книги / Техника и технологии локализации и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов

Буровые работы

Масштабы буровых работ на шельфе Мирового океана в последние десятилетия постоянно растут. Ежегодно бурится несколько тысяч глубоких сква­ жин, а их общее количество давно превысило 100 тыс.

При бурении в море сбрасываются буровые растворы и буровые шламы (табл. 1.6). Отработан­ ные буровые растворы (промывочные жидкости), особенно на нефтяной основе, относятся к основ­ ным источникам загрязнения и экологической опасности, связанной с добычей нефти и газа на морском шельфе.

Объемы отработанных буровых растворов су­ щественно варьируются в зависимости от их типа, режима бурения и глубины скважины. Чаще всего при бурении скважин глубиной до 4000-5000 м общее количество жидких буровых отходов со­ ставляет 900-1000 т на каждую скважину при разведочном бурении и на 25 % меньше при бу­ рении промысловых скважин. По другим источ­ никам, эти количества могут достигать 30004000 т. Сброс таких отходов обычно производит­ ся периодически, по мере расходования и обнов­ ления промывочной жидкости. При полной замене бурового раствора (обычно 3-4 раза за период бурения глубоких скважин) или при завершении бурового цикла разовые сбросы могут достигать 100-200 т. При бурении скважин с платформ объемы сбросов возрастают пропорционально количеству скважин.

Характерными и неизбежными отходами при всех видах буровых работ являются также буро­ вые шламы, которые представляют собой измель­ ченную горную породу, выбуренную в процессе прохождения ствола скважины и вынесенную на поверхность с циркулирующей промывочной жидкостью.

В зависимости от глубины скважины, диаметра ствола, характера проходимой породы, типа бурового оборудования и эффективности сепарации твердой фазы количество шлама может меняться в широ­ ких пределах: обычно от 500 до 1000 т на каждую скважину. Количество бурового шлама, извлекаемого из каждой скважины, обычно в 2-3 раза меньше по сравнению с объемами сброса буровых раство­ ров. По мере углубления скважины, уменьшения диаметра ствола и снижения скорости бурения объ­ емы выносимого на поверхность бурового шлама

также снижаются. В отличие от отработанного бурового раствора, который заменяют и удаляют периодически, шлам поступает постоянно из сква­ жины в процессе бурения и после промывки накап­ ливается либо непрерывно удаляется в толщу воды со скоростью 0,2-2,0 м3/ч.

Другие причины разливов при бурении пред­ ставлены в табл. 1.7.

Наибольшую опасность представляют выбросы из скважин. Фонтан приводит к выбросу большого количества нефти и газа на платформу и рядом с ней, что создает серьезную угрозу причинения ущерба из-за пожара, взрыва или выхода из строя оборудования. Поверхностные неконтролируемые выбросы привлекали основное внимание за послед­

вСША и др.), но подземные неконтролируемые выбросы более распространены. Неконтролируемые выбросы происходят в основном во время разве­ дочного бурения, хотя существует риск неконтро­ лируемого выброса и при добыче (табл. 1.8), т. к. операции по обслуживанию требуют повторного входа в скважину для ремонта, забуривания ответв­ лений или углубления (табл. 1.9-1.11).

Вероятность экстремальных ситуаций составля­ ет один случай на 10 тыс. скважин, а необходимость бурения наклонных скважин возникает в среднем

в3 % аварийных ситуаций.

Следует отличать два типа аварий при буровых работах:

•ситуации катастрофического характера;

•регулярные, «нормальные» эпизоды техноло­ гических выбросов.

Аварии во втором случае менее впечатляющие

вотличие от редких катастрофических выбросов,

ипотому они не привлекают к себе особого вни­ мания. Однако их экологическая опасность и риск последствий должны быть достаточно значимы именно в силу регулярности подобных событий, приводящих в конечном счете к хроническому воздействию на морскую среду.

Для примера: ФГУП «Арктикморнефтегазразведка» по результатам производственной дея­ тельности на трех морях (Баренцевом, Карском, Балтийском) по строительству 57 параметриче­ ских (поисковых, разведочных) скважин за 26 лет

своего существования не имело ни одной аварии, связанной с выбросом пластового флюида.

Бурение скважин на море производится с помо­ щью платформ различных видов.

