повинні бути первинні засоби пожежогасіння (ПЗПГ) на кожну бурову:

- вогнегасники - 2 шт.;

- пісок та лопата - 1 комплект;

- діжка з водою - 1 шт.;

- пожежні відра - 2 шт.;

- пожежний інструмент (лом, багор та топор) - 2 комплекту.

Буріння свердловин може здійснюватись трьома способами, кожний з

котрих має свою особливість. При нормальній роботі пожежна

небезпека бурових установок незначна, але вона значно підвищується

при газонафтопроявленнях і особливо при відкритому фонтанування.

Враховуючі, що кожна бурова установка має велику вартість і при не

правильний експлуатації може бути знищена вогнем, навіть під час її

нормальної роботи вони вимагають до себе уваги з боку працівників Державного пожежного нагляду.