Классификация и характеристика пожаров газовых и нефтяных фонтанов.

Нефть и газ из недр земли добывают через скважины пробуриваемых на глубину залегания нефтяного и газовых пластов. Верхняя часть скважины называется устьем. Нижняя – забой.

Комплекс различных силовых и вспомогательных агрегатов, и механизмов и оборудования, необходимого для бурения скважин, объединяют под общим названием буровая установка, в состав которой входит также буровая вышка высотой до 55 метров.

При вскрытии и проходке продуктивных пластов, в процессе бурения, если противодавление столба промывочной жидкости окажется меньше пластового давления, могут возникнуть фонтаны газа и нефти с газом.

На эксплуатационных скважинах открытые фонтаны могут возникнуть при фонтанном способе добычи, в результате разгерметизации устья, а также при ремонте скважин.

Открытое фонтанирование часто приводит к пожарам. Для этого достаточно появиться малейшему источнику воспламенения.

Газовые и нефтяные фонтаны классифицируются по:

- составу фонтанирующего вещества;

- конфигурации струи фонтана;

- количеству одновременно действующих фонтанов на одной площадке;

- дебиту фонтанирующих скважин.

По составу фонтанирующего вещества фонтаны различают:

- нефтяные (содержание в массе более 50% нефти или конденсата);

- газонефтяные (10-50 % нефти или конденсата);

- газовые (более 90 % газа).

В практике вид фонтана можно определить по внешним признакам. Так, в нефтяных фонтанах нефть и конденсат не успевают сгорать в факеле пламени, падают вниз и скапливаются на поверхности земли. В черном дыму просматриваются языки пламени.

У газонефтяных фонтанов цвет пламени обычно оранжевый и временами появляется густой черный дым, что свидетельствует о периодической пульсации в фонтане нефти. Нефть и газ сгорают в пламени полностью и скопление их вокруг скважины не образуется. Однако при подаче водяных струй в факел пламени интенсивность горения уменьшается, при этом возможно выпадение нефти и конденсата из горящего фонтана и создания очага горения на поверхности земли.

В газовых фонтанах дым выделяется в небольших количествах. При горении метана фонтан имеет светло-желтое пламя.

По конфигурации струи фонтаны различают на:

- компактные;

- распыленные;

- комбинированные.

Компактные фонтаны образуются, когда фонтанирование происходит через открытые обсадные или эксплуатационные колонны, через тройник или крестовину на устье скважины.

Компактный фонтан может быть вертикальный или горизонтальный. Величина зависит от сечения струи и дебита.

Распыленный фонтан образуется, когда через 15-20 мин. произойдет обрушение буровой вышки, или при истечении газа или нефти через неплотности фонтанной арматуры, а также на выходе струи имеются препятствия, о которые струя разбивается на отдельные потоки.

Комбинированный фонтан состоит из компактной и распыленной части и может занимать площадь несколько десятков квадратных метров.

По количеству одновременно фонтанирующих скважин делят на одиночные и групповые. Групповые фонтаны обычно возникают при кустовой разработке месторождений, на чем я останавливался раньше.

По дебиту фонтанирующие скважины можно разделить на слабые, средние и мощные.

Таблица 11.

При расчете сил и средств на тушение газонефтяного фонтана можно принять, что на 1 м³ нефти эквивалентен 1000 м³ газа.

Дебит- один из основных параметров, определяющих параметры тушения пожара и расходы огнетушащих средств.

В условиях аварийного фонтанирования определить дебит скважины довольно сложно. Но существует несколько методов расчетов дебитов которые рассматриваются в ВИПТШ МВД.

Как же изменится обстановка при возникновении открытого фонтанирования?

Аварийное фонтанирование до воспламенения выходящей смеси (нефти, газа) может продолжаться несколько суток при отсутствии источников зажигания, в результате чего вблизи фонтана образуется зона, характеризующая наличие пожаро-взрывоопасных веществ, выбрасываемых из скважины.

