Аварийное фонтанирование

Нефтяной фонтан на месторождении Локбатан. 1933 г.

Нефтяной фонтан на скважине «Баба-Гур-Гур №1» вблизи Киркука – открытие одного из крупнейших нефтяных месторождений мира (1927)

Аварийное фонтанирование (англ. accidental flowing) — внезапное открытое фонтанирование нефтяных и газовых скважин.

Общее описание

Давление в нефтегазоносных пластах, которые вскрываются, бывает настолько высоким, что иногда вместе с глинистым раствором, нефтью, газом и водой из бурящихся стволов при аварийном фонтанировании выброс происходит даже бурового инструмента.

Самый большой нефтяной фонтан был открыт скважиной промышленника Субалова в Биби-Эйбате в 1892 г. В течение 1893 г. скважина дала почти 300 тыс. т нефти, а всего (до истощения притока в конце 1894 г.) — 453 тыс. т.

Аварийное фонтанирование нефтегазоводяной смеси может длиться от нескольких суток до 2—3 лет (например, скважина 61 Степовая — 132 суток, скв. 6 Павловская — 194 суток, скв. 125 Глинско-Разбишевская — 197 суток, скв. 10 Матвеевская — 453 суток, а скв. 35 Западно-Хрестищенская — 661 сутки).

Предотвращение открытого аварийного фонтанирования обеспечивается противодавлением столба промывочной жидкости на забой. Для этого, как правило, необходимо, чтобы давление столба промывочной жидкости в стволе скважины на забой на 10—15 % превышало ожидаемое забойное давление. Это достигается путем применения промывочной жидкости соответствующей плотности: например, используют известковый раствор с добавками барита или гематита.

Фонтаны, возникающие на нефтяных и газовых скважинах, условно можно идентифицировать как нефтяные, газонефтяные и газовые.

Нефтяные фонтаны — это фонтанирование скважины с большим дебитом нефти (1500—2000 т/сутки и более) и намного меньшим количеством газа (750 тыс. м³/сутки). Принято считать, что 1,0 т нефти эквивалентна 1000 м³.

Газонефтяные фонтаны — это фонтанирование скважины с дебитом, где содержание газа более 50 % объемных, а нефти менее 50 % объемных.

Газовые фонтаны — это фонтанирование скважины с дебитом, с содержанием газа 95—100 % объемных. По дебиту газовые и газонефтяные фонтаны условно делятся на:

— слабые, с дебитом газа до 500 тыс. м³/сутки;
— средние, с дебитом от 500 тыс. м³/сутки до 1000 тыс. м³/сутки;
— мощные, с дебитом от 1000 тыс. м³/сутки и более.

Дебит фонтана и наличие в нем нефти ориентировочно определяется по следующим признакам:

— фонтан горит светло-желтым пламенем;
— высота пламени: для слабого фонтана колеблется в пределах 40—50 м; для среднего фонтана — 50—70 м; для мощного фонтана — 70—90 м (фонтанирование сопровождается сильным шумом — ревом). Газонефтяной фонтан горит оранжевым пламенем, и высота пламени несколько больше, чем у газового фонтана (иногда появляется черный дым).

Нефтяной фонтан горит оранжевым пламенем с выделением значительного количества черного дыма.

В зависимости от состояния устья скважины и формы факела пожара газовых и газоконденсатных фонтанов делятся на такие виды:

— фонтанирование происходит через обсадную колонну (устье скважины не повреждено) — струя фонтана целая и направлена вверх;
— на устье есть буровое оборудование (ротор и др.) — струя фонтана раздробленная и направлена вверх и в стороны;
— эксплуатационная скважина, оборудованная фонтанной арматурой — горение протекает в виде вертикальных и горизонтальных струй;
— эксплуатационная скважина, оборудованная фонтанной арматурой, горение газа, выходящего через неплотность фланцевых соединений, протекает в виде сплошного широкого пламени.

Ликвидация аварийного фонтанирования

Отдельной страницей истории добычи нефти, газа и конденсата является борьба с открытыми нефтяными и газовыми фонтанами, которые могут сопровождать процессы разведки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений. На начальном этапе нефтегазодобычи с этой проблемой боролись буровики и нефтегазодобытчики. В первой трети XX века крупные нефтегазодобывающие компании создают специализированные службы по ликвидации открытых фонтанов, которые базируются в центрах нефтегазодобычи. Впервые в 1930-х годах такие структуры созданы в США (Хьюстон, Техас), в Азербайджане и Грозненском нефтяном регионе. Позже, в 1960-х годах, специализированные службы ликвидации фонтанов созданы в Канаде, Украине, в 1980-х годах — в Румынии, Китае и др.

