Основной опасности в воздухе в горнодобывающей промышленности включают несколько типов твердых частиц, природные газы, выхлопные газы двигателей и некоторые химические пары; главный физические опасности являются шум, сегментарная вибрация, тепло, изменения барометрического давления и ионизирующее излучение. Они встречаются в различных комбинациях в зависимости от шахты или карьера, их глубины, состава руды и окружающей породы, а также метода(ов) добычи. Среди некоторых групп горняков, совместно проживающих в изолированных местах, также существует риск передачи некоторых инфекционных заболеваний, таких как туберкулез, гепатиты (В и Е) и вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Воздействие на шахтеров зависит от работы, ее близости к источнику опасностей и эффективности методов контроля опасностей.

Опасность взвешенных частиц в воздухе

Свободный кристаллический кремнезем является наиболее распространенным соединением в земной коре и, следовательно, является самой распространенной переносимой по воздуху пылью, с которой сталкиваются горняки и рабочие карьеров. Свободный диоксид кремния представляет собой диоксид кремния, который химически не связан ни с каким другим соединением в виде силикатов. Наиболее распространенной формой кремнезема является кварц, хотя он также может проявляться в виде тридимита или кристобалита. Пригодные для дыхания частицы образуются при бурении, взрыве, дроблении или ином измельчении кремнеземсодержащей породы на мелкие частицы. Количество кремнезема в разных видах горных пород варьируется, но не является надежным показателем того, сколько вдыхаемой кремнеземной пыли можно обнаружить в пробе воздуха. Например, нередко можно обнаружить 30% свободного кремнезема в породе, но 10% в пробе воздуха, и наоборот. Песчаник может содержать до 100 % кремнезема, гранит до 40 %, сланец до 30 % с меньшим содержанием других минералов. Воздействие может произойти в ходе любой горнодобывающей деятельности, наземной или подземной, когда кремнезем обнаруживается в вскрышных породах открытых рудников или в потолке, дне или рудных отложениях подземных рудников. Кремнезем может быть рассеян ветром, автомобильным движением или землеройными машинами.

При достаточном воздействии диоксид кремния может вызвать силикоз, типичный пневмокониоз, который незаметно развивается после многих лет воздействия. Исключительно высокое воздействие может вызвать острый или ускоренный силикоз в течение нескольких месяцев со значительным ухудшением состояния или смертью в течение нескольких лет. Воздействие диоксида кремния также связано с повышенным риском туберкулеза, рака легких и некоторых аутоиммунных заболеваний, включая склеродермию, системную красную волчанку и ревматоидный артрит. Свежесколотая кварцевая пыль кажется более реактивной и более опасной, чем старая или несвежая пыль. Это может быть следствием относительно более высокого поверхностного заряда на свежеобразованных частицах.

Наиболее распространенными процессами, в результате которых при горнодобывающей промышленности и разработке карьеров образуется вдыхаемая кварцевая пыль, являются бурение, взрывные работы и резка кремнеземсодержащей породы. Большинство скважин, пробуренных для взрывных работ, делается с помощью пневматической ударной дрели, установленной на гусеничном ходу трактора. Отверстие делается комбинацией вращения, удара и упора бурового долота. По мере углубления отверстия добавляются стальные буровые штанги для подключения бурового долота к источнику питания. Воздух не только приводит в действие сверление, но и выдувает стружку и пыль из отверстия, что, если его не контролировать, выбрасывает большое количество пыли в окружающую среду. Ручной отбойный молоток или проходное сверло работают по тому же принципу, но в меньшем масштабе. Это устройство передает оператору значительную вибрацию, а вместе с ней и риск вибрационного побеления пальцев. Вибрационный белый палец был обнаружен у горняков Индии, Японии, Канады и других стран. Гусеничный бур и отбойный молоток также используются в строительных проектах, где необходимо пробурить или разбить горную породу, чтобы сделать шоссе, разбить горную породу для фундамента, для ремонта дорог и других целей.

Для этих сверл были разработаны и эффективны средства контроля запыленности. Водяной туман, иногда с моющим средством, впрыскивается в продувочный воздух, что помогает частицам пыли сливаться и выпадать. Слишком много воды приводит к образованию перемычки или воротника между буровой сталью и стенкой отверстия. Их часто приходится ломать, чтобы удалить биту; слишком мало воды неэффективно. Проблемы с этим типом управления включают снижение скорости бурения, отсутствие надежной подачи воды и вытеснение масла, что приводит к повышенному износу смазываемых деталей.

Другим типом борьбы с пылью на буровых установках является местная вытяжная вентиляция. Обратный поток воздуха через бурильную трубу удаляет часть пыли и создает воротник вокруг бурового долота с воздуховодом и вентилятором для удаления пыли. Они работают лучше, чем мокрые системы, описанные выше: сверла служат дольше, а скорость бурения выше. Однако эти методы являются более дорогими и требуют большего обслуживания.

Другие элементы управления, обеспечивающие защиту, - это кабины с фильтрованным и, возможно, кондиционированным воздухом для бурильщиков, бульдозеров и водителей транспортных средств. Соответствующий респиратор, правильно подогнанный, может использоваться для защиты работников в качестве временного решения или в случае, если все остальные респираторы окажутся неэффективными.

Воздействие кремнезема также происходит в каменоломнях, которые должны резать камень до заданных размеров. Наиболее распространенным современным методом резки камня является использование канальной горелки, работающей на дизельном топливе и сжатом воздухе. Это приводит к некоторым частицам кремнезема. Наиболее существенной проблемой канальных горелок является шум: при первом розжиге горелки и при ее выходе из разреза уровень звука может превышать 120 дБА. Даже когда он погружен в разрез, шум составляет около 115 дБА. Альтернативным методом резки камня является использование воды под очень высоким давлением.

Часто к каменоломне или рядом с ней примыкает мельница, где из деталей вылепляется более законченный продукт. Если нет очень хорошей местной вытяжной вентиляции, воздействие кремнезема может быть высоким, поскольку для придания камню желаемой формы используются вибрирующие и вращающиеся ручные инструменты.

Вдыхаемая угольная пыль представляет опасность в подземных и открытых угольных шахтах и ​​на углеперерабатывающих предприятиях. Это смешанная пыль, состоящая в основном из угля, но также может включать кварц, глину, известняк и другие минеральные пыли. Состав пыли угольных шахт зависит от угольного пласта, состава окружающих пластов и методов добычи. Шахтная пыль образуется при взрывных работах, бурении, резке и транспортировке угля.

При механизированной добыче образуется больше пыли, чем при ручных, и некоторые методы механизированной добычи производят больше пыли, чем другие. Врубные машины, удаляющие уголь вращающимися барабанами, усеянными кирками, являются основными источниками пыли при механизированных горных работах. К ним относятся так называемые комбайны непрерывного действия и комбайны для разработки длинными забоями. Машины для разработки длинными забоями обычно производят большее количество пыли, чем другие методы добычи. Рассеивание пыли может происходить также при перемещении щитов при разработке очистных забоев и при перегрузке угля с автомобиля или ленточного конвейера на какой-либо другой транспорт.

Пыль угольных шахт вызывает пневмокониоз угольщиков (CWP) и способствует возникновению хронических заболеваний дыхательных путей, таких как хронический бронхит и эмфизема. Уголь высокого качества (например, с высоким содержанием углерода, такой как антрацит) связан с более высоким риском CWP. Есть также некоторые ревматоидные реакции на пыль угольных шахт.

Образование угольной пыли можно уменьшить, изменив методы добычи угля, а ее рассеивание можно контролировать с помощью соответствующей вентиляции и распыления воды. Если уменьшить скорость вращения режущих барабанов и увеличить скорость трамвая (скорость, с которой барабан продвигается в угольный пласт), можно уменьшить пылеобразование без потери производительности. При добыче длинными забоями образование пыли можно уменьшить, если срезать уголь за один проход (а не за два) по забою и откатывать назад без резки или с помощью очищающей выемки. Рассеивание пыли на участках лавы можно уменьшить при гомотропной разработке (т. е. цепной конвейер в забое, режущая головка и воздух, движущиеся в одном направлении). Новый метод резки угля с использованием эксцентриковой режущей головки, которая непрерывно режет перпендикулярно зернам залежи, по-видимому, производит меньше пыли, чем обычная круглая режущая головка.

Адекватная механическая вентиляция, действующая сначала на бригаду горняков, а затем на забой и через него, может уменьшить воздействие. Вспомогательная местная вентиляция на очистном забое с использованием вентилятора с воздуховодом и скруббером также может уменьшить воздействие за счет обеспечения местной вытяжной вентиляции.

Распылители воды, стратегически расположенные рядом с режущей головкой и отбрасывающие пыль от горняка к забою, также помогают уменьшить воздействие. Поверхностно-активные вещества обеспечивают некоторое преимущество в снижении концентрации угольной пыли.

Воздействие асбеста встречается среди добытчиков асбеста и на других шахтах, где асбест содержится в руде. Среди шахтеров во всем мире воздействие асбеста повышает риск развития рака легких и мезотелиомы. Это также повышает риск асбестоза (еще одного пневмокониоза) и заболеваний дыхательных путей.

Выхлоп дизельного двигателя представляет собой сложную смесь газов, паров и твердых частиц. Наиболее опасными газами являются окись углерода, окись азота, двуокись азота и двуокись серы. Существует множество летучих органических соединений (ЛОС), таких как альдегиды и несгоревшие углеводороды, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и соединения нитро-ПАУ (N-ПАУ). Соединения ПАУ и N-ПАУ также адсорбируются на твердых частицах дизельного топлива. Оксиды азота, диоксид серы и альдегиды являются острыми раздражителями дыхательных путей. Многие соединения ПАУ и N-ПАУ являются канцерогенными.

Твердые частицы дизельного топлива состоят из углеродных частиц небольшого диаметра (диаметром 1 мм), которые конденсируются из выхлопных газов и часто собираются в воздухе в виде комков или цепочек. Все эти частицы пригодны для дыхания. Твердые частицы дизельного топлива и другие частицы аналогичного размера являются канцерогенными для лабораторных животных и, по-видимому, повышают риск развития рака легких у подвергшихся воздействию рабочих при концентрациях выше примерно 0.1 мг/м.³. Горняки в подземных шахтах подвергаются значительно более высокому воздействию твердых частиц дизельного топлива. Международное агентство по изучению рака (IARC) считает твердые частицы дизельного топлива вероятным канцерогеном.

Выбросы дизельных выхлопов можно уменьшить за счет конструкции двигателя и использования высококачественного, чистого топлива с низким содержанием серы. Двигатели со сниженными номиналами и топливо с низким цетановым числом и низким содержанием серы производят меньше твердых частиц. Использование топлива с низким содержанием серы снижает образование SO.₂ и твердых частиц. Фильтры эффективны и осуществимы, они могут удалять более 90% дизельных твердых частиц из потока выхлопных газов. Доступны фильтры для двигателей без скрубберов, а также для двигателей с водяными или сухими скрубберами. Угарный газ можно значительно уменьшить с помощью каталитического нейтрализатора. Оксиды азота образуются всякий раз, когда азот и кислород находятся в условиях высокого давления и температуры (т. е. внутри дизельного цилиндра), и, следовательно, их труднее удалить.

Концентрацию диспергированных твердых частиц дизельного топлива можно уменьшить в подземной шахте за счет адекватной механической вентиляции и ограничений на использование дизельного оборудования. Любому дизельному транспортному средству или другой машине потребуется минимальная вентиляция для разбавления и удаления продуктов выхлопа. Количество вентиляции зависит от размера двигателя и его использования. Если в одном воздушном потоке работает более одного дизельного оборудования, необходимо усилить вентиляцию для разбавления и удаления выхлопных газов.

Дизельное оборудование может увеличить риск возгорания или взрыва, поскольку оно выбрасывает горячий выхлоп с пламенем и искрами, а высокая температура его поверхности может привести к возгоранию скопившейся угольной пыли или других горючих материалов. Температура поверхности дизельных двигателей должна поддерживаться на уровне ниже 305 ° F (150 ° C) в угольных шахтах, чтобы предотвратить возгорание угля. Пламя и искры от выхлопа можно контролировать с помощью скруббера, чтобы предотвратить воспламенение угольной пыли и метана.

