Электробезопасность на морских нефтегазовых сооружениях

Введение

Добыча нефти и газа  это процесс, в котором человек подвергается воздействию колоссальных природных сил. Нефтяники сталкиваются с огромным давлением и высокими температурами, проникают глубоко в земную кору и выводят большое количество горючих взрывчатых веществ на поверхность. Для этого используются очень мощные и массивные устройства.
Согласно энергетической стратегии Российской Федерации до 2030 года добыча нефти и газа на шельфе Арктики, Дальнего Востока и Южных морей является наиболее перспективным направлением. Развитие континентального шельфа вызвано суровыми климатическими и сложными ледовыми условиями, плохой геологической разведкой недр и ограниченной, а иногда и неспособностью использовать традиционные методы для обеспечения безопасной эксплуатации буровых установок. [5, c. 321]
Разнообразие и особые условия нефтяных и газовых месторождений предъявляют не только особые требования к электрическим приборам и системам электроснабжения, но и к вопросам электрической безопасности и энергосбережения, что приводит к особому подходу к проектированию и эксплуатации электроприводных машин как отдельных механических и электрических компонентов.
Разработка нефтяных скважин сегодня немыслима без электрооборудования. Но повышенная опасность подобных объектов накладывает на них (и задействованный персонал) чрезвычайно высокие требования. Они изложены в Правилах устройства электроустановок (далее – ПУЭ [2]), Правилах по охране труда при эксплуатации электроустановок (далее – ПОТ [1]) и Федеральных нормах и правилах в области промышленной безопасности «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности» (далее  ФНиП «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности»).
1. Эксплуатация скважин на морских территориях

Эксплуатация скважин в прибрежных, болотных и затопленных районах часто затруднена из-за наличия водной поверхности. Однако наиболее серьезные проблемы связаны с эксплуатацией морских скважин. Технические решения и конструкции, которые были разработаны для морских условий, конечно, в определенной степени также подходят для других условий, если поверхность земли скрыта под водой.
Интенсивный рост потребления топливного сырья, истощение запасов нефти и газа во многих странах мира и сокращение увеличения запасов нефти и газа на суше вызвали у людей интерес к проблеме освоения континентального шельфа морей и океанов.
Шельф представляет собой плоскую часть подводного края континентов, который граничит с берегами страны и характеризуется общим геологическим строением. Глубина края шельфа обычно составляет 100-200 м, но в некоторых случаях достигает 1500-2000 м.
Разработка нефтегазовых ресурсов показывает, что добыча нефти и газа в морях и океанах считается прибыльной, несмотря на крупные капитальные вложения.
Морские нефтегазовые промыслы (МНП)  технологические комплексы для добычи и сбора нефти, газа и конденсата с морских месторождений углеводородов и для подготовки продуктов для дальнейшей транспортировки.
В основном разрабатываются нефтяные месторождения, добыча осуществляется в основном в виде скважин (включая поддержание пластового давления) с последующим переходом на газлифт и другими механизированными способами добычи нефти. Получаемый в этом случае нефтяной газ используется для внутреннего потребления энергии, в цикле газлифта и для других целей. Газовые месторождения разрабатываются для связи с прибрежными потребителями по подводной газовой линии. Разница между МНП и береговым промыслом заключается в необходимости размещения основного (включая устья скважины) и вспомогательного оборудования на морских нефтегазовых гидротехнических сооружениях (искусственные острова, плотины, путепроводы, стационарные платформы) или на специализированных плавучих объектах (в последнем случае устья скважин располагаются ниже уровня воды, главным образом на дне моря, так называемые, скважины подводного закачивания). Технологические схемы МНП зависят от глубины моря, возможности (и толщины) ледяных образований, высоты волн, скорости ветра и других климатических условий (работа в основном проводится в свободных ото льда акваториях до глубины 300 м), а так же от физико-химические свойства добываемых участков, их запасов, дебита скважин и т.д. На глубинах до 25-30 м МНП в основном расположены на искусственных островах и плотинах (до 5-10 м), эстакадах и других свайных сооружениях. На глубине приблизительно от 25 до 30 м для обустройства морских месторождений применяют в основном стационарные платформы, состоящие из металлической или железобетонной опорной части и палубы, на которых размещают устья скважин и промысловое оборудование.
До глубины 60-80 м в основном используются однофункциональные платформы: с добывающими скважинами или технологическими устройствами (для сбора и переработки продуктов), энергосистемами, компрессорными станциями, жилыми зданиями и т.д. Стационарные глубоководные платформы (глубина более 80 м)  многофункциональны, и платформа может быть самостоятельным нефтегазовым промыслом. Количество платформ определяется объемом дренажа и обычно составляет 2-4. Верхние строения платформы для удобства монтажа выполняют в виде крупных блок-модулей, например добычные блок-модули (содержат фонтанную арматуру с системой управления, а также комплексы оборудования для сбора продукции скважин и выполнения различных технологических операций), блок-модули подготовки продукции скважин для транспортировки её на берег и подготовки воды для закачки в пласт; кроме того, в состав строений входят энергетический блок-модуль, жилой модуль с расположенной на нём вертолётной площадкой, буровая вышка для капитального и текущего ремонта скважин, причальные сооружения и крановое оборудование, вышки или мачты и др. Реже применяются стационарные платформы гравитационного типа, которые оснащаются оборудованием на берегу в процессе строительства, а затем транспортируются по морю и устанавливаются на заранее подготовленную площадку на морском дне (использование гравитационных платформ ограничивается прочностью грунтов морского дна). В основании такой платформы располагаются ёмкости, которые при транспортировке обеспечивают плавучесть сооружения, а при эксплуатации применяются в качестве нефтехранилищ. [4, c. 271]
Стоимость обустройства глубоководных МНП велика, например стоимость обустройства месторождений Статфьорд в норвежском секторе Северного моря, где на глубине 145 м установлены три железобетонные стационарные платформы гравитационного типа, свыше 6 млрд долл

