Превенторная установка

Превенторная установка — это комплекс оборудования, предназначенный для герметизации устья скважины в процессе бурения, ремонта или освоения нефтяных и газовых скважин. Основная функция превенторной установки — предотвращение открытого фонтанирования (выброса) пластовых флюидов (нефти, газа, воды) на поверхность, что является критически важным для обеспечения безопасности персонала, оборудования и окружающей среды. Установка устанавливается на устье скважины и позволяет в аварийной ситуации перекрыть ствол скважины, загерметизировать пространство между бурильной колонной и стенками скважины или полностью перекрыть выход флюида.

История

Первые прототипы превенторов появились в начале XX века в США, когда бурение скважин с использованием вращательного способа стало массовым. В 1920-х годах, после серии катастрофических выбросов на нефтепромыслах Техаса и Оклахомы, инженеры начали разрабатывать устройства для герметизации устья. Первый коммерчески успешный превентор был создан компанией Cameron Iron Works в 1922 году. В СССР разработка превенторного оборудования началась в 1930-х годах, и к 1950-м годам были созданы отечественные образцы для бурения на суше.

Значительный прогресс в конструкции превенторных установок произошел в 1960–1970-х годах с началом морского бурения на шельфе. Для работы в условиях глубоководья потребовались сложные подводные превенторные установки (ППУ), управляемые дистанционно. В 2010-х годах, после аварии на платформе Deepwater Horizon в Мексиканском заливе (2010), требования к надежности и функциональности превенторных установок были ужесточены на международном уровне.

Классификация

Превенторные установки классифицируются по нескольким признакам.

По типу привода

• Гидравлические — наиболее распространенный тип. Управление осуществляется с помощью гидравлической жидкости под высоким давлением (до 21 МПа и выше). Обеспечивают быстрое срабатывание (до 30 секунд).
• Пневматические — используются редко, в основном на малодебитных скважинах или в качестве вспомогательных.
• Механические (винтовые) — устаревший тип, применяется для ручного управления в условиях отсутствия гидравлики.

По конструкции запорного элемента

• Плашечные — перекрытие осуществляется с помощью двух или более плашек (подвижных элементов), которые сдвигаются к центру ствола. Бывают:
• Глухие — полностью перекрывают ствол скважины (без трубы внутри).
• Трубные — герметизируют пространство вокруг бурильной или обсадной трубы.
• Срезные — способны перерезать бурильную трубу и загерметизировать ствол.
• Универсальные (кольцевые) — герметизация происходит за счет сжатия эластичного уплотнительного кольца (резинового или полиуретанового) вокруг любой трубы или полностью.
• Комбинированные — сочетают функции плашечных и универсальных превенторов.

По месту установки

• Наземные — устанавливаются на устье скважины на суше.
• Подводные — монтируются на морском дне, управляются дистанционно с буровой платформы. Включают сложные системы управления (гидравлические, электрогидравлические или мультиплексные).

Устройство и основные компоненты

Типовая превенторная установка состоит из нескольких ключевых элементов, смонтированных на устьевой головке скважины.

Корпус превентора

Изготавливается из высокопрочной легированной стали. Внутри корпуса размещаются запорные элементы (плашки или кольцо). Корпус рассчитан на рабочее давление, которое может достигать 140 МПа (для сверхглубоких скважин).

Запорные элементы

• Плашки — стальные детали с резиновыми уплотнениями. При смыкании они образуют герметичное соединение. В трубных плашках имеется вырез под трубу определенного диаметра.
• Уплотнительное кольцо (в универсальных превенторах) — эластичный элемент, который при подаче давления сжимается и охватывает трубу или перекрывает ствол.

Гидравлическая система управления

Включает насосные станции, аккумуляторы давления (гидроаккумуляторы), распределительные клапаны и трубопроводы. Управление может осуществляться с пульта бурильщика (дистанционно) или с местного поста управления. В подводных установках применяются системы с электрогидравлическим управлением (MUX), обеспечивающие передачу сигналов по кабелю.

Дополнительное оборудование

• Крестовина — элемент для подключения дополнительных линий (например, линии глушения или дросселирования).
• Задвижки — для отсечения отдельных линий.
• Дроссельные и глушильные линии — для отвода флюида при аварийном выбросе.
• Противовыбросовое оборудование (ПВО) — в состав превенторной установки часто включают также манифольд (систему трубопроводов и задвижек) для управления потоком.

Применение

Превенторные установки применяются на всех этапах строительства и эксплуатации скважин.

Бурение

В процессе бурения превенторная установка монтируется на устье скважины сразу после спуска первой обсадной колонны. Она находится в режиме ожидания, но при появлении признаков газонефтеводопроявления (ГНВП) — увеличение объема бурового раствора, повышение давления — оператор перекрывает скважину. Это предотвращает выброс флюида на поверхность.

Капитальный ремонт скважин

При проведении ремонтных работ (замена насосов, очистка забоя) также используется превенторная установка для герметизации устья. Это особенно важно при работе с газовыми скважинами, где давление может быть высоким.

Освоение скважин

На этапе вызова притока флюида из пласта превенторная установка обеспечивает безопасность, позволяя контролировать давление и предотвращать фонтанирование.

Характеристики

Основные параметры превенторных установок:

• Рабочее давление — от 7 до 140 МПа (в зависимости от типа скважины).
• Условный проход (диаметр ствола) — от 180 до 760 мм (чаще всего 280–350 мм для стандартных скважин).
• Тип привода — гидравлический, пневматический, механический.
• Количество превенторов в установке — от 1 до 5 (обычно 2–3: один универсальный и два плашечных).
• Время срабатывания — от 10 до 30 секунд для гидравлических систем.
• Климатическое исполнение — для работы при температурах от -60°C до +50°C.

Критика и инциденты

Несмотря на высокую надежность, превенторные установки не являются абсолютно безотказными. Наиболее известный инцидент — авария на платформе Deepwater Horizon в 2010 году. Расследование показало, что подводная превенторная установка не сработала из-за отказа гидравлических аккумуляторов и засорения линии управления. Этот случай привел к пересмотру стандартов испытаний и технического обслуживания превенторного оборудования.

Критике подвергается также недостаточная автоматизация и человеческий фактор: в ряде аварий операторы не успевали или не могли правильно оценить ситуацию и своевременно перекрыть скважину.

В России

В России разработкой и производством превенторных установок занимаются несколько предприятий, в том числе «Уралмаш НГО Холдинг» (г. Екатеринбург), «Волгограднефтемаш» (г. Волгоград), «Сумское НПО» (Украина, до 2014 года поставляло оборудование в РФ). Отечественные установки соответствуют международным стандартам API (Американский нефтяной институт) и ГОСТ Р. В последние годы активно внедряются системы с электрогидравлическим управлением для морских проектов, таких как «Сахалин-1» и «Сахалин-2», а также для бурения на арктическом шельфе.

Источники

• ГОСТ Р 53679-2009 «Превенторы. Общие технические условия».
• Бурение нефтяных и газовых скважин: учебник / под ред. В.П. Овчинникова. — М.: Недра, 2010.
• Отчет о расследовании аварии на Deepwater Horizon (Bureau of Ocean Energy Management, Regulation and Enforcement, 2011).
• Техническая документация компании «Уралмаш НГО Холдинг» (2019).
• API Specification 16A «Specification for Drill-through Equipment» (2020).