Газы и пары

В таблице 1 перечислены газы, обычно встречающиеся в шахтах. Важнейшими природными газами являются метан и сероводород в угольных шахтах и ​​радона в урановых и других шахтах. Дефицит кислорода возможен и в том, и в другом случае. Метан горюч. Большинство взрывов в угольных шахтах происходит в результате воспламенения метана, и часто за ними следуют более сильные взрывы, вызванные угольной пылью, взвешенной в результате удара первоначального взрыва. На протяжении всей истории добычи угля пожары и взрывы были основной причиной гибели тысяч горняков. Риск взрыва можно снизить, разбавив метан до уровня ниже его нижнего предела взрываемости и запретив использование потенциальных источников воспламенения в забойных зонах, где концентрация обычно самая высокая. Посыпка ребер шахты (стены), пола и потолка негорючим известняком (или другой негорючей каменной пылью, не содержащей кремнезема) помогает предотвратить взрывы пыли; если пыль, взвешенная ударом взрыва метана, не горюча, вторичного взрыва не произойдет.

Таблица 1. Распространенные названия и воздействие на здоровье опасных газов, образующихся в угольных шахтах

Радон — природный радиоактивный газ, обнаруженный в урановых, оловянных и некоторых других рудниках. В угольных шахтах не обнаружен. Основная опасность, связанная с радоном, заключается в том, что он является источником ионизирующего излучения, что обсуждается ниже.

Другие опасные газы включают раздражители дыхательных путей, содержащиеся в выхлопных газах дизельных двигателей и побочных продуктах взрывных работ. Монооксид углерода обнаруживается не только в выхлопных газах двигателей, но и в результате минных пожаров. При шахтных пожарах СО может достигать не только смертельных концентраций, но и становиться взрывоопасным.

Оксиды азота (NO_x), в первую очередь NO и NO₂, образуются дизельными двигателями и как побочный продукт взрывных работ. В двигателях НЕТ_x образуются как неотъемлемый побочный продукт обработки воздуха, 79% которого состоит из азота и 20% из которых — кислород, в условиях высокой температуры и давления, необходимых для работы дизельного двигателя. Производство NO_x можно до некоторой степени уменьшить, поддерживая двигатель как можно более холодным и увеличивая вентиляцию для разбавления и удаления выхлопных газов.

НЕТ_x также является побочным продуктом взрывных работ. Во время взрывных работ горняки удаляются из зоны, где будут производиться взрывные работы. Обычная практика во избежание чрезмерного воздействия оксидов азота, пыли и других результатов взрывных работ заключается в том, чтобы дождаться, пока вентиляция шахты удалит из шахты достаточное количество побочных продуктов взрывных работ, прежде чем снова войти в зону с воздухозаборником.

Кислородная недостаточность может происходить многими способами. Кислород может быть вытеснен каким-либо другим газом, например метаном, или может потребляться либо при горении, либо микробами в воздушном пространстве без вентиляции.

Существует множество других опасностей, переносимых по воздуху, которым подвергаются определенные группы горняков. Воздействие паров ртути и, следовательно, риск отравления ртутью представляет собой опасность для золотодобытчиков и мельников, а также для добытчиков ртути. Воздействие мышьяка и риск развития рака легких характерны для золотодобытчиков и добытчиков свинца. Воздействие никеля и, следовательно, риск развития рака легких и кожных аллергий происходит среди добытчиков никеля.

Некоторые пластмассы также находят применение в шахтах. К ним относятся мочевиноформальдегид и пенополиуретаны, оба из которых изготовлены из пластика на месте. Они используются для затыкания отверстий и улучшения вентиляции, а также для лучшего крепления кровельных опор. Формальдегид и изоцианаты, два исходных материала для этих двух пенопластов, являются раздражителями дыхательных путей, и оба могут вызывать аллергическую сенсибилизацию, что делает почти невозможным для сенсибилизированных горняков обход любого ингредиента. Формальдегид является канцерогеном для человека (IARC Group 1).

Физические опасности

Шум повсеместно используется в горнодобывающей промышленности. Он создается мощными машинами, вентиляторами, взрывными работами и транспортировкой руды. Подземная шахта обычно имеет ограниченное пространство и, таким образом, создает поле реверберации. Воздействие шума больше, чем если бы те же источники находились в более открытой среде.

Воздействие шума можно уменьшить, используя обычные средства контроля шума на горнодобывающем оборудовании. Трансмиссии можно сделать тише, двигатели лучше заглушить, а гидравлическое оборудование тоже можно сделать тише. Лотки могут быть утеплены или облицованы звукопоглощающими материалами. Защита органов слуха в сочетании с регулярным аудиометрическим тестированием часто необходима для сохранения слуха горняков.

Ионизирующее излучение представляет опасность в горнодобывающей промышленности. Радон может выделяться из камня при его разрыхлении взрывными работами, но он также может попасть в шахту через подземные потоки. Это газ, поэтому он находится в воздухе. Радон и продукты его распада испускают ионизирующее излучение, часть которого обладает достаточной энергией для образования раковых клеток в легких. В результате смертность от рака легких среди уранодобытчиков повышена. У курящих шахтеров смертность намного выше.

зной представляет опасность как для подземных, так и для открытых горняков. В подземных шахтах основным источником тепла является сама порода. Температура горных пород повышается примерно на 1°С на каждые 100 м глубины. К другим источникам теплового стресса относятся физическая активность рабочих, количество циркулирующего воздуха, температура и влажность окружающего воздуха, а также тепло, выделяемое горнодобывающим оборудованием, в основном дизельным. Очень глубокие шахты (глубже 1,000 м) могут создавать значительные проблемы с перегревом, поскольку температура ребер шахты составляет около 40 °C. Основными источниками тепла для наземных рабочих являются физическая активность, близость к горячим двигателям, температура воздуха, влажность и солнечный свет.

Снижение теплового стресса может быть достигнуто за счет охлаждения высокотемпературного оборудования, ограничения физической активности и обеспечения достаточным количеством питьевой воды, защиты от солнца и соответствующей вентиляции. Для наземной техники кабины с кондиционером могут защитить оператора оборудования. Например, на глубоких шахтах в Южной Африке для некоторого облегчения используются подземные установки кондиционирования воздуха, а для борьбы с тепловым стрессом доступны средства первой помощи.

Многие шахты работают на больших высотах (например, выше 4,600 м), и из-за этого горняки могут испытывать высотную болезнь. Это может усугубиться, если они будут перемещаться между шахтой на большой высоте и более нормальным атмосферным давлением.

Назад

Общий Профиль

Сырая нефть и природный газ представляют собой смеси молекул углеводородов (органических соединений атомов углерода и водорода), содержащих от 1 до 60 атомов углерода. Свойства этих углеводородов зависят от числа и расположения атомов углерода и водорода в их молекулах. Основная молекула углеводорода состоит из 1 атома углерода, связанного с 4 атомами водорода (метан). Все другие варианты нефтяных углеводородов происходят от этой молекулы. Углеводороды, содержащие до 4 атомов углерода, обычно являются газами; те, у которых от 5 до 19 атомов углерода, обычно являются жидкостями; а те, у которых 20 или более, являются твердыми. В дополнение к углеводородам сырая нефть и природный газ содержат соединения серы, азота и кислорода, а также следовые количества металлов и других элементов.

Считается, что сырая нефть и природный газ образовались в течение миллионов лет в результате разложения растительности и морских организмов, спрессованных под тяжестью отложений. Поскольку нефть и газ легче воды, они поднялись вверх, чтобы заполнить пустоты в вышележащих пластах. Это восходящее движение прекратилось, когда нефть и газ достигли плотных, вышележащих, непроницаемых пластов или непористых пород. Нефть и газ заполняли пространства в пластах пористых пород и естественных подземных резервуарах, таких как насыщенные пески, с более легким газом поверх более тяжелой нефти. Эти пространства изначально были горизонтальными, но смещение земной коры создало карманы, называемые разломами, антиклиналями, соляными куполами и стратиграфическими ловушками, где нефть и газ скапливались в резервуарах.

Сланцевая нефть

Сланцевая нефть, или кероген, представляет собой смесь твердых углеводородов и других органических соединений, содержащих азот, кислород и серу. Его извлекают путем нагревания из породы, называемой горючим сланцем, с получением от 15 до 50 галлонов нефти на тонну породы.

Разведка и добыча — это общепринятая терминология, применяемая к той части нефтяной промышленности, которая отвечает за разведку и открытие новых месторождений сырой нефти и газа, бурение скважин и доставку продуктов на поверхность. Исторически сложилось так, что сырая нефть, просачивающаяся естественным путем на поверхность, собиралась для использования в качестве лекарств, защитных покрытий и топлива для ламп. Просачивание природного газа было зафиксировано в виде пожаров, горящих на поверхности земли. Только в 1859 году были разработаны методы бурения и получения больших коммерческих объемов сырой нефти.

Сырая нефть и природный газ находятся по всему миру, как под землей, так и под водой, следующим образом:

• Межконтинентальный бассейн Западного полушария (побережье Мексиканского залива США, Мексика, Венесуэла)
• Ближний Восток (Аравийский полуостров, Персидский залив, Черное и Каспийское моря)
• Индонезия и Южно-Китайское море
• Северная и Западная Африка (Сахара и Нигерия)
• Северная Америка (Аляска, Ньюфаундленд, Калифорния и Средний континент США и Канада)
• Дальний Восток (Сибирь и Китай)
• Северное море.

На Рисунке 1 и Рисунке 2 показана мировая добыча сырой нефти и природного газа в 1995 году.

Рисунок 1. Мировая добыча сырой нефти в 1995 г.

Рис. 2. Мировое производство жидких продуктов природного газа, 1995 г.

Названия сырой нефти часто определяют как тип сырой нефти, так и районы, где она была первоначально обнаружена. Например, первая коммерческая сырая нефть, Pennsylvania Crude, названа в честь места ее происхождения в Соединенных Штатах. Другими примерами являются саудовский легкий и венесуэльский тяжелый. Двумя эталонными сортами нефти, используемыми для установления мировых цен на нефть, являются Texas Light Sweet и North Sea Brent.

Классификация сырой нефти

Сырая нефть представляет собой сложные смеси, содержащие множество различных отдельных углеводородных соединений; они различаются по внешнему виду и составу от одного нефтяного месторождения к другому, а иногда даже отличаются от скважин, находящихся относительно близко друг к другу. Консистенция сырой нефти варьируется от водянистой до смолоподобной твердой фазы, а цвет — от прозрачного до черного. «Средняя» сырая нефть содержит около 84% углерода; 14% водорода; от 1 до 3% серы; и менее 1% азота, кислорода, металлов и солей. См. таблицу 1 и таблицу 2.

Таблица 1. Типичные приблизительные характеристики и свойства, а также бензиновый потенциал различных типов сырой нефти.

* Репрезентативные средние числа.

Таблица 2. Состав сырой нефти и природного газа

углеводороды

Парафины: Молекулы парафиновых углеводородов с насыщенной цепью (алифатических) в сырой нефти имеют формулу C_nH_{2n + 2}, и могут быть как прямые цепи (нормальные), так и разветвленные цепи (изомеры) атомов углерода. Более легкие молекулы парафина с прямой цепью встречаются в газах и парафиновых парафинах. Парафины с разветвленной цепью обычно встречаются в более тяжелых фракциях сырой нефти и имеют более высокие октановые числа, чем нормальные парафины.

Ароматика: Ароматические углеводороды представляют собой ненасыщенные углеводородные (циклические) соединения кольцевого типа. Нафталины представляют собой конденсированные ароматические соединения с двойным кольцом. Наиболее сложные ароматические соединения, полиядерные (три или более конденсированных ароматических кольца), встречаются в более тяжелых фракциях сырой нефти.

Нафтены: Нафтены представляют собой насыщенные углеводородные группы кольцевого типа с формулой
C_nH_2n, расположенные в виде замкнутых колец (циклических), встречаются во всех фракциях сырой нефти, кроме самых легких. Преобладают нафтены с одним кольцом (моноциклопарафины) с 5 и 6 атомами углерода, а нафтены с двумя кольцами (дициклопарафины) встречаются в более тяжелых концах нафты.

Неуглеводороды

Сера и соединения серы: Сера присутствует в природном газе и сырой нефти в виде сероводорода ( H₂S), в виде соединений (тиолы, меркаптаны, сульфиды, полисульфиды и др.) или в виде элементарной серы. Каждый газ и сырая нефть содержат различные количества и типы соединений серы, но, как правило, доля, стабильность и сложность соединений выше в более тяжелых фракциях сырой нефти.

