Система безопасности бурения газовых скважин

Система безопасности бурения газовых скважин

СОДЕРЖАНИЕ

введение

1. АНАЛИЗ ОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

.1 Технологический процесс бурения скважины

.2 Характеристика объекта как источника опасности

.3 Анализ опасностей

.4 Источники и характеристики потенциальных опасностей

.5 Анализ риска

2. Анализ применяемых инженерно-технических мер ….по обеспечению безопасности технологического процесса

.1 Анализ организационных мероприятий

.2 Анализ инженерно-технических мероприятий

3. Проектирование системЫ безопасности на объекте

3.1 Предлагаемые мероприятия по повышению безопасности технологического процесса

.2 Расчет основных параметров проектируемой системы

4. Оценка системы безопасности после внедрения предлагаемых мероприятий

4.1 Анализ риска

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

бурение скважина безопасность риск

ВВЕДЕНИЕ

Состояние безопасности производственной деятельности в любом современном государстве является наиболее представительным и достоверным показателем уровня его экономического, технологического и социального развития, нравственного состояния общества. Безопасность - обязательное условие деятельности человека.

Уровень производственной безопасности определяется действием многих, в том числе локальных, случайных и субъективных факторов. Мировой опыт показывает, что в достижении приемлемого уровня безопасности промышленного производства наибольший эффект дает не воздействие на отдельные факторы, не отдельные нововведения, а система мероприятий - система управления безопасностью производственной деятельности, основанная на системном подходе к решению проблемы. Реализация этих задач осуществляется путем установления требований безопасности, то есть условий, запретов, ограничений и других обязательных требований.

Отдельные элементы системы обеспечения безопасности производственной деятельности в бурении слабо связаны между собой структурно, методически, терминологически. В связи с этим актуальным и практически востребованным является совершенствование методологии (структуры, логической организации, методов, средств и терминологии) системного решения проблем безопасности строительства скважин.

Одним из распространенных видов осложнений при бурении скважин являются газонефтеводопроявления в виде поступлений пластовых флюидов на дневную поверхность или возникновения подземных межпластовых перетоков систем.

Неуправляемые перетоки пластовых флюидов ведут к безвозвратным потерям ценного топлива, пластовой энергии, нарушению нормального процесса разработки месторождений и загрязнению окружающей среды.

Газонефтеводопроявления при бурении скважин иногда принимают размеры стихийных бедствий. Борьба с ними требует больших затрат труда, материальных средств, времени.

Бурение газовых скважин представляет собой сложный производственный процесс, специфика которого состоит в том, что основные технологические операции совершаются в недрах. Это обусловливает чрезвычайно широкую вариативность условий строительства скважин и очень высокую значимость человеческого фактора - зачастую оперативные решения, в том числе связанные с обеспечением безопасности, приходится принимать в условиях неопределенности, являющейся следствием недостатка достоверной информации о недрах. Неблагоприятными являются и условия труда персонала буровой бригады, характеризующиеся, в частности, некомфортными микроклиматическими условиями на рабочих местах, практически целиком зависящими от климата в районе ведения буровых работ.

Многолетняя практика проводки глубоких скважин в сложных геологических условиях показала, что почти все серьезные газонефтеводопроявления могут быть предотвращены при своевременном проведении соответствующих профилактических мероприятий.

Цель работы - спроектировать систему безопасности бурение газовых скважин.

Для достижения данной цели поставлены следующие задачи:

-   провести анализ опасности технологического процесса;

-   оценить риск возникновения и развития аварийной ситуации;

-   рассмотреть применяемые средства по обеспечению безопасности технологического процесса;

-   предложить мероприятия по совершенствованию системы безопасности технологического процесса;

-   оценить риск после внедрения.

1. АНАЛИЗ ОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

.1 Технологический процесс бурения скважины

Скважиной называется цилиндрическая горная выработка вертикальная или наклонная, сооружаемая без доступа в нее человека и имеющая диаметр много меньше ее длины.

Начало скважины называется ее устьем, дно - забоем, внутренняя боковая поверхность - стенками.

Газовая скважина - скважина, которая пробурена к газоносному горизонту и используется для извлечения газа и газового конденсата.

В цикл строительства скважины входят:

-   подготовительные работы;

-   монтаж вышки и оборудования;

-   подготовка к бурению;

-   процесс бурения;

-   крепление скважины обсадными трубами и ее тампонаж;

-   вскрытие пласта и испытание на приток нефти и газа.

