Разработка методов обеспечения промышленной безопасности при профилактике и ликвидации открытых газовых фонтанов

Удовлетворение нарастающих потребностей общества в энергетических и химических ресурсах неразрывно связано с вовлечением в разработку новых месторождений природных углеводородов и внедрением высокоэффективных технологий, отличающихся увеличением концентрации и единичных мощностей технологического оборудования [1−3].

Этим тенденциям объективно сопутствуют как рост объемов капитальных вложений в производство, так и увеличение возможных ущербов от аварийных ситуаций на опасных производственных объектах [1−5].

По данным Генерального секретаря ООН, за последние 30 лет ущерб, нанесенный техногенными катастрофами увеличился в три раза и достигает 200 млрд долл. США в год [5−7].

В России совокупный годовой материальный ущерб от техногенных аварий, включая затраты на их ликвидацию, превышает 40 млрд. рублей [5].

В этих условиях промышленная и экологическая безопасность является одним из важнейших факторов, определяющих экономическую устойчивость топливно — энергетического производства [6,8−13].

Результаты анализа динамики техногенных рисков в нефтяной и газовой промышленности показывают, что только за последние десять лет экономический ущерб от них возрос более чем в 2 раза. Согласно опубликованным данным Госкомэкологии, Минтопэнерго и МЧС России, ежегодно на объектах нефтяной и газовой промышленности происходит около 20 тысяч крупных аварий, связанных с опасным загрязнением воздуха, природных водоемов и территорий [3,5,7,9−15].

Вовлечение в разработку нефтяных и газовых месторождений с высоким содержанием сероводорода и других вредных веществ качественно приумножает техногенные риски, связанные с выбросами пластовых флюидов в окружающую среду. Высокая токсичность сероводорода, усугубляемая биологической суммацией его вредного воздействия на человека и окружающую природную среду с другими токсикантами, а также пожаровзрывоопас-ность сероводородсодержащего природного сырья определяют повышенную опасность разработки сероводородсодержащих нефтяных и газовых месторождений для промышленного персонала, населения и окружающей природной среды [6,7,10−12,15−18].

Так, при разработке месторождения сероводородсодержащего газа Лак во Франции, имелось более 40 человеческих жертв. Аварийное фонтанирование скважины Лоджпол в канадской провинции Альберта привело к опасЧ ному загрязнению окружающей среды на территории более 1000 км и создало угрозу здоровью отдельных групп населения (детей, женщин, лиц пожилого возраста и слабого здоровья) на удалении до 60 км [8].

На месторождениях нефти и газа бывшего СССР на тысячу скважин законченных бурением приходился в среднем один открытый фонтан [10−12].

При открытом нефтегазовом фонтане на одной из разведочных скважин Тенгизского нефтяного месторождения реальная опасность для весьма уязвимых экосистем Прикаспия наблюдалась на территории более 600 км, при этом угроза опасного загрязнения атмосферы потребовала эвакуации людей из зоны, радиусом более 10 км [8,12].

Аварийный фонтан на скважине 427 Карачаганакского нефтегазокон-денсатного месторождения привел к загрязнению поверхностного слоя почвы серосодержащими жидкими углеводородами на территории более 30 га, а также загрязнению приповерхностных водонесущих горизонтов. Неуправляемый выброс на одной из скважин Оренбургского газоконденсатного месторождения (ГКМ) через неплотности устьевой арматуры привел к необходимости массового временного отвода населения, подобный выброс на Астраханском ГКМ, где содержание сероводорода в пластовом флюиде достигает 25%, привел к групповому несчастному случаю со смертельным исходом. Известны случаи взрывов топливовоздушных смесей, образующихся при открытом фонтанировании скважин, достигающих по своим последствиям нескольких сотен килограммов по тринитротолуоловому (ТНТ) — эквиваленту [6,8,12,19−23].

Результаты прогнозных расчетов показывают, что открытое фонтанирование скважин на сероводородсодержащих месторождениях, таких как Астраханское, Тенгизское и ряд других, может создать реальную угрозу здоровью более десяти тысяч человек и состоянию экологических систем целых регионов [6,23,24].

В этих условиях обеспечение безопасности промышленного персонала, населения и защита окружающей природной среды требуют разработки и внедрения эффективных методов и технических средств управления техногенными рисками, связанными с возможным фонтанированием скважин, основанного на системном анализе причин и условий формирования чрезвычайных ситуаций, достоверном прогнозировании их развития и последствий [1−3,6,8−12,25−27].

