Во время добычи нефти человеку приходится иметь дело с огромными давлениями, высокими температурами, проникать на большие глубины в толщу земной коры, поднимать на поверхность гигантские объемы горючих и взрывоопасных веществ. Для этого используется очень мощное и массивное оборудование. Судите сами: масса колонны буровых труб может превышать 100 тонн, а давление жидкости при гидроразрыве нефтяного пласта — 600 атмосфер. Если что-то пойдет не так, последствия могут быть очень серьезными. К счастью, люди научились добывать нефть безопасно. В этом им помогают и технологий, и современные подходы к организации производства.
Какую скважину можно считать безопасной?
Очевидно, ту, строительство и эксплуатация которой не приведут к загрязнению водоносных горизонтов и почв, травмам людей и повреждению оборудования.
Основа будущей безопасности скважины для добычи нефти закладывается во время ее проектирования. Для этого геологи и геомеханики проводят большую предварительную работу, изучая горно-геологические условия на пути бурения: выясняют расположение и состав пород различных пластов, в том числе водоносных, рассчитывают направление внутренних напряжений, определяют наиболее нестабильные промежутки. Современные информационные технологии — разнообразные программы компьютерного моделирования — заметно повышают точность этих расчетов. Главная задача на этом этапе — подобрать такую конструкцию скважины, которая будет соответствовать всем геологическим особенностям на ее пути.
Следующий шаг — безопасное бурение. Нередко новости об открытии нового месторождения иллюстрируются фонтаном нефти, вырывающимся на поверхность. Даже в середине XX века такие фонтаны не были редкостью. Сегодня к ним другое отношение. На самом деле такие открытые нефтяные фонтаны чреваты большими разрушениями и приводят к загрязнению окружающей среды. А выброс значительного количества газа может вызвать взрыв и пожар. Поэтому при бурении жидкость и газ, находящиеся в скважинах под большим давлением, задавливают буровым раствором, чтобы они не вырвались на поверхность. Важно подобрать такую плотность раствора, чтобы его масса надежно удерживала нефть и газ в пласте, не давая им попасть в скважину (подобные ситуации называют газонефтеводопроявлениями).
Буровой раствор правильно подобранной плотности не только борется с нежелательными выбросами, но и удерживает стенки ствола скважины от обрушений, которые могут вызвать прихват бурильного инструмента (он начинает застревать или хуже вращаться). Эта аварийная ситуация способна привести к поломкам оборудования и создать угрозу безопасности людей, работающих на буровой.
Чрезвычайные происшествия, связанные с фонтанированием углеводородов, сегодня происходят очень редко. Однако на случай, если ситуация все-таки выйдет из-под контроля, существуют специальные военизированные аварийно-спасательные формирования. Они располагаются во всех нефтедобывающих регионах, всегда готовы прибыть на место и приступить к ликвидации последствий аварии.
Главным же стражем скважины остается противовыбросовое оборудование. Это механический барьер в скважине — так называемые превенторы, которые устанавливаются в верхней части скважины (см. рисунок) и надежно герметизируют ее, не давая жидкости вырваться наружу, плотно обхватывают бурильную колонну, а в некоторых случаях могут и вовсе ее отрезать от буровой вышки. Бурильный инструмент в результате остается внутри скважины, а доступ в нее полностью перекрывается. Использование таких устройств при бурении обязательно.
Противовыбросовый превентор был изобретен в США в 1922 году. Авторами разработки стали буровик Джеймс Аберкромби, который однажды сам чуть не оказался жертвой мощного выброса нефти, и инженер-механик Гарри Кэмерон, владелец компании по производству нефтяного оборудования.
Важная задача при строительстве скважины — обезопасить пресноводные горизонты с питьевой водой, расположенные на небольшой глубине, от попадания в них из нижележащих пластов различных соляных растворов, нефти и других веществ. Чтобы избежать таких перетоков, в конструкции любой скважины предусмотрен кондуктор — колонна обсадных труб, надежно защищающая грунтовые воды от загрязнения. Глубина, до которой может доходить кондуктор, зависит от геологии каждого конкретного участка и может составлять от 100 до 600 метров.
Пространство между обсадными трубами и стенкой скважины заполняют цементным раствором, который застывает и надежно блокирует любой переток. Чтобы цемент равномерно заполнил пространство, на обсадные трубы надевают центраторы — муфты, располагающие их точно посередине скважины.
Сегодня все чаще для стимуляции притока в скважину углеводородов применяется гидроразрыв пласта (ГРП). В ходе него в скважину под большим давлением закачивают специальную жидкость с проппантом — гранулами, которые попадают в возникающие при этом трещины и не дают им сомкнуться. Чтобы вытеснить нефть из пласта, также используют различные химические составы. Правильное устройство скважины — залог того, что все эти вещества не попадут в почву и не разольются по поверхности. В современной скважине нефтеносный слой изолирован от вышележащих пластов, колонна-кондуктор надежно защищает водоносные горизонты, фонтанная арматура наверху также герметична, а любые вещества, попавшие в скважину, вымываются вместе с добываемой нефтью и в дальнейшем отделяются от нее на установке подготовки нефти.
