Свердловин

НАЦІОНАЛЬНИЙ університет цивільного захисту УКРАЇНИ

Кафедра пожежної і техногенної безпеки об'єктів та технологій

Дисципліна „Пожежна безпека виробництв”

4 курс. 7-й семестр

Розділ 3. ПОЖЕЖНА БЕЗПЕКА НА ПОЖЕЖОНЕБЕЗПЕЧНИХ ВИРОБНИЦТВАХ.

ТЕМА 15. Пожежна безпека процесів добутку і переробки нафти, нафтопродуктів та ГОРЮЧИХ ГАЗІВ.

ЛЕКЦІЯ 12

пожежна безпека при бурінні нафтогазових свердловин.

ЛІТЕРАТУРА

1. Закон України Про захист населення і територій від надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру. 2000 р.

2. Клубань В.С., Петров А.П. “Пожарная безопасность предприятиий промышленности и агропромышленного комплекса” М.: Стройиздат. -1987. с.232-237.

3. Котов Г.М. “Пожарная опасность и меры профилактики в процессах бурения и добычи нефти”- Харків-1960. - с.83.

4. Н.Н. Клепоносов, А.И. Сорокин. «Пожарная защита объектов нефтяной и газовой промышленности”.- М.:»Недра».- 1983. С.5-60.

5. А.Веселовський. Енергетичні перспективи Східного Середземномор’я.- ж. Нафтова і газова промисловість - №2 2003. с.3-19.

6. Франчук І. ДАТ „Чорноморнафтогаз”: Енергія руху.- Ж. Нафтова і газова промисловість - №1 2004. с.3-4.

7. Рибчин І.Й. та інш. Щодо підвищення ефективності використання запасів нафти і газу в Україні.- Ж. Нафтова і газова промисловість - №1 2004. с.5-8.

ПЛАН ЛЕКЦІЇ

Вступ

1. Оцінка небезпеки нафтогазовидобувного комплексу України

2. Сутність технологічних процесів буріння свердловин

3. Пожежна небезпека процесів буріння свердловин

4. Пожежна профілактика при бурінні свердловин.

ВСТУП

Жодна галузь промисловості та сільського господарства не може обійтися без застосування вуглеводневихпалив - основних енергоносіїв, що одержують шляхом переробки нафти та газу.

З нафти і газу виробляються більше двох тисяч речовин, які застосовуються

для виготовлення штучних волокон, синтетичних каучуків, технічних жирів, парфумерії, пластичних мас і ін.

НАФТА - рідка пальна корисна копалина, по хімічному складі це суміш різних вуглеводнів з домішками інших органічних речовин. Горючі породи органічного походження називають каустобіолітами (від грецького “каусто” – горіти, “біос”- життя, “літос” – каміння.

Існує кілька теорій походження нафти. Дуже імовірно, що нафта утворилася з залишків морських організмів і рослин, що осідали протягом мільйонів років на морське дно. Неорганічні речовини служили каталізаторами гниття, що викликалося аеробними бактеріями (що живуть без доступу повітря). При тектонічних зрушеннях дані органічні прошарки (пласти) виявлялися в товщі Землі, де на них діяли тиск земної кори і теплота внутрішніх прошарків Землі. Дані прошарки перетворювалися таким чином у суміші вуглеводнів: рідка нафта накопичувалася у виді нафтоносних прошарків над непроникними для неї гірськими породами. При цьому найчастіше нафтовий прошарок сполучений із прошарком газу, що виділяється при реакціях розкладання і залягає в опуклих (антиклиніях) чи увігнутих (синклиніях) прошарках.

