Аварии на объектах нефтяной промышленности

АВАРИИ НА ОБЪЕКТАХ НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

    

 

Учитывая потенциальную  промышленную и экологическую опасность  технологических процессов бурения скважин, добычи нефти и газа, транспорта углеводородного сырья существует определенная вероятность возникновения нештатных и аварийных ситуаций, прямо или косвенно влияющих на окружающую среду. Большие объемы изливающихся пластовых вод, нефти и нефтепродуктов сопровождаются загрязнением почвы и водных объектов, гибелью ихтиофауны, порывы газопроводов приводят к возникновению взрывов, пожаров и уничтожению растительности и гибели животных, загрязнению атмосферы.

      Основными источниками загрязнения компонентов природной среды в результате нештатных (аварийных) ситуаций могут быть:

- разгерметизация приемных  емкостей бурового раствора;

- аварийные выбросы бурового  раствора и пластовых флюидов; 

- открытое фонтанирование  флюида;

- порыв на водоводах  высокого и низкого давления;

- порыв нефтесборных коллекторов; 

- порывы на выкидных  линиях, внутрипромысловых и межпромысловых  трубопроводах; 

- разгерметизация аварийно-технологического  резервуара;

- разгерметизация резервуара  и пожар в резервуарном парке.

         Аварии с открытыми фонтанами при строительстве и эксплуатации скважин являются наиболее сложными и опасными, наносящими огромный материальный ущерб. Начавшаяся в виде единичных нефтяных проявлений аварийная ситуация может перейти в открытый фонтан с возгоранием, уничтожением скважин, гибелью людей. Особенно опасны выбросы и открытые фонтаны на нефтяных и газовых месторождениях с наличием сероводорода, а также на месторождениях, расположенных на континентальном шельфе и на охраняемых природных территориях.

Возникновению и развитию аварийных ситуаций способствуют как внешние, так и внутренние факторы. Процесс вскрытия пластов, освоения, испытания и эксплуатации скважин сопряжен с внутренними опасностями, обусловленными:

- взрыво- и пожароопасностью среды;

- внутренней энергетикой  (выход нефти и газа идет  под давлением, при температуре выше окружающей среды);

- вероятностью отказов  оборудования, работающего под давлением,  технологических трубопроводов, арматуры, систем контроля и автоматики, составляющих комплекс противофонтанной защиты.

Факторы существующей внешней опасности представлены:

- атмосферными явлениями  – интенсивное выпадение дождя,  низкие температуры зимой, снегопад, туман, град, молния, засуха;

- природными условиями  – наводнения, размыв грунта, заливание водой, протаивание грунта, коррозионная активность грунта, цунами, сели, лавина;

- техногенными условиями  – лесные (торфяные, луговые) пожары, падение летательных аппаратов,  авария на соседнем объекте,  подземные и другие работы, передвижной автомототранспорт, неосторожное обращение с огнем, сварочные и огневые работы, саботаж, диверсия, военные действия.

Ветровые нагрузки в качестве причин аварии не рассматриваются, так как все оборудование и элементы инфраструктуры рассчитываются на скорость ветра 40 м/с.

Основным фактором, способствующим возникновению и развитию аварий, является наличие пластовых флюидов под давлением в скважине, которое создает опасность аварийного разлития большого количества опасноговещества и образование облака топливно-воздушной смеси (ТВС) при аварийной разгерметизации оборудования, установленного на устье скважины.

К основным причинам и факторам, связанными с отказами оборудования, относятся:

- нарушение регламента  работ, при котором возможен  выброс скважинной жидкости с  последующей утечкой нефти из  скважины и воспламенением, а  при несвоевременной локализации  – возникновением и развитием пожара. Возможно образование облака топливно-воздушной смеси с последующим взрывом.