В ходе подготовительных работ выбирают место для буровой, прокладывают подъездную дорогу, подводят системы электроснабжения, водоснабжения и связи. Если рельеф местности неровный, то планируют площадку.

Монтаж вышки и оборудования производится в соответствии с принятой для данных конкретных условий схемой их размещения. Оборудование стараются разместить так, чтобы обеспечить безопасность в работе, удобство в обслуживании, низкую стоимость строительно-монтажных работ и компактность в расположении всех элементов буровой.

Подготовка к бурению включает устройство направления I (рисунок 1) и пробный пуск буровой установки.

- обсадные трубы; 2 - цементный камень; 3 - пласт; 4 - перфорация в обсадной трубе и цементном камне; I - направление; II - кондуктор; III - промежуточная колонна; IV - эксплуатационная колонна.

Рисунок 1 - Конструкция скважины

Затем бурится шурф для ведущей трубы и в него спускают обсадные трубы.

Буровая комплектуется долотами, бурильными трубами, ручным и вспомогательным инструментом, горюче-смазочными материалами, запасом воды, глины и химических реагентов. Кроме того, недалеко от буровой располагаются помещение для отдыха и приема пищи, сушилка для спецодежды и помещение для проведения анализов бурового раствора.

В ходе пробного бурения проверяется работоспособность всех элементов и узлов буровой установки.

Во время бурения происходит непрерывный спуск (подача) бурильного инструмента таким образом, чтобы часть веса его нижней части передавалась на долото для обеспечения эффективного разрушения породы.

Проектная глубина скважины 4100 м [18].

Конструкция скважины:

-   направление 426 мм спускается на глубину 100 м;

-   кондуктор 323,6 мм спускается на глубину 1300 м;

-   промежуточная 244,5 мм спускается на глубину 3030 м;

-   эксплуатационная колонна 168,3 мм спускается до забоя.

Все колонны цементируются от башмака до устья.

В данный момент проходка составляет 1700 метров.

При проводке скважины используют буровую установку "Уралмаш 3Д-76" (переоснащенная) с буровой вышкой ВБ-53-320М.

Буровая установка "Уралмаш 3Д-76" предназначена для бурения эксплуатационных и разведочных нефтяных и газовых скважин глубиной до 5000 м.

На вышечно-силовом основании расположена буровая вышка с элементами талевой системы, ротор с пневмоклиньями, буровой ключ АКБ-3М2, лебёдка с гидродинамическим тормозом. Привод ротора осуществляется двухрядной втулочно-роликовой цепью 2ПР-50,8 от буровой лебёдки.

В силовом блоке установлены: коробка перемены передач с карданными валами, силовой электродвигатель привода лебёдки СДБО-6000-710 кВт и два электрических компрессора 4ВУ1-5/9, обеспечивающих снабжение буровой установки сжатым воздухом (рабочее давление пневмосистемы 8 кг/см²).

В привышечном сооружении на основании установлены два буровых насоса, каждый из них имеет индивидуальный электропривод, который осуществляется клиноремённой передачей от электродвигателя СМБО-6000-600/630 кВт.

Буровая вышка ВБ-53-320 М предназначена для комплектации буровых установок предназначенных для бурения нефтяных и газовых скважин.

Превентор (от лат. Praevenio - предупреждаю) - противовыбросовое устройство, устанавливаемое на устье скважины с целью её герметизации в чрезвычайных ситуациях при бурении. Важный элемент бурового оборудо-вания. Установка превенторов в настоящее время является обязательным условием бурения скважин, поскольку предотвращает возникновение фонтана газа, пожара и загрязнения окружающей среды.

Оборудование противовыбросовое предназначено для герметизации устья нефтяных и газовых скважин в процессе их строительства и ремонта с целью безопасного ведения работ, предупреждения выбросов и открытых фонтанов, охраны окружающей среды.

В состав оборудования входят система гидроуправления, стволовая часть, манифольд и трубопроводы, соединяющие гидроуправление и гидроуправляемые элементы. Используются 2 превентора:

-   превентор плашечный гидравлический ППГ 280 (230) × 35;

-   превентор кольцевой гидравлический универсальный ПУГ 280 (230) × 35.

.2 Характеристика объекта как источника опасности

Рассматриваемый объект - скважина № 1 Северо-Пагинского месторождения, расположен на территории Муниципального Района "Инта" Республики Коми. Ближайшие населенные пункты расположены на линии северной железной дороги - ст. Абезь в 47 км на северо-запад, г. Инта в 142 км на запад.