1. Оцінка небезпеки нафтогазовидобувного комплексу України

Промисловий видобуток нафти почали більш ста років тому. По статистичним даним світовий видобуток нафти в 1857 році склав 320 м³. Ця нафта була в основному добута в Румунії. У Росії перше буріння нафтових свердловин було проведено в 1848 році російським нафтовиком Семеновим на березі Каспійського моря. В даний час широко використовується глибоке буріння свердловин. Одна з найглибших свердловин була пробурена в 1989 році у морі в США (штат Міссісіпі) глибиною 7178 м, найглибша свердловина на суші складає 7871 м (штат Оклахома). Надглибокими свердловинами є свердловини до 6000 м. Вартість буріння глибоких свердловин - 814 дол. за 1 метр проходки.

Твердження про те, що нафта протягом усього ХХ ст. була однією з головних причин спустошливих війн (зокрема, Першої та Другої світових війн), висловлювалось не один раз політиками, вченими і має під собою певний грунт. Саме такою і була іраксько-кувейтська війна 1990-1991 р.р..

Але так чи інакше роль нафтового чинника неможливо переоцінити. Після короткої кризи 11 вересня 2001 року у світі добувається до 600 тис. барелів нафти на добу.

М.В. Спитати: Що така барель? Яке співвідношення з літром? (159 л)

Головним нафтосховищем у світі є Близький Схід. Наведемо деякі дані щодо видобутку нафти в країнах світу.

Єгипет – 860 тис. бар. на добу

Лівія – 1400 тис. бар. В добу.

Сірія – 550 тис. бар в добу.

ОАЕ – 2 млн 250 тис. бар. в добу.

Кувейт- 1 млн.840 тис. бар. на добу.

Україна – 40 тис. бар. в добу.

Росія – 500 тис. бар. в добу. (Західний та Східний Сибір)

Казахстан – 20 тис. бар. в добу.

Взагалі ж за останніми прогнозами світові запаси нафти – 486 млрд. Із них 120 вже добуто, 160 – знаходиться у відкритих родовищах та 205 млрд. ще необхідно знайти. Ціна за нафту коливається в межах 30-40 доларів за барель.

У наші дні недостача цієї коштовної сировини викликала енергетичну кризу в Україні, що позначилась на всій економіці. Зараз гостро стоїть задача розробки родовищ в Україні для більш повного забезпечення власних нестатків, оскільки існуючі родовища в Дашаві (Львівська обл.), у Полтавській та Луганській областях не можуть забезпечити нужд України. Крім названих родовищ в Україні експлуатуються свердловини Охтирського, Бориславського, Надворнянського, Прилуцького родовищ. В Україні відносно великі родовища нафти ВАТ „Укрнафта”, „Охтирканафтогаз” (Анастасівське родовище – 100-120 тон в добу.), „Полтавнафтогаз”, „Чернігівнафтогаз”. У березні 1998 р. у Валківському районі Харківської області здана в експлуатацію друга черга найбільшого в Україні Юлієвського нафто-газоконденсатного комплексу (на 3 млн. м³ газу).

Пожежі на нафтогазовидобувних комплексах не одиничні й у більшості випадків носять складний та затяжний характер, вимагають величезних матеріальних витрат, позначаються на навколишнім середовищі. Стовп нафти та газу може підніматися на висоту до 60 метрів і вище. У вогні згоряють тисячі кубометрів найціннішої сировини.

Приклад пожежі: Найбільша пожежа на нафтопромислах трапилася в Алжирі в 1961 р., яка тривала 6 місяців. Висота факелу полум’я складала 130 м. Пожежа була приборкана тільки завдяки вибуху.

6 листопада 2002 року на свердловині №8 Розумівського газоконденсатного родовища Полтавської області сталася пожежа з факелом полум’я до 7 метрів. Глибина свердловини 2300 м, тиск на арматурі 130-160 атм., продуктивність 200 тис. м³ на добу. Для гасіння пожежі з метою відриву полум’я від гирла свердловини на місце події було викликано танк. Після пострілу (їх було 7) фонтан набув вертикальної форми заввишки 20 м.. Завдяки введенню 7 стволів ПСЛ -20 пожежу ліквідували 9 листопада. Зразу ж почали встановлювати запірну арматуру на гирло свердловини.