Соединения серы, называемые меркаптанами, которые обладают отчетливым запахом, обнаруживаемым при очень низких концентрациях, обнаруживаются в газе, сырой нефти и дистиллятах. Наиболее распространены метил- и этилмеркаптаны. Меркаптаны часто добавляют к коммерческому газу (СПГ и СНГ), чтобы придать запах для обнаружения утечек.

Возможность воздействия токсичных уровней H₂S существует при работе в области бурения, добычи, транспортировки и переработки сырой нефти и природного газа. При сгорании нефтяных углеводородов, содержащих серу, образуются нежелательные вещества, такие как серная кислота и двуокись серы.

Кислородные соединения: Соединения кислорода, такие как фенолы, кетоны и карбоновые кислоты, содержатся в сырой нефти в различных количествах.

Соединения азота: Азот содержится в более легких фракциях сырой нефти в виде основных соединений и чаще в более тяжелых фракциях сырой нефти в виде неосновных соединений, которые могут также включать следовые количества металлов.

Следы металлов: Следовые количества или небольшие количества металлов, включая медь, никель, железо, мышьяк и ванадий, часто обнаруживаются в небольших количествах в сырой нефти.

Неорганические соли: Сырая нефть часто содержит неорганические соли, такие как хлорид натрия, хлорид магния и хлорид кальция, взвешенные в сырой нефти или растворенные в увлеченной воде (рассоле).

Углекислый газ: Углекислый газ может образоваться в результате разложения бикарбонатов, присутствующих в сырой нефти или добавленных к ней, или из пара, используемого в процессе дистилляции.

Нафтеновые кислоты: Некоторые виды сырой нефти содержат нафтеновые (органические) кислоты, которые могут стать коррозионно-активными при температуре выше 232 °C, когда кислотное число сырой нефти превышает определенный уровень.

Обычно встречающиеся радиоактивные материалы: Обычно встречающиеся радиоактивные материалы (НОРМ) часто присутствуют в сырой нефти, в буровых отложениях и в буровом растворе и могут представлять опасность из-за низких уровней радиоактивности.

Относительно простые анализы сырой нефти используются для классификации сырой нефти на парафиновую, нафтеновую, ароматическую или смешанную на основе преобладающей доли сходных молекул углеводородов. Смешанная нефть содержит различное количество углеводородов каждого типа. Один метод анализа (Горнорудное бюро США) основан на перегонке, а другой метод (фактор «К» UOP) основан на плотности и температуре кипения. Для определения ценности сырой нефти (т. е. ее выхода и качества полезных продуктов) и параметров обработки проводятся более комплексные анализы сырой нефти. Сырую нефть обычно группируют по структуре выхода, при этом высокооктановый бензин является одним из наиболее желательных продуктов. Сырье для нефтеперерабатывающих заводов обычно состоит из смесей двух или более различных видов сырой нефти.

Сырая нефть также определяется по API (удельному весу). Например, более тяжелая сырая нефть имеет низкий удельный вес в градусах API (и высокий удельный вес). Сырая нефть с низкой плотностью API может иметь либо высокую, либо низкую температуру воспламенения, в зависимости от ее самых легких фракций (более летучих компонентов). Из-за важности температуры и давления в процессе нефтепереработки сырая нефть дополнительно классифицируется по вязкости, температуре застывания и интервалу кипения. Также учитываются другие физические и химические характеристики, такие как цвет и содержание углеродистого остатка. Сырая нефть с высоким содержанием углерода, низким содержанием водорода и низкой плотностью в градусах API обычно богата ароматическими соединениями; в то время как те с низким содержанием углерода, высоким содержанием водорода и высокой плотностью в градусах API обычно богаты парафинами.

Сырая нефть, которая содержит заметные количества сероводорода или других реакционноспособных соединений серы, называется «сернистой». Те, в которых меньше серы, называются «сладкими». Некоторыми исключениями из этого правила являются сырая нефть Западного Техаса (которая всегда считается «кислой», независимо от ее H).₂содержанием серы) и аравийской нефти с высоким содержанием серы (которые не считаются «сернистыми», поскольку их соединения серы не обладают высокой реакционной способностью).

Сжатый природный газ и сжиженные углеводородные газы

Состав встречающихся в природе углеводородных газов аналогичен сырой нефти тем, что они содержат смесь различных молекул углеводородов в зависимости от их источника. Их можно извлекать в виде природного газа (почти без жидкостей) из газовых месторождений; попутный нефтяной газ, добываемый вместе с нефтью газовых и нефтяных месторождений; и газ газоконденсатных месторождений, где часть жидких компонентов нефти переходит в газообразное состояние при высоком давлении (от 10 до 70 мПа). При снижении давления (до 4-8 МПа) конденсат, содержащий более тяжелые углеводороды, отделяется от газа путем конденсации. Газ добывается из скважин глубиной до 4 миль (6.4 км) и более, при пластовом давлении от 3 МПа до 70 МПа. (См. рис. 3.)

Рис. 3. Морская газовая скважина, пробуренная на глубине 87.5 м в районе Питас-Пойнт пролива Санта-Барбара, Южная Калифорния.

Американский институт нефти

Природный газ содержит от 90 до 99% углеводородов, которые состоят преимущественно из метана (самый простой углеводород) вместе с небольшими количествами этана, пропана и бутана. Природный газ также содержит следы азота, водяного пара, двуокиси углерода, сероводорода и иногда инертных газов, таких как аргон или гелий. Природные газы с содержанием более 50 г/м³ углеводородов с молекулами из трех и более атомов углерода ( C₃ или выше) классифицируются как «бедные» газы.

В зависимости от того, как он используется в качестве топлива, природный газ либо сжимается, либо сжижается. Природный газ газовых и газоконденсатных месторождений перерабатывается на месторождении для соответствия определенным критериям транспортировки перед компримированием и подачей в газопроводы. Эта подготовка включает удаление воды с помощью осушителей (дегидраторов, сепараторов и нагревателей), удаление масла с помощью коалесцирующих фильтров и удаление твердых частиц путем фильтрации. Также из природного газа удаляют сероводород и углекислый газ, чтобы они не вызывали коррозии трубопроводов и транспортно-компрессорного оборудования. Пропан, бутан и пентан, присутствующие в природном газе, также удаляются перед передачей, чтобы они не конденсировались и не образовывали жидкости в системе. (См. раздел «Добыча и переработка природного газа».)

Природный газ транспортируется по трубопроводу с газовых месторождений на заводы по сжижению, где он сжимается и охлаждается примерно до –162 ºC для производства сжиженного природного газа (СПГ) (см. рис. 4). Состав СПГ отличается от природного газа за счет удаления некоторых примесей и компонентов в процессе сжижения. СПГ в основном используется для увеличения поставок природного газа в периоды пиковой нагрузки и для подачи газа в отдаленные районы, удаленные от основных трубопроводов. Он регазифицируется путем добавления азота и воздуха, чтобы сделать его сопоставимым с природным газом перед подачей в газопроводы. СПГ также используется в качестве автомобильного топлива в качестве альтернативы бензину.

Рис. 4. Крупнейший в мире завод по производству СПГ в Арзеве, Алжир.

Американский институт нефти

Нефтяные попутные газы и конденсатные газы относятся к «богатым» газам, так как содержат значительные количества этана, пропана, бутана и других предельных углеводородов. Попутные нефтяные и конденсатные газы разделяют и сжижают для получения сжиженного нефтяного газа (СУГ) путем сжатия, адсорбции, абсорбции и охлаждения на нефтегазоперерабатывающих заводах. Эти газовые заводы также производят природный бензин и другие углеводородные фракции.

В отличие от природного газа, нефтяного попутного газа и конденсатного газа, газы нефтепереработки (получаемые как побочные продукты нефтепереработки) содержат значительное количество водорода и ненасыщенных углеводородов (этилен, пропилен и др.). Состав газов нефтепереработки зависит от каждого конкретного процесса и используемой сырой нефти. Например, газы, полученные в результате термического крекинга, обычно содержат значительное количество олефинов, тогда как газы, полученные в результате каталитического крекинга, содержат больше изобутанов. Пиролизные газы содержат этилен и водород. Состав природных газов и типичных газов нефтепереработки представлен в таблице 3.

Таблица 3. Типовой приблизительный состав природного газа и газа нефтепереработки (% по объему)

Горючий природный газ с теплотворной способностью от 35.7 до 41.9 МДж/м³ (от 8,500 10,000 до XNUMX XNUMX ккал/м³), в основном используется в качестве топлива для производства тепла в бытовых, сельскохозяйственных, коммерческих и промышленных целях. Углеводород природного газа также используется в качестве сырья для нефтехимических и химических процессов. Синтез-газ (CO + H₂) перерабатывается из метана путем оксигенации или преобразования водяного пара и используется для производства аммиака, спирта и других органических химикатов. Сжатый природный газ (СПГ) и сжиженный природный газ (СПГ) используются в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Сжиженные нефтяные газы (СНГ) при переработке нефти имеют более высокую теплотворную способность 93.7 МДж / мXNUMX.³ (пропан) (22,400 XNUMX ккал/м³) и 122.9 МДж/м³ (бутан) (29,900 XNUMX ккал/м³⁾ и используются в качестве топлива в домах, на предприятиях и в промышленности, а также в автомобилях (NFPA 1991). Непредельные углеводороды (этилен, пропилен и др.), получаемые из газов нефтепереработки, могут быть переработаны в высокооктановый бензин или использованы в качестве сырья в нефтехимической и химико-перерабатывающей промышленности.

Свойства углеводородных газов

По данным Национальной ассоциации противопожарной защиты США, легковоспламеняющиеся (горючие) газы — это газы, которые горят при концентрациях кислорода, обычно присутствующих в воздухе. Горение легковоспламеняющихся газов аналогично горению паров легковоспламеняющихся углеводородов, поскольку для инициирования реакции горения требуется определенная температура воспламенения, и каждый из них будет гореть только в определенном диапазоне газовоздушных смесей. Легковоспламеняющиеся жидкости имеют точка возгорания (температура (всегда ниже точки кипения), при которой они выделяют достаточно паров для сгорания). Для легковоспламеняющихся газов не существует очевидной температуры вспышки, поскольку они обычно находятся при температурах выше их точек кипения, даже в сжиженном состоянии, и поэтому всегда имеют температуры, значительно превышающие их температуры вспышки.

Национальная ассоциация противопожарной защиты США (1976 г.) определяет сжатые и сжиженные газы следующим образом:

• «Сжатые газы — это газы, которые при всех нормальных атмосферных температурах внутри своих емкостей существуют исключительно в газообразном состоянии под давлением».
• «Сжиженные газы — это газы, которые при нормальных атмосферных температурах внутри своих емкостей существуют частично в жидком состоянии и частично в газообразном состоянии и находятся под давлением до тех пор, пока какая-либо жидкость остается в емкости».

Основным фактором, определяющим давление внутри сосуда, является температура хранимой жидкости. При контакте с атмосферой сжиженный газ очень быстро испаряется, путешествуя по земле или водной поверхности, если только он не рассеивается в воздухе ветром или механическим движением воздуха. При нормальной атмосферной температуре испаряется около трети жидкости в контейнере.

Горючие газы далее классифицируются как топливный газ и промышленный газ. Топливные газы, включая природный газ и сжиженные углеводородные газы (пропан и бутан), сжигают с воздухом для получения тепла в печах, печах, водонагревателях и котлах. Горючие технические газы, такие как ацетилен, используются при обработке, сварке, резке и термообработке. Различия в свойствах сжиженного природного газа (СПГ) и сжиженных углеводородных газов (СНГ) представлены в таблице 3.

