CC BY
14УДК 622.279.51 /.7(571.1) АНАЛИЗ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОТКРЫТОГО ГАЗОВОГО ФОНТАНА НА ПОИСКОВЫХ СКВАЖИНАХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
ANALYSIS OF CAUSES OF OPEN GAS BLOWOUT FROM WILD CATS IN WEST SIBERIA
A. B. Kyci Miiicit, В. В. Журавле», JI. У. Чабасю
А. V. Kustyshcv. V. V. Zliuravlcv. L. U. Cliabacv
Тюменский . YKyfktpcmeeiiHbui нефтегазовый университет..'. Тюмень
Ключевые снова: сквюкина, глушение, аномтыш такие пластовое давление, поглощение, жидкость глушения. :>лектроцентропежнын насос Key words: well, well killing, abnormally low reservoir pressure, lost circulation, well killing IIiihI, electric centrifugal pump
В настоящее время основные месторождения нефти и газа находятся на завершающей стадии разработки, добыча углеводородов на месторождениях из года в год снижается |1. 2. 3|. В этой ситуации перспективным направлением является освоение новых нефтегазовых месторождений в ранее не обустраиваемых регионах. таких как Восточная Сибирь. Якутия и Дальний Восток. Однако не следует сбрасывать со счетов и Западную Сибирь, где ускоренными темпами идет поиск углеводородного сырья. включ;1я север Тюменской области. Ямальский и Гыдан-ский полуострова, арктический шельф, а также Уватский район и Курганскую область |4. 5|.
Ближайшие перспективные районы с запасами углеводородного сырья расположены в основном в зоне южной лесотундры. В орографическом отношении территория представляет собой водораздельную поверхность с абсолютными от.мст-
ками рельефа от 80 до 100 м с плавным понижением к долинам рек до отметки 60 м. Основными реками являются Надым. Пур. Ta i. Ссдэ-Яха и Правая Ныда. Русла последних двух рек сильно извилистые и имеют небольшую глубину. поэтому практически несудоходны. Ледостав на реках заканчивается в октябре. Мелкие речушки, протекающие здесь. промерзают до дна. Вскрытие рек начинается в конце мая — первой половине июня. Характерной гидрографической особенностью района является обилие озер. Охра изометричной формы и небольшой глубины. Повсеместно распространены болота. Все это ограничивает транспортировку грузов.
Климат района субарктический с суровой продолжительной зимой и коротким прохладным летом. Среднегодовая температура воздуха — минус 5.6 "С. Среднемесячная температура в январе минус 30 "С. самая низкая — от минус 50 до минус 55 "С. Среднегодовое количество осадков составляет от 300 до 550 мм. большая часть которых приходится на лето. Снежный покров на открытых участках маломощный (от 25 до 30 см) и до 1 м в понижениях рельефа. Это. в свою очередь, негативно влияет на условия труда обслуживающего персонала, в рабочем графике отмечаются актированные дни и запрещения на выезд транспорта из населенных пунктов.
По геокриологическим условиям рассматриваемая зона находится в центральной части Надым-Пу р-Тазовской области, которая характеризуется прерывистым по площади и в разрезе распространением многолстне.мсрзлых пород (ММП). Температура мерзлых пород изменяется от 0 до минус 4 "С. Среди криогенных процессов наибольшее распространение имеют термокарст и пучение.
Дорожная сеть представлена автомобильной трассой и одноколейной железной дорогой Новый Уренгой — Надым и Новый Уренгой — Ямбург. пересекающими территорию основных разрабатываемых месторождений. В местах, удаленных от этих трасс, дороги отсутствуют. По территории также проходят трассы межпро-мысловых и магистральных газопроводов от разрабатываемых месторождений.
