Что происходит, когда взрывается нефтяная скважина? Эффекты выброса

Когда нефтяная скважина взрывается Это означает, что нефть, природный газ и пластовые флюиды под высоким давлением вышли из ствола скважины в результате неконтролируемого сильного извержения, которое может разрушить буровую установку, воспламениться и превратиться в ад, видимый на многие мили, и распылить токсичные углеводороды по окружающей суше или морю. Дующий колодец – это не просто утечка; он высвобождает огромную энергию, хранящуюся в глубоком подземном резервуаре, часто при давлении, превышающем От 10 000 до 15 000 фунтов на квадратный дюйм (psi) , с достаточной силой, чтобы выбросить бурильную трубу из скважины, как копье, и превратить все устье скважины в реактивный двигатель горящего топлива. Понимание точно что происходит, когда взрывается нефтяная скважина требует изучения физических сил, которые вызывают это событие, каскадных разрушений, которые следуют за секундами и часами, а также устойчивых экологических и экономических шрамов, которые могут сохраняться десятилетиями.

Физика выброса: почему извергается нефтяная скважина

Выброс происходит потому, что пластовое давление подземного резервуара превышает гидростатическое противодавление столба бурового раствора, и противовыбросовый превентор (ПВО) на морском дне или на поверхности не может герметизировать скважину. При стабильном бурении скважина заполняется тщательно взвешенным буровым раствором — смесью глины, воды и барита, который оказывает на забое скважины давление, несколько превышающее давление нефтегазоносной породы. Этот перевес предотвращает попадание пластовых флюидов в скважину. Согласно стандарту API RP 59 Американского института нефти, гидростатическое давление должно превышать пластовое давление как минимум на величину от 200 до 500 фунтов на квадратный дюйм во время обычных операций. Когда этот баланс теряется, возможно, из-за слишком малого веса бурового раствора, неожиданного избыточного давления в пласте или удаления столба бурового раствора во время спуска из скважины, пластовый газ начинает поступать в ствол скважины. Этот приток называется ударом. Если выброс не обнаружен и противовыбросовый превентор не активирован вовремя, расширяющийся газ толкает столб бурового раствора вверх, еще больше снижая забойное давление, и приток ускоряется до безудержного выброса.

Энергия, вызывающая взрыв, ошеломляет. Глубокий газовый резервуар в г. 10 000 фунтов на квадратный дюйм и температура 250°Ф (121°С) хранит количество потенциальной энергии, эквивалентное большой бомбе. По мере подъема газа в скважине он быстро расширяется за счет уменьшения гидростатического напора, увеличивая свой объем в сотни раз. К тому времени, когда этот газ достигнет поверхности, он может двигаться со сверхзвуковой скоростью, и единственная искра — от удара металла, электрической дуги или горячей поверхности двигателя — может воспламенить его в реактивное пламя, которое горит при температурах выше 2000°F (1093°C) . Это момент, когда буровая операция становится катастрофой, и первые секунды определяют непосредственную опасность для персонала и оборудования.

Непосредственные последствия: пожар, взрыв и облака токсичного газа

Как только нефтяная скважина взрывается и воспламеняется, буровая установка и ее окрестности за считанные секунды превращаются в невыносимый ад, создавая огненный шар, который можно увидеть на расстоянии десятков миль, и выпуская смертоносный шлейф сероводородного газа, если резервуар кислый. Первоначальный взрыв часто представляет собой взрыв облака пара: вырвавшийся газ смешивается с воздухом, и когда соотношение топлива и воздуха достигает взрывоопасного диапазона, он взрывается с достаточной силой, чтобы отбросить тяжелое оборудование на сотни футов. Расследование аварии на Deepwater Horizon, проведенное Советом по химической безопасности США, установило, что первый взрыв на борту буровой установки был вызван газообразным метаном, который поднялся через морской стояк и попал в сепаратор бурового газа и вентиляционные отверстия. Взрыв убил 11 членов экипажа мгновенно и отправил буровую установку стоимостью в несколько миллиардов долларов на морское дно за 36 часов.