В поисках нефти и газа

Поиск нефти и газа требует знания географии, геологии и геофизики. Сырая нефть обычно находится в определенных типах геологических структур, таких как антиклинали, ловушки разломов и соляные купола, которые расположены под различными рельефами и в широком диапазоне климатических условий. После выбора области интереса проводится множество различных типов геофизических исследований и измерений для получения точной оценки подземных образований, в том числе:

• Магнитометрические съемки. Магнитометры, подвешенные к самолетам, измеряют колебания магнитного поля Земли, чтобы определить местонахождение осадочных горных пород, которые обычно имеют низкие магнитные свойства по сравнению с другими горными породами.
• Аэрофотограмметрические съемки. Фотографии, сделанные специальными камерами в самолетах, дают трехмерные изображения земли, которые используются для определения наземных образований с потенциальными месторождениями нефти и газа.
• Гравиметрические съемки. Поскольку большие массы плотной породы увеличивают гравитационное притяжение, гравиметры используются для получения информации о нижележащих образованиях путем измерения мельчайших различий в силе тяжести.
• Сейсморазведка. Сейсмические исследования дают информацию об общих характеристиках подземной структуры (см. рис. 5). Измерения проводятся по ударным волнам, возникающим при подрыве зарядов ВВ в отверстиях малого диаметра, при использовании вибрационных или ударных устройств как на суше, так и в воде, а также при подводных выбросах сжатого воздуха. Время, прошедшее между началом ударной волны и возвращением эха, используется для определения глубины отражающих подложек. Недавнее использование суперкомпьютеров для создания трехмерных изображений значительно улучшает оценку результатов сейсмических испытаний.

Рисунок 5. Саудовская Аравия, сейсморазведка

Американский институт нефти

• Рентгенологические исследования. Радиография — это использование радиоволн для получения информации, аналогичной той, что получается при сейсморазведке.
• Стратиграфические съемки. Стратиграфическое опробование - это анализ кернов подземных пластов горных пород на наличие следов газа и нефти. Цилиндрический отрезок породы, называемый керном, вырезается полым долотом и проталкивается вверх в трубу (колонковую бочку), прикрепленную к долоту. Колонковую бочку поднимают на поверхность, и керн извлекается для анализа.

Когда разведка и замеры показывают наличие пластов или пластов, которые могут содержать нефть, бурятся разведочные скважины, чтобы определить, действительно ли есть нефть или газ, и если да, то доступны ли они и могут быть получены в коммерчески выгодных количествах.

Оффшорные операции

Хотя первая морская нефтяная скважина была пробурена в начале 1900-х годов у побережья Калифорнии, начало современного морского бурения было положено в 1938 году с открытием в Мексиканском заливе, в 1 миле (1.6 км) от береговой линии США. После Второй мировой войны морское бурение быстро расширилось, сначала на мелководье, прилегающем к известным наземным производственным районам, а затем на других мелководных и глубоководных участках по всему миру, а также в климатических условиях, варьирующихся от Арктики до Персидского залива. Вначале морское бурение было возможно только при глубине воды около 91 м; однако современные платформы теперь могут бурить в водах глубиной более 3.2 км. Морская нефтяная деятельность включает разведку, бурение, добычу, переработку, подводное строительство, техническое обслуживание и ремонт, а также транспортировку нефти и газа на берег судами или по трубопроводу.

Оффшорные платформы

Буровые платформы поддерживают буровые установки, расходные материалы и оборудование для операций на море или во внутренних водах, и варьируются от плавучих или погружных барж и кораблей до стационарных платформ на стальных опорах, используемых на мелководье, до больших, плавучих, железобетонных, гравитационных платформы, используемые на больших глубинах. После завершения бурения морские платформы используются для поддержки производственного оборудования. На самых крупных производственных платформах есть жилые помещения для более чем 250 членов экипажа и другого вспомогательного персонала, вертолетные площадки, перерабатывающие заводы и хранилища сырой нефти и газового конденсата (см. рис. 6).

Рисунок 6. Буровые суда; буровое судно Ben Ocean Laneer

Американский институт нефти

Как правило, при бурении глубоководных плавучих платформ устьевое оборудование опускается на дно океана и герметизируется на обсадной колонне скважины. Использование волоконно-оптической технологии позволяет большой центральной платформе удаленно контролировать и эксплуатировать небольшие спутниковые платформы и подводные шаблоны. Производственные мощности на большой платформе перерабатывают сырую нефть, газ и конденсат со вспомогательных объектов перед отправкой на берег.

Тип платформы, используемой при подводном бурении, часто определяется типом буруемой скважины (разведочная или эксплуатационная) и глубиной воды (см. табл. 4).

Таблица 4. Типы платформ для подводного бурения

Типы колодцев

Разведочные скважины.

После анализа геологических данных и геофизических исследований бурятся разведочные скважины на суше или на море. Разведочные скважины, бурящиеся в районах, где ранее не было обнаружено ни нефти, ни газа, называются «дикими кошками». Те скважины, которые выходят на нефть или газ, называются «скважинами открытия». Другие разведочные скважины, известные как «ступенчатые» или «оценочные», бурятся для определения границ месторождения после открытия или для поиска новых нефтегазоносных пластов рядом с уже известными или под ними. содержать продукт. Скважина, которая не находит нефти или газа или находит слишком мало для рентабельной добычи, называется «сухой скважиной».

Развивающие скважины.

После открытия площадь коллектора примерно определяется серией ступенчатых или оценочных скважин. Затем бурятся эксплуатационные скважины для добычи газа и нефти. Количество эксплуатационных скважин, подлежащих бурению, определяется предполагаемым определением нового месторождения как по размерам, так и по продуктивности. Из-за неуверенности в том, как коллекторы сформированы или ограничены, некоторые эксплуатационные скважины могут оказаться сухими стволами. Иногда бурение и добыча происходят одновременно.

Геобарические/геотермальные скважины.

Геобарические/геотермальные скважины – это скважины, которые добывают воду с чрезвычайно высоким давлением (7,000 фунтов на квадратный дюйм) и высокой температурой (149 ºC), которая может содержать углеводороды. Вода превращается в быстро расширяющееся облако горячего пара и паров при выходе в атмосферу из-за утечки или разрыва.

Стрипперные колодцы.

Отборные скважины — это те, которые добывают менее десяти баррелей нефти в день из пласта.

Многократное заканчивание скважин.

При обнаружении нескольких продуктивных пластов при бурении одной скважины может быть спущена отдельная колонна труб в одну скважину для каждого отдельного пласта. Нефть и газ из каждого пласта направляются в соответствующие трубопроводы и изолируются друг от друга пакерами, герметизирующими кольцевые пространства между колонной трубопроводов и обсадной колонной. Эти скважины известны как скважины с множественным заканчиванием.

Нагнетательные скважины.

Нагнетательные скважины закачивают воздух, воду, газ или химикаты в коллекторы добывающих месторождений либо для поддержания давления, либо для перемещения нефти к добывающим скважинам за счет гидравлической силы или повышенного давления.

Сервисные колодцы.

К сервисным скважинам относятся те, которые используются для ловли и канатных работ, установки или удаления пакеров/заглушек и переделки. Также бурятся сервисные скважины для подземного сброса соленой воды, которая отделяется от сырой нефти и газа.

Методы бурения

Буровые установки.

Базовые буровые установки содержат вышку (вышку), бурильную трубу, большую лебедку для опускания и подъема бурильной трубы, буровой стол, который вращает бурильную трубу и долото, буровой смеситель и насос, а также двигатель для привода стола и лебедка (см. рис. 7). Небольшие буровые установки, используемые для бурения разведочных или сейсмических скважин, могут быть установлены на грузовиках для перемещения с площадки на площадку. Более крупные буровые установки либо устанавливаются на месте, либо имеют переносные шарнирные (домкратные ножи) вышки для удобства обращения и монтажа.

Рис. 7. Буровая установка на острове Эльф-Рингнес в канадской Арктике.

Американский институт нефти

Ударное или кабельное бурение.

Самым старым методом бурения является ударное или канатное бурение. Этот медленный метод с ограниченной глубиной, который редко используется, включает дробление породы путем подъема и опускания тяжелого долота и штока на конце троса. Через определенные промежутки времени долото извлекается, а шлам взвешивается в воде и удаляется промывкой или откачкой на поверхность. По мере углубления скважины ее облицовывают стальным кожухом для предотвращения обрушения и защиты от загрязнения грунтовыми водами. Для бурения даже неглубокой скважины требуется значительная работа, а при обнаружении нефти или газа нет возможности контролировать немедленный выход продукта на поверхность.

Вращательное бурение.

Вращательное бурение является наиболее распространенным методом и используется для бурения как разведочных, так и эксплуатационных скважин на глубине более 5 миль (7,000 м). Легкие буровые установки, устанавливаемые на грузовые автомобили, используются для бурения малоглубинных сейсморазведочных скважин на суше. Для бурения разведочных и эксплуатационных скважин используются средние и тяжелые роторные мобильные и плавучие буровые установки. Вращательное буровое оборудование монтируется на буровой платформе с вышкой высотой 30–40 м и включает в себя роторный стол, двигатель, смеситель бурового раствора и насос-форсунку, канатную барабанную лебедку или лебедку, а также множество секций труб, каждая длиной около 27 м. Поворотный стол вращает квадратную ведущую трубу, соединенную с бурильной трубой. Квадратная ведущая труба имеет наверху грязевой вертлюг, соединенный с противовыбросовыми превенторами. Бурильная труба вращается со скоростью от 40 до 250 об/мин, вращая либо бур, имеющий долота с закрепленными долотообразными режущими кромками, либо бур, у которого шарошки с закаленными зубьями.

Ударно-вращательное бурение.

Ударно-вращательное бурение представляет собой комбинированный метод, при котором роторная буровая установка использует циркулирующую гидравлическую жидкость для приведения в действие молоткообразного механизма, тем самым создавая серию быстрых ударных ударов, которые позволяют буровой установке одновременно бурить и забивать землю.

Электро- и турбобурение.

Большинство поворотных столов, лебедок и насосов тяжелых буровых установок обычно приводятся в действие электродвигателями или турбинами, что обеспечивает повышенную гибкость операций и дистанционное управление бурением. Электродрель и турбобур — это более новые методы, которые обеспечивают более прямую мощность бурового долота за счет подключения бурового двигателя прямо над долотом на дне отверстия.

Направленное бурение.

Направленное бурение представляет собой метод вращательного бурения, при котором бурильная колонна направляет бурильную колонну по криволинейной траектории по мере углубления скважины. Направленное бурение используется для разработки месторождений, недоступных для вертикального бурения. Это также снижает затраты, так как с одной платформы можно пробурить несколько скважин в разных направлениях. Бурение с увеличенным радиусом действия позволяет входить в подводные резервуары с берега. Многие из этих методов возможны при использовании компьютеров для управления автоматическими буровыми установками и гибкой трубы (ГНКТ), которая поднимается и опускается без соединения и разъединения секций.

Другие методы бурения.

Абразивное бурение использует абразивный материал под давлением (вместо буровой штанги и долота) для прорезания субстрата. Другие методы бурения включают взрывное бурение и прокалывание пламенем.

Отказ.

Когда нефтяные и газовые резервуары перестают быть продуктивными, скважины обычно закупоривают цементом, чтобы предотвратить поток или утечку на поверхность и защитить подземные пласты и воду. Оборудование вывозится, а площадки заброшенных скважин расчищаются и возвращаются в нормальное состояние.

Буровые работы

Методы бурения

Буровая платформа служит основой для соединения и разъединения секций бурильных труб, которые используются для увеличения глубины бурения. По мере углубления скважины добавляются дополнительные отрезки трубы, а бурильная колонна подвешивается к вышке. Когда необходимо заменить буровое долото, вся бурильная колонна труб вытягивается из скважины, и каждая секция отделяется и укладывается вертикально внутри буровой вышки. После того, как новое долото установлено на место, происходит обратный процесс, и труба возвращается в скважину для продолжения бурения.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что труба бурильной колонны не раскололась и не упала в скважину, поскольку ее вылов может быть трудным и дорогостоящим и даже может привести к потере скважины. Другая потенциальная проблема заключается в том, что буровой инструмент застревает в отверстии после остановки бурения. По этой причине после начала бурения оно обычно продолжается до тех пор, пока скважина не будет завершена.

Буровой раствор

Буровой раствор представляет собой жидкость, состоящую из воды или нефти и глины с химическими добавками (например, формальдегидом, известью, гидразидом натрия, баритом). Едкий натр часто добавляют для контроля pH (кислотности) бурового раствора и для нейтрализации потенциально опасных добавок в буровой раствор и жидкостей заканчивания. Буровой раствор закачивается в скважину под давлением из смесительного бака на буровой платформе по внутренней стороне бурильной трубы к буровому долоту. Затем он поднимается между внешней стороной бурильной трубы и стенками скважины, возвращаясь на поверхность, где фильтруется и рециркулирует.