В процессе поискового бурения в настоящее время применяются специальные площадки. Площадка бурения представляет собой насыпное грунтовое сооружение. обеспечивающее размещение и эксплуатацию необходимого комплекса сооружений и оборудования для строительства и опробования скважины. Гру нтовос основание предотвращает прямое контактирование технических средств и технологических процессов с естественными грунтами территории производства работ. Высота отсыпки площадки бурения чаще всего составляет 1.5-2.0 м.
Бурение и испытание поисково-оценочных скважин ведется обычно буровой установкой, наиболее распространена установка завода «Уралмаш». Прострслоч-но-взрывные работы (ПВР) проводятся обычно с использованием подъемника ПКС-5. оборудованного перфорационной системой однократного использования, такой как ГЖО 89-АТ (ТУ 52989204.005-2001) с зарядами ЗПК89-АТ-М-04 (ТУ 52989204.001-2001) с плотностью прострела 16 отверстий на погонный метр, что обеспечивает создание на каротажном кабеле 300 и более отверстий.
Рассмотрим на примере одной поисково-оценочной скважины возможные причины возникновения отрытого газового фонтана, чаще всего встречающиеся в промысловой практике.
Почти все поисково-оценочные скважины вертикальные, пробурены на максимально необходимую глубину , вскрывающую все перспективные нс<})тсгазовыс горизонты, в нашем случае на глубин) 3 600 м.
Констру кция скважины типична для испытаний глубоких скважин на юрские отложения. Кондуктор диаметром 426 мм спу щен на глубину 415 м на 135 м выше проектной отметки, не перекрывает подошву ММП. что может явиться одной из причин смятия обсадных колонн в зоне мерзлых пород. Первая промежуточная колонна диаметром 324 мм спу щена на проектну ю глубину 1 250 м. Вторая про-
мсж\точная колонна диаметром 245 мм спущена на проектную глубину 3 296 м. на 4 м не достигнув проектной отметки. Потайная колонна диаметром 194 мм установлена в интервале 2 786-3 393 м. Эксплуатационная колонна диаметром 140 мм спущена почти на проектную глубину 3 599 м вместо 3 600 м по проекту.
Устье скважины оборудовано колонной головкой ОККЗ-70-168х x245*324x426Kl-XJl с установленной на ней трубной головкой ТГ 140x70. входящей в комплект фонтанной арматуры АФ6-80/65х70 K1-XJ1. и двухплашечным превентором 2ППР 180x70. оснащенным трубными плашками диаметром 73 мм и глу хими плашками такого же типоразмера. Устьевое обору дование опрсс-совано совместно с верхней частью эксплуатационной колонны в интервале от 0 до 2 108 м на давление 20.3 МПа. По результатам испытаний скважина признана герметичной. Скважина в указанном интервале была заполнена солевым раствором плотностью 1 050 кг/м\
Неконтролируемый выброс газа произошел в процессе испытания VIII эксплуатационного объекта после завершения бу рения скважины и у спешного испытания нижележащих эксплуатационных объектов. После завершения испытания очередного VII объекта (2 176-2 18.3 м) и его ликвидации установкой цементного моста (2 108-2 203 м) приступили к испытанию вышележащего объекта.
Перед проведением прострслочно-взрывных работ эксплуатационная колонна (как это практикуется) была прошаблонирована шаблоном диаметром 89 мм и оп-рессована на давление 51.8 МПа совместно с цементным мостом и противовыбро-совы.м обору дованием (ПВО). Затем колонна была проперфорирована в интервале 1 806-1 825 м зарядами ЗПК89-АТ-М-04.
Следует отмстить, что во время спу ска перфоратора в рассматриваемой нами скважине отсутствовал контроль объема вытесняемого из скважины раствора, что недопустимо, и что в конечном итоге привело к аварии. Практически это является основной ошибкой персонала, приводящей к аварийному выбросу.