Морские буровые установки делятся на две категории: мобильные (mobile offshore drilling units, MODU), опирающиеся на дно на мелководье или плавучие, и стационарные (рис. 1.1).

Использование стационарных морских оснований экономически оправданно при глубинах не более

457 м. Скважины, законченные подводным устьевым оборудованием, и плавучие системы нефтедобычи используются на больших глубинах (рис. 1.2).

Аварии и наносимые ими убытки в процессе бурения делятся на категории в зависимости от элемента производственной цепочки; соответ­ ственно выделяются и причины, приводящие к тем или иным происшествиям (см. табл. 1.3).

Сведения об авариях на стационарных плат­ формах представлены в табл. 1.12.

Таблица 1.6

Источник разлива

Разрыв грузового шланга при осуществлении опера­ ции по перегрузке дизтоплива с судна обеспечения на ППБУ

Объем разлившейся

Категория разлива (согласно

нефти, м3

Постановлению Правительства РФ от 21 августа 2000 г. № 613)

Этап

Бурение

Освоение

Проблема контроля над скважинами

Контролируемые выбросы

Неконтролируемые выбросы

1,6 - ю _3

1 О

Таблица 1.11

Длительность выбросов, дни

0,02-0,50

1,01-2,00

2,01-7,00

Продолжительность выбросов (в основном газовые скважины)

Виды аварий

Выбросы из скважин Столкновения и навалы судов Крановые операции

Падающие предметы Взрывы Возгорания и пожары

Аварии с вертолетами Потеря устойчивости Утечки и разливы Структурные разрушения

Утрата контроля над скважинами

Утрата позиции Буксировка Обрыв якорей

Освоение морских скважин

Техника и технология освоения морских сква­ жин и скважин, расположенных на суше, анало­ гичны. Принципиальное различие имеется только в организации работ, связанных с ограниченностью производственных площадок морских стационарных платформ и влиянием гидрометеорологических условий.

Комплекс работ по освоению морских скважин, пробуренных со стационарных платформ и приэстакадных площадок, включает:

•перфорацию скважин,

•спуск подземного оборудования,

•монтаж и испытание наземного оборудования,

•оборудование устья скважины,

•прокладку подводных коммуникаций,

•опрессовку коммуникаций,

•вызов притока,

•исследование скважины,

•установление оптимального режима эксплуатации. При освоении разведочных скважин море может

загрязняться нефтесодержащими водами, нефтью,

конденсатом и минерализованной пластовой водой, ПАВ, кислотой и химическими растворителями.

Внастоящее время на стационарных платформах

иприэстакадных площадках бурение и эксплуата­ ция скважин осуществляются одновременно.

Освоение куста эксплуатационных скважин на стационарной платформе или приэстакадной пло­ щадке включает те же основные работы, которые проводятся при освоении одиночной разведочной скважины со стационарной платформы, в полном объеме, т. е. перфорацию, спуск подземного обо­ рудования, монтаж наземного оборудования, про­ кладку трубопроводов, опрессовку коммуникаций, вызов притока и прием продукции скважины в нефте­ газосборную сеть.

Внаши дни загрязнение моря при освоении куста эксплуатационных скважин, пробуренных со ста­ ционарных платформ и приэстакадных площадок, сведено к нулю, т. к. к кустовым площадкам до начала освоения скважины по эстакаде проклады­ ваются подводные или надводные продуктопроводы.

Буровой раствор из осваиваемой скважины соби­ рается, вывозится и используется для бурения

последующей скважины. Загрязненная сточная вода, нефть, кислота, ПАВ и химические раство­ рители откачиваются по трубопроводам в нефте­ сборные пункты.

При освоении куста скважин исключение состав­ ляют случаи открытых фонтанов или подводных грифонов, которые могут не только загрязнить морскую среду, но и поставить под угрозу сущест­ вование кустовой площадки. Если открытый фон­ тан или подводный грифон произошел на кустовой приэстакадной площадке, расположенной на маги­ стральной линии эстакады или на ее ответвлении, то при этом не исключена полная остановка всего морского промысла или его части.