К основным условиям практической эффективности методов и средств профилактики и ликвидации открытых газовых фонтанов относят их рациональный выбор, соответствующий тяжести последствий возможных аварий и чрезвычайных ситуаций, а также обеспечивающий соблюдение принципов нормативной достаточности и максимальной эффективности ресурсных вложений [1,6,8,17,25,27].

Накопленный производственный опыт и результаты выполненных научных исследований свидетельствуют о том, что проблемы защиты персонала и населения могут быть решены путем эффективного управления техногенными рисками, включающего превентивные мероприятия, направленные на предотвращение и локализацию возможных открытых газовых фонтанов, а также эффективные технические, технологические и организационные мероприятия и средства, направленные на их оперативную ликвидацию и защиту от опасных последствий [5,6,10−13,19,20,23−27].

Развитие проблематики эффективного управления рисками при строительстве и эксплуатации скважин на сероводородсодержащих месторождениях нефти и газа в нашей стране связано с именами таких ученых как, А. И. Гриценко, В. А. Легасов, А. Н. Елохин, В. М. Поляков, A.B. Измалков, П. В. Куцын, Г. А. Одишария, Б. Е. Прусенко, А. И. Попов, О. Н. Русак, B.C. Сафонов, В. Д. Щугорев и др. [1,2Д9,10,13,20,24,25,27−29] Однако, ввиду относительной новизны этой проблемы, ряд ее аспектов требует дополнительного развития в отечественной науке и реализации в промышленности, что и явилось объектом исследований автора.

Исходя из вышеизложенного, целью настоящей работы является разработка и апробация новых методов и технических средств обеспечения промышленной безопасности, направленных на эффективную защиту персонала, населения и окружающей природной среды при профилактике и ликвидации открытых газовых фонтанов.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие основные задачи:

— анализ эффективности методов и технических средств, направленных на предупреждение и ликвидацию открытых газовых фонтанов, а также возможных направлений повышения их эффективности с учетом всего комплекса апробированных организационных и технических решений, а также достигнутого научно-технического уровня;

— исследование уровней опасных производственных факторов при ликвидации открытых газовых фонтанов, в том числе в условиях горения сероводородсодержащих пластовых флюидов на основе количественных критериев опасности;

— выбор эффективных средств индивидуальной защиты персонала от воздействия сероводородсодержащих пластовых флюидов и опасных производственных факторов, обусловленных горением выброса сероводородсодержащих газов;

— 8- разработка и внедрение эффективных технических средств для профилактики и ликвидации открытых газовых фонтанов, связанных с выбросами сероводорода и других вредных веществ в атмосферу.

Выполненные теоретические исследования и практические результаты работы реализованы в виде:

— методических рекомендаций по обеспечению промышленной безопасности при профилактике и ликвидации открытых фонтанов на месторождениях сероводородсодержащих газов, разработанных и апробированных на примере Астраханского, а также Оренбургского и Карачаганакского сероводородсодержащих месторождений нефти и газа;

— обоснованных технических требований к средствам индивидуальной защиты персонала при профилактике и ликвидации аварийных ситуаций на скважинах, связанных с загрязнением атмосферного воздуха сероводородом и другими вредными веществами, а также с воздействием опасных производственных факторов, обусловленных горением пластовых флюидов;

— разработанных и внедренных новых технических средств для предупреждения возникновения и ликвидации открытых газовых фонтанов;

— требований, введенных в нормативные правовые акты Федеральных органов исполнительной власти, включая «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности», «Инструкцию по безопасному ведению работ при разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений с высоким содержанием сероводорода», «Инструкцию по организации и методике проведения профилактической работы по предупреждению возникновения га-зонефтеводопроявлений, аварийных выбросов, открытых газовых и нефтяных фонтанов на объектах ОАО «Газпром», «Инструкцию по предупреждению и ликвидации газонефтеводопроявлений при строительстве и ремонте скважин» [15−18] и др.

Представленные и обоснованные в настоящей работе теоретические исследования и практические выводы могут быть использованы при обеспечении эффективной защиты промышленного персонала и населения от техногенных чрезвычайных ситуаций, связанных с открытым фонтанированием скважин на сероводородсодержащих месторождениях нефти, газа и газового конденсата, а также на предприятиях различных отраслей промышленности, связанных с эксплуатацией химически опасных производственных объектов.

По теме диссертационной работы опубликовано в открытой печати 16 научных трудов, получено шесть патентов России.

Научные положения и практические результаты работы неоднократно доложены, обсуждены, одобрены и рекомендованы к использованию в промышленной практике на международных и российских научнотехнических конференциях и симпозиумах.