Долив недостающего раствора в скважину проводился при подъеме перфоратора до глубины 50 м от устья через задавочну ю трубную линию цементировочным агрегатом ЦА-320. После этого буровая бригада удалялась на безопасное расстояние. а члены геофизического отряда осу ществляли осмотр перфоратора. При этом контроль полноты долива скважины определялся визуально переливом жидкости через верх плашечного превентора. что является нарушением техники безопасности из-за отсутствия инструментального контроля технологического процесса. а также по причине загрязнения рабочей площадки и высокой вероятности получения травм обслу живающим персоналом.
Таким способом (с нарушением правил безопасности) были проведены шесть спускоподъсмных операций с перфоратором. При этом объем долитого раствора в скважину и его плотность также не контролировались, что могло привести к возникновению выброса раствора, находящегося в скважине, на любом спуско-подъс.мс перфоратора.
После проведения седьмого спуска и срабатывания перфоратора был начат подъем отстреленного перфоратора. С глубины 1 ООО м были начаты работы по доливу раствора в скважину. При нахождении пср<1юратора на глубине 650 м начался перелив раствора через превентор и провисание каротажного кабеля. Д1я устранения провисания кабеля скорость подъема инструмента была увеличена до 6 ООО м/ч. Тем не менее, несмотря на принятые меры, спустя несколько секу нд перелив раствора перешел в фонтанирование до высоты ротора буровой установки. Геофизический кабель начал с огромной скоростью вылетать из скважины. Струей раствора из скважины был выброшен перфоратор с каротажным кабелем.
При закрытии в аварийной ситу ации глу хих плашек превентора фонтан на некоторое время прекратился, но затем после разрушения одной из плашек превентора он возобновился с прежней силой. Скважина перешла в открытое фонтаниро-
ванис. Причиной разрушения плашки стало создание в превснторс избыточного давления в связи с тем. что в процессе ускоренного (лучше сказать — поспешного) закрытия глухих плашек забыли открыть задвижку на факельную линию для сброса избыточного давления. Это может свидетельствовать о растерянности обслуживающего персонала и плохом знании ими положений аварийного расписания при возникновении нефтегазоводопроявлений (НГВП).
Анализируя причины возникновения фонтана, можно констатировать, что:
• работы проводились в отсутствие достоверной геологической информации, что само по себе требовало повышенных мер безопасности;
• в процессе подготовительных работ к ПВР был неверно проведен расчет плотности бурового раствора из-за неверной взятой глубины интервала перфорации:
• в процессе строительства скважины не полностью была перекрыта зона ММП конд\ ктора. что могло привести к смятию обсадных колонн и возникновению фонтана:
• во время спуска и подъема перфоратора отсутствовал контроль объема вытесненного раствора со скважин (нарушение п. 2.9.3 Г1Б 08-624-03 «Правила безопасности нефтяной и газовой промышленности»):
• при ПВР отсутствовал контроль объема доливаемого раствора в скважину (нарушение п. 2.9.3 ПБ 08-624-03):
• не организован технологический процесс по сбору и контролю объема и плотности вытесняемого раствора из скважины (нарушение п. 2.1.8 ПБ 08-624-03):
• отсутствовал контроль технологического процесса со стороны инженерно-технических работников (начальника геофизического отряда и мастера бригады по исследованию при ПВР и вскрытию продуктивного горизонта) (нарушение п. 2.1.8 ПБ 08-624-03):
• первоочередные действия охровой бригады при первых признаках НГВП были неправильными:
• отсутствовал контроль работы бригады по испытанию скважин со стороны руководства цеха освоения и испытания скважин (нарушение п. 2.1.8 ПБ 08-624-03).
Для ликвидации открытого газового фонтана сразу же было перекрыто движение постороннего транспорта по подъездной дороге к фонтанирующей скважине. Были определены границы опасной зоны, и проведено обследование устья скважины и территории опасной зоны.
После чего без промедления были начаты работы по расчистке подходов к устью скважины |6. 7|.