Буровой раствор используется для охлаждения и смазки бурового долота, смазывания трубы и вымывания шлама из буровой скважины. Буровой раствор также используется для управления потоком из скважины путем облицовки стенок скважины и противодействия давлению любого газа, нефти или воды, с которыми сталкивается буровое долото. Струи бурового раствора могут подаваться под давлением на дно скважины, чтобы облегчить бурение.

Обсадная колонна и цементация

Обсадная труба представляет собой специальную тяжелую стальную трубу, которая выравнивает скважину. Он используется для предотвращения обрушения стенок скважины и защиты пластов пресной воды за счет предотвращения утечек из возвратного потока бурового раствора во время буровых работ. Обсадная колонна также изолирует водопроницаемые пески и зоны высокого давления газа. Обсадная труба первоначально используется вблизи поверхности и закрепляется на месте для направления бурильной трубы. Цементный раствор закачивается вниз по бурильной трубе и нагнетается обратно через зазор между обсадной колонной и стенками скважины. После того, как цемент схватится и обсадная труба будет установлена, бурение продолжается с использованием долота меньшего диаметра.

После того, как обсадная труба помещена в скважину, к верхней части обсадной трубы крепятся противовыбросовые превенторы (большие клапаны, мешки или плашки), образуя так называемую стопку. После обнаружения нефти или газа на дно скважины устанавливается обсадная труба, чтобы грязь, камни, соленая вода и другие загрязняющие вещества не попали в скважину, а также чтобы обеспечить трубопровод для линий добычи сырой нефти и газа.

Операции заканчивания, расширенного восстановления и капитального ремонта

Завершение

Завершение описывает процесс ввода скважины в эксплуатацию после того, как скважина была пробурена до глубины, на которой ожидается обнаружение нефти или газа. Завершение включает в себя ряд операций, в том числе проникновение в обсадную колонну и очистку трубопровода от воды и отложений, чтобы обеспечить беспрепятственный поток. Специальные коронки используются для бурения и извлечения керна длиной до 50 м для анализа во время операции бурения, чтобы определить, когда следует выполнять проходку. Бурильная труба и долото сначала удаляются, а окончательная колонна обсадных труб цементируется на место. Затем в скважину опускают перфоратор, представляющий собой металлическую трубку с гильзами, в которых находятся либо пули, либо кумулятивные заряды взрывчатого вещества. Заряды выбрасываются электрическим импульсом через обсадную трубу в пласт, создавая отверстия для поступления нефти и газа в скважину и на поверхность.

Поток сырой нефти и природного газа контролируется серией клапанов, называемых «рождественскими елками», которые размещаются в верхней части устья скважины. Мониторы и средства управления устанавливаются для автоматического или ручного управления наземными и подземными предохранительными клапанами в случае изменения давления, пожара или других опасных условий. После добычи нефти и газа они разделяются, а вода и осадок удаляются из сырой нефти.

Добыча и консервация сырой нефти и газа

Добыча нефти в основном связана с вытеснением ее водой или газом. Во время первоначального бурения почти вся сырая нефть находится под давлением. Это естественное давление уменьшается по мере удаления нефти и газа из резервуара в течение трех фаз жизни резервуара.

• На первом этапе, промывочной добычи, поток регулируется естественным давлением в пласте, которое возникает из-за растворенного газа в нефти, газа, находящегося под давлением над нефтью, и гидравлического давления из-за воды, находящейся под нефтью.
• Искусственная добыча, вторая фаза, включает в себя закачку сжатого газа в резервуар, когда естественное давление истощается.
• Третий этап, отбойная установка или предельная добыча, происходит, когда скважины работают только с перерывами.

Первоначально было мало понимания сил, влияющих на добычу нефти и газа. Изучение поведения нефтяных и газовых пластов началось в начале 20 века, когда было обнаружено, что закачка воды в пласт увеличивает добычу. В то время отрасль восстанавливала от 10 до 20% емкости резервуара по сравнению с недавними темпами извлечения более 60% до того, как скважины стали непродуктивными. Концепция контроля заключается в том, что более высокая скорость добычи быстрее рассеивает давление в пласте, тем самым уменьшая общее количество нефти, которое может быть в конечном итоге извлечено. Двумя мерами, используемыми для сохранения нефтяных резервуаров, являются объединение скважин и размещение скважин.

• Юнитизация является эксплуатация месторождения как единой единицы с целью применения вторичных методов добычи и поддержания давления, даже с участием нескольких различных операторов. Общий объем производства распределяется между операторами на справедливой основе.
• Расстояние между скважинами является ограничение и правильное расположение скважин для достижения максимальной добычи без рассеивания месторождения из-за перебуривания.

Методы восстановления дополнительного продукта

Продуктивность нефтяных и газовых пластов повышается за счет различных методов добычи. Один из методов состоит в том, чтобы химически или физически открыть проходы в пластах, чтобы обеспечить более свободное движение нефти и газа через резервуары к скважине. Вода и газ закачиваются в пласты для поддержания рабочего давления за счет естественного вытеснения. Вторичные методы добычи, в том числе вытеснение давлением, механизированная добыча и заводнение, улучшают и восстанавливают пластовое давление. Расширенное восстановление — это использование различных вторичных методов восстановления в различных комбинациях. Улучшенная добыча также включает в себя более совершенные методы получения дополнительного продукта из истощенных коллекторов, такие как термическая добыча, при которой вместо воды или газа используется тепло для вытеснения большего количества сырой нефти из пластов.

Кислота

Кислотная обработка — это метод увеличения дебита скважины за счет закачки кислоты непосредственно в продуктивный пласт для открытия каналов потока за счет реакции химических веществ и минералов. Соляная (или обычная) кислота впервые использовалась для растворения известняковых образований. Он по-прежнему используется чаще всего; однако теперь к соляной кислоте добавляют различные химические вещества, чтобы контролировать ее реакцию и предотвращать коррозию и образование эмульсий.

Плавиковая кислота, муравьиная кислота и уксусная кислота также используются вместе с соляной кислотой, в зависимости от типа породы или минералов в резервуаре. Плавиковая кислота всегда сочетается с одной из трех других кислот и первоначально использовалась для растворения песчаника. Его часто называют «грязевой кислотой», так как в настоящее время он используется для очистки перфорационных отверстий, закупоренных буровым раствором, и для восстановления нарушенной проницаемости вблизи ствола скважины. Муравьиная и уксусная кислоты используются в глубоких сверхгорячих известняковых и доломитовых коллекторах, а также в качестве разрыхляющих кислот перед перфорацией. Уксусная кислота также добавляется в скважины в качестве нейтрализующего буферного агента для контроля pH жидкостей для интенсификации притока. Почти все кислоты имеют добавки, такие как ингибиторы для предотвращения реакции с металлическими оболочками и поверхностно-активные вещества для предотвращения образования шлама и эмульсий.

трещиноватость

трещиноватость описывает метод, используемый для увеличения потока нефти или газа через пласт и в скважины силой или давлением. Добыча может уменьшиться, потому что пласт-коллектор недостаточно проницаем, чтобы нефть могла свободно течь к скважине. Силы гидроразрыва открывают подземные каналы путем закачки жидкости, обработанной специальными проппантами (включая песок, металл, химические гранулы и ракушки) в пласт под высоким давлением для открытия трещин. Азот может быть добавлен к жидкости для стимуляции расширения. Когда давление сбрасывается, жидкость уходит, а расклинивающие агенты остаются на месте, удерживая трещины открытыми, чтобы нефть могла течь более свободно.

Массивная трещиноватость (массовый гидроразрыв) включает в себя закачку большого количества жидкости в скважины для гидравлического создания трещин длиной в тысячи футов. Массивный ГРП обычно используется для вскрытия газовых скважин, пласты которых настолько плотные, что через них не может пройти даже газ.

Поддержание давления

Двумя распространенными методами поддержания давления являются закачка воды и газа (воздуха, азота, углекислого газа и природного газа) в резервуары, где естественное давление снижено или недостаточно для добычи. Оба метода требуют бурения вспомогательных нагнетательных скважин в определенных местах для достижения наилучших результатов. Нагнетание воды или газа для поддержания рабочего давления скважины называется естественное смещение. Использование сжатого газа для повышения давления в пласте называется искусственный (газовый) лифт.

Наводнение

Наиболее часто используемый вторичный метод повышения нефтеотдачи – закачка воды в нефтяной пласт для подачи продукта к добывающим скважинам. В пятиточечное заводнение, пробурены четыре нагнетательные скважины в форме квадрата с добывающей скважиной в центре. Нагнетание контролируется для поддержания равномерного продвижения фронта воды через пласт к добывающей скважине. Часть используемой воды представляет собой соленую воду, полученную из сырой нефти. В заводнение низконапорной водой, поверхностно-активное вещество добавляется в воду, чтобы способствовать потоку нефти через коллектор, уменьшая ее сцепление с породой.

Смешанное затопление

Заводнение смешиваемыми жидкостями и смешиваемыми полимерами являются методами повышения нефтеотдачи, используемыми для улучшения закачки воды за счет снижения поверхностного натяжения сырой нефти. Смешиваемая жидкость (та, которая может быть растворена в сырой нефти) закачивается в резервуар. За этим следует закачка другого флюида, который толкает смесь сырой нефти и смешиваемых флюидов к добывающей скважине. Смешиваемое полимерное заводнение предполагает использование детергента для вымывания сырой нефти из пластов. Гель или загустевшая вода впрыскиваются за детергентом, чтобы переместить сырую нефть к добывающей скважине.

Пожарное затопление

Затопление пожаром или на месте (местное) сжигание является дорогостоящим методом термической добычи, при котором в пласт закачивается большое количество воздуха или кислородсодержащего газа, а часть сырой нефти воспламеняется. Тепло от огня снижает вязкость тяжелой сырой нефти, так что она легче течет. Горячие газы, образовавшиеся в результате пожара, повышают давление в пласте и создают узкий фронт горения, который выталкивает более разжиженную нефть из нагнетательной скважины в добывающую. Более тяжелая нефть остается на месте, обеспечивая дополнительное топливо по мере того, как фронт пламени медленно движется вперед. Процесс горения тщательно контролируется и контролируется путем регулирования впрыскиваемого воздуха или газа.

Впрыск пара

Нагнетание пара, или заводнение паром, представляет собой метод термической добычи, при котором тяжелая нефть нагревается и снижается ее вязкость за счет нагнетания сверхгорячего пара в самый нижний пласт относительно неглубокого резервуара. Пар закачивается в течение периода от 10 до 14 дней, после чего скважина закрывается примерно на неделю, чтобы пар полностью прогрел пласт. В то же время повышенное тепло расширяет пластовые газы, тем самым повышая давление в пласте. Затем скважину снова открывают, и нагретая, менее вязкая нефть поступает в скважину. В более новом методе низкотемпературный пар при более низком давлении нагнетается в более крупные секции двух, трех или более зон одновременно, образуя «паровую камеру», которая выдавливает масло в каждую из зон. Это обеспечивает больший поток масла на поверхность при меньшем использовании пара.

Операции по добыче и переработке природного газа

Существует два типа скважин, добывающих природный газ. Скважины с влажным газом производят газ, который содержит растворенные жидкости, а скважины с сухим газом производят газ, который трудно сжижать.

После отбора природного газа из добывающих скважин он направляется на газовые заводы для переработки. Обработка газа требует знания того, как температура и давление взаимодействуют и влияют на свойства как жидкостей, так и газов. Практически все газоперерабатывающие заводы работают с газами, представляющими собой смеси различных молекул углеводородов. Целью переработки газа является разделение этих газов на компоненты аналогичного состава с помощью различных процессов, таких как абсорбция, фракционирование и циклирование, чтобы они могли транспортироваться и использоваться потребителями.

Абсорбционные процессы

Абсорбция включает в себя три этапа обработки: извлечение, удаление и разделение.

Восстановление.

Удаляет нежелательные остаточные газы и некоторое количество метана путем абсорбции из природного газа. Абсорбция происходит в противоточном сосуде, где скважинный газ поступает в днище сосуда и течет вверх через поглощающую нефть, текущую вниз. Абсорбционное масло является «бедным», когда оно поступает в верхнюю часть сосуда, и «насыщенным», когда оно выходит из нижней части, поскольку оно поглощает желательные углеводороды из газа. Газ, выходящий из верхней части агрегата, называется «остаточным газом».