Зона загазованности при отсутствие ветра может достигать несколько километров в длину, а зона растекания нефти и конденсата зависит от рельефа местности и дебита фонтана, может иметь протяженность в несколько сот метров. (Показать фрагмент экологической обстановки в Кувейте)

Воспламенение фонтана сопровождается взрывообразным сгоранием газовоздушной смеси в объеме загазованной зоны, а при растекании нефти и конденсата происходит развитие горения по всей поверхности этой зоны. В результате пожар распространится на другие объекты, расположенные в указанных зонах.

Через 15-30 мин. после воспламенения на бурящихся скважинах метало конструкции зоне воздействия пламени теряют несущую способность, деформируются, обрушаются, загромождают устье скважины. На кусте скважин развитие пожара обуславливается близким расположением устьев друг от друга, вследствии чего при пожаре огонь быстро распространяется на все остальные скважины. Из опытных данных известно, что в течении часа арматура восьми скважин на кусте, вследствие высокой температуры, разгерметизируется и возникают открытые распыленные фонтаны всех скважин, не задавленных промывочной жидкостью.

Одним из серьезных осложнений пожара является образование кратера на устье скважины и грифонов на прилегающей территории.

Температура пламени зависит от состава фонтанирующего вещества и достигает порядка 1200-1500⁰С.

Высокая температура и огромный фронт пламени вызывает мощный тепловой поток на значительное расстояние от устья скважины. При горении газового фонтана в Кашкадарьинской области местность и оборудование от воздействия пламени факела высотой 70-80 м. были на столько накалены, что не давали возможности подходить в радиусе до 150-200 м..

Так при дебите 700 тыс.м³газа в сутки замеры произведенные ИПЛ УВД Харьковской области показали, что на расстоянии 10 м. от устья скважины с наветренной стороны интенсивность излучения равна 18 кал/см² мин., а с подветренной стороны на расстоянии 20 м. она равна 20 кал/см² мин.. Длительно допустимая интенсивность излучения на человека составляет 6 кал/см² мин.

Воздействие теплового потока на открытую кожу человека, оборудование, технику (Показать кадр на кодоскопе).

Таблица 12.

Плотность теплового потока можно понизить путем:

- подачи водяных струй в сторону фонтана. Так при расходе воды 10-15 л/с на 1 млн. м³/с газа плотность теплового потока снижается в 2 раза, и в 3 раза при подаче 30 л/с;

- созданием экранирующих водяных завес;

- использование экранирующих щитов для групповой и индивидуальной защиты.

Открытые газовые и нефтяные фонтаны сопровождаются чрезвычайно большим шумом, при котором невозможно услышать голос человека даже на близком расстоянии. При этом не дают эффекта даже самые мощные громкоговорящие устройства. В этих условиях распоряжения РТП передаются только в письменном виде или с помощью сигналов управления. Уровень шума зависит от дебита скважины, вида фонтана, состава фонтанирующей струи, расстояния до фонтана. Зона потери слышимости разговорной речи человека может достигать 500 м и более.

Величина уровня шума для горящих и негорящих газовых фонтанов измеряется в дебитах (показать на кодоскопе).

Таблица 13.

Степень воздействия шума на человека при суммарной длительности воздействия:

Таблица 14.

Таким образом: пожары газовых и нефтяных фонтанов характерны:

- наличием большого теплового потока и шума;

- большой высотой факела пламени;

- деформацией буровых вышек;

- возможностью быстрого распространения огня на замерные установки типа “Спутник” и другие сооружения;

- при аварийном фонтанировании не исключена возможность загазованности местности и образование взрывоопасной концентрации.

Все это затрудняет действия подразделений по ликвидации аварий и пожаров, требует от личного состава большой натренированности, выносливости, напряжения силы и воли.

При получении сообщения об открытом фонтане начальник местного гарнизона пожарной охраны должен направить на фонтан силы и средства, лично выехать на место, оценить обстановку на пожаре, при возможности организовать охлаждение водой зоны горения и совместно с представителями нефтегазодобывающего (геологоразведочного) предприятия принять участие в организации выполнения необходимых первоочередных мероприятий в соответствии с “Инструкцией по организации и безопасному ведению работ при ликвидации открытых газовых и нефтяных фонтанов”, а также доложить немедленно об аварии и принятых мерах в УГПС.