Взагалі існує декілька способів гасіння пожеж на свердловинах. Це такі як:

- охолодження верхів свердловини зрідженим азотом;

- використання вибухових методів;

- відрив факела полум’я високо напірними газо водяними струменями.

Останній спосіб розроблений та розвивається в Україні. В Дніпропетровську

в КБ „Південмаш” створюється нова техніка для подачі газо водяних струменів (зрібнорозпилена вода) – це газодинамічні установки (ГДУ) на базі ракетних двигунів твердого палива, що забезпечують вихід продуктів згоряння із швидкістю 3000 м/сек., що значно підвищує ефективність роботи установок пожежегасіння в порівнянні з автомобілями АГВТ -100(150) - (100 л/сек.). Також на цьому підприємстві розроблена автономна мобільна установка інертних газів на базі малогабаритного авіаційного двигуна.

Щоб організувати ефективний протипожежний захист нафтових свердловин необхідно мати відомості та знання про технологічні процеси нафтовидобутку, способи буріння свердловин, рівень пожежної небезпеки устаткування, що використовується при бурінні, про пожежонебезпечні властивості речовин і матеріалів, що добуваються та застосовуються.

1. СУТНІСТЬ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ БУРІННЯ

СВЕРДЛОВИН

Для розкриття нафтового чи газового пласта та видалення копалин на поверхню землі в земній корі бурять СВЕРДЛОВИНИ, що представляють собою циліндричні гірські виробки в земній корі з відносно малим діаметром у порівнянні з глибиною. Початок її на поверхні землі називається УСТЯМ, дно свердловини – ВИБОЄМ. Свердловини в залежності від цільового призначення підрозділяються на наступні категорії: опорні, параметричні, структурні, пошукові, розвідницькі та експлуатаційні.

Процес буріння полягає в послідовному руйнуванні гірських порід спеціальним інструментом – долотом з наступним виносом розбурених часток на поверхню землі.

Які ж існують способи буріння свердловин?

Відомо кілька способів буріння свердловин:

- ударне;

- обертальне (роторне);

- турбінне;

- електробуріння;

- планетарне.

Розглянемо коротко сутність способів буріння свердловин і технологію буріння нафтових свердловин.

1) Ударне буріння - старий метод, яким користувалися до середини минулого століття, тому що буріння йшло повільно і полягало в довбанні породи. Так, наприклад, у Баку свердловину глибиною в 600 м. бурили 2,5 роки.

2) Обертальне буріння (обертально-роторне). Свердловину бурять за допомогою спеціального долота, що обертається разом з бурильними трубами і руйнує пластові породи. Недоліками обертально-роторного буріння є громіздкість системи: довжина нагвинчених труб- 3-6 км., важить кожна труба 250 тонн, отже, виникає вага обертання, труби при терті об стінки свердловини зношуються.

3) Турбінне буріння. У 1922 році академік Капелюшников сконструював турбобур, що представляє собою гідравлічну турбіну, що міститься на нижнім кільці колони бурильних труб (тобто двигун перенесений до вибою свердловини і встановлюється над долотом). Турбіна приводиться до руху глинистим розчином і свій обертальний рух передає долоту. Таким чином, бурильні труби не беруть участь в обертанні, а тільки необхідні для підведення глинистого розчину в турбоапаратуру. Число аварій із трубами зменшується і швидкість проходки свердловин набагато зростає. Наприклад, одним верстатом можна пробурити за 30 днів свердловину глибиною до 3500 м. і більш.

4) Електробуріння. Відрізняється від турбобуріння тим, що долото приводиться в рух не гідравлічною турбіною, а електромотором, що також міститься на кінці бурильних труб у вибою. Струм до електромотора підводиться по проводах, що проходять усередині бурильних труб.