Основные организационно-методические, технические и технологические решения в части раннего обнаружения, предотвращения и оперативной ликвидации техногенных чрезвычайных ситуаций, а также защиты персонала и населения от их последствий реализованы при обустройстве Астраханского, Оренбургского, Карачаганакского и ряда других сероводородсодержащих месторождений нефти и газа, апробированы в промышленной практике и легли в основу ряда Федеральных и отраслевых нормативных документов по промышленной и экологической безопасности.

выводы.

Основные научные и практические выводы и результаты завершенных исследований заключаются в следующем:

1. На основе анализа результатов практического опыта разработки газовых и нефтяных месторождений выполнена классификация открытых фонтанов и газонефтеводопроявлений, представлена количественная оценка значимых причин их формирования и проявления.

2. Выполнен анализ эффективности и области применения методов и технических средств предупреждения возникновения и ликвидации открытых фонтанов на сероводородсодержащих месторождениях нефти и газа, а также возможных направлений их совершенствования.

3. На основе количественных критериев опасности установлено, что применительно к сероводородсодержащим месторождениям размеры зоны распространения опасных производственных факторов при открытом фонтанировании скважин определяются уровнем загрязнения приземного слоя воздуха сероводородом и сопутствующими вредными веществами.

4. Установлено, что наиболее эффективным методом защиты персонала, населения и окружающей природной среды является зажигание выброса, обеспечивающее снижение приземных концентраций вредных веществ, вследствие их конвекционного подъема и рассеивания в атмосфере.

5. На основе анализа результатов выполненных полигонных и натурных исследований определены количественные значения уровней опасных производственных факторов в ближней зоне открытого газового фонтана с горением пластового флюида и предложены расчетные модели для их оперативного прогнозирования. Выявлено, что наибольшую опасность в этих условиях представляют повышенные уровни теплового излучения, обуславливающие возможность нагрева облучаемых поверхностей до высоких темпе.

— 132 ратур, а также повышенный уровень шума.

6. На основе оценки эффективности средств защиты от опасных производственных факторов разработан алгоритм принятия организационных решений, направленных на обеспечение безопасности персонала. Предложена технология ликвидации открытых фонтанов на сероводородсодержащих газовых месторождениях в условиях поддержания горения пластового флюида, обеспечивающая повышение безопасности персонала и населения, а также сокращение ущерба окружающей природной среде.

7. Обоснован комплекс требований к средствам индивидуальной защиты персонала при ликвидации горящего выброса. Выполнена оценка эффективности защитных теплоотражательных костюмов и обоснованы организационно-технические решения, направленные на обеспечение их производства для нужд противофонтанных формирований ОАО «Газпром» .

8. Обоснован выбор средств защиты органов дыхания, приобретаемых для оснащения персонала военизированных противофонтанных формирований ОАО «Газпром» .

9. Разработан и внедрен на Оренбургском, Астраханском, Карачаганак-ском и других месторождениях комплекс новых технических средств для предупреждения возникновения и ликвидации открытых газовых фонтанов. Экономический эффект от их применения только при ликвидации открытого фонтана на скв. № 321 Карачаганакского НГКМ составил, с учетом предотвращенного экологического ущерба, более 90 млн руб. в ценах 2000 г.

10. Ряд новых технических и технологических решений реализован в нормативных правовых актах Федеральных органов исполнительной власти, включая «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности», «Инструкцию по безопасному ведению работ при разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений с высоким содержанием сероводорода», «Инструкцию по организации и методике проведения профилактической работы по предупреждению возникновения газонефтеводопроявлений, ава.

— 134.

— акт расследования аварии (продолжительность аварии, технические причины, организационные причины, рекомендации комиссии, заключение комиссии, выводы и рекомендации штаба по ликвидации);

— рапорты работников профилактической службы на буровой;

— ежесуточные сводки с буровой при подходе и вскрытии продуктивных (осложненных) горизонтов;

— сводки показателей при смене операций на буровой;

— информация о состоянии на буровой (скважине) при возникновении неординарных ситуаций;

— информация службы геолого-технического контроля и др.

Основная форма по вводу и просмотру информации о ГНВП и фонтанах, представляет собой общие сведения о скважине и набор вкладок, характеризующих условия сопутствующие аварии на данной скважине.

Е’ыдача стандартных форм.

ПОИСК. с1Н<�и.'-'ГАШ1И прецедента.

Отчеты по базе данных!

Результаты :т атистичес&ой обработки.

С право-таз информация.