Особенности проводки скважин в условиях сероводородной агрессии

Во многих нефтегазовых районах (Прикаспийская впадина, Волго-Уральский регион, Днепрово-Донецкая впадина, Тимано-Печорский регион и др.) в составе нефти и газа содержится сероводород (Н₂S). Скопления газов, нефтей и вод, содержащих большое количество сероводорода, часто приурочены к залежам с аномально высоким пластовым давлением (АВПД), что в значительной мере усложняет процесс бурения. В этих условиях для избежания серьезных осложнений недостаточно реализовать мероприятия, указанные в § 4 настоящей главы.

Сероводородсильный яд, поражающий нервную систему. Попадая в легкие, сероводород растворяется в крови и соединяется с гемоглобином. При концентрации сероводорода 1 мг/л и более возможна мгновенная смерть от паралича дыхательного центра. При отравлении быстро возникающие судороги и потеря сознания приводят к смертельному исходу из-за остановки дыхания.

Явный запах сероводорода ощущается уже при концентрации 0,0014−0,0024 мг/л, значительный запах — при концентрации 0,004 мг/л, а при концентрации 0,007−0,01 мг/л запах трудно переносится даже теми, кто привык к нему. При более высокой концентрации сероводорода запах менее сильный, поэтому можно отравиться, не заметив опасного увеличения концентрации сероводорода. Предельно допустимая концентрация сероводорода в воздухе-0,01 мг/л, а в смеси с углеводородами-0,003 мг/л.

Сероводород легко воспламеняется, а в смеси с воздухом взрывается. Температура его самовоспламенения равна 290 °C. Нижний и верхний пределы взрывоопасной концентрации сероводорода в воздухе соответственно 4,0 и 45,5%. Сероводород тяжелее воздуха, относительная плотность его равна 1,17. Способность сероводорода образовывать скопления приводит к взрывоопасной концентрации его. Вследствие этого при проявлениях сероводорода возможны взрывы и пожары, которые могут распространяться на огромной территории и стать причиной многочисленных жертв и больших убытков.

Исходя из этого при бурении скважин, которые могут вскрыть пласты с Н₂S предъявляются очень жесткие требования к технике безопасности. Этим обусловливаются мероприятия по выбору и размещению оборудования, обучение и тренировка буровой бригады. В условиях сероводородной агрессии наблюдаются специфические осложнения, а именно: сильное коррозионное воздействие сероводорода на стали и их сульфидное растрескивание, в результате чего разрушаются бурильные, обсадные и насосно-компрессорные трубы, устьевое буровое и нефтепромысловое оборудование, цементный камень; резкое ухудшение свойств буровых растворов (загустение), рост показателя фильтрации, интенсивное образование высокопроницаемой фильтрационной корки и др. Особенно сложно бороться с этими осложнениями при бурении глубоких скважин (более 4000 м) на месторождениях нефти и газа с содержанием сероводорода до 25−30% и углекислого газа до 25% и наличием зон АВПД. К таким месторождениям следует отнести очень крупное Тенгизское нефтяное месторождение расположенное в Прикаспийской впадине.

Согласно правилам техники безопасности в нефтегазодобывающей промышленности при вскрытии пластов, содержащих сероводород, должны быть организованы постоянные наблюдения за концентрацией сероводорода, который выделяется из бурового раствора для принятия мер по предупреждению отравления людей.

Наиболее простой способ контроля за содержанием сероводорода в воздухе или газе — определение его с помощью индикаторной бумаги, которую выдерживают в исследуемой среде в течение 30 с и, сопоставляя по цвету с эталонными образцами, определяют концентрацию сероводорода. При отсутствии эталонных образцов содержание сероводорода оценивает не количественно, а только качественно. Для количественного его определения используют колориметрический метод, основанный на принципе прямого отсчета концентрации сероводорода по длине индикаторной трубки газоанализатора, после просасывания через нее исследуемого воздуха. В нефтяной промышленности с этой целью используют газоанализаторы типов УГ-2 и ГХ-4.

Разработана автоматизированная система сбора и обработки геологической, геофизической и технологической информации в процессе бурения (АССБ-1). Лабораторная станция предназначена для определения показателей физических свойств бурового шлама и раствора, а также содержание в них газа. Способ нейтрализации сероводорода в буровом растворе описан в гл. VI, § 2.

Рис. 7.10. принципиальная схема обвязки устья скважин и технологического оборудования при испытании скважин.

Один из видов разрушения бурильного инструмента и бурового оборудования—коррозионное растрескивание, которое значительно более опасно, чем общая коррозия. Коррозионное растрескивание происходит обычно внезапно при относительно неповрежденных стальных металлических частях оборудования. Вследствие этого очень сложно заранее предугадать возможность и место разрушения такого вида и принять соответствующие меры по его предотвращению.

Часто встречающимся видом коррозионного растрескивания нефтепромыслового оборудования является так называемое сероводородное растрескивание, происходящее под действием сероводорода в присутствии воды. Механизм разрушения этого вида связан с проникновением в сталь водорода, образующегося при электрохимической сероводородной коррозии.

Зарубежная и отечественная практика бурения скважин в условиях сероводородной агрессии показала, что наиболее целесообразно использовать бурильные, обсадные и насосно-компрессорные трубы, устьевое буровое и нефтепромысловое оборудование изготовленные из специальных сталей, стойких к наличию в среде Н₂S и СО₂.

Для цементирования скважин в условиях сероводородной агрессии используют стойкие к Н₂S тампонажные материалы или химически ингибированные тампонажные цементы. При этом в тампонажную смесь включают компоненты, способные к взаимодействию с, присутствующим сероводородом. Продукты, образующиеся в результате упомянутого взаимодействия, должны представлять собой нерастворимые соединения, которые способны препятствовать проникновению агрессивного агента в цементный камень (рис. 7.10).

При проводке скважин в условиях сероводородной агрессии необходимо всегда помнить, что все работы по строительству скважин в этих условиях должны быть подчинены двум следующим задачам: охране труда и технике безопасности и охране окружающей среды.