В связи с большой загазованностью на устье скважины, так как фонтанирующая струя распылялась об элементы конструкции основания буровой установки, провели расшивку этого основания от укрывающих се щитов для снижения загазованности. расширения доступа к устью и задвижкам на отводах противовыбросо-вого оборудования (ПВО).
В процессе расчистки устья скважины произошло возгорание фонтанирующей струи и падение вышки буровой установки (рис. 1). Несмотря на горящий факел на устье скважины были продолжены работы по разбору и растаскиванию с устья скважины металлоконструкций и емкостного парка с постоянным орошением объекта работ. Это проводится с целью снижения температуры нагреваемого под воздействием пламени устьевого оборудования и создания водяной завесы, препятствующей дальнейшему распространению пожара |6-9|.
Рис. 1. Открытый газовый фонтан с возгоранием струн газа на момент падения вытки буровой установки
В случае сохранения возможности управления задвижками трубной головки на фонтанирующей горящей скважине проводится сборка задавочной линии, через котору ю в скважину закачивается вода при максимально возможной производительности цементировочных агрегатов. Растаскиванием от у стья скважины добиваются формирования компактной струи газа, на которую можно навести проти-вовыбросовос обору дование для обу здания фонтана (рис. 2).
Для ликвидации открытого газового фонтана в условиях отсутствия дорог лучше всего подходит технология ликвидации фонтана под струей горящего пламени |8. 10|. Для этого вблизи устья монтируется тросовая оснастка, состоящая из крановой подвески КП-25 и мачты с траверсой. На траверсу подвешивается запор-но-устьсвая сборка (ЗУС). включающая крестовину с боковьши задвижками, сдвоенный превентор и газоотводную трубу. Под струей горящего газа, поднятого с
Рис. 2. Растаскивание оборудования при горящей струе газа па устье фон manu рут щей сквалашы
помощью струй из лафетных стволов на безопасную высоту, на устье скважины проводят раскрепление фланцевого соединения трубной головки с верхней катушкой головки обсадной трубы и демонтаж ПВО и трубной головки. После чего с помощью крановой подвески КП-25 осуществляют наведение на устье горящей скважины ЗУС. отводя пламя пожара через отводную трубу вверх от устья скважины (рис. 3). Затем ЗУС крепят на колонной головке, и скважина готов;! к дальнейшим работам по ее глушению 1111.
В процессе глушения обычно используются утяжеленные буровые растворы |12|. В нашем случае, учитывая высокую вероятность использования скважины в дальнейших работах, в скважину последовательно закачали: техническую воду (плотностью 1 010 кг/м') в объеме 55 м\ снизив первоначальное давление 14.5 МПа до атмосферной величины, затем раствор хлорида кальция (Cad;) плотностью 1 260 кг/м3 в объеме 23 м\ далее блокирующий раствор с наполнителем Полицслл-ЦФ в объеме 10 м' и в заключение раствор СГС-18 (плотностью 1 050 кг/м') в объеме 20 м\
Данная чрезвычайная ситуация еще раз подчеркнула необходимость неукоснительного соблюдения требований правил безопасности как в процессе строительств;! скважины, гак и в процессе ее опробования, особенно при б\ рении поисковых скважин в условиях отсутствия достоверной геологической информации о разрезе бурящейся скважины, о величинах пластовых давлений и температур в каждом б\ рящсмся или испытываемом интервале, необходимость обязательного соблюдения проектных решений.
В очередной раз была подтверждена оправданность стратегии ООО «Газпром га'юбсзопасность». нацеленной на постоянное повышение квалификации оперативного и профилактического составов военизированных частей и обслуживающего персонала организаций недропользователей и организаций-подрядчиков.
Список литературы
1. Тер-Саркисов I'. М. Разработка и добыча грудшшюскасмых запасов углеводородов. М.: И и-во (XX) «11едра-1>И!несиен iр». 2005. 407 с.
