Факторы и условия, определяющие фонтаноопасность при строительстве, эксплуатации и ремонте нефтяных и газовых скважин

Введение

Фонтанирование – одно из самых распространенных осложнений при строительстве, эксплуатации и капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин, они могут привести к открытому газонефтяному фонтану и к ликвидации самой скважины.
Открытые фонтаны являются наиболее тяжелой аварией в нефтегазопромысловом деле, при которой происходит неуправляемое истечение пластового флюида через устье скважины в результате отсутствия, разрушения, негерметичности запорного оборудования или вследствие грифонообразования.
Открытые фонтаны часто приобретают характер стихийных бедствий, требуют для ликвидации больших материальных ресурсов и длительных сроков, существенно осложняют деятельность буровых и нефтегазодобывающих предприятий, а также прилегающих к району аварии объектов промышленности, транспорта, сельского хозяйства, населенных пунктов.
Целью работы является изучение факторов и условий, которые определяют фонтаноопасность при строительстве, эксплуатации и ремонте нефтегазовых скважин.
Основные задачи работы:
Систематизировать сведения о причинах и условиях возникновения фонтанов;
Привести классификацию факторов, определяющих фонтаноопасность;
Рассмотреть методы предупреждения фонтанирования.


1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ФОНТАНООПАСНОСТИ

Под фонтаноопасностью при строительстве, эксплуатации и ремонте скважин понимается потенциальная возможность развития возникшего газоводонефтепроявления в открытый фонтан при существующих геологических условиях, используемых технических средствах и применяемой технологии ведения работ.
Из определения следует, что опасность возникновения открытого фонтана зависит от физических условий, сложившихся в процессе бурения, эксплуатации и ремонта скважины, которые обусловливают возникновение и развитие газонефтеводопроявления (ГНВП).
Газонефтеводопроявление, как физическое явление, это, по сути, перенос пластовых флюидов из пород, слагающих разрез, в буровой раствор, заполняющий пространство скважины. Процесс этот развивается во времени, то есть интенсивность поступления пластового флюида со временем, если не предпринимаются какие-либо технико-технологические действия, изменяется (как правило, увеличивается) [1].
В конце концов, процесс из стадии «газонефтеводопроявление» переходит в стадию «открытый фонтан». Открытый фонтан это последняя стадия развития, когда пластовый флюид, поступающий из проявляющего пласта, полностью вытесняет буровой раствор из скважины и беспрепятственно изливается в атмосферу или на поверхность земли или моря.


2 ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ФОНТАНООПАСНОСТЬ

Все факторы, от которых зависит степень фонтаноопасности объекта, можно разбить на четыре группы: геологические, технологические, технические и организационные.

2.1 Геологические факторы
Геологические объекты, являющиеся источниками проявлений при строительстве, эксплуатации и ремонте скважин, - это природные залежи газа, нефти, газированной и минерализованной воды, то есть месторождения флюидов, которые вскрываются с целью их последующей разработки и в процессе разбуривания последних.
Во многом фонтаноопасность месторождения определяется типом месторождения и его строением. Тип месторождения определяется, в основном, природным режимом фонтанирования залежей, расположенных на месторождении [2].
Применительно к открытым фонтанам можно сказать, что режим пласта - сложный комплекс проявлений его движущих сил, отражающийся на характере перемещения пластового флюида из пласта на земную поверхность, который еще более усложняется в процессе разработки и эксплуатации.
Основные геологические факторы, определяющие степень фонтаноопасности:
природный режим «работы» залежи, под которым понимают совокупность естественных сил, обеспечивающих перемещение нефти и газа к скважинам;
пластовое давление;
характеристики пластового флюида (агрегатное состояние, плотность, вязкость, сжимаемость и др.);
характеристики породы пласта-коллектора (пористость, проницаемость, фильтрационная способность и др.);
пожароопасность и взрывоопасность флюида;
токсичность самого флюида и его примесей.

