Введение 4
Термины и определения 8
Перечень сокращений и обозначений 10
1 Анализ производственного объекта 11
1.1 Общая характеристика обеспечения безопасности нефтегазового месторождения 11
1.2 Анализ технологических процессов на рассматриваемом объекте 12
1.3 Анализ вариантов решения проблемы промышленной безопасности объектов нефтегазовых месторождений 16
2 Теоретические аспекты методологии обеспечения промышленной безопасности на объекте нефтегазового месторождения 23
2.1 Классификация существующих мер промышленной безопасности нефтегазового месторождения 23
2.2 Методы, снижающие аварийность на нефтегазовых месторождениях при бурении 26
2.3 Методы, снижающие аварийность при эксплуатации нефтегазовых месторождений 39
3 Применение технических, организационных мероприятий для обеспечения промышленной безопасности нефтегазового месторождения 45
3.1 Изучение способов обеспечения промышленной безопасности нефтегазового месторождения 45
3.2 Патентно-информационный поиск решений для улучшения эффективности обеспечения промышленной безопасности нефтегазового месторождения 57
3.3 Утверждение предложений по улучшению взрывобезопасности нефтегазового месторождения 65
Заключение 69
Список используемых источников 73
Сфера добычи нефти и газа является областью природопользования, где требуется применение сложных технических решений для обеспечения безопасной добычи углеводородов. Актуальность представленной исследовательской работы обусловлена необходимостью поиска технических решений, обеспечивающих как безопасность технологического процесса добычи нефтепродуктов, так и экологическую безопасность при разработке и эксплуатации месторождений нефти и газа. В частности, в сфере добычи нефти промысловики сталкиваются с проблемой высокого давления в пластах, чрезвычайно высокими температурами.
Нефтяные скважины проникают на значительную глубину в глубь толщи земли и при этом на поверхность поднимаются тысячи тонн взрывоопасных и легковоспламеняющихся веществ. Риски нефтедобычи диктует необходимость использования специального массивного и сверхмощного оборудования. Общий вес буровой колонны может составлять более 100 тонн. Показатель давления жидкости в процессе гидроразрыва нефтенесущего пласта может составлять более 600 атмосфер.
Безопасность добычи нефти и газа обеспечивается современными технологиями добычи и рациональными подходами к организации производства. Обеспечение безопасности является одной из основных задач для всех компаний, работающих в сфере добычи углеводородов.
Это связано прежде всего с тем, что аварии на нефтепромыслах не только приводят к риску человеческих жертв и к нарушению экологического баланса, но и прямо влияют на экономику компании, приводя к необходимости выплачивать значительные штрафы в государственный бюджет.
Объект исследования: нефтегазовые месторождения.
Предмет исследования: процесс обеспечения промышленной безопасности нефтегазовых месторождений.
Цель исследования: разработать методологию обеспечения промышленной безопасности объектов нефтегазовых месторождений.
Гипотеза исследования состоит в том, что эффективность обеспечения промышленной безопасности будет увеличена, если:
1. Проведен анализ технологических процессов на рассматриваемом объекте.
2. Охарактеризованы методы, снижающие аварийность при бурении и эксплуатации нефтегазовых месторождений.
3. Проведен патентно-информационный поиск решений для улучшения эффективности обеспечения промышленной безопасности нефтегазового месторождения.
4. Подтверждена эффективность предложений по улучшению промышленной безопасности нефтегазового месторождения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• дать анализ производственного объекта;
• охарактеризовать теоретические аспекты методологии обеспечения промышленной безопасности на объекте нефтегазового месторождения;
• рассмотреть возможность применения технических, организационных мероприятий для обеспечения промышленной безопасности нефтегазового месторождения.
Теоретико-методологическую основу исследования составили научные публикации, учебники, учебные пособия по теме исследования.
Методы исследования: методы системного анализа, теории управления.
Опытно-экспериментальная база исследования — ООО «СибТрансСтрой».
Научная новизна исследования заключается в:
1. Предлагаемой системе классификации методов, снижающих аварийность при бурении и эксплуатации нефтегазовых месторождений.
2. Выработке рекомендаций по обеспечению эффективности промышленной безопасности на основе патентно-информационного поиска решений.
Теоретическая значимость исследования заключается в:
1. Проведено обобщение причин аварий, произошедший на нефтегазовых месторождениях и их последствий.