2. Крмилов О. М. и др. Добыча газа и газокоидеисага в осложненных условиях женлуагании месторождений О. М. Крмилов. А. И. Ланердин. С. И. Иванов: отв. ред. Л. '). К'онгорович. Новосибирск: Изд-во СО РЛ11. 2007. 291 с.
3. ХКдявин С. Ф. Проектирование и разработка нефтяных и газовых месторождений: учеб. нособ. Тюмень: ТюмППУ. 2011. 204 с.
Рис. 3. Наведение шпорно-устьевой сворки пи устье фонтанирующей скважины
4. Криосфера нефтегазоконденсатньк месторождений полуострова Ямал: В 3 т. / Под с:юш ред. Ю. К. Васильчука, Г. В. Крылова, Е. Е. Подборного. - Тюмень: ООО «ТюменНИИгипрогаз»; С-Пб.: Недра. С-Петсрб, Огд-ние. 2006.
5. Энергетическая стратегия России.
6. Предотвращение и ликвидация газопроявлений и открытых фонтанов при ремонте скважин в экстремальны-; условиях Крайнего Севера Л. У. Чабаев. А. В. Кустышев, Г. П. Зозуля, М. Г. Гейх-шн. -М.: ИРЦ Газпром. 2007,- 189 с.
7. Фонтаноопасность при бурении, эксплуатации и ремонте скважин . J1. У. Чабаев, Д. М. Чуднов-ский, С. Р. Хлебников, А. Г. Аветисов, Г. П. Зозуля, А. В. Кустышев, Ю. А. Пуля. - Краснодар: Изд-во «Просвещение-Юг», 2009. - 267 с.
8. Чабаев Л. У. Основы стратегии и тактики ликвидации открытых газовьсх фонтанов / Пожарная безопасность. - 2008. - № 4. - С. 83-85.
9. Повзик Я. С. Пожарная тактика. - М.: ЗАО «Спецтехника». 2001. -416 с.
10. Пат. 2231627 РФ. Е 21 В 35.00 Способ ликвидации открытых фонтанов на нефтегазовых скважинах / Л, У. Чабаев, А. В. Кустышев, Н. И. Иллюк.-№ 2002130666; Заяв. 22.11.02; Опубл. 27.06.04; Бюл.Я» 18.
И. Пат. 2261982 РФ. Е 21 В 35/00 Способ ликвидации открытого нефтегазового фонтана Р. А. Ба-кеев. А. В. Кустышев, О. В. Сизов, Л. У. Чабаев (РФ). - № 2004117694; 'Заяв. 10.06.04; Опубл. 10.10.05, Бюл. № 28.
12. Бакеев Р. А.. Журавлев В. В., Кустышев А. В.. Ятлук О. В. Некоторые аспекты ликвидации от-крьпого газоконденсатного фонтана и пожара в удаленных районах Крайнего Севера // Пожарная безопасность. - 2011. - № 1. -С. 126-130.
Сведения об авторах
Кустышев Александр Васильевич, д. т. н„ профессор кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин», Тюменский государственный нефтегазовый университет, г, Тюмень, тел. 8(3452)286694
Журавлев Валерий Владимирович, аспирант. Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)286694
Чабаев Леча Услишович, д. т. н., аклдемик Международной академии наук экологии и оеюпаено-стн жизнедеятельности, член диссертационного совета Тюменского государственного нефтегазового университета (по специализации л Пожарная и промышленная безопасность - нефтегазовое дело»), г. Тюмень
Kustyshev А. V., Doctor of Engineering, professor of the chair «■Drilling of oil and gas wells». Tyumen Slale Oil and Gas University, phone: 8(3452)286694, e-mail: kustishe^lngg.info
Zhuravlev V. V., postgraduate of Tyumen State Oil and Gas University, phone: 8(3452)286694
Chabaev L. U., Doctor of Engineering, academician of the Internationa! Academy of Sciences in Ecology and Safety of Life Activity, member ofthe dissertation council of Tyumen State Oil and Gas University
