Технологические и методологические основы предупреждения и ликвидации газовых фонтанов при эксплуатации и ремонте скважин

В пятом разделе представлены результаты работ по созданию и совершенствованию учебно-методической базы для подготовки и переподготовки кадров, созданию учебно-тренировочных центров для повышения квалификации персонала буровых бригад и бригад капитального ремонта скважин, а также аварийно-восстановительных формирований противофонтанной службы.

С позиции стратегии обеспечения фонтанной и пожарной безопасности объектов нефтегазодобывающей отрасли автором выделены три направления обучения по ликвидации открытых газовых фонтанов и пожаров: профилактика газонефтеводопроявлений (ГНВП) и открытых фонтанов; оперативная работа, то есть ликвидация газопроявлений и открытых фонтанов; обучение (подготовка и переподготовка кадров).

Профилактика возникновения открытых фонтанов наиболее эффективна на стадии их возникновения. Очевидно, что, не допустив возникновения ГНВП или своевременно их ликвидировав, можно исключить возможность открытого фонтанирования скважины. Основным условием предупреждения ГНВП и открытого фонтанирования является четкое исполнение проектных решений и требований технологических регламентов при безусловном соблюдении правил и инструкций по безопасному ведению работ, подкрепленное систематическим контролем за их исполнением. Профилактикой возникновения ГНВП и открытых фонтанов должны заниматься высококвалифицированные специалисты, имеющие достаточный опыт проведения работ по обследованию потенциально газопожароопасных объектов.

Оперативная работа это выполнение аварийных и газоопасных ремонтных работ на устье скважин с применением специального оборудования, в том числе для проведения работ под давлением, то есть без глушения и вывода скважин из эксплуатации, а также работ по ликвидации открытых газовых фонтанов без тушения пламени на устье фонтанирующих скважин. Одними из наиболее часто встречающихся осложнений являются ГНВП, а самыми тяжелыми авариями с позиций материального и экологического ущербов – открытые газовые и нефтяные фонтаны.

Обучение – это подготовка высококвалифицированных специалистов противофонтанной службы, а также обучение и аттестация персонала буровых, ремонтных и добывающих организаций по программам пожарной, противофонтанной и газовой безопасности.

Уровень профессиональной квалификации кадров всегда являлся определяющим фактором для достижения эффективности и качества любого производства. Особенно актуально это при бурении, эксплуатации и КРС, когда на протяжении всего цикла строительства, эксплуатации и ремонта исполнители работ сталкиваются с нештатными ситуациями, переходящими в тяжелую аварию. Прежде всего это характерно в случае возникновения ГНВП, когда несвоевременные или неправильные действия могут привести к развитию выброса или открытого фонтанирования. Здесь важно, чтобы буровая бригада или бригада КРС была способна своевременно обнаружить ГНВП, провести первоочередные действия, блокирующие их переход в открытый фонтан, а затем успешно их ликвидировать. Для этого необходимо обучить персонал и, что особенно важно, периодически проверять его знания и навыки, то есть проводить периодическую аттестацию. Причем, если рабочих или обслуживающий персонал аттестуют только на знание правил и инструкций, то аттестацию бурильщиков и инженерно-технических работников следует проводить путем проверки их навыков при работе на специальных тренажерах, имитирующих нештатные ситуации. Очевидно, что подобную подготовку и аттестацию следует проводить в специальных центрах и классах, а практические навыки буровые бригады и бригады КРС должны получать в специальных учебно-тренировочных центрах.

Подготовка и аттестация личного состава противофонтанных частей и специалистов нефтегазодобывающих организаций основаны на компьютерных технологиях обучения. Для обучения персонала разработана компьютерная тестовая система подготовки, проверки знаний и аттестации работников буровых организаций и нефтегазодобывающих предприятий в области предупреждения, обнаружения и ликвидации ГНВП, алгоритмы которой приведены на рисунках 8 и 9.

Обучение проводится по программам:

- «Противофонтанная и газовая безопасность» – для бригад КРС (курс обучения рассчитан на 24 часа);

- «Контроль скважины. Управление скважиной при ГНВП» – для бурильщиков, инженерного и руководящего составов (курс обучения рассчитан на 60…80 часов).

Рисунок 8 – Алгоритм обучения персонала нефтегазодобывающих организаций

Рисунок 9 – Алгоритм обучения личного состава противофонтанной службы

Обучение осуществляется по специально разработанным при участии автора методическим пособиям, содержащим информацию по разделам: горно-геологические и технико-технологические факторы, обуславливающие фонтаноопасность при строительстве, эксплуатации и ремонте скважин; физические основы и причины возникновения ГНВП, выбросов и открытых фонтанов; предупреждение, обнаружение и ликвидация ГНВП; роль конструкции скважин и технических средств при бурении, эксплуатации и ремонте в предупреждении возникновения, развития ГНВП и их перехода в открытое фонтанирование; газоопасные работы, средства контроля окружающей среды и защиты персонала; оказание первой доврачебной неотложной помощи.