2. Изучены факторы повышенной опасности нефтегазовых месторождений и потенциальные источники опасности.
3. Проанализированы возможные мероприятия по обеспечению безопасности нефтегазовых месторождений, сделано их обобщение.
Практическая значимость исследования. Итоги данной научной работы помогут обосновать потребность в усовершенствовании и обновлении применяемого оборудования, направленного на обеспечение безопасности нефтегазовых месторождений.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались:
1. Проведено исследование по анализу зависимости причин аварий, произошедший на нефтегазовых месторождениях и возможных технических решений для обеспечения безопасности.
2. Обосновано применение новых изобретений, направленных на улучшение безопасности нефтегазовых месторождений в ООО «СибТрансСтрой».
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования. Его результаты докладывались на следующих конференциях:
Участие в международной научной конференции технико-научного журнала «Точная наука»: Способы обеспечения промышленной безопасности объектов нефтегазовых месторождений.
В магистерской диссертации на защиту выносятся:
1. Результаты анализа объекта исследования и существующих мер безопасности по обеспечению безопасности. К числу основных последствий, связанных с авариями на подобном объекте, стоит отнести: формирование газовоздушных и паровоздушных смесей в результате разлива технологических жидкостей с их последующим взрывом; начало полномасштабного процесса горения облаков, обогащенных топливно-воздушной смесью; возникновение горения топлива факельного характера, что возникает в случае разгерметизации отдельных элементов трубопровода; в случае пролива горючего и различных жидкостей, отличающихся легкой воспламеняемостью, наблюдается серьезное загрязнение окружающей среды; начало пожара в результате возникновения протечек горючих материалов и жидкостей, имеющих легковоспламеняющийся характер.
2. Предлагаемые существующие проекты технических решений, направленных на обеспечение безопасности нефтегазовых месторождений. Полученный в ходе использования предложенного технического решения результат, обеспечил возможность локализации облака из газа и воздуха. Также это сформировало необходимые условия для снижения показателей концентрации смеси из газа, пара и воздуха, что объясняется автоматизацией подачи флегматизатора в колонну, вместе с паром в имеющийся объем пространства.
3. Подтвержденная эффективность предлагаемых технических решений, которые позволяют обеспечить взрывобезопасность внутритрубных пространств рассматриваемого объекта ООО «СибТрансСтрой».
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, трех разделов, заключения, содержит 20 рисунков, 13 таблиц, список использованной литературы (30 источников). Основной текст работы изложен на 76 страницах.
Выбранная тема магистерской диссертации: Разработка методологии обеспечения промышленной безопасности объектов нефтегазовых месторождений.
На данный момент времени главной проблемой системы обеспечения безопасности на объектах нефтедобычи является использование риск- ориентированного метода. Важно понимать, что именно благодаря проведению профилактических, превентивных мер можно будет добиться минимизации вероятности возникновения аварий, а также необходимости осуществления борьбы с их последствиями. Сейчас в среде законодателей активно ведется дискуссия относительно необходимости закрепления на законодательном уровне требований, связанных с обязанностью работодателей проводить постоянную работу по обеспечению максимального уровня безопасности для своих работников и окружающей среды.
Промышленная безопасность это одна из важнейших сфер для современного технологического и техногенного общества. Отдельно стоит указать на существующие проблемы в сфере системы государственного регулирования, мониторинга и контроля за обеспечением необходимого уровня безопасности на различных промышленных объектах в том числе и на объектах сферы нефтяной промышленности.
Повышенная концентрация взрывоопасных газов, как правило, является основной угрозой возникновения техногенных аварий на таких объектах. Учитывая данный факт, невозможно говорить о вероятности полного исключения взрыва так, как все оборудование взаимосвязано между собой. Минимизация вероятности взрывов обеспечивается за счет реализации предупреждающих взрыв мер, а также использования методов взрывозащиты и применения технологий взрывоподавления. На протяжении нескольких последних лет нефтедобывающая отрасль осуществляет активную работу по модернизации своего производства, согласно пунктам соглашения, заключенного между ФАС, Госстандартом, Ростехнадзором, а также крупнейшими нефтедобывающими компания РФ.
При ориентации на существующие стандарты и правила, а также использование современной техники, можно свести к минимальной вероятности возникновение различных техногенных аварий. При этом в данной сфере важнейшую роль приобретает реализация системы государственного контроля.