В скважинах, содержащих сероводород (кислый газ), при выбросе выделяется невидимый, тяжелее воздуха токсичный газ, который может убить человека при одном вдохе при концентрациях выше 500 частей на миллион (ppm) . Зоны эвакуации при выбросах сернистого газа простираются на многие мили вокруг буровой площадки, и бригады реагирования должны носить автономные дыхательные аппараты. Даже если скважина не загорится, выброшенная сырая нефть может пролиться дождем на обширную территорию, покрыв землю, растительность и водные пути густыми липкими углеводородами. Понимание что происходит, когда взрывается нефтяная скважина означает признание того, что угроза не ограничивается непосредственной площадкой бурения; он ниспадает наружу в радиусе, определяемом ветром, местностью и силой извержения.

Экологический ущерб в результате выброса нефтяной скважины

В результате выброса морской нефтяной скважины сырая нефть попадает непосредственно в морскую среду со скоростью, превосходящей естественное затухание, создавая плавающее нефтяное пятно, которое убивает морских птиц, морских млекопитающих, личинок рыб и целые коралловые экосистемы. В результате выброса Макондо в Мексиканском заливе в 2010 году произошел выброс примерно 4,9 миллиона баррелей сырой нефти По данным Технической группы по дебиту, созданной правительством США, за более чем 87 дней до закрытия скважины. На спутниковых снимках видно, как пятно на поверхности росло и покрывало всю территорию. 40 000 квадратных миль , а исследования береговой линии зафиксировали загрязнение нефтью вдоль 1300 миль береговой линии от Техаса до Флориды. По оценкам Национального управления океанических и атмосферных исследований (НОАА), в результате разлива погибли или получили ранения более 100 000 морских птиц, 6 000 морских черепах и миллиарды личинок рыб. , а долгосрочные последствия на уровне населения все еще изучаются годы спустя.

На суше выбросы из добывающей скважины или во время бурения могут загрязнять почву и грунтовые воды на десятилетия. Сырая нефть содержит бензол, полициклические ароматические углеводороды и тяжелые металлы, которые токсичны для почвенных микробов и могут мигрировать в водоносные горизонты. Стоимость ликвидации одного крупного выброса на суше может превысить 100 миллионов долларов , и природная экосистема может не восстановиться полностью в течение 30–50 лет. Эти устойчивые экологические последствия являются центральной частью ответа на что происходит, когда взрывается нефтяная скважина , потому что разлив не исчезает, когда скважина окончательно контролируется; он остается в экосистеме, перемещаясь по пищевой сети и изменяя ландшафт для людей и сообществ дикой природы.

Человеческие и экономические издержки выброса

Выбросы являются самым смертоносным типом аварий в нефтегазодобывающей отрасли, ответственным за большинство происшествий со смертельным исходом, а финансовые последствия могут привести к банкротству компаний из-за обязательств по ликвидации последствий, штрафов и компенсационных выплат. Бюро безопасности и охраны окружающей среды США (BSEE) отслеживает инциденты с выбросами и сообщает, что в период с 2007 по 2019 годы на долю выбросов приходилось более 70% смертельных исходов при авариях при бурении на шельфе в федеральных водах. Непосредственной причиной смерти обычно является тупая травма в результате взрыва, ожогов или утопления. Для выживших работников психологическая травма сохраняется надолго, и многие из них испытывают посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) еще долгое время после происшествия.

Экономические издержки также ошеломляют. Катастрофа Deepwater Horizon привела к выплате BP долга 65 миллиардов долларов общие затраты, включая очистку, федеральные штрафы в соответствии с Законом о чистой воде, оценку ущерба природным ресурсам и экономические претензии со стороны пострадавших предприятий. Один выброс на берегу, который загрязняет муниципальное водоснабжение или приводит к эвакуации города, может легко обойтись в сотни миллионов долларов. Эти затраты являются частью что происходит, когда взрывается нефтяная скважина потому что они влияют на страховые рынки, нормативную базу и подход энергетической отрасли к управлению рисками, что приводит к ужесточению протоколов безопасности и более надежному проектированию скважин.