Например, в 2008 г. в учебных классах противофонтанных частей и учебно-техническом и тренировочном центре «Досанг» только по курсу
«Контроль скважины. Управление скважиной при ГНВП» было обучено более 800 человек: 647 рабочих и 157 инженерно-технических работников.

В процессе обучения были задействованы учебные тренажеры: аппаратно-программный тренажер «ГЕОС-М1» и промышленный тренажер на базе буровой установки «Уралмаш 4Э-76».

Для обучения личного состава противофонтанной службы ежегодно проводятся практические полевые учения в учебно-техническом центре «Досанг» и на учебном полигоне Уренгойского месторождения.

Следует отказаться от практики, когда противофонтанные службы вынуждены самостоятельно проводить обучение и переподготовку своих кадров. Как правило, на подготовку высококвалифицированных кадров требуется значительное время (около 3 лет), а потребность в специалистах данного профиля в настоящее время достаточна высока.

Приведена промыслово-экономическая оценка эффективности разработанных технологий и технических средств, которые прошли успешные промысловые испытания и внедрены в суровых климатических условиях Крайнего Севера на газовых и газоконденсатных месторождениях предприятиями: филиалом ООО «Бургаз» «Тюменбургаз», ЗАО «Георесурс», ООО «Газпром добыча Надым», ООО «Газпром добыча Уренгой», ООО «Газпром добыча Ямбург», ООО «Газпром добыча Ноябрьск», ООО «Газпром трансгаз Югорск», ООО «Газпром северподземремонт», филиалом ООО «Газобезопасность» «Северная военизированная часть по предупреждению возникновения и по ликвидации открытых газовых фонтанов». Внедрение разработок в настоящее время осуществляется также на месторождениях Восточной Сибири и Якутии.

Внедрение новых технологий реализуется через руководящие документы: технологические регламенты, инструкции, технические правила, обучающие программы, отраслевые стандарты, стандарты организаций, которые входят составной частью в проекты разработки месторождений, проекты на строительство скважин и проекты на их капитальный ремонт, реконструкцию, консервацию, расконсервацию и ликвидацию.

Результаты работ используются в учебном процессе Тюменского государственного нефтегазового университета по специализации «Капитальный ремонт скважин», а также в обучающих центрах ОАО «Газпром» по курсу «Фонтанная и пожарная безопасность на объектах нефтегазодобывающей промышленности».

За последние годы удалось сохранить для дальнейшей эксплуатации
34 скважины из 40 (97 %), на которых были ликвидированы открытые газовые фонтаны. Экономический эффект от внедрения разработок, полученный за 1999  2008 гг., составил более 900 млн руб. Внедрение разработанных технических решений позволяет существенно снизить затраты на аварийно-восстановительные и ремонтно-изоляционные работы газовых и газоконденсатных скважин, обучить и аттестовать персонал бригад КРС и противофонтанной службы, успешно ликвидировать возникшие фонтаны и пожары, получить дополнительные объемы газа и газового конденсата, снизить вероятность возникновения и предотвратить последствия экологических катастроф.

В шестом разделе приведены результаты исследований по разработке технологий восстановления фонтанирующих скважин после ликвидации фонтана и возвращения их в эксплуатацию. Новые технологии позволяют решать проблемную задачу восстановления и ввода в эксплуатацию фонтанирующих скважин для обеспечения выполнения проектных решений разработки данного месторождения, в частности текущих задач разработки месторождений оптимальной сеткой эксплуатационных скважин, которая предусмотрена проектными решениями. При этом должен быть устранен экстремальный «дренаж» залежи по причине аварийного истечения газа в процессе открытого фонтана. По этой же причине должно быть устранено непредвиденное внедрение пластовых вод в залежь, в том числе подошвенных, вышележащих или законтурных, которое влечет за собой практически неустраняемую обводненность пласта, снижающую его фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС). При этом необходимо исключить сопутствующее обводненности пласта разрушение скелета горных пород, а также абразивное и коррозионное разрушение скважинного оборудования. Все это позволяет обеспечить скорейшее восстановление нарушенного во время фонтана фронта продвижения газоводяного контакта и восстановить проектные показатели разработки месторождения.

При этом обеспечивается возможность сохранить существующую при разработке месторождения сетку эксплуатационных скважин (без строительства новых взамен выбывших).

Мероприятия, направленные на восстановление фонтанирующих скважин, должны проводиться уже на стадии их глушения после ликвидации фонтана. Скважины должны глушиться незамерзающими технологическими растворами, не оказывающими отрицательного воздействия на ФЕС продуктивного пласта.