Как правило, основной причиной возникновения различных техногенных катастроф является элементарное нарушение существующих норм и правил техники безопасности. По этой причине, руководство большей части нефтедобывающих компаний, делает основной упор на развитие и формирование у сотрудников трудовой культуры, что является основой для четкого следования существующим техническим регламентам и нормам безопасности.
Итак, делая выводы по первому разделу, можно сказать, что на нефтегазовых месторождениях всегда присутствует глобальная сеть трубопроводов, по этим развязкам нефть направляется из скважин по ее добыче к установкам первичной подготовки. Длина трубопроводов варьируется от величины самого нефтяного месторождения, поэтому необходим комплекс мер, направленный на обеспечения диагностики труб и выработки средств для их защиты.
В качестве примера такого средства можно выделить внутритрубный снаряд, который может передвигаться по внутритрубному пространству под напором нефти. Передвигаясь внутри трубопровода снаряд с помощью датчиков, расположенных на нем, сканирует стенки трубопровода, сообщая о найденных дефектах. Такой способ диагностики известен достаточно давно, но он использовался в основном для магистральных трубопроводов. Промысловые трубопроводы обладают значительно меньшим диаметром, что ранее усложняло подобный способ диагностики.
Любой производственный процесс так и процесс разработки месторождения нефти несет определенные риски, связанные с вероятными утечками нефти, аварийными ситуациями разного рода происхождения (пожар, взрыв, травмирование людей, поломки технологического оборудования и его последствия), которые в обязательном порядке будут учитываться при обеспечении промышленной безопасности.
Технологические процессы на нефтегазовой установке классифицируют в зависимости от законов, которые определяют скорость протекания: химические, тепловые, гидромеханические; по способу организации: периодические, непрерывные, комбинированные; в зависимости от изменения рабочих параметров: устоявшиеся, неустоявшиеся. Несмотря на большое количество способов обеспечения противопожарной безопасности, которые можно применить на нефтегазовом месторождении, полностью застраховаться от распространения пожара нельзя. Поэтому отрицать вмешательство пожарных отрядов не имеет смысла, особенно учитывая удаленность многих месторождений.
Таким образом, выводы по второму разделу работы, можно сказать, что на исследуемом объекте полностью отсутствует риск поражения населения и сотрудников сторонних компаний. Самыми распространенными авариями являются аварии, сопровождающиеся разливом легковоспламеняющихся жидкостей при отсутствии последующего их возгорания, что является результатом нарушения герметичности насосного или резервуарного оснащения.
Специфика сценария развития аварийной ситуации на объекте нефтедобычи основана на проведении глубокого анализа ранее возникавших техногенных аварий на аналогичных технических объектах, которые эксплуатировались в схожих условиях. Практический опыт указывает на то, что зачастую случаются минимальные выбросы. Это объясняется низкой вероятностью полной разгерметизации оборудования. В резервуарах и прочем подобном оборудовании вероятность формирования пожароопасной концентрации напрямую зависит от целого ряда следующих аспектов: специфика пожароопасных свойств конкретного вещества; температурный режим; особенности проведения тех или иных технологических операций.
К числу основных последствий, связанных с авариями на подобном объекте, стоит отнести:
• формирование газовоздушных и паровоздушных смесей в результате разлива технологических жидкостей с их последующим взрывом;
• начало полномасштабного процесса горения облаков, обогащенных топливно-воздушной смесью;
• возникновение горения топлива факельного характера, что возникает в случае разгерметизации отдельных элементов трубопровода;
• в случае пролива горючего и различных жидкостей, отличающихся легкой воспламеняемостью, наблюдается серьезное загрязнение окружающей среды;
• начало пожара в результате возникновения протечек горючих материалов и жидкостей, имеющих легковоспламеняющийся характер.
Предложенное в рамках настоящей работы изобретение, при его применении в деятельности промышленных предприятий, является эффективным инструментом для предотвращения взрывов, что обеспечивается за счёт локализации газовоздушного облака и снижения концентрации горючего газа в нём. Резюмируя, можно отметить, что предлагаемое в настоящей работе изобретение создает условия для минимизации потенциальной возможности взрыва при развитии аварийных ситуаций в процессе функционирования нефтегазовых месторождений, что обеспечивается за счёт локализации газовоздушного облака, так как таким образом устраняются так называемый эффект домино, а также обеспечивается падение концентрации парогазовоздушной смеси. Кроме всего иного, описанного выше, создаются оптимальные условия для достижения максимально высокого уровня безопасности при эксплуатации колонн емкостей, где размещается сжиженный газ.
