К.И.Джафаров "Регулирование фонтанов на нефтяных промыслах"

Появлением первых же фонтанов на Балаханской площади (г. Баку) в 1874-1875 гг., отличавшихся громадной мощностью, начались попытки их урегулирования; стали изобретаться различные задвижки, фонтанные колпаки и шлемы, но фонтан удавалось урегулировать редко. Песок, выносимый струей нефти, скоро приводил в негодность подобные устройства. Неурегулированные фонтаны в большинстве случаев не только не обогащали владельцев, но и приносили им изрядные убытки, занося соседние промысла песком и заливая их нефтью, чем приостанавливали проводимые работы. За все это владельцу фонтана приходилось платить. Убрать своевременно с промысла огромное количество выброшенной нефти не представлялось возможным по тем временам.

На грозненских нефтяных промыслах фирмы «И.А.Ахвердов и Ко» в августе 1895 г. ударил фонтан из скв. 7 на участке № 977 с глубины 66 саженей (140,8 м), дававший первые три дня по 1 млн. пудов нефти (16 тыс.т) в сутки. Этот фонтан страшной силы стал причиной локальной экологической катастрофы. По словам очевидцев, гул и запах газов были слышны за 15 верст. Из трубы диаметром 12’’ (304 мм) выбивал столб нефти высотой более 30 саженей (64 м). Отсутствие хранилищ для сбора нефти привело к затоплению огромной территории, в том числе пастбищ и подъездных путей, образованию крупных нефтяных озер. Более 2 млн. пудов нефти, прорвав земляные дамбы, попало в р. Нефтянку. Газета «Терские ведомости» в те дни писала: « ... к 6 сентября плотина не выдержала и рухнула. Хлынувшая нефть в образовавшуюся брешь в две сажени ширины, стремительно потекла по степи к р. Нефтянке, угрожая уйти в р. Сунжу и испортить воду ... Прорыв плотины был загражден и насыпь капитально укреплена; работают 200 подвод и 400 рабочих». Газета «Каспий» сообщала следующее: «Высота плоти достигала уже 4 саженей, прочность ее уменьшалась пропорционально возвышению. Еще накануне катастрофы появились зловещие признаки в виде просачивания струек нефти, и 5 сентября в три с половиной часа пополудни, насыпь дала осадку, нефть хлынула громадной струей в прорванную брешь; громадный нефтепад бушевал, представляя собой редкое зрелище... Шум вблизи нефтепада был так силен, что нужно было кричать, чтобы быть расслышанным. Пять часов действовал нефтепад, медленно ослабевая...». Те же «Терские ведомости» 13 сентября 1895 г. писали: «Нефть разносится дующими переменными ветрами по всем направлениям до одной версты в окружности и поливает в изобилии соседние промыслы. Воздух настолько сильно насыщен газами, особенно в ущельях, что трудно им дышать. Обстановка грозит пожаром при малейшей неосторожности с огнем».

Позже у скважин, в которых предвиделся фонтан, выкапывались земляные амбары. Для того, чтобы нефть не разливалась по промыслу, вышку обносили земляным валом и запасались приспособлениями для немедленной перекачки нефти из амбаров, пользовались также насосами соседей. Фонтанная нефть в амбарах создавала значительную опасность в пожарном отношении». Пожар в сентябре 1903 г. на Биби-Эйбатских промыслах в Баку, уничтоживший большинство промыслов и более 25 млн. пудов нефти, много обязан своей грандиозностью и распространением обилию нефти в амбарах, своевременно не убранной (фонтан из скв. 1 на участке № 7 Б.-Э. выбрасывал до 1 млн. пудов нефти» [1].

На начальном этапе фонтанного способа эксплуатации скважины фонтанировали в открытую, газ выпускался в атмосферу. Техника этого способа была достаточно проста. Она состояла из обсадной колонны большого диаметра 10-12’’ (254-304 мм) (фонтанные трубы широко стали применять на промыслах только с 1931 г.) и защитного оборудования от разлива нефти по промыслу. Чрезмерные потери газа приносили непоправимый ущерб нефтяным месторождениям, преждевременно истощая и обводняя их. Газовый фактор в то время не был осознан в достаточной степени. Потери при открытой эксплуатации фонтанов достигали 25% дебита скважин.

Рис.1. Схема внутренней обшивки, хвостовой задвижки (щита) и наклонного досчатого пола на козлах в буровой вышке

Рис.2. Схема фонтанных, хвостовой и центровой фонтанных задвижек

   В тот период добычи нефти усилия промысловых техников были направлены не на регулирование фонтанной струи, а главным образом на уменьшение потерь нефти от разлива ее по промыслу и защиту вышки от поломок фонтанной струей. С этой целью вышка обшивалась досками снаружи и внутри. На верху буровой между двумя верхними поясами делался «накат» (потолок с отверстием диаметром 7/8’’ для тартального каната при пробном тартании). Для устранения просачивания нефти в почву и удобного ее стока в амбар внизу буровой укладывались на козлах с небольшмим уклоном второй пол и так называемая воронка (рис.1). Кроме того, на буровой вышке устанавливались фонтанные задвижки (щиты), хвостовая и/или центровая (рис.2). Эти щиты представляли собой деревянную раму, двигавшуюся между направляющими брусьями, в центре которой располагалась чугунная квадратная плита длиной 1230 мм и толщиной у краев 152,4 мм, а в середине - толщиной