5) Планетарне буріння. У 1958 році в Азербайджанському інституті нафтового машинобудування розроблена установка, де замість одного долота використовують два маленьких, котрі приводяться в рух турбобуром або електробуром.

Розглянемо технологічний процес буріння свердловин на прикладі обертально-роторного буріння, при якому гірські породи руйнуються при безупинному обертанні долота.

Для цього спочатку розглянемо основне технологічне обладнання, яке експлуатується як в усті так і у вибої свердловини.

Бурова установка містить наступні елементи:

- основний двигун - двигуни внутрішнього згоряння на дизельному паливі знаходяться над устям свердловини;

- бурова вишка - головне спорудження свердловини (висока і міцна конструкція для спускання та підйому устаткування в свердловину, висота вишок до 50 м і вище. Чим більше вишка, тим довшу “свіча” бурильних труб (“свіча”- це ланка з 2-3х чи 4х труб у 25-30 м.) можна опускати в свердловину і піднімати з неї (для заміни долота, проведення ремонтних робіт).

- устаткування для спуско-підйомних операцій, до якого входить:

лебідка, що піднімає й опускає важкі вантажі за допомогою дротового каната, намотаного на барабан; талева система, що включає два блоки: кронблок (нерухомий, що знаходиться на верхній частині вишки) і талевий блок, що переміщається уверх-вниз по вишці під час навинчування-розвинчування труб і талевий канат, що представляє собою міцний дротовий трос, що використовується при бурінні свердловини для підйому чи спускання бурового устаткування масою кілька десятків тонн).

- бурові насоси (двоциліндрові чи трициліндрові, що використовуються для забезпечення циркуляції великої кількості бурового розчину (19-44 л/с) по бурильних трубах через насадки на долоті і назад на поверхню).

-блок для приготування та очищення промивного (бурового)розчину,

який постійно циркулює по свердловині.

-устаткування проти викидів – герметизируючий пристрій, що установлюється на устя свердловини для запобігання викидів, перекриває та герметизує устя свердловини при наявності чи відсутності в ній бурильних труб. Устаткування проти викидів включає хрестовину та плашечні (2-3) і один універсальний превентори, що представляють собою корпус прямокутного перетину, усередині якого розміщені плашки з ущільнювачами, а до бокових кришок приєднані гідроциліндри для привода плашок).

- ротор, що служить для передачі обертального руху через підшипники ведучій і бурильним трубам, а також долоту;

- ведуча труба (верхня) бурильної колони, що служить для з'єднання бурильного інструмента з комплексом наземного устаткування, має квадратний чи багатогранний перетин. Ця труба проходить через квадратний отвір ротора бурильного верстата. Основною функцією ведучої труби є передача руху бурильній колоні, а також подача бурильного розчину по бурильних трубах до долота:

- вертлюг, установлений над ведучою трубою, що з'єднує з нерухомим бу-

рильним гаком, виключає передачу обертального руху від ведучої труби чи бурильної колони до талевого каната і забезпечує подачу промивного розчину під тиском усередину бурильної колони.

- бурильна колона, що служить засобом передачі обертального руху доло

ту, а також каналом для подачі бурового розчину.

- долото - обертається разом з колоною бурильних труб за допомогою бурильного верстата, установленого над устям свердловини, по своїй конструкції долота бувають різні, найбільше застосування знайшло долото трьохшарошечне.

Таким чином, сутність технологічного процесу буріння свердловин полягає в тому, що двигун, установлений на підлозі вишки, приводить в обертання ротор, який через штангу передає обертання всій колоні бурильних труб з долотом.

Необхідний тиск долота на розроблювальну породу забезпечується вагою бурильного інструмента, який крім долота включає колону бурильних труб з підвищеною товщиною стінок, що забезпечують задане навантаження на долото і попереджують скривлення свердловини при проходці.

Під час буріння у свердловині здійснюється безперервна циркуляція бурового розчину.