Газонефтеводопроявление

Газонефтеводопроявление (ГНВП) — это осложнение, возникающее при строительстве и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, характеризующееся неконтролируемым поступлением пластового флюида (газа, нефти, воды или их смеси) из продуктивного пласта в ствол скважины. ГНВП является аварийной ситуацией, которая при отсутствии своевременных и правильных действий может перерасти в открытое фонтанирование — выброс флюида на поверхность с разрушением устьевого оборудования и угрозой для жизни персонала, окружающей среды и целостности скважины.

Классификация газонефтеводопроявлений

ГНВП классифицируются по нескольким признакам, определяющим тактику их ликвидации.

По типу поступающего флюида

• Газопроявление: поступление в скважину природного газа (метана, этана, пропана, бутана, а также сероводорода или углекислого газа). Наиболее опасный тип, так как газ обладает высокой сжимаемостью, способен образовывать взрывоопасные смеси с воздухом и быстро распространяться по стволу.
• Нефтепроявление: поступление сырой нефти. Характеризуется меньшей скоростью распространения, чем газ, но создаёт угрозу загрязнения окружающей среды и пожара.
• Водопроявление: поступление пластовой воды (минерализованной, часто с высоким содержанием солей). Обычно менее опасно, чем газо- или нефтепроявление, но может привести к осложнениям при цементировании, коррозии оборудования и снижению продуктивности скважины.
• Смешанное проявление: одновременное поступление двух или трёх типов флюидов (например, газонефтяное или газоводяное).

По интенсивности

• Слабое (начальное): небольшое увеличение расхода бурового раствора на выходе, незначительное повышение давления в затрубном пространстве.
• Среднее: заметное увеличение расхода, рост давления, возможно появление пузырьков газа в растворе.
• Сильное (интенсивное): резкий рост давления, выброс флюида на поверхность, образование газового пузыря, перетоки между пластами.

По механизму возникновения

• Первичное: возникает непосредственно из-за превышения пластового давления над гидростатическим давлением столба бурового раствора в скважине.
• Вторичное: возникает в результате нарушения целостности крепи скважины (обсадных колонн, цементного камня), перетоков между пластами или из-за негерметичности устьевого оборудования.

Причины возникновения

Основной причиной ГНВП является нарушение равенства между давлением в пласте и гидростатическим давлением столба жидкости (бурового раствора, воды, нефти) в скважине. Если пластовое давление превышает гидростатическое, флюид начинает поступать в ствол.

К основным факторам, приводящим к такому дисбалансу, относятся:

• Недостаточная плотность бурового раствора: неверный расчёт необходимой плотности, неучёт аномально высоких пластовых давлений (АВПД), разбавление раствора пластовой водой.
• Снижение уровня жидкости в скважине: при спуско-подъёмных операциях (СПО), при поглощении раствора в трещиноватые или кавернозные пласты, при откачке жидкости.
• Некачественное цементирование: наличие каналов в цементном камне, негерметичность контакта цемента с обсадной колонной или породой.
• Нарушение герметичности обсадных колонн: коррозия, механические повреждения, некачественные резьбовые соединения.
• Неисправность устьевого оборудования: негерметичность превенторов, задвижек, фланцевых соединений.
• Ошибки персонала: неправильные действия при бурении, креплении, испытании или эксплуатации скважины, игнорирование признаков ГНВП.

Признаки и обнаружение

Своевременное обнаружение ГНВП — ключевой фактор для его безопасной ликвидации. Основные признаки делятся на прямые и косвенные.

Прямые признаки

• Увеличение расхода бурового раствора на выходе из скважины (при постоянной подаче насосов).
• Повышение давления в затрубном пространстве (между бурильной колонной и обсадной колонной).
• Появление пузырьков газа или нефти на поверхности в желобе или амбаре.
• Изменение свойств бурового раствора: снижение плотности, увеличение газосодержания, появление запаха нефти или сероводорода.

Косвенные признаки

• Увеличение механической скорости бурения (при вскрытии продуктивного пласта).
• Снижение давления на насосах (при поступлении газа, который уменьшает гидравлическое сопротивление).
• Изменение уровня жидкости в приёмных ёмкостях (увеличение притока из скважины).
• Повышение температуры раствора на выходе (из-за поступления более горячего пластового флюида).
• Появление каверн и осыпей на стенках скважины (при водопроявлении).