254 мм (в Баку отбойный щит делался также из деревянных бруьев, поставленных на торец) [2]. Рама с плитой при возникновении фонтана вдвигалась внутрь вышки при помощи ворота и каната и отбивала струю. Хвостовой щит устанавливался на высоте 5-6 саженей от пола буровой. Центровой щит устанавливался со специального помоста, с которого он вдвигался в вышку во время проявления фонтана. Иногда он имел две чугунные фонтанные плиты, из которых вторая являлась запасной «на случай проедания фонтаном первой плиты». Нефть при выходе из скважины с силой ударялась в фонтанный щит, затем падала на пол буровой и стекала по нему в открытый земляной или каменный амбар. Газ уходил в атмосферу.

Позже, в конце XIX века, на устьях скважин стали устанавливать стальные фонтанные задвижки высокого давления. В первые годы ХХ века началась борьба с выпуском газа в атмосферу и большими потерями нефти, особенно ее наиболее легких и ценных фракций путем перехода на «закрытую систему эксплуатации». Впервые эта система эксплуатации была применена на фонтанных скважинах. На эксплуатационную колонну устанавливались переводной патрубок и задвижка, получившие название трубной головки. На задвижку трубной головки устанавливалась фонтанная елка, состоявшая из нескольких тройников и задвижек. Вся сборка в целом называлась фонтанной арматурой (рис.3).

Рис.3. Схема оборудования устья скважины при закрытом фонтане (а) и стальной задвижки бакинского типа (б).

   Шахта скважины бетонировалась до фланца в. Между эксплуатационной и промежуточной колоннами забивался сальник n, сохранявший газ в затрубном пространстве. В начале фонтанирования скважины все большие задвижки А, В и задвижки С были открыты (буфер еще не установлен), а боковые задвижки m и m1 закрыты. После того, как струя очистилась от камней и песка, стала возможной закрытая эксплуатация. При этом закрывали верхнюю задвижку С, открывали задвижку m1, направляя струю по верхнему рабочему отводу. Для предохранения от порчи С над ней после перехода на закрытую эксплуатацию устанавливали буфер, представляющий собой трубу с забитой внутри деревянной пробкой, сверху которой укреплялась болтами стальная крышка. После установки буфера задвижка С открывалась, и фонтанная струя ударяла в пробку буфера. Задвижка приводилась в действие при помощи штурвала, состоящего из газовых труб, один конец которых прикреплялся к шпинделю задвижки, а другой выводился из буровой наружу и снабжался небольшим маховичком. Этот тип задвижек довольно часто вызывает неполадки. Например, при фонтанировании скважины нефтью с песком последний набивается в пазы, в которые должны входить плашки задвижки, это не дает возможности плотно закрыть ее. При малом открытии задвижки струя нефти с песком ударяет в край плашек и постепенно стачивает их, в результате нарушается плотность закрытия задвижки [2].

Поскольку при истечении фонтанной струи из отверстия малого диаметра давление газа сохраняется дольше и фонтанирование скважины продолжительнее, в Грозном фонтанные задвижки открывали неполностью. Однако при наличии песка в продукции скважины задвижки быстро приходили в негодность. Поэтому для регулирования расхода жидкости или газа стали применять штуцеры (современное название дроссель), представлявшие собой стальную пробку или пластину с небольшим отверстием в центре. Штуцер устанавливался на отводящей линии сразу после задвижки.

В дальнейшем появились крестовые фонтанные арматуры, где отводные линии (струны) были направлены в разные стороны, а основным соединительным элементом фонтанной елки являлся крестовик, что облегчало монтаж выкидных линий и управление арматурой.

Две основные схемы фонтанных арматур: тройниковая и крестовая, не изменились до настоящего времени, а совершенствование этого оборудования шло по пути применения высокопрочных, коррозионностойких материалов, улучшения технологии и качества изготовления запорных устройств и соединительных деталей. В результате были созданы сероводородостойкие фонтанные арматуры на давление 105 МПа.

Если давление газа оказывалось недостаточным для фонтанирования скважины через обсадные трубы, то фонтан вызывали с помощью так называемого сифона, опуская в обсадную колонну трубы диаметром 3-5’’. После этого затрубное пространство (между обсадными и фонтанными трубами) выше уровня нефти закрывали пробкой. Газы скапливались под ней, повышали уровень жидкости в трубах малого диаметра и нефть начинала переливаться из скважины, а при достаточном давлении газа - фонтанировать. Например, на Грозненских промыслах еще до 1916 г. долгое время благодаря подобному устройству фонтанировали скв.1 на участке № 42, скв. 1’’ и 2 на участке № 32 [1].

Список литературы

1. Глушков И.Н. Эксплуатация буровых скважин.-М.-П.: Издание совета нефтяной промышленности, 1923.- 296 с.

2. Справочник по нефтяному делу. -М.: Центральное управление печати ВСНХ СССР, 1925.- Ч.I.- 948 с.