Для проведения различных работ по ликвидации фонтана создается штаб в который входят различные службы, в том числе и пожарная.

Для лучшей организации действий пожарных подразделений РТП создает оперативный штаб тушения пожара.

Основными задачами оперативного штаба тушения пожара являются:

- выявление особенностей пожара, характера фонтанирования и дебита фонтана, возможные пути развития пожара;

- выбор способа тушения пожара и вызов необходимого количества сил и средств;

- детальная разработка и осуществление тактического плана тушения пожара и дислокация боевых участков;

- расстановка и распределение по боевым участкам прибывших пожарных подразделений, постановка перед ними задач в соответствии с тактическим планом тушения пожара;

- обеспечение четкого выполнения тактического плана мероприятий по тушению пожара;

- создание водяной защиты людей, работающих на устье фонтанирующей скважины, обеспечение орошение фонтана и металлоконструкций; бесперебойное снабжение водой работающих пожарных подразделений;

- организация связи между оперативным штабом тушения пожара и боевыми участками;

- обеспечение соблюдения требований техники безопасности при работе личного состава на боевых участках.

Первоначальные мероприятия штаба по подготовке и тушению пожаров фонтанов включают в себя:

- создания расчетного запаса воды для тушения пожара или ликвидации фонтана;

- расчистка места пожара от оборудования и металлоконструкций;

- развертывание средств тушения и подготовка боевых позиций для автомобилей АГВТ-100(150);

- осуществление мероприятий, связанных отводом и сбором нефти после тушения пожара, с защитой ближайших объектов, населенных пунктов и т.д.

Запасы воды для работы пожарных подразделений определяется в зависимости от вида и дебита скважины, особенности тушения пожара и ликвидации фонтана, метеорологических условий и т. д.

Как показывает опыт тушения пожаров, общий объем водоемов, которые необходимо построить, составляет 2, 5-5 тыс.м³, т.е. для бесперебойной работы пожарных подразделений Q_тр=150-200 л/c и более. Водоемы должны располагаться с двух противоположных сторон относительно скважины на расстоянии 200-300 м.

Расчистка места пожара производится с целью удаления с устья скважины конструкций и оборудования, мешающих боевому развертыванию средств тушения и препятствующих свободному выходу нефти и газа из фонтанирующей скважины, т.е. создание компактного фонтана.

Эти работы выполняются с использованием тракторов, тягачей и другой техники под прикрытием водяных струй. В отдельных случаях, когда расчистка места пожара обычными методами невозможна, прибегают к отстрелу оборудования артиллерийскими снарядами.

Пожарные подразделения при очистке места пожара осуществляют следующие операции:

- защиту распыленными водяными струями людей и техники, производящих расчистку места пожара с расходом воды 60 л/с.

- орошение фонтана компактными водяными струями из лафетных стволов для снижения плотности теплового потока из расчета 1-2 ствола на 1 млн.м³/сутки газа;

- охлаждение водой оборудования на устье скважины и прилегающей территории. Здесь надо различать две зоны:

- территорию и металлоконструкции, охваченные фронтом пламени (0.3-0.4 л/с м²);

- территорию и металлоконструкции, прилегающие к фронту пламени на расстоянии 10-15 м (0.1-0.2 л/с м²).

Развертывание сил и средств пожаротушения включает в себя устройство площадок (в основном для АГВТ о чем подробно остановимся ниже), прокладку магистральных линий из металлических труб диаметром 150-200 мм с гребенками и капроновые рукава диаметром 150 мм.

Для рабочих линий в непосредственной близости от горящего фонтана применять непрорезиненные рукава. Прокладку рукавов следует производить после предварительного охлаждения земли и под защитой водяных струй.

Автомобили по подаче воды, обслуживающие БУ, целесообразно объединять в группы с расстоянием между группами 4-5 м.

После завершения работ по подготовке устья скважины, сосредоточения запасов воды и оборудования, проводят тренировки личного состава для отработки приемов тушения фонтана