Для глушения скважин с АВПД обычно рекомендуются солевые растворы без твердой фазы. Для глушения скважин с нормальным гидростатическим давлением рекомендуются растворы на полимерной основе, например такие как разработанный полимерный раствор на основе полимера Praestol. Для глушения скважин с АНПД, как правило, рекомендуются эмульсионные растворы на основе газового конденсата. Для глушения скважин с пониженными давлениями (с условной аномальностью менее 0,5) рекомендуется в процессе глушения скважины предварительное блокирование ПЗП.

В процессе освоения восстанавливаемых после фонтанирования скважин рекомендуется осуществлять «разглинизацию» ПЗП с последующей интенсификацией притока методами гидропескоструйной перфорации (ГПП) или гидроразрыва пласта (ГРП).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе научного обобщения и анализа опыта ликвидации открытых газовых фонтанов предложена новая классификация методов их ликвидации для условий месторождений природного газа Крайнего Севера, прежде всего в Западной Сибири.

2. Разработаны технологические основы ликвидации открытых газовых фонтанов и пожаров, включающие:

- обоснованную и экспериментально подтвержденную возможность тушения пламени фонтанирующих газовых и газоконденсатных скважин с помощью водяных струй лафетных стволов, применяемых до этого при тушении пожаров на хозяйственных объектах;

- аналитически определенный и экспериментально подтвержденный оптимальный радиус зоны безопасного производства работ, в пределах которой можно безопасно размещать оборудование и аварийно-спасательный персонал;

- необходимую и безопасную высоту отрыва пламени от устья фонтанирующей скважины;

- оптимальную схему размещения лафетных стволов сегментом с наветренной стороны при расстояниях между лафетами 1…2 м.

3. Разработан комплекс высокоэффективных технологий ликвидации открытых газовых фонтанов в пламени пожара, в том числе на скважинах с наклоненным устьем, а также технологии с отрывом пламени от устья фонтанирующей скважины с возможностью восстановления работоспособности и повторного ввода фонтанирующих скважин в эксплуатацию.

4. Разработаны новые составы технологических растворов для растепления и глушения скважин, восстановления их производительности после ликвидации открытых газовых фонтанов.

5. Разработан комплекс методических документов и обучающих программ, что позволило создать методологию обучения персонала бригад и ИТР, занимающихся ликвидацией фонтанов.

6. Усовершенствована учебно-методическая база для подготовки и переподготовки кадров, созданы два учебно-тренировочных центра для повышения квалификации инженерно-технических работников и персонала буровых бригад и бригад капитального ремонта скважин, а также персонала аварийно-восстановительных формирований противофонтанной службы.

7. Разработаны и внедрены в производство новые технические средства и оборудование, обеспечивающие безопасное производство работ и высокую надежность ликвидации открытого газового фонтана. Внедрение разработанных технологий позволило за счет сокращения продолжительности ликвидационных и аварийно-восстановительных работ получить дополнительные объемы добываемого природного газа и газового конденсата. При этом в 2,5 раза снизились затраты на ликвидацию фонтанов, сокращено их количество с 5
(в 1998 г.) до 1 (в 2007 г.). Восстановлены после фонтана и введены в эксплуатацию 34 скважины (97 %) при условии сохранения проектной системы разработки месторождений. Экономический эффект от применения разработанных технологий и технических средств составил более 900 млн рублей.

Основные результаты работы опубликованы в 55 научных трудах, из которых 9 – в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендуемых к изданию ВАК Минобразования и науки РФ.

Ведущие рецензируемые научные журналы из перечня ВАК

1. Кустышев А.В., Чижова Т.И., Кустышев И.А., Чабаев Л.У.,
Шенбергер В.М. Ликвидация скважин в условиях Крайнего Севера // Изв. вузов. Нефть и газ. – 2001. № 6. С. 59-64.

2. Зозуля Г.П., Чабаев Л.У., Кустышев А.В., Сызранцев В.Н. Методика отрыва пламени от устья фонтанирующей скважины // Пожарная безопасность. 2007. № 4. С. 26-32.

3. Чабаев Л.У. Основы обеспечения технологической и экологической безопасности строительства скважин // Наука и техника в газовой промышленности. 2008. № 4. С. 99-109.

4. Чабаев Л.У. Основы стратегии и тактики ликвидации открытых газовых фонтанов // Пожарная безопасность. 2008. № 4. С. 83-85.

5. Чабаев Л.У. Ликвидация открытых нефтегазовых фонтанов и пожаров при добыче и транспортировке природного газа и нефти // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. 2008. – Вып. 4 (74). С. 103-108.