Разные месторождения — разные риски
Основные риски, которые существуют на любом месторождении и которые сегодня учитываются при разработке правил промышленной безопасности, — это утечки, аварийные разливы нефти, возгорания, травмы персонала, вызванные подвижными частями оборудования. Впрочем, есть еще и региональные особенности, добавляющие позиции к этому списку. Так, например, в оренбургской нефти высоко содержание сероводорода. Это токсичный и опасный для человека газ: его коварство в том, что при высоких концентрациях люди перестают ощущать его запах и могут получить серьезное отравление. Там, где возможен выброс сероводорода, работники обязательно носят с собой портативный газоанализатор, настроенный на выявление этого газа.
Для месторождений Ямала сероводород не характерен, но и там есть свои специфические особенности. Например, высокий газовый фактор — повышенное содержание попутного нефтяного газа (ПНГ) в добываемой нефти. Помимо большего риска взрывов и возгораний этим фактором обусловлены и дополнительные задачи по экологической безопасности: как непосредственное попадание метана в атмосферу, так и выбросы углекислого газа от сжигания ПНГ на факелах усиливают парниковый эффект, поэтому его эффективная утилизация — одна из важных задач, которую приходится решать нефтяным компаниям на таких месторождениях.
Добыча нефти на Крайнем Севере, имеет и другие региональные риски. Это и суровый климат, в котором приходится работать персоналу, а значит — дополнительные требования к спецодежде. Это и вечномерзлые грунты, которые необходимо учитывать при проектировании объектов инфраструктуры: все они должны быть подняты над землей, в противном случае вечная мерзлота начинает таять — твердый грунт поплывет, превратится в болото, а построенные на нем нефтепроводы и другие объекты разрушатся.
Как находить утечки нефти?
Любое месторождение, на котором идет добыча нефти — это большое количество трубопроводов, по которым нефть с отдельных скважин доставляется на установку подготовки нефти. Так как месторождения порой занимают десятки квадратных километров, длина трубопроводов может быть значительной, а пролегают они в не самых легкодоступных местах. Кроме того, неочищенная нефть — довольно агрессивная среда, поэтому на таких трубопроводах может достаточно быстро развиваться коррозия, приводящая к утечкам и аварийным разливам. Если у магистральных нефтепроводов нормативный срок эксплуатации превышает 30 лет, а фактический может достигать 50, то промысловые трубопроводы разрушаются за 5–10 лет.
Чтобы избежать повреждений труб и разливов нефти, сегодня применяются разнообразные способы диагностики состояния труб и средства их защиты. Одно из таких решений — внутритрубный снаряд, устройство, которое проталкивается по трубе давлением нефти. На нем установлены специальные датчики, которые сканируют стенки трубы сантиметр за сантиметром, выявляя дефекты. Хотя внутритрубная диагностика уже давно не новость и активно применяется на магистральных нефтепроводах, для промысловых трубопроводов, диаметр которых заметно меньше, использовать ее стали не так давно.
Также для выявления утечек сегодня используются беспилотные летательные аппараты. Беспилотник летит на определенной высоте над трубой и фиксирует возможные места утечек. Места возможных утечек он определяет с помощью тепловизора, ведь температура у добываемой выше, чем на поверхности земли. Кроме того, аппарат делает видеозапись, которую затем просматривает оператор. Все это позволяет быстро найти утечку и ликвидировать ее последствия, пока еще не нанесен значительный вред.
Для защиты труб от коррозии и любых механических повреждений применяют специальную изоляцию, которую наносят не только снаружи, но и внутри. Кроме того, используют ингибиторы коррозии — вещества, которые закачивают в трубу для образования защитной пленки на ее стенках.
Почему технических решений недостаточно?
Современная техника достаточно совершенна, а правила и стандарты развиты и отработаны годами, для того чтобы практически полностью исключить риск аварий и происшествий на производстве. Важную роль играет и контроль со стороны разнообразных государственных структур, таких как Ростехнадзор, Государственная инспекция труда, Роспотребнадзор, Росприроднадзор. Но, хотя человек сделал все для того, чтобы нефтедобыча, как и любая другая отрасль промышленности, стала безопасной, именно человеческий фактор — то, с чем совладать сложнее всего.
Причиной серьезных происшествий может стать пренебрежение самыми простыми правилами, самоуверенность, отсутствие знаний и умений, надежда на авось, невнимательность или просто привычка. Именно поэтому нефтяные компании сегодня уделяют большое внимание развитию культуры безопасности у своих сотрудников.
Культура — это само собой разумеющиеся вещи. У каждого из нас есть представления о том, как правильно себя вести, что такое хорошо и что такое плохо. Вежливость, забота о ближних, элементарные нормы поведения в обществе — мы следуем им не потому, что нас заставляют, а потому, что считаем это правильным, испытываем в этом естественную потребность. Точно так же и с безопасностью: приверженность ей лежит в основе производственной культуры наиболее продвинутых в этой области предприятий.
Заинтересовала статья? Или вам интересны другие темы? Оставляйте свои комментарии - нам важно знать ваше мнение.
Ранее мы уже писали о том, как бурят скважины, и как этому помогает искусственный интеллект.
Оригинал статьи и другие материалы читайте на сайте журнала: www.gazprom-neft.ru/press-center/sibneft-online/ или просто www.sibneft.ru