Абсорбция также может быть осуществлена ​​путем охлаждения. Остаточный газ используется для предварительного охлаждения входящего газа, который затем проходит через газоохладитель при температуре от 0 до –40 ºC. Тощее масло абсорбера прокачивается через маслоохладитель перед контактом с холодным газом в блоке абсорбера. Большинство заводов используют пропан в качестве хладагента в охладителях. Гликоль впрыскивается непосредственно во входящий поток газа для смешивания с любой водой в газе, чтобы предотвратить замерзание и образование гидратов. Водно-гликолевая смесь отделяется от углеводородного пара и жидкости в сепараторе гликоля, а затем повторно концентрируется путем выпаривания воды в регенераторной установке.

Удаление.

Следующим шагом в процессе абсорбции является удаление или деметанизация. Оставшийся метан удаляется из богатой нефти на установках по извлечению этана. Обычно это двухэтапный процесс, при котором сначала удаляется не менее половины метана из богатой нефти за счет снижения давления и повышения температуры. Оставшееся богатое масло обычно содержит достаточное количество этана и пропана, чтобы обеспечить желательную реабсорбцию. Если верхний газ не продается, он используется в качестве топлива для установки или в качестве предварительного сатуратора, или рециркулируется в газ на входе в основной абсорбер.

Разделение.

На заключительном этапе процесса абсорбции, дистилляции, пары используются в качестве среды для удаления желаемых углеводородов из насыщенного абсорбционного масла. Мокрые дистилляторы используют пары пара в качестве отпарной среды. В сухих дистилляторах в качестве отпарной среды используются пары углеводородов, получаемые в результате частичного испарения горячего масла, прокачиваемого через ребойлер дистиллятора. Перегонный куб контролирует конечную точку кипения и молекулярную массу нежирного масла, а также температуру кипения конечной смеси углеводородных продуктов.

Другие процессы

Фракция.

Разделение желаемой углеводородной смеси с абсорбционных установок на конкретные, индивидуальные, относительно чистые продукты. Фракционирование возможно, когда две жидкости, называемые верхним продуктом и нижним продуктом, имеют разные точки кипения. Процесс фракционирования состоит из трех частей: колонны для разделения продуктов, ребойлера для нагрева сырья и конденсатора для отвода тепла. В башне имеется множество тарелок, так что происходит много контакта пара и жидкости. Температура ребойлера определяет состав кубового продукта.

Восстановление серы.

Перед отправкой на продажу из газа необходимо удалить сероводород. Это достигается на установках по извлечению серы.

Газовый цикл.

Циркуляция газа не является ни средством поддержания давления, ни вторичным методом извлечения, а представляет собой метод усовершенствованной добычи, используемый для увеличения добычи сжиженного природного газа из резервуаров «влажного газа». После удаления жидкостей из «влажного газа» в циклических установках оставшийся «сухой газ» возвращается в пласт через нагнетательные скважины. Когда «сухой газ» рециркулирует через резервуар, он поглощает больше жидкости. Циклы добычи, переработки и рециркуляции повторяются до тех пор, пока из пласта не будут удалены все извлекаемые жидкости и останется только «сухой газ».

Разработка площадок для разработки месторождений нефти и газа

Для ввода в эксплуатацию нового нефтяного или газового месторождения требуется обширная разработка участка. Доступ к площадке может быть ограничен или ограничен как климатическими, так и географическими условиями. Требования включают транспорт; строительство; ремонтно-бытовые и административные помещения; оборудование для разделения нефти, газа и воды; транспортировка сырой нефти и природного газа; объекты водоснабжения и водоотведения; и многие другие услуги, сооружения и виды оборудования. Большинство из них не доступны на площадке и должны быть предоставлены либо буровой или добывающей компанией, либо внешними подрядчиками.

Подрядная деятельность

Подрядчики обычно используются компаниями, занимающимися разведкой и добычей нефти и газа, для предоставления некоторых или всех следующих вспомогательных услуг, необходимых для бурения и разработки продуктивных месторождений:

• Подготовка площадки - расчистка кустарника, строительство дорог, пандусов и пешеходных дорожек, мостов, посадочных площадок для самолетов, морской гавани, причалов, доков и причалов
• Монтаж и монтаж - бурового оборудования, силового и инженерного оборудования, резервуаров и трубопроводов, жилья, хозяйственных построек, гаражей, ангаров, хозяйственных и административных зданий
• Подводные работы - монтаж, проверка, ремонт и обслуживание подводного оборудования и сооружений
• Техническое обслуживание и ремонт - профилактическое обслуживание бурового и производственного оборудования, транспортных средств и лодок, машин и зданий.
• Услуги по контракту - общественное питание; домашнее хозяйство; охрана и безопасность объекта и периметра; уборка, отдых и вспомогательная деятельность; складирование и дистрибуция средств защиты, запасных частей и расходных материалов
• Инженерно-технические - испытания и анализы, компьютерные услуги, инспекции, лаборатории, неразрушающий анализ, хранение взрывчатых веществ и обращение с ними, противопожарная защита, разрешительная документация, экология, медицина и здоровье, промышленная гигиена и безопасность, ликвидация разливов
• Внешние услуги - телефон, радио и телевидение, канализация и вывоз мусора.
• Транспортное и погрузочно-разгрузочное оборудование - самолеты и вертолеты, морские службы, тяжелое строительное и погрузочно-разгрузочное оборудование

Утилиты

Независимо от того, проводятся ли операции по разведке, бурению и добыче на суше или на море, требуется электроэнергия, электричество и другие вспомогательные средства, в том числе:

• Производство электроэнергии - газ, электричество и пар
• Вода - пресное водоснабжение, очистка и подготовка и техническая вода
• Канализация и водоотведение - ливневая, санитарная очистка и очистка и утилизация сточных (маслосодержащих) вод
• Средства связи - телефонная, радио и телевизионная, компьютерная и спутниковая связь
• Коммунальные услуги - свет, тепло, вентиляция и охлаждение.

Условия труда, здоровье и безопасность

В работе на буровых установках обычно задействована минимальная бригада из 6 человек (основной и вспомогательный персонал). бурильщики, три помощника бурильщика или помощники (Головорезы) И кошачья голова человек) подотчетный начальнику участка или мастеру (толкатель инструмента), который отвечает за ход бурения. Основные и второстепенные бурильщики несут общую ответственность за буровые работы и надзор за буровой бригадой в течение их соответствующих смен. Бурильщики должны быть знакомы с возможностями и ограничениями своих бригад, поскольку работа может продвигаться только настолько быстро, насколько медленнее работает самый медлительный член бригады.

Помощники бурильщиков находятся на платформе для управления оборудованием, считывания показаний приборов и выполнения регламентных работ по техническому обслуживанию и ремонту. Рабочий должен взбираться на вершину буровой вышки, когда бурильная труба подается в скважину или вытягивается из скважины, и помогает перемещать секции труб в штабель и из него. Во время бурения рабочий также управляет буровым насосом и оказывает общую помощь буровой бригаде.

Лица, занимающиеся сборкой, размещением, разрядкой и извлечением перфораторов, должны быть обучены, знакомы с опасностями взрывчатых веществ и иметь квалификацию для обращения со взрывчатыми веществами, капсюлями-детонаторами и капсюлями-детонаторами. Другой персонал, работающий на нефтяных месторождениях и вокруг них, включает геологов, инженеров, механиков, водителей, обслуживающий персонал, электриков, операторов трубопроводов и рабочих.

Скважины бурятся круглосуточно, по 8 или 12 часов в сутки, и от рабочих требуется значительный опыт, навыки и выносливость, чтобы соответствовать строгим физическим и умственным требованиям работы. Чрезмерное растяжение экипажа может привести к серьезной аварии или травме. Бурение требует тесной командной работы и координации для безопасного и своевременного выполнения задач. Из-за этих и других требований необходимо уделять внимание моральному духу, здоровью и безопасности работников. Необходимы адекватные периоды отдыха и релаксации, питательная пища и надлежащая гигиена и жилые помещения, включая кондиционирование воздуха в жарком и влажном климате и отопление в районах с холодной погодой.

К основным профессиональным рискам, связанным с разведкой и добычей, относятся заболевания, возникающие в результате воздействия географических и климатических элементов, стресс, связанный с перемещением на большие расстояния по воде или пересеченной местности, а также травмы. Психологические проблемы могут возникнуть в результате физической изоляции и удаленности разведочных площадок от базовых лагерей, а также продолжительных периодов работы, необходимых на морских буровых платформах и на удаленных береговых площадках. Многие другие опасности, характерные для морских операций, такие как подводное плавание, рассматриваются в других разделах настоящего руководства. Энциклопедия.

Оффшорная работа всегда опасна, как на работе, так и вне ее. Некоторые работники не могут справиться со стрессом, связанным с работой на шельфе в напряженном темпе, в течение продолжительных периодов времени, в условиях относительной изоляции и постоянно меняющихся условий окружающей среды. Признаки стресса у рабочих включают необычную раздражительность, другие признаки психического расстройства, чрезмерное употребление алкоголя или курение, а также употребление наркотиков. Рабочие на платформах сообщали о проблемах бессонницы, которые могут усугубляться высоким уровнем вибрации и шума. Братание среди рабочих и частые увольнения на берег могут уменьшить стресс. Морская болезнь и утопление, а также суровые погодные условия являются другими опасностями при работе в море.

Такие заболевания, как заболевания дыхательных путей, возникают в результате воздействия сурового климата, инфекций или паразитарных заболеваний в эндемичных районах. Хотя многие из этих заболеваний еще нуждаются в эпидемиологическом изучении у буровиков, известно, что у нефтяников наблюдались периартриты плеча и лопатки, плечевые эпикондилиты, артрозы шейного отдела позвоночника и полиневриты верхних конечностей. Возможность возникновения заболеваний в результате воздействия шума и вибрации также присутствует при буровых работах. Тяжесть и частота этих заболеваний, связанных с бурением, по-видимому, пропорциональны стажу работы и воздействию неблагоприятных условий труда (Duck, 1983; Ghosh, 1983; Montillier, 1983).

Травмы при бурении и добыче могут быть вызваны многими причинами, в том числе поскальзываниями и падениями, перемещением труб, подъемом труб и оборудования, неправильным использованием инструментов и неправильным обращением со взрывчатыми веществами. Ожоги могут быть вызваны паром, огнем, кислотой или грязью, содержащей химические вещества, такие как гидроксид натрия. Дерматит и повреждения кожи могут возникнуть в результате воздействия сырой нефти и химикатов.

Существует возможность острого и хронического воздействия широкого спектра вредных для здоровья материалов и химикатов, присутствующих при бурении и добыче нефти и газа. Некоторые химические вещества и материалы, которые могут присутствовать в потенциально опасных количествах, перечислены в таблице 2 и включают:

• Сырая нефть, природный газ и сероводородный газ при бурении и выбросах
• Тяжелые металлы, бензол и другие загрязнители, присутствующие в сырой нефти.
• Асбест, формальдегид, соляная кислота и другие опасные химические вещества и материалы
• Обычно встречающиеся радиоактивные материалы (НОРМ) и оборудование с радиоактивными источниками.

Сохранность

Бурение и добыча ведутся во всех типах климата и при различных погодных условиях, от тропических джунглей и пустынь до замерзшей Арктики, от суши до Северного моря. Буровым бригадам приходится работать в сложных условиях, связанных с шумом, вибрацией, ненастной погодой, физическими опасностями и механическими отказами. Платформа, поворотный стол и оборудование обычно скользкие и вибрируют от двигателя и операции бурения, что требует от рабочих преднамеренных и осторожных движений. Существует опасность поскользнуться и упасть с высоты при подъеме на буровую установку и вышку, а также существует риск воздействия сырой нефти, газа, грязи и выхлопных газов двигателя. Операция по быстрому отсоединению и последующему повторному соединению бурильных труб требует от рабочих подготовки, навыков и точности, чтобы раз за разом выполнять их безопасно.

Строительные, буровые и производственные бригады, работающие на шельфе, сталкиваются с теми же опасностями, что и бригады, работающие на суше, и с дополнительными опасностями, присущими морским работам. К ним относятся возможность обрушения платформы в море и условия для специальных процедур эвакуации и аварийно-спасательного оборудования в случае чрезвычайной ситуации. Еще одним важным соображением при работе на море является необходимость глубоководного и мелководного дайвинга для установки, обслуживания и проверки оборудования.