Промысловые и ликвидационные работы

Основной и наиболее длительный этап непо­ средственной эксплуатации месторождения начи­ нается с момента ввода в строй главных объектов, конструкций и систем обустройства промысла — платформ, трубопроводов, подводных хранилищ, береговых терминалов и пр. Их тип, набор и обо­ рудование зависят от характеристик месторождения, и прежде всего от запаса и состава извлекаемых УВ. Платформы для добычи газа в простейшем варианте обычно включают в себя сепарационные системы для отделения воды и конденсата от газа, компрессорные установки для перекачки газа по трубопроводам. Платформы, предназначенные для извлечения нефти и газа, отличаются более слож­ ным технологическим оборудованием для сепара­ ции и первичной переработки нефтегазовых сме­ сей и сброса сепарированной воды. Кроме того, часто возникает необходимость в устройствах для подготовки и закачки в нагнетательные скважины газа и морской воды с целью поддержания пласто­ вого давления в продукционных системах, повы­ шения интенсивности извлечения нефти и обеспе­ чения максимального выхода УВ из нефтегазовых горизонтов.

В дополнение к буровым растворам и шламам на этапе эксплуатации месторождений появляется еще один, весьма специфический, вид отходов — пластовые воды. В количественном отношении они намного превосходят все остальные виды от­ ходов, и их сброс в море относится к наиболее масштабному и распространенному виду воздей­ ствия на морскую среду при добыче УВ на шельфе.

Объемы извлечения и сброса пластовых вод меняются в очень широких пределах: от 10 м3/сут

для одной скважины до 10 тыс. м3/сут и более для платформ с большим количеством продукционных скважин (табл. 1.13). По мере исчерпания запасов нефти и газа объемы пластовых вод по отношению к количеству извлекаемых УВ значительно нарас­ тают. Если на начальных этапах промысловой эксплуатации месторождений доля пластовых вод в извлекаемом из скважины продукте обычно не превышает 1 %, то на завершающих стадиях эта доля может достигать 95 % от общего объема про­ дукции скважин. Типичные объемы сброса пла­ стовых вод с нефтяных платформ в Северном море составляют 2400-40 000 м3/сут, тогда как анало­ гичные сбросы при эксплуатации газовых место­ рождений намного меньше: от 1,6 до 30 м3/сут.

По сводным данным объемы сброса пластовых вод при добыче нефти в отдельных регионах состав­ ляют, м3/сут:

•Мексиканский залив (шельф США) — 549 000;

•шельф Калифорнии — 14 650;

•залив Кука (Аляска) — 22 065;

•Северное море — 512 000;

•шельф Австралии — 100 000;

•Яванское море (западная часть) — 192 000.

Таблица L 13

Характерные объемы стоков на одну пробуренную скважину на шельфе

острова Сахалин по расчетным данным, тыс. м3

Буровая установка

Таблица 1.15

Распределение случаев столкновения судов с платформами по масштабам последствий

К числу потенциальных источников загрязнения относится также пластовый песок (нефтяной шлам), извлекаемый вместе с нефтью и, естественно, про­ питанный ею.

Еще один довольно крупный блок причин, который может повлечь тяжелые последствия для окружающей среды, персонала и материальных объектов, связан со столкновениями (табл. 1.14,1.15).

Причинами столкновений служат:

•резкое изменение гидрометеорологических условий;

•возникновение отказов в работе навигацион­ ного оборудования, энергетических установок;

•ошибки персонала при выполнении маневров

ишвартовных операций.

Сбор, транспортировка и хранение углеводородов

Основные потенциальные источники загрязне­ ния моря при сборе и транспортировке продукции скважин — групповые замерные установки, нефте­ сборные пункты, парки товарных резервуаров, танкера и очистные установки для подготовки пластовой воды к закачке в пласты.

Загрязнения нефтью на групповых замерных установках происходят при продувках замерных стекол и ремонте задвижек, замерных трапов и пре­ дохранительных клапанов.

Потенциальными источниками загрязнения моря являются сепарационные установки, горизонтальные отстойники, сборные резервуары, нефтеловушки, песколовки и насосы для откачки нефти и воды. Загрязнение происходит при очистке сборных и товарных резервуаров от осадков загрязненных нефтью воды и песка, которые попадают в море.

Зафиксированы случаи попадания нефти в воду при наливе танкеров и сливе балластных вод, осо­ бенно при неблагоприятных метеоусловиях на море.