6. Чабаев Л.У. Методы ликвидации открытых газовых фонтанов и пожаров при строительстве и эксплуатации скважин // Изв. вузов. Нефть и газ. 2009. № 1. С. 92-97.

7. Чабаев Л.У. Стратегия развития фонтанной безопасности при строительстве и эксплуатации газовых скважин // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. 2009. – Вып. 1 (75). С. 72-80.

8. Чабаев Л.У. Обеспечение технологической и фонтанной безопасности строительства, эксплуатации и ремонта скважин // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2009. № 3. С. 18-23.

9. Попова Ж.С., Чабаев Л.У., Гейхман М.Г., Зозуля Г.П., Кустышев А.В. Ликвидация открытого нефтегазового фонтана с использованием гибкой трубы колтюбинговой установки // Изв. вузов. Нефть и газ. 2009. № 2. С. 68-70.

Центральные издания

10. Кустышев А.В., Симонов В.Ф., Чабаев Л.У., Барков А.П., Кустышев И.А. Обеспечение безопасности капитального ремонта скважин на действующих кустах газовых скважин // Актуальные проблемы строительства и эксплуатации газовых скважин, промыслового обустройства месторождений и транспорта газа: Сб. научн. тр. / ТюменНИИгипрогаз. СПб.: Недра, 2002. С. 86-91.

11. Лахно Е.Ю., Чабаев Л.У., Гейхман М.Г., Зозуля Г.П., Кустышев А.В., Листак М.В. Применение колтюбинговых технологий при ликвидации открытых нефтегазовых фонтанов // Время колтюбинга. 2008. № 3. С. 26-30.

12. Чабаев Л.У., Журавлев В.В., Зозуля Г.П., Кустышев А.В. Ликвидация газопроявлений на скважинах Ямбургского месторождения с помощью колтюбинговой установки // Время колтюбинга. 2009. № 1. С. 26-30.

Монографии, отдельные издания

13. Теория и практика выбора материалов и технологий для ремонтно-изоляционных работ в нефтяных и газовых скважинах: Учебн. пособие / Г.П. Зозуля, М.Г. Гейхман, И.И. Клещенко, Л.У. Чабаев. Тюмень: Изд-во «Нефть и газ», 2002. 170 с.

14. Ремонт нефтяных и газовых скважин: Справочник: В 2 ч. / М.Г. Гейхман, Г.П. Зозуля, А.В. Кустышев, С.А. Рябоконь, Л.У. Чабаев и др.; под ред. Ю.А. Нифонтова и И.И. Клещенко. СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2005. Ч. 1. 914 с.; Ч. 2. 548 с.

15. Предупреждение газопроявлений и открытых фонтанов при ремонте скважин в экстремальных условиях Крайнего Севера / Л.У. Чабаев, А.В. Кустышев, Г.П. Зозуля, М.Г. Гейхман. М.: ИРЦ Газпром, 2007. – 189 с.

16. Противофонтанная и газовая безопасность: Основы теоретической подготовки персонала буровых бригад и бригад капитального ремонта скважин / Л.У. Чабаев, Д.М. Чудновский, С.Р. Хлебников, В.А. Болотин, О.Ш. Абдуллаев. Краснодар: Изд-во «Просвещение-Юг», 2008. 158 с.

17. Теория и практика капитального ремонта скважин в условиях пониженных пластовых давлений / М.Г. Гейхман, Г.П. Зозуля, А.В. Кустышев, В.В. Дмитрук, Л.У. Чабаев. М.: ИРЦ Газпром, 2008. 430 с.

18. Фонтаноопасность при бурении, эксплуатации и ремонте скважин / Л.У. Чабаев, Д.М. Чудновский, С.Р. Хлебников, А.Г. Аветисов, Г.П. Зозуля, А.В. Кустышев, Ю.А. Пуля. Краснодар: Изд-во «Просвещение-Юг», 2009. 267 с.

Прочие печатные издания

19. Бакеев Р.А., Зозуля Г.П., Кустышев А.В., Кустышев И.А., Уросов С.А., Чабаев Л.У., Чижова Т.И. Предотвращение аварийного фонтанирования газовых скважин и восстановление их продуктивности // Обз. информ. Сер. «Бурение газовых и газоконденсатных скважин». М.: ИРЦ Газпром, 2003. 55 с.

20. Гейхман М.Г., Зозуля Г.П., Кустышев А.В., Клещенко И.И., Обиднов В.Б., Сизов О.В., Чабаев Л.У., Бакеев Р.А. Расконсервация и восстановление газовых скважин с обеспечением их фонтанной и пожарной безопасности на месторождениях Крайнего Севера // Обз. информ. Сер. «Разработка газовых и газоконденсатных месторождений». М.: ИРЦ Газпром, 2005. 99 с.