Для контроля за состоянием скважины применяются приборы и системы: датчики расхода и давления, газоанализаторы, уровнемеры, системы раннего обнаружения ГНВП (СРОГ).

Ликвидация газонефтеводопроявлений

Ликвидация ГНВП — это комплекс операций, направленных на восстановление контроля над скважиной и предотвращение фонтанирования. Основные методы:

• Глушение скважины: закачка в ствол тяжёлого бурового раствора (или другого утяжелённого флюида) с плотностью, превышающей пластовое давление, для создания гидростатического противодавления. Метод применяется при слабых и средних проявлениях.
• Установка цементного моста: закачка цементного раствора в зону проявления для изоляции продуктивного пласта. Применяется при невозможности глушения или при необходимости капитального ремонта.
• Применение противовыбросового оборудования (ПВО): герметизация устья скважины с помощью превенторов (плашечных, кольцевых, универсальных) для предотвращения выброса флюида на поверхность. ПВО позволяет вести работы по глушению или цементированию под давлением.
• Бурение наклонно-направленных скважин: в случае открытого фонтанирования бурится наклонная скважина для перехвата ствола аварийной скважины и закачки в неё тяжёлого раствора или цемента.
• Спуск и цементирование дополнительной обсадной колонны: применяется при разрушении основной крепи скважины.

Профилактика

Основой предотвращения ГНВП является строгое соблюдение технологии строительства и эксплуатации скважин, а также выполнение комплекса профилактических мероприятий:

• Точный расчёт и контроль плотности бурового раствора с учётом пластовых давлений.
• Регулярный контроль герметичности обсадных колонн и устьевого оборудования (опрессовка, испытания).
• Качественное цементирование с обеспечением надёжной изоляции продуктивных пластов.
• Соблюдение режимов спуско-подъёмных операций (скорость, долив скважины).
• Обучение персонала действиям при возникновении ГНВП, проведение тренировок.
• Использование систем раннего обнаружения ГНВП и автоматического управления ПВО.

Последствия

Несвоевременное или неправильное реагирование на ГНВП может привести к тяжёлым последствиям:

• Открытое фонтанирование (нефтяной или газовый фонтан), которое может длиться неделями и месяцами, нанося огромный экологический и экономический ущерб.
• Пожары и взрывы (особенно при газопроявлении).
• Разрушение устьевого оборудования и буровой установки.
• Загрязнение окружающей среды (почвы, водоёмов, атмосферы).
• Травмы и гибель персонала.
• Потеря скважины (консервация или ликвидация).

Интересные факты

• Самое крупное в истории газонефтеводопроявление, переросшее в открытый фонтан, произошло в 2010 году на платформе Deepwater Horizon в Мексиканском заливе. Фонтан длился 87 дней, привёл к гибели 11 человек и крупнейшей экологической катастрофе в истории США.
• В России одним из наиболее известных случаев является авария на скважине № 2 Кумженского месторождения (Ростовская область) в 1964 году, когда фонтан газа и нефти горел несколько месяцев.
• Для глушения скважин при ГНВП иногда используются специальные «тяжёлые» жидкости, например, растворы на основе бромида цинка или хлорида кальция, плотность которых может достигать 2,5 г/см³.
• В современной практике всё шире применяются автоматизированные системы управления ПВО, которые позволяют в режиме реального времени контролировать параметры скважины и при обнаружении признаков ГНВП автоматически герметизировать устье.

Источники

1. Булатов А. И., Макаренко П. П., Проселков Ю. М. «Справочник по бурению нефтяных и газовых скважин». — М.: Недра, 2002.
2. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности (утв. Ростехнадзором).
3. Б. А. Никитин, В. И. Сердюк, В. В. Кузнецов. «Газонефтеводопроявления и открытые фонтаны». — М.: Недра, 1992.
4. РД 39-0147009-501-87 «Инструкция по ликвидации газонефтеводопроявлений и открытых фонтанов».
5. Материалы расследования аварии на платформе Deepwater Horizon (National Commission on the BP Deepwater Horizon Oil Spill and Offshore Drilling, 2011).