1. Багян А.Г. Промышленная безопасность нефтегазовых месторождений // Актуальные проблемы безопасности жизнедеятельности и экологии. 2017. № 4. С. 4-7.
2. Балдина И.В., Сарилов М.Ю., Коннова Г.В. Коррозия и методы борьбы с коррозией оборудования нефтедобычи // Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет. 2018. №4. С.14-17.
3. Бичевин В.В., Сосновская Н.Г. Защита от коррозии технологического оборудования нефтегазового месторождения // Ангарский государственный технический университет. 2020. №7. С.23-24.
4. Борин П.А., Задорожный М.Г., Цветков А.Л., Долматов В.Л. Новые источники коррозии оборудования нефтегазовых месторождений // Нефть и газ. 2020. №2. С.25-29.
5. Единая система защиты от коррозии и старения. Методы коррозионных испытаний. Общие требования [Электронный ресурс] : ГОСТ Р 9.905-2007 от 01.01.2009. URL : http://docs.cntd.ru/document/1200054051 (дата обращения: 14.02.2021).
6. Единая система защиты от коррозии и старения. Ингибиторы коррозии металлов для водных систем. Методы коррозионных испытаний [Электронный ресурс] : ГОСТ 9.502-82 от 01.01.1984. URL : http://docs.cntd.ru/document/1200014788 (дата обращения: 15.02.2021).
7. Зарубина Л.П. Защита зданий, сооружений, конструкций и оборудования от коррозии. Биологическая защита. Материалы, технологии, инструменты и оборудование. Вологда: Инфра-Инженерия, 2017. 224 c.
8. Каменев А.О. Исследование методов, обеспечивающих снижение пожарной опасности, и разработка мер противопожарной защиты нефтедобывающего оборудования // Молодой ученый. 2020. № 22. С. 113114.
9. Костоглотов А.И. Теория горения и взрыва : учебное пособие. Ростов н/Д, 2016. 88 с.
10. О промышленной безопасности опасных производственных объектов [Электронный ресурс] : Федеральный закон от 21.07.1997 № 116-Ф3 (ред. от 08.12.2020). URL : http://docs.cntd.ru/document/9046058 (дата обращения: 15.02.2021).
11. Пат. 2692875. Взрывозащищенное внутритрубное устройство / С.В. Эрмиш, Д.Ю. Глинкин, О.Г. Чернышов, В.А. Поляков ; заявитель и правообладатель ПАО «Транснефть» ; №2018138025 ; заявл. 29.10.2018 ; опубл. 28.06.2019. - Бюлл. №19. - 7 с.
12. Пат. 2301940. Способ защиты от взрыва внутри трубопровода / А.М. Попович, М.Д. Косткин, С.Е. Лисин ; заявитель и правообладатель А.М. Попович, М.Д. Косткин, С.Е. Лисин ; № 2005134505 ; заявл. 26.10.2005 ; опубл. 27.06.2006. - Бюлл. №8. - 9 с.
13. Пат. 35864. Устройство для взрывобезопасного контроля трубопроводов / В.Г. Кононов, С.А. Соломин ; заявитель и правообладатель ПАО «Транснефть» ; № 2003125735 ; заявл. 20.08.2003 ; опубл. 10.02.2004. - Бюлл. №3. - 11 с.
14. Пат. 2702788. Установка автоматического предотвращения взрыва газовоздушной смеси / А.Н. Елизарьев, С.Г. Аксенов, Р.Г. Ахтямов ; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет» ; №2018147767 ; заявл. 29.12.2018 ; опубл. 11.10.2019. - Бюлл. №29. - 12 с.
15. Пат. SU1245714A1. Способ предотвращения взрыва газовоздушной смеси / А.С. Голик, Г.П. Баринов, Д.Ю. Палеев, Ю.В. Чуриков ; заявитель и правообладатель ВНИИПИ Государственного комитета СССР ; №1245714 ; заявл. 25.11.1977 ; опубл. 23.07.1986. - Бюлл. №23. - 14 с.
...