Современная «Специализированная аварийно-спасательная (газоспасательная) служба «ЛИКВО» АО «Укргаздобыча» является правопреемницей украинской военизированной части по предотвращению возникновения и ликвидации открытых нефтяных и газовых фонтанов, которая была образована в декабре 1971 года. Специалисты украинской аварийно-спасательной службы длительное время обеспечивали фонтанную безопасность на всей европейской территории СССР (включая шельфы Баренцева, Карского, Белого морей и подземные хранилища газа в РСФСР). Под руководством и при участии украинских специалистов ликвидировано более 100 открытых нефтяных и газовых фонтанов и проведено более 200 сложных аварийно-спасательных работ на скважинах. Кроме того, создан полный комплекс оборудования для ликвидации открытых фонтанов, который использован для комплектования технического парка газодобывающих предприятий ряда стран, в частности, Казахстана, Узбекистана, РФ, Туркменистана, Вьетнама, Польши.

Открытое фонтанирование относится к аварийным ситуациям и в настоящее время достаточно редкое явление. Для предотвращения открытого фонтанирования даже при непредвиденном аварийном повреждении устьевой арматуры используют отсекатели, которые установлены в скважине и которые при нарушении заданного технологического режима ее работы отсекают продукцию пласта и ее поступление к подъемнику. Существует много различных конструкций отсекателей.

Тушение всех указанных видов пожаров с учетом того, что территория, окружающая скважину, очищена от бурового оборудования и охлаждена, осуществляют несколькими способами:

— слабые и средние фонтаны первого типа тушат обычно водяными струями, подаваемыми от ручных и лафетных стволов. Струи воды направляются в основание фонтана — синхронно поднимая струи воды вверх по стволу фонтана до полного отрыва пламени;
— во втором случае сначала убирают с устья скважины буровое оборудование для того, чтобы струя фонтана била только вверх, и после этого пожар тушится методами, применяемыми в первом случае;
— в третьем случае тушение пожара осуществляют после ликвидации горения боковой струи, и после этого пожар тушится методами, применяемыми в первом случае;
— в четвертом случае тушение пожара осуществляют водой с помощью ручных и лафетных стволов. Если из-за раздробленности струи горячего газа пламя оторвать не удается, то необходимо создать между фонтанной арматурой и пламенем незагорающуюся зону газа длиной 4—5 м, считая от скважины по горизонтали, и затем с помощью взрыва заряда или специального автомобиля газоводяного тушения оторвать пламя.

Подача взрывчатого вещества к устью скважины осуществляется двумя способами:

— по стальному тросу, перекинутому через блоки, подвешенные на специальных опорах-мачтах;
— на тележке с наклонными рельсовыми путями, проложенными к устью скважины. Применение того или иного способа зависит от мощности фонтана и сложившейся ситуации.

Литература

• Гірничий енциклопедичний словник : у 3 т.. / за ред. В. С. Білецького. — Донецк: Східний видавничий дім, 2004. — Т. 3. — 752 с. — ISBN 966-7804-78-X.
• Білецький В. С., Орловський В. М., Вітрик В. Г. Основи нафтогазової інженерії. Харків: НТУ «ХПІ», Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Київ: ФОП Халіков Р. Х., 2018. 416 с.
• Розробка та експлуатація нафтових родовищ: підручник для студентів ВНЗ / В. С. Бойко. — Київ: ІСДО, 1995. — 496 с.
• Довідник з нафтогазової справи / за заг. ред. В. С. Бойка, Р. М. Кондрата, Р. С. Яремійчука. — Львів: Місіонер, 1996. — 620 с.
• Тлумачно-термінологічний словник-довідник з нафти і газу: (5-ти мовний укр.-рос.-англ.-фр.-нім.): в 2 т. / В. С. Бойко, Р. В. Бойко. — Київ, 2004—2006. — Т. 1 : А-К: близько 4800 ст. — Київ: Міжнар. екон. фундація, 2004. — 551 с.
• Розробка та експлуатація нафтових родовищ: підруч. для студентів ВНЗ / В. С. Бойко. — Вид. 4-те, допов. — Київ: Міжнар. екон. фундація, 2008. — 484 с.
• Проектування експлуатації нафтових свердловин: підруч. для студентів ВНЗ / В. С. Бойко. — Івано-Франківськ: Нова Зоря, 2011. — 784 с. : рис., табл.
• Технологія розробки нафтових родовищ: підруч. для студентів ВНЗ / В. С. Бойко. — Івано-Франківськ: Нова Зоря, 2011. — 509 с.
• Технологія видобування нафти: підруч. для студентів ВНЗ / В. С. Бойко. — ІваноФранківськ: Нова Зоря, 2012. — 827 с.
• Наукові основи вдосконалення систем розробки родовищ нафти і газу: [монографія] / Гришаненко В. П., Зарубін Ю. О., Дорошенко В. М., Гунда М. В., Прокопів В. Й., Бойко В. С. [та ін.]. — Київ: Науканафтогаз, 2014. — 456 с. : іл., рис., табл.