- физический износ, коррозия, механические повреждения, температурные  деформации оборудования или  трубопроводов. При резких перепадах температур (наружных пониженных и технологических повышенных) происходит взаимодействие влаги с металлом, что снижает срок службы оборудования, может привести к аварийной разгерметизации и выбросу опасных веществ в окружающую среду, взрывам и пожарам. Анализ неполадок и аварий показывает, что коррозионное разрушение при достаточно прочной конструкции противовыбросового оборудования и устьевой арматуры выявляется еще на стадии опрессовки оборудования и не приводит к серьезным последствиям. Аварии наиболее вероятны при несвоевременной опрессовке оборудования и арматуры.

- прекращение подачи энергоресурсов (гидравлической жидкости по превентору), которое, как правило, не приводит к серьезным последствиям, так как система дублируется ручным управлением превенторами. Аварийные ситуации возникают при несвоевременном возобновлении подачи энергоресурсов.

- внешние воздействия  и опасности, связанные с ними, маловероятны, но могут привести к выбросу нефти в окружающую среду, взрывам и пожарам.

Аварийные ситуации, связанные с разливом бурового раствора и пластовых вод.

Основными причинами разливов бурового раствора, содержащего токсичные  компоненты, могут стать:

- технические ошибки обслуживающего  персонала; 

- нарушение правил техники  безопасности.

Аварийной ситуацией может  быть разрушение емкости с буровым  раствором и порыв высоконапорного  трубопровода, сопровождающиеся залповым сбросом токсичных компонентов  на рельеф местности. При этом происходит вертикальная фильтрация загрязняющих веществ в водоносные горизонты, и миграция загрязненных вод к  зоне разгрузки в поверхностный  водоток.

Для предупреждения и локализации  разливов буровых растворов предусматриваются следующие мероприятия:

- организация обвалования  по периметру буровой площадки, а также котлованов и амбаров с гидроизоляцией дна и стенок;

- устройство герметизированных полов в складах для хранения химреагентов;

- механизация работ по  сливу разливов в емкости; 

- организация пунктов  по мойке и чистке емкостей  из-под вредных веществ.

Для ликвидации последствий  аварий, связанной с выбросом пластовой

жидкости, на буровой должен быть предусмотрен двукратный запас  бурового раствора и резерв химреагентов для регулирования свойств бурового раствора (утяжеления) из расчета приготовления раствора в количестве, равном объему скважины. Химреагенты должны храниться в отдельно стоящем складе.

Аварийные ситуации на линейной части нефтепровода

Масштабы загрязнения  основных компонентов окружающей среды  зависят от объемов разлитой нефти  и ее свойств. Воздействие нефтяного  разлива во многом определяется физико-химическими  характеристиками нефти: плотностью, вязкостью, температурой вспышки паров и температурой застывания.

Плотность нефти изменяется как с потерей легких фракций, так с изменением температуры, а также в результате присоединения механических примесей, например, частиц грунта. При плотности, близкой к 1,0 г/см3, возникает угроза ее осаждения на дно. При изменении температуры нефти на 10 С ее плотность изменяется в среднем на 0,0007 г/см3. Необходимо учитывать, что плотность воды при ееохлаждении от 40 до 00 С уменьшается, поэтому наиболее вероятно, что находящаяся на воде нефть, плотность которой близка к 1,0 г/см3, при понижении температуры осядет на дно. Увеличение плотности нефти от потери легких фракций – процесс не-обходимый, но с повышением температуры воды плотность нефти уменьшается, и она может всплыть.

Вязкость – важнейшее свойство нефти, существенно влияющее на характер загрязнения и условия сбора. Изменение вязкости пролитой на воду нефти происходит под воздействием таких факторов, как испарение, эмульгирование, изменение температуры. Эмульгирование увеличивает вязкость нефти, если создается эмульсия «вода в нефти». Например, при смешивании мазута, вязкость которого в составляет 0,5 Па·с при температуре 800 С, с водой в соотношении 1:1 вязкость полученной эмульсии при той же температуре составляет 1,6 Па·с.

Температура вспышки  нефти. Этот показатель характеризует степень пожарной опасности нефтепродукта. При растекании нефтепродукта по воде температура вспышки паров может находиться в интервалах от 20 – 300 С до 70 – 800 С.