Контроль и остановка выброса нефтяной скважины

Остановка выброса требует комплексного подхода: установка перекрывающей трубы на поврежденном устье скважины с помощью дистанционно управляемых транспортных средств на глубокой воде, бурение одной или нескольких разгрузочных скважин для пересечения исходной скважины и закачки тяжелого бурового раствора или, в крайних случаях, использование взрывчатых веществ для тушения пожара и перенаправления потока. Укупорочная колонна представляет собой массивный клапанный узел с гидравлическим приводом, который можно опускать над фонтанирующим устьем скважины на морском дне. После фиксации клапаны медленно закрываются, а поток скважины улавливается и направляется в надводные сосуды. Во время реагирования Макондо в тот же день была успешно установлена укупорочная колонна. 87 , временно остановив поток, но это было облегчение, завершенное в день 107 , что привело к безвозвратной остановке скважины из-за закачки цемента в резервуар на тысячи футов ниже морского дна.

Бурение разгрузочной скважины является окончательным решением, поскольку оно перехватывает выдувную скважину глубоко под поверхностью и устанавливает прямую гидравлическую связь с пластом. Инженеры закачивают в пласт плотный буровой раствор, преодолевая пластовое давление и останавливая приток нефти и газа. Затем закачивается цемент, чтобы навсегда герметизировать скважину. Весь процесс может занять месяцы, поскольку резервную скважину необходимо пробурить до точной цели с точностью до нескольких футов на глубине в несколько миль. Эта тщательная инженерная работа является наиболее надежным ответом на прекращение жестокого зрелища что происходит, когда взрывается нефтяная скважина , но это мучительно медленно для сообществ и экосистем, поглощающих продолжающийся ущерб.

Часто задаваемые вопросы о выбросах нефтяных скважин

В чем разница между ударом и выбросом?

Выброс — это первоначальное попадание пластовых флюидов в ствол скважины, которые, если они обнаружены путем мониторинга объема карьера и скорости потока, могут быть безопасно вытеснены с помощью противовыбросового превентора. Выброс — это неконтролируемое усиление этого удара после разрушения первичных барьеров давления, что приводит к беспрепятственному потоку на поверхность. Каждый выброс начинается с удара ногой, и быстрая и правильная реакция на удар предотвращает катастрофическое развитие.

Можно ли предсказать взрыв до того, как он произойдет?

Выбросы невозможно предсказать с уверенностью, но условия, которые к ним приводят (аномально высокое пластовое давление, недостаточная плотность бурового раствора и неисправность компонентов ПВО), можно определить посредством тщательной практики бурения и мониторинга в реальном времени. В современных буровых установках используются усовершенствованные датчики давления во время бурения и автоматизированные системы обнаружения ударов, которые предупреждают бурильщика о притоке в течение нескольких секунд, предоставляя возможность закрыть скважину до того, как произойдет выброс.

Сколько времени занимает ликвидация последствий крупного выброса нефтяной скважины?

Физическая очистка видимой нефти с пляжей и болот может занять от одного до пяти лет , но экологическое восстановление может занять десятилетия. Затопленные масляные маты и выветрившиеся шарики смолы могут всплыть на поверхность в течение многих лет после того, как видимый разлив исчезнет. Восстановление рыболовства и популяций птиц часто занимает от 10 до 30 лет, а некоторые уязвимые места обитания, такие как глубоководные коралловые сообщества, могут никогда полностью не вернуться в состояние, в котором они находились до разлива.

Какие системы безопасности должны предотвратить взрыв скважины?

Основными барьерами безопасности являются столб бурового раствора и труба противовыбросового превентора. Превентор состоит из нескольких комплектов мощных плашек, способных прорезать бурильную трубу и полностью герметизировать ствол скважины, кольцевых превенторов, которые закрываются по любой форме, и блоков управления, которые гидравлически активируют плашки. При обслуживании и испытаниях в соответствии со стандартом API 53 противовыбросовые превенторы очень надежны, но расследование Deepwater Horizon показало, что неисправная батарея, неправильно подключенный соленоид и обходной график испытаний - все это способствовало тому, что противовыбросовый превентор не закрылся при активации.

Схватив что происходит, когда взрывается нефтяная скважина раскрывает цепочку событий, которая начинается с дисбаланса давления на глубине тысяч футов под землей и заканчивается адом на поверхности, нефтяным пятном, распространяющимся по океану, и долгой и трудной кампанией по восстановлению контроля. Это напоминание о том, что добыча ископаемого топлива из глубоких резервуаров под высоким давлением сопряжена с неизбежным риском, который требует постоянной бдительности, тщательного проектирования и готовности реагировать на наихудший сценарий всякий раз, когда буровое долото поворачивается.