Огонь и взрыв

Всегда существует опасность выброса при перфорации скважины с выбросом газового или парового облака с последующим взрывом и пожаром. Дополнительный потенциал пожара и взрыва существует при работе с газом.

Рабочие морских платформ и буровых установок должны пройти тщательное медицинское обследование. Выбор членов морского экипажа с историей или признаками легочных, сердечно-сосудистых или неврологических заболеваний, эпилепсии, диабета, психологических расстройств и наркотической или алкогольной зависимости требует тщательного рассмотрения. Поскольку ожидается, что работники будут использовать средства защиты органов дыхания и, в частности, лица, обученные и оснащенные тушением пожаров, они должны быть физически и психологически оценены на предмет их способности выполнять эти задачи. Медицинский осмотр должен включать психологическую оценку, отражающую конкретные требования работы.

Службы неотложной медицинской помощи на морских буровых установках и производственных платформах должны предусматривать наличие небольшой амбулатории или клиники, в которой постоянно находится на борту квалифицированный практикующий врач. Тип предоставляемых медицинских услуг будет определяться доступностью, расстоянием и качеством доступных наземных услуг. Эвакуация может осуществляться на корабле или вертолете, или врач может прибыть на платформу или дать медицинский совет по радио бортовому практикующему врачу, когда это необходимо. Медицинское судно может быть размещено там, где работает несколько крупных платформ на небольшой территории, например в Северном море, чтобы быть более доступным и быстро оказывать помощь больному или травмированному работнику.

Лица, фактически не работающие на буровых установках или платформах, также должны проходить предварительные и периодические медицинские осмотры, особенно если они работают в аномальном климате или в суровых условиях. Эти экзамены должны учитывать особые физические и психологические требования работы.

Личная защита

Следует внедрить программу мониторинга и отбора проб гигиены труда в сочетании с программой медицинского надзора для систематической оценки масштабов и последствий опасного воздействия на работников. Мониторинг легковоспламеняющихся паров и токсичных веществ, таких как сероводород, должен осуществляться во время операций по разведке, бурению и добыче. Практически не подвергается воздействию H₂S должно быть разрешено, особенно на морских платформах. Эффективным методом контроля воздействия является использование правильно взвешенного бурового раствора, чтобы сохранить H₂S от попадания в скважину и путем добавления химикатов в буровой раствор для нейтрализации любого захваченного H₂S. Все работники должны быть обучены распознавать присутствие H₂S и принять незамедлительные превентивные меры для снижения вероятности токсического воздействия и взрывов.

Лица, занимающиеся разведкой и добычей, должны иметь в наличии и использовать соответствующие средства индивидуальной защиты, в том числе:

• Защита головы (каски и непромокаемые подшлемники)
• Перчатки (маслостойкие, нескользящие рабочие перчатки, огнестойкие или теплоизоляционные, где необходимо)
• Защита рук (длинные рукава или маслостойкие рукавицы)
• Защита стопы и ног (непроницаемая для непогоды, маслонепроницаемая защитная обувь со стальными носками и нескользящей подошвой)
• Защита глаз и лица (защитные очки, защитные очки и лицевой щиток для работы с кислотой)
• Защита кожи от жары и холода (солнцезащитная мазь и маски для лица в холодную погоду)
• Климатическая и непромокаемая одежда (парки, дождевик)
• При необходимости пожарное снаряжение, огнестойкая одежда и кислотостойкие фартуки или костюмы.

Диспетчерские, жилые помещения и другие помещения на крупных морских платформах обычно находятся под давлением, чтобы предотвратить попадание вредных атмосфер, таких как сероводородный газ, который может выделяться при проникновении или в аварийной ситуации. Защита органов дыхания может потребоваться в случае падения давления, а также при возможности воздействия токсичных газов (сероводород), удушающих веществ (азот, углекислый газ), кислот (фтористый водород) или других атмосферных загрязнителей при работе за пределами зон с повышенным давлением. .

При работах вокруг геонапорных/геотермальных скважин следует предусмотреть изолированные перчатки и полные тепло- и парозащитные костюмы с подачей воздуха для дыхания, так как контакт с горячим паром и испарениями может вызвать ожоги кожи и легких.

На мостках и сходнях, особенно на морских платформах и в ненастную погоду, следует использовать привязные ремни и страховочные тросы. При подъеме на буровые установки и вышки следует использовать страховочные привязи и страховочные тросы с прикрепленным противовесом. Корзины для персонала, в которых перевозятся четыре или пять рабочих с персональными спасательными средствами, часто используются для перемещения бригад между лодками и морскими платформами или буровыми установками. Еще одно средство передвижения — «качели на веревках». Веревки, используемые для качания с лодок на платформы, подвешиваются непосредственно над краем площадки для лодок, а веревки с платформ на лодки должны свисать на расстоянии 3 или 4 фута от внешнего края.

Предоставление помещений для мытья как для рабочих, так и для одежды, а также соблюдение надлежащих правил гигиены являются основными мерами борьбы с дерматитом и другими кожными заболеваниями. Там, где это необходимо, следует предусмотреть аварийные станции для промывания глаз и аварийные души.

Меры безопасности

В системах аварийного отключения нефтегазовых платформ используются различные устройства и мониторы для обнаружения утечек, пожаров, разрывов и других опасных условий, активации сигналов тревоги и остановки операций в запланированной логической последовательности. Там, где это необходимо из-за характера газа или сырой нефти, следует использовать методы неразрушающего контроля, такие как ультразвуковой, рентгенографический, магнитопорошковый, проникающие жидкости или визуальный контроль, для определения степени коррозии трубопроводов, нагревательных труб, средств обработки. и суда, используемые при добыче и переработке сырой нефти, конденсата и газа.

Поверхностные и подповерхностные предохранительные запорные клапаны защищают береговые установки, одиночные скважины на мелководье и многоскважинные морские глубоководные буровые и эксплуатационные платформы и автоматически (или вручную) активируются в случае пожара, критических изменений давления, катастрофическая авария на устье скважины или другая аварийная ситуация. Они также используются для защиты небольших нагнетательных и газлифтных скважин.

Осмотр и уход за кранами, лебедками, барабанами, тросами и связанными с ними приспособлениями является важным аспектом безопасности при бурении. Сбрасывание нити трубопровода внутри скважины является серьезным происшествием, которое может привести к потере скважины. Травмы, а иногда и смертельные случаи, могут произойти, когда персонал ударяется о проволочный канат, который рвется под натяжением. Безопасная работа буровой установки также зависит от бесперебойной работы лебедки в хорошем состоянии, с правильно отрегулированными катушками и тормозными системами. При работе на суше держите краны на безопасном расстоянии от линий электропередач.

Обращение со взрывчатыми веществами во время разведочных и буровых работ должно осуществляться под контролем специально квалифицированного лица. Некоторые меры предосторожности, которые следует учитывать при использовании перфоратора, включают:

• Никогда не ударяйте и не роняйте заряженное ружье, не роняйте трубы или другие материалы на заряженное ружье.
• Расчистите линию огня и эвакуируйте ненужный персонал с пола буровой установки и нижнего этажа, пока перфоратор опускают в скважину и извлекают из нее.
• Контролируйте работу на устье скважины или вокруг нее, когда пистолет находится в скважине.
• Ограничьте использование радиоприемников и запретите дуговую сварку, когда пистолет подключен к кабелю, чтобы предотвратить разряд от непреднамеренного электрического импульса.

Планирование готовности к чрезвычайным ситуациям и учения важны для безопасности рабочих на буровых и добычных буровых установках для добычи нефти и газа, а также на морских платформах. Каждый отдельный тип потенциальной чрезвычайной ситуации (например, пожар или взрыв, выброс легковоспламеняющихся или токсичных газов, необычные погодные условия, рабочий за бортом и необходимость покинуть платформу) должен быть оценен, и разработаны конкретные планы реагирования. Рабочие должны быть обучены правильным действиям в аварийных ситуациях и знакомы с используемым оборудованием.

Безопасность и выживание вертолета в случае падения в воду являются важными факторами при эксплуатации морских платформ и обеспечении готовности к чрезвычайным ситуациям. Пилоты и пассажиры должны быть пристегнуты ремнями безопасности и, при необходимости, спасательным снаряжением во время полета. Спасательные жилеты следует носить постоянно, как во время полета, так и при переходе с вертолета на платформу или корабль. При входе в вертолет, выходе из него или работе рядом с ним необходимо уделять особое внимание тому, чтобы тела и материалы не попадали под траекторию движения лопасти несущего винта.

Обучение как береговых, так и морских рабочих имеет важное значение для безопасной работы. Рабочие должны быть обязаны посещать регулярные плановые собрания по безопасности, охватывающие как обязательные, так и другие темы. Правительственными учреждениями, в том числе Управлением по охране труда и здоровья США, Береговой охраной США по оффшорным операциям и их эквивалентами в Соединенном Королевстве, Норвегии и других странах, приняты нормативные акты, которые регулируют безопасность и здоровье рабочих, занимающихся разведкой и добычей, как на суше, так и на море. Кодекс практики Международной организации труда Безопасность и здоровье при строительстве стационарных морских установок в нефтяной промышленности (1982) дает руководство в этой области. Американский институт нефти имеет ряд стандартов и рекомендуемых практик, касающихся безопасности и охраны здоровья, связанных с разведкой и добычей.

Противопожарные и профилактические меры

Противопожарная защита и противопожарная защита, особенно на морских буровых установках и производственных платформах, являются важным элементом безопасности рабочих и непрерывной работы. Рабочие должны быть обучены и обучены распознавать пожарный треугольник, как обсуждалось в Для пожарных главы, поскольку она применяется к легковоспламеняющимся и горючим углеводородным жидкостям, газам и парам, а также к потенциальной опасности пожаров и взрывов. Осведомленность о предотвращении пожара имеет важное значение и включает в себя знание источников воспламенения, таких как сварка, открытое пламя, высокие температуры, электрическая энергия, статические искры, взрывчатые вещества, окислители и несовместимые материалы.

Как пассивные, так и активные системы противопожарной защиты используются на суше и на море.

• Пассивные системы включают в себя противопожарную защиту, планировку и размещение, конструкцию оборудования, электрическую классификацию и дренаж.
• Установлены детекторы и датчики, которые активируют сигнализацию, а также могут активировать автоматические системы защиты при обнаружении тепла, пламени, дыма, газа или паров.
• К активной противопожарной защите относятся системы противопожарного водоснабжения, противопожарного водоснабжения, насосы, гидранты, шланги и стационарные спринклерные системы; сухие химические автоматические системы и ручные огнетушители; системы галона и двуокиси углерода для замкнутых или закрытых помещений, таких как диспетчерские, компьютерные залы и лаборатории; и системы пенообразования.

Сотрудники, которые должны бороться с пожарами, от небольших пожаров на начальных стадиях до крупных пожаров в закрытых помещениях, например, на морских платформах, должны быть должным образом обучены и экипированы. Рабочие, назначенные руководителями пожарных команд и руководителями аварийно-спасательных служб, нуждаются в лидерских способностях и дополнительном специализированном обучении передовым методам пожаротушения и управления огнем.

Защита окружающей среды

Основными источниками загрязнения воздуха, воды и почвы при добыче нефти и природного газа являются разливы нефти или утечки газа на суше или в море, сероводород, присутствующий в нефти и газе, выбрасываемом в атмосферу, опасные химические вещества, присутствующие в буровом растворе, загрязняющем воду или землю. и продукты горения нефтяных скважин. Потенциальные последствия для здоровья населения от вдыхания частиц дыма от крупномасштабных пожаров на нефтяных месторождениях вызывают серьезную озабоченность после пожаров на нефтяных скважинах, которые произошли в Кувейте во время войны в Персидском заливе в 1991 году.

Контроль за загрязнением обычно включает:

• Сепараторы API и другие установки для очистки сточных вод и воды
• Борьба с разливами, включая боновые заграждения для разливов воды
• Локализация разливов, дамбы и дренаж для контроля разливов нефти и отвода нефтесодержащей воды на очистные сооружения.

Моделирование рассеяния газа проводится для определения вероятной области, на которую может повлиять облако выделяющегося токсичного или легковоспламеняющегося газа или пара. Исследования уровня грунтовых вод проводятся для прогнозирования максимальной степени загрязнения воды в случае загрязнения нефтью.