2.2 Технические факторы
К техническим факторам следует отнести оснащенность скважины техническими средствами, от которых зависит обнаружение, предотвращение или ликвидация газонефтеводопроявлений или открытых фонтанов

.
Технические средства, как фактор возникновения ГНВП и открытых фонтанов, можно разделить на три основные группы:
1. Технические средства, не связанные напрямую с предупреждением возникновения и ликвидации ГНВП, режимы работы которых являются источником возникновения ГНВП. В качестве примера можно привести: буровые насосы и элементы циркуляционной системы, механизмы спуска и подъема бурильных труб, элементы фонтанной арматуры и др.
2. Технические средства, устанавливаемые на скважинах для обеспечения фонтанной безопасности проведения технологически предусмотренных работ. Например, все виды противовыбросового оборудования и дополнительные элементы устьевой оснастки скважин при их бурении эксплуатации и ремонте.
3. Контрольно-измерительные приборы и аппаратура, предназначенные для своевременного обнаружения признаков газоводонефтепроявлений.
Выход из строя или неисправности технических средств каждой из вышеперечисленных групп если и не приводят непосредственно к возникновению ГНВП или открытому фонтану, то, во всяком случае, способствуют увеличению опасности возникновения этих осложнений или аварий.


2.3 Технологические факторы
К технологическим факторам относятся практически все действия и операции, составляющие основу строительства, эксплуатации и ремонта скважин. По сути, сама технология работ является фактором фонтаноопасности.
Практика и статистические данные показывают, что все операции при строительстве, эксплуатации и ремонте скважин могут быть фактором фонтаноопасности. Технология проведения работ при строительстве, эксплуатации или ремонте скважин должна планироваться и реализовываться таким образом, чтобы исключить возможность возникновения любых осложнений или аварийных ситуаций, в том числе, связанных с ГНВП и открытым фонтанированием [3].
Однако на практике вступают в силу различного рода противодействующие обстоятельства: неверный выбор режимно-технологических параметров из-за недостаточности информации о горно-геологических условиях бурения, ошибочные действия исполнителей работ, принятие непродуманных инженернотехнологических решений, невыполнение технологических требований и предписаний исполнителями работ, в результате чего может сложиться ситуация, когда эти, упомянутые выше, факторы технологического характера приведут к возникновению ГНВП или, как следствие, открытому фонтанированию.

2.4 Организационные факторы
К организационным факторам фонтаноопасности относятся действия со стороны исполнителей и руководителей работ при строительстве, эксплуатации или ремонте скважин, которые могут привести к возникновению ГНВП или открытых фонтанов.
Сюда следует отнести: низкую трудовую и технологическую дисциплины; отсутствие контроля за производством работ или технологическими параметрами; низкую квалификацию и необученность персонала. Одним словом, это влияние «человеческого фактора» на вероятность возникновения осложнений или аварий, связанных с ГНВП, или переход ГНВП в открытое фонтанирование.
Очевидно, что только совместное влияние этих факторов определяет уровень опасности возникновения ГНВП и открытых фонтанов в каждом конкретном случае при определении аварийной обстановки. В зависимости от сочетания характеристик этих факторов можно судить о потенциальной осложненное проведения процессов строительства, эксплуатации и ремонта скважин. Иными словами, в каждом конкретном случае можно оценить уровень опасности возникновения аварийной ситуации, то есть определить фонтаноопасность технологического объекта (скважины).


3 ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ
ОТКРЫТЫХ ФОНТАНОВ

Необходимыми условиями открытого фонтанирования пластового флюида из напорного пласта-коллектора является наличие гидравлического канала связи между флюидосодержащим пластом и дневной поверхностью и отсутствие возможности перекрытия этого канала герметизирующими устройствами.
Открытые фонтаны являются развитием газонефтеводопроявлений, которые принципиально могут быть ликвидированы без допущения открытого фонтанирования проведением правильных и своевременных мероприятий по их ликвидации при наличии соответствующего технического обеспечения и своевременном их обнаружении [1]