Температура застывания. Эта величина имеет значение для оценки состояния нефти при изменении температуры окружающей среды, так как возможен ее переход из текучего состояния в нетекучее. Это усложняет условия сбора и вызывает необходимость соответствующего изменения технических средств и методов сбора. При воздействии факторов окружающей среды на пролитую нефть температура ее застывания возрастает. Высокая температура застывания нефти свойственна нефтям и нефтепродуктам, содержащим большое количество парафинов. Так, высокопарафинистая нефть имеет температуру застывания выше 300 С и при разливе почти всегда находится во застывшем состоянии.

Причины возникновения  аварий

На основе статистических данных аварийности магистральных  нефтепроводов выделено 10 групп факторов, влияющих на возникновение аварийных ситуаций. Для каждой группы факторов определены весовые коэффициенты, характеризующие вклад данной группы в общую статистику отказов

Факторы аварийности  магистральных нефтепроводов

№

группы

Наименование группы факторов Доля груп-

пы, %

1 Внешние антропогенные  воздействия 20

2 Подземная коррозия 2

3 Атмосферная коррозия 2

4 Внутренняя коррозия 20

5 Качество производства  труб и оборудования 15

6 Качество строительно-монтажных  работ 15

7 Качество и сроки испытаний  5

8 Конструктивно-технологические  факторы 5

9 Природные воздействия  10

10 Эксплуатационные факторы  6

Наряду с возможными причинами  разрушений, присущими линейной части наземных участков, подводные трубопроводы подвержены особым видам воздействия, приводящим к повреждению трубопроводов и утечке нефтепродуктов:

- волновые нагрузки и  подводные течения; 

- ветровые воздействия; 

- ледовые нагрузки;

- перемещение водного  грунта;

- электрохимическая активность  водной среды; 

- воздействие судов и  механизмов в зоне расположения  трубопровода.

Рассмотренные причины можно  объединить в 2 группы:

- внешние - связанные с производственно-хозяйственной деятельностью человека: судоходство, рыболовство, производство земляных работ в районе прокладки трубопровода.

- внутренние - обусловленные  природными условиями: переформированием  дна водоема, эрозиями, оползнями,  стихийными бедствиями (землетрясениями, ураганами, штормами).

Наиболее характерной  причиной отказов подводных трубопроводов, обусловленной природными условиями, является оголение трубопровода в результате переформирования ложа водоема. При этом, как показывает опыт эксплуатации, разрушение размытого трубопровода практически неизбежно. В то же время, повреждение трубопроводов в процессе производственно-хозяйственной деятельности является одной из наиболее частых причин их отказов. При прохождении донного трала над незаглубленным трубопроводом наблюдается трение канатов и трала о трубопровод, а также удары направляющими башками. Кроме того, большую опасность представляют повреждения трубопровода при ударе и зацеплении якорями судов, приводящие к нарушению бетонного покрытия, образованию вмятин на теле труб или их разрыву. Характер повреждения трубопровода якорями в существенной мере зависит от диаметра трубы и толщины бетонного покрытия. При прочих равных условиях, в случае удара или зацепления якорем трубопровода большого диаметра чаще имеет место повреждение утяжеляющего покрытия и вмятин стенок трубы. Для трубопроводов небольших диаметров при таких ударах и зацеплениях более характерны разрывы.

Внутренние причины отказов обусловлены различными процессами, происходящими в самом трубопроводе. Кним относятся:

- коррозионные процессы  на внутренней стороне труб;

- динамические процессы  в материале стенок;

- гидравлические процессы, сопровождающиеся возникновением волн давления, при изменении режимов работы трубопровода. При наличии потенциально опасных мест, таких как: дефектные участки сварных швов, усталостные трещины стенок и коррозионные повреждения, - возможно разрушение стен трубопровода в этих местах. Причем в начальные моменты времени эти повреждения проявляются в виде небольших трещин и свищей. Затем, при продолжении перекачки, размеры повреждения увеличиваются и могут достичь величины, сопоставимой с диаметром трубы.