Рабочие должны быть обучены и иметь квалификацию для оказания первой помощи при средних разливах и утечках. Подрядчики, специализирующиеся на устранении загрязнения, обычно привлекаются для управления крупными проектами по ликвидации разливов и ликвидации последствий.

Назад

В 1993 г. мировое производство электроэнергии составило 12.3 трлн киловатт-часов (United Nations 1995). (Киловатт-час — это количество электричества, необходимое для освещения десяти 100-ваттных лампочек в течение 1 часа.) О масштабах этого усилия можно судить, рассмотрев данные из Соединенных Штатов, которые сами по себе производили 25% всей энергии. Электроэнергетическая промышленность США, представляющая собой смесь государственных и частных предприятий, произвела в 3.1 году 1993 триллиона киловатт-часов, используя более 10,000 1995 генерирующих единиц (Министерство энергетики США, 430,000). В части этой отрасли, принадлежащей частным инвесторам, занято 200 XNUMX человек, занимающихся эксплуатацией и обслуживанием электросетей, с годовым доходом в XNUMX миллиардов долларов США.

Электроэнергия вырабатывается на электростанциях, использующих ископаемое топливо (нефть, природный газ или уголь) или использующих ядерную или гидроэнергию. В 1990 г., например, 75 % электроэнергии во Франции приходилось на атомные электростанции. В 1993 году 62 % электроэнергии, вырабатываемой в мире, приходилось на ископаемое топливо, 19 % — на гидроэнергетику и 18 % — на ядерную энергию. На другие повторно используемые источники энергии, такие как ветер, солнце, геотермальная энергия или биомасса, приходится лишь небольшая часть мирового производства электроэнергии. От генерирующих станций электроэнергия затем передается по взаимосвязанным сетям или сетям в местные распределительные системы и далее к потребителю.

Рабочая сила, которая делает все это возможным, как правило, состоит в основном из мужчин и обладает высокой степенью технических навыков и знаний о «системе». Задачи, которые выполняют эти работники, весьма разнообразны и имеют общие элементы со строительством, обрабатывающей промышленностью, погрузочно-разгрузочными работами, транспортом и связью. Следующие несколько статей подробно описывают некоторые из этих операций. В статьях о стандартах обслуживания электросетей и экологических проблемах также освещаются основные регуляторные инициативы правительства США, влияющие на электроэнергетическую отрасль.

Назад

Люди научились использовать энергию проточной воды много тысячелетий назад. Уже более века электричество вырабатывается с использованием энергии воды. Большинство людей связывают использование энергии воды с перекрытием рек, но гидроэлектроэнергия также может быть получена за счет использования приливов и отливов.

Операции по выработке электроэнергии на гидроэлектростанциях охватывают обширную территорию и различные климатические условия, от арктической вечной мерзлоты до экваториальных тропических лесов. Географическое расположение генерирующей установки будет влиять на опасные условия, которые могут присутствовать, поскольку профессиональные опасности, такие как агрессивные насекомые и животные или даже ядовитые растения, будут варьироваться от места к месту.

Гидрогенерационная станция обычно состоит из плотина который задерживает большое количество воды, водосброс который выпускает излишки воды контролируемым образом и электростанция. Дамбы и другие водоудерживающие и регулирующие сооружения также могут входить в состав гидроэлектростанции, хотя непосредственно в выработке электроэнергии они не участвуют. Электростанция содержит проводящие каналы, которые направляют воду через турбины, которые преобразуют линейный поток воды во вращающийся поток. Вода будет либо падать через лопасти турбины, либо течь по ним горизонтально. Турбина и генератор соединены друг с другом. Таким образом, вращение турбины вызывает вращение ротора генератора.

Потенциал электроэнергии от потока воды является произведением массы воды, высоты, с которой она падает, и ускорения свободного падения. Масса зависит от количества доступной воды и скорости ее течения. Конструкция электростанции будет определять высоту воды. Большинство конструкций забирают воду из верхней части плотины, а затем сбрасывают ее снизу в существующее русло реки ниже по течению. Это оптимизирует высоту, сохраняя разумный и контролируемый поток.

В большинстве современных гидроэлектростанций турбогенераторы расположены вертикально. Это знакомые конструкции, которые возвышаются над основным этажом этих станций. Однако почти вся конструкция расположена ниже того, что видно на уровне первого этажа. Сюда входит приямок генератора, а ниже него приямок турбины, а также впускная и выпускная трубы. Эти сооружения и водоотводные каналы вводятся изредка.

На станциях более старых годов выпуска турбогенератор ориентирован горизонтально. Вал от турбины выступает из стены в машинное отделение, где он соединяется с генератором. Генератор напоминает очень большой электродвигатель старого образца с открытым корпусом. Свидетельством дизайна и качества конструкции этого оборудования является то, что некоторые объекты рубежа веков все еще работают. Некоторые современные станции включают обновленные версии конструкции старых станций. На таких станциях водяной канал полностью окружает турбогенератор, а вход осуществляется через трубчатый кожух, проходящий через водяной канал.

В обмотках ротора генератора поддерживается магнитное поле. Энергия для этого поля обеспечивается банками свинцово-кислотных или каустических никель-кадмиевых батарей. Движение ротора и магнитное поле, присутствующее в его обмотках, индуцирует электромагнитное поле в обмотках статора. Наведенное электромагнитное поле обеспечивает электрическую энергию, которая подается в энергосистему. Электрическое напряжение – это электрическое давление, возникающее из-за протекающей воды. Чтобы поддерживать электрическое давление, то есть напряжение, на постоянном уровне, необходимо изменить поток воды через турбину. Это будет сделано по мере изменения спроса или условий.

Поток электричества может привести к возникновению электрической дуги, как, например, в узле возбудителя в роторе. Электрическая дуга может генерировать озон, который даже в малых количествах может неблагоприятно воздействовать на резину пожарных рукавов и другие материалы.

Генераторы гидроэлектростанций производят очень большие токи и высокое напряжение. Проводники от генераторов подключаются к блочному трансформатору, а от него к силовому трансформатору. Силовой трансформатор повышает напряжение и снижает ток для передачи на большие расстояния. Низкий ток сводит к минимуму потери энергии из-за нагрева во время передачи. В некоторых системах вместо обычных масел в качестве изолятора используется газообразный гексафторид серы. Электрическая дуга может привести к образованию продуктов пробоя, которые могут быть значительно более опасными, чем гексафторид серы.

В электрических цепях есть выключатели, которые могут быстро и непредсказуемо отключить генератор от электросети. В некоторых устройствах для разрыва соединения используется струя сжатого воздуха. Когда такой блок срабатывает, он производит чрезвычайно высокий уровень импульсивного шума.

Администрация и работа станции

Большинство людей знакомы с административными аспектами гидроэнергетики и эксплуатации станций, которые обычно создают общественный профиль организации. Администрация электростанции стремится к тому, чтобы станция обеспечивала надежную работу. Администрация включает в себя офисный персонал, занимающийся бизнес- и техническими функциями, а также управление. К эксплуатационному персоналу станций относятся руководители и начальники предприятий, а также операторы технологических процессов.

Гидрогенерация является технологической операцией, но в отличие от других технологических операций, например, в химической промышленности, на многих гидрогенерирующих станциях нет обслуживающего персонала. Генераторное оборудование управляется дистанционно, иногда с большого расстояния. Почти вся трудовая деятельность приходится на техническое обслуживание, ремонт, модификацию и модернизацию машин и оборудования. Этот режим работы требует эффективных систем, которые могут передать управление от производства энергии к обслуживанию, чтобы предотвратить неожиданный запуск.

Опасности и структура управления

Электроэнергетические предприятия традиционно управляются как организации «снизу вверх». То есть организационная структура традиционно обеспечивает путь восходящей мобильности, который начинается с должностей начального уровня и ведет к высшему руководству. Относительно немногие люди входят в организацию латерально. Это означает, что надзор и руководство в энергетической компании, скорее всего, будут работать в тех же условиях, что и лица, занимающие в настоящее время должности начального уровня. Такая организационная структура может иметь последствия в отношении потенциального воздействия на рабочих опасных агентов, особенно тех, которые имеют хроническое кумулятивное воздействие. Например, рассмотрим шум. Сотрудники, которые в настоящее время занимают руководящие должности, сами могли страдать серьезной потерей слуха, когда они работали на работах, связанных с профессиональным шумом. Их потеря слуха может остаться незамеченной в программах аудиометрического тестирования компании, поскольку такие программы обычно охватывают только тех сотрудников, которые в настоящее время подвергаются воздействию высокого уровня шума на работе.

Обслуживание генерирующего оборудования

Техническое обслуживание генерирующего оборудования подразделяется на два основных вида деятельности: электротехническое обслуживание и механическое обслуживание. Хотя оба типа работы могут выполняться одновременно и бок о бок, навыки и работа, необходимые для их выполнения, совершенно разные.

Техническое обслуживание может потребовать остановки и демонтажа устройства. Поток воды на водозаборе контролируется головными затворами. Головные затворы представляют собой стальные конструкции, опускаемые в водозаборный канал для перекрытия потока воды. Блокирование потока позволяет воде стекать из внутренних каналов. Уровень спокойной воды на выходе из турбины (отсосная труба) ниже уровня шнека и лопаток рабочего колеса турбины. Это позволяет получить доступ к этим структурам. Спиральный корпус представляет собой коническую спиралевидную конструкцию, которая равномерно направляет поток воды вокруг рабочего колеса турбины. Вода проходит из спирального корпуса через направляющие лопатки, направляющие поток, и подвижные лопатки (калитки), регулирующие объем.

При необходимости генератор и турбину можно снять с их обычных мест и разместить на первом этаже электростанции. Снятие может быть необходимо для перекраски или обезжиривания, ремонта и замены обмоток, подшипников, тормозов или гидравлических систем.

Иногда лопасти рабочего колеса, а также калитки, направляющие лопатки и водоотводящие конструкции в кожухе улитки и отсасывающей трубе повреждаются от кавитации. Кавитация возникает, когда давление в воде падает ниже давления пара. Когда это происходит, образуются пузырьки газа, и турбулентность, вызванная этими пузырьками, разрушает материалы, с которыми соприкасается вода. Может потребоваться ремонт поврежденных материалов с помощью сварки или ремонта и повторного покрытия стальных и бетонных поверхностей.

Стальные конструкции также могут потребовать ремонта и повторного покрытия, если они подверглись коррозии.

опасности

Существует множество опасностей, связанных с производством гидроэлектроэнергии. Некоторые из этих опасностей являются общими для всех сотрудников, работающих в отрасли, в то время как другие опасны только для тех, кто занимается обслуживанием электрических или механических систем. Большинство опасностей, которые могут возникнуть, обобщены в таблице 1 и таблице 2, где также приведены меры предосторожности.

Таблица 1. Контроль воздействия отдельных химических и биологических опасностей при производстве гидроэлектроэнергии

Таблица 2. Контроль воздействия отдельных химических и биологических опасностей при производстве гидроэлектроэнергии

Экологические последствия

Производство гидроэлектроэнергии пропагандируется как экологически безопасное. Конечно, это приносит огромную пользу обществу за счет обеспечения энергией и стабилизации потока воды. Но такое производство энергии не обходится без экологических издержек, которые в последние годы получают все больше и больше общественного признания и внимания. Например, в настоящее время известно, что затопление больших площадей земли и горных пород кислыми водами приводит к выщелачиванию металлов из этих материалов. Биоаккумуляция ртути была обнаружена в рыбе, пойманной в воду из таких затопленных районов.

Наводнение также изменяет модели турбулентности в воде, а также уровень насыщения кислородом. Оба они могут иметь серьезные экологические последствия. Например, на запруженных реках исчезли промыслы лосося. Это исчезновение произошло отчасти потому, что рыба не может найти или пройти путь к более высокому уровню воды. Кроме того, вода стала больше напоминать озеро, чем реку, а стоячая вода озера несовместима с ходом лосося.

Наводнение также разрушает среду обитания рыб и может разрушить районы размножения насекомых, от которых зависит питание рыб и других организмов. В некоторых случаях наводнения уничтожили продуктивные сельскохозяйственные и лесные угодья. Затопление больших территорий также вызвало обеспокоенность по поводу изменения климата и других изменений экологического баланса. Задержка пресной воды, которая должна была попасть в водоем с соленой водой, также вызвала обеспокоенность по поводу изменения солености.

Назад