Основными способами транспортировки добы­ тых УВ с морских месторождений к потребителям являются:

•трубопроводы,

•танкерный флот.

Транспортировка нефти и нефтепродуктов с помощью трубопроводов. На морском шельфе уложено более 100 тыс. км подводных трубопро­ водов для перекачки нефти и других УВ. Вероят­ ность аварий и утечек составляет, по разным оценкам, от КГ5 до 10'3 км/год (табл. 1.16-1.18). Вероятность аварий на трубопроводах в настоящее время можно оценить величиной 6,3 10"4 км/год при средней величине разовых утечек около 800 т и суммарных потерях нефти около 50 тыс. т/год.

Расчетная частота возможных утечек газа из трубопровода протяженностью 700 км вдоль вос­ точного шельфа острова Сахалин (проект «Саха­

лин-1», 2000) составляет от 1,2 10"2 до 6,8 КГ4 в год в зависимости от диаметра труб при суммар­ ной частоте аварий на всем протяжении трубопро­ вода около 1,5 • 10"2 в год (2,1 КГ5 км/год). Анало­ гичная оценка по другому сахалинскому проекту (проект «Сахалин-2», 1997) для возможных аварий на нефтепроводе дает частоту возникновения утечек 1 КГ3 км/год. В то же время статистические дан­ ные для Северного моря за период 1970-1995 гг. свидетельствуют о фактической частоте возникно­ вения утечек около 2 10”5 км/год при 30 аварийных эпизодах за 25 лет и общей протяженности трубо­ проводов около 6 тыс. км.

Причинами разрушения трубопроводов чаще всего являются:

•коррозионные повреждения труб;

•внешний удар (например, навал судна, воло­ чение якоря по трубопроводу, падающие предметы или стамухи);

•использование дефектного материала;

•размывы дна и механические воздействия.

Таблица 1.16

Диаметр трубопро­ Коррозия/дефекгы Повреждения

водов, материала

по вине

дюймы

третьих лиц

Таблица 1.18

Вероятность аварий и утечек на трубопроводах

Вероятности разлива УВ из морских трубопро­ водов представлены в табл. 1.17.

Наиболее вероятны аварии при перекачке нефти на платформах и вблизи от них. Аварийность трубо­ проводов обычно уменьшается с увеличением их диаметра, однако во всех случаях вероятность повреждений и утечек нарастает по мере старения уложенных на дне труб.

Транспортировка УВ танкерами. Половина нефти, добываемой на мировом шельфе, транспор­ тируется танкерами (по оценкам, 1,5 млрд т в год).

Использование танкеров наиболее удобно, т. к. не требует дорогостоящего строительства трубо­ проводной системы и позволяет доставить про­ дукт заказчику практически в любой район мира. Аварийная ситуация, связанная с повреждением танкера и последующим разливом нефти или нефте­ продукта, может повлечь за собой тяжелые эколо­ гические последствия и материальные убытки.

Перечень самых больших разливов нефти, про­ изошедших при разрушении танкеров, приведен в табл. 1.19.

Совершенствование технологий способствует уменьшению числа разливов, однако часто они связаны с непредвиденными обстоятельствами: метеорологическими условиями, обстановкой на объекте, техническим состоянием, человеческим фактором и т. д. Статистические данные по объемам разливов нефти и нефтепродуктов при транспорти­ ровке представлены в табл. 1.20, 1.21 и на рис. 1.3.

Известно, что 0,03 % транспортируемых танке­ рами нефти и нефтепродуктов теряется по различ­ ным причинам, в том числе:

•при авариях (причины возникновения их пред­ ставлены в табл. 1.22);

•эксплуатации водного транспорта (стоки, выбросы непереработанного топлива и т. д.).

По классификации Международной федерации владельцев танкеров, нефтяные разливы принято делить на три категории в зависимости от объемов вылившейся нефти (см. рис. 1.4):

•малые — менее 7 т;

•средние — от 7 до 700 т;

•большие — более 700 т.

Статистика показывает, что основное количество инцидентов, связанных с загрязнением моря нефтью, приходится на малые разливы (<7 т), а количество больших разливов нефти существенно меньше. В табл. 1.23 представлено соотношение средних