. Типовая структура затрат (в %) на обустройство глубоководных месторождений (английский сектор Северного моря, глубиной от 70 до 160 м): опорные части стационарных платформ – 20, верхние строения с оборудованием – 38, танкерные причалы – 1, подводные трубопроводы – 9, береговые сборные пункты – 15, бурение эксплуатационных скважин – 17. На МНП, обустроенных стационарными платформами, в качестве вспомогательных применяются скважины подводного заканчивания (СПЗ) для дренирования периферийных участков месторождения, находящихся вне досягаемости наклонных скважин для разработки нефтяных оторочек, ввода в эксплуатацию разведочных скважин, и контурного и внутриконтурного заводнения и др. При глубине моря свыше 60 м весь фонд скважин МНП составляют СПЗ, а нефтегазопромысловое оборудование размещается на плавучих установках (переоборудованных полупогружных буровых платформах, танкерах). Наиболее простая схема (система ускоренного обустройства) состоит из 1-2 СПЗ, которые соединены при помощи водоотделяющей колонны через плавучий точечный танкерный причал или непосредственно с переоборудованным танкером, снабжённым блоком подготовки нефти и факелом для сжигания попутного газа. Система применяется для опытно-промышленной эксплуатации месторождений или для ускоренного ввода в эксплуатацию отдельных участков вновь открытых крупных месторождений, а также для разработки мелких месторождений, освоение которых другими способами нерентабельно.
Существуют различные схемы СПЗ.

Рисунок 1. Схема "сухого" заканчивания морской скважины
Например, при "сухом" заканчивании подводных скважин используют применяемую на суше скважинную головку 4 (рис.1), заключенную в погружную стальную камеру 3, в которой поддерживают атмосферное давление. При эксплуатации скважины камера заполнена азотом; при работах по обслуживанию или ремонту устьевого оборудования в нее через шланг подают воздух от спущенной с надводного судна капсулы 1, в которой находится бригада из трех- четырех человек. Капсулу устанавливают на соединительной юбке 2 камеры и сообщают с последней через открытый люк 5. Такая система применяется также для соединения напорных трубопроводов отдельных скважин с центральным подводным пунктом сбора нефти. При этом все необходимые операции проводят без участия водолазов.
Перспективы освоения глубоководных месторождений углеводородов (до глубины 600-900 м) связаны с использованием платформ на натяжных опорах (ПНО), которые крепятся к забитым в дно моря сваям при помощи пучков труб (цепей или тросов), а также других плавучих носителей нефтепромыслового оборудования (весь фонд скважин представлен СПЗ). В этом случае, в отличие от стационарных гидротехнических сооружений, стоимость обустройства морского месторождения почти не зависит от глубины моря, сейсмостойкость сооружения повышается, а кроме того, предоставляется возможность в короткие сроки ввести МНП в эксплуатацию, так как фонд СПЗ может быть заранее пробурен с буровых платформ; произвести быструю смену промыслового оборудования, например при переходе от фонтанного к газлифтному способу добычи; переместить ПНО с одного месторождения на другое, расположенное на иной глубине моря; осуществлять сезонную разработку месторождений, расположенных в районах с неблагоприятными гидрометеорологическими условиями, например в морях, где в определенные сезоны существует вероятность появления айсбергов, ледовых полей и др.; произвести заблаговременную эвакуацию МНП при возникновении чрезвычайных обстоятельств. Для добычи газа с морских месторождений перспективным является создание плавучих заводов по производству сжиженного природного газа (с последующей транспортировкой его на берег специальными танкерами). [8, c. 170]
Для обеспечения безопасности судоходства, рыболовства и защиты окружающей среды они будут ликвидированы после завершения разработки морского месторождения углеводородов. Это включает ликвидацию скважинного инвентаря, демонтаж всех надводных и подводных сооружений и оборудования, а также очистку морского дна в МНП.

2. Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности

Скважины в море бурятся с морских баз с помощью плавающих или полупогружных буровых установок. Серийные электрические буровые установки используются в морском бурении. Такие системы питаются от кабельных линий 35 и 6 кВ вдоль эстакад, а электрооборудование такое же, как и для наземных буровых систем.
При бурении отдельных морских оснований используются буровые установки с автономным приводом (в основном дизельным). Вспомогательные электродвигатели питаются от дизельных генераторов 0,4 кВ, расположенных на основании.
Полупогружные плавучие буровые установки (платформы, баржи, суда) обычно оснащены дизель-электрическим приводом с постоянным переменным током. В зависимости от условий, глубины бурения и глубины моря, количество приводов, их мощность, количество и мощность приводных электродвигателей основных и вспомогательных механизмов могут быть различными. Однако техническое решение, согласно которому двигатели постоянного тока используются для привода основных механизмов, а асинхронные двигатели с короткозамкнутыми роторами для привода вспомогательных механизмов, остается неизменным как для отечественных буровых установок, так и для иностранных. [7, c. 129]
В морских буровых установках возможно образование взрывоопасной зоны вокруг