Центр нефтедобычи региона - г. Усинск расположен в 177 км к западу.

Для объекта имеются условия для чрезвычайных ситуаций природного (пожары, эрозия почвы, карсты, грозы) и техногенного характера, возникающие на самом объекте работ. Условия техногенного характера от расположенных рядом объектов отсутствуют.

Наличие на буровой опасных веществ характеризуется следующим количеством (таблица 1) [18].

Таблица 1 - Опасные вещества на буровой

При бурении в интервале ниже 1330 м возможны газопроявления. При вскрытии продуктивных пластов ожидается дебит газа 1000 - 1000000 м³/сут, пластовое давление до 43,05 МПа на глубине 4100 м, содержание сероводорода в газе до 5 % объемных [18].

.3 Анализ опасностей

Надежность и безопасность принимаемых при бурении скважины решений определяется комплексом организационно-технических решений, соответствием принятых при проектировании решений реальным условиям освоения скважины.

Для обоснованного принятия решений необходимо выявить и четко описать все присущие системе опасности. Возможные в процессе строительства и освоения скважины отказы приведены в таблице 2 [7].

Таблица 2 - Возможные отказы в процессе строительства скважины

Опасности могут быть оценены на их соответствие критериям приемлемого риска. При этом критерии и результаты определяются как качественно, так и количественно. Практика бурения скважин показывает, что вероятностная оценка риска дает значительные погрешности. РД 03-418-01 рекомендует применять качественные, инженерные методы анализа риска [10]. При этом оценка риска включает в себя оценку частоты риска на основе практического опыта.

В соответствии с данными требованиями проведено ранжирование отказов по степени частоты на следующие категории:

-   вероятный - с частотой 1 - 10^-2 раз в год;

-   возможный - с частотой 10^-2 - 10^-4 раз в год;

-   редкий - с частотой 10^-4 - 10^-6 раз в год;

-   практически невероятный - с частотой < 10^-6 раз в год.

Оценка тяжести последствий возможных отказов проведена методом экспертной оценки, при этом оценивалась тяжесть последствий по 4 группам, которым в результате отказа элемента системы может быть нанесен урон - персонал, население, окружающая среда, материальные объекты. При этом оценивались и масштабы последствий отказа [10].

Критерии отказов по тяжести последствий:

-   критический (некритический) отказ - угрожает (не угрожает) жизни людей, приводит (не приводит) к существенному ущербу имуществу, окружающей среде;

-   отказ с пренебрежимо малыми последствиями - отказ, не относящийся по своим последствиям ни к одной из первых трех категорий.

Категории (критичность) отказов:

Для данного объекта в результате анализа установлено, что отказы, имеющие степень риска категории A отсутствуют.

К рискам с категорией В относятся аварии с буровым оборудованием, открытое фонтанирование, нарушение целостности обсадных колонн в процессе освоения скважины, как опасного промышленного объекта.

Тяжести последствий отказа распределены следующим образом.

Отказ с катастрофическими последствиями - не выявлено.

Отказ с критическими последствиями:

-   флюидопроявления, выбросы, открытый фонтан - угрожают жизни людей, потере объекта, способен нанести значительный экологический ущерб большим территориям;

-   аварийное разрушение бурового оборудования и падение вышки - угрожают жизни людей (персонала) и потере объекта;

-   взрывы и пожары - угрожают жизни людей (персонала) и потере объекта;

-   нарушение герметичности колонн при освоении - угрожают нанесением невосполнимого ущерба окружающей среде.

Отказ с не критическими последствиями:

-   падение талевой системы - при определенных условиях может создавать угрозу части персонала и причинению значительного мате-риального ущерба;

-   производственный травматизм, связанный с наличием на буровой установке источников повышенной опасности (высокого напряжения, высокого давления, движущихся частей механизмов, работы на высоте) - может создавать угрозу жизни и здоровья персонала;

-   аварии с инструментом - могут приводить к потере части ствола скважины и значительным материальным потерям;

-   осложнения в процессе бурения - могут приводить к потере части ствола скважины и значительным материальным потерям.

Отказ с пренебрежимо малыми последствиями:

выбросы и шумовое воздействие - загрязняют окружающую среду.

Учитывая удаленность объекта строительства от населенных мест и небольшую продолжительность работ, не проводится рассмотрение данных по частоте возникновения редких и практически невероятных рисков. По остальным ожидаемым рискам данные приводятся в таблице 3.

Таблица 3 - Частота, тяжесть последствий и степень риска отказов

Проанализировав частоту, тяжесть последствий и степень риска отказов, выявили, что наиболее опасными, имеющими критические последствия, являются отказы со стороны скважины, связанные с флюидопроявлениями, выбросами и открытыми фонтанами. Данные отказы угрожают жизни людей, могут привести к потере объекта (ликвидации скважины), наносят ущерб окружающей среде, а также материальный ущерб.

Возможные внутренние опасности.

Процесс вскрытия пластов, освоения и испытания скважины сопряжен с внутренними опасностями, обусловленными следующими факторами:

-   взрыво- и пожароопасностью среды;

-   внутренней энергетикой (выход газа, газоконденсата идет под давле-нием, при температуре выше температуры окружающей среды);

-   вероятностью отказов оборудования работающего под давлением, технологических трубопроводов, арматуры, систем контроля и автоматики, составляющих комплекс противофонтанной защиты.

Процесс приема ГСМ (из автоцистерн), хранения и откачки ГСМ из емкостей сопряжен с внутренними опасностями, обусловленными следующими факторами:

-   взрыво- и пожароопасностью среды;

-   внутренней энергетикой (технологический процесс идет под давле-нием);

-   вероятностью отказов оборудования, работающего под давлением, трубопроводов, арматуры, систем контроля и автоматики.

Возможные внешние опасности.

Ветровые нагрузки в качестве причин аварии не рассматриваются, так как все оборудование и элементы инфраструктуры рассчитаны на скорость ветра до 40 м/с.

Из всего перечня внешних опасностей для буровой представляются реальными и должны учитываться как возможные причины аварий 4 причины (36 %). Причем наиболее вероятно сочетание последствий воздействия внутренних опасностей и внешних факторов.

К основным причинам и факторам, связанным с отказами оборудования относятся:

-   опасности, связанные с выполнением типовых процессов;

-   физический износ, коррозия, механические повреждения, температурные деформации оборудования или трубопроводов;

-   прекращение или несанкционированная подача энергоресурсов;

-   внешние воздействия.

Опасности, связанные с типовыми процессами.

При нарушении регламента работ (режима промывки скважины, потери контроля за параметрами бурового раствора и др.) может произойти выброс скважинной жидкости. При этом возможна утечка углеводородов из скважины, воспламенение, а при несвоевременной локализации - возникновение и развитие пожара. Возможно образование облака ТВС с последующим взрывом.

Физический износ, коррозия, механические повреждения, температурная деформация оборудования и трубопроводов.

При резких перепадах наружных пониженных и технологических повышенных температур влага способна взаимодействовать с металлом, что снижает срок службы оборудования, может привести к аварийной разгерметизации и выбросу опасных веществ в окружающую среду, взрывам и пожарам. Исходя из анализа неполадок и аварий, можно сделать вывод, что коррозионное разрушение при достаточно прочной конструкции оборудования ПВО и устьевой арматуры выявляется еще на стадии опрессовки оборудования и не приводит к се-рьезным последствиям. Однако при несвоевременной опрессовке такая авария возможна.

Прекращение подачи энергоресурсов.

Опасности, связанные с прекращением подачи энергоресурсов (гидравлической жидкости к превентору) связаны с тем, что это может привести к отказу оборудования. Исходя из анализа неполадок и аварий, можно сделать вывод, что прекращение подачи энергоресурсов не приводит к серьезным последствиям, так как система дублируется ручным управлением превенторами.

Однако при несвоевременном возобновлении подачи энергоресурсов может произойти аварийная ситуация.

Внешние воздействия.

Опасности, связанные с внешними воздействиями маловероятны, но могут привести к разгерметизации устья скважины, выбросу углеводородов в окружающую среду, взрывам и пожарам. Исходя из анализа неполадок и аварий, можно сделать вывод, что при несвоевременной локализации ситуации возможно возникновение взрыва и развитие пожара на устье скважины.

.4 Источники и характеристики потенциальных опасностей

В результате анализа ранее определенных событий (причин, факторов), обусловленных конкретным инициирующим событием, были получены следующие сценарии развития аварийной ситуации.

Сценарий С1 - авария на устье скважины

Разгерметизация противовыбросового оборудования опасна образованием топливовоздушной смеси (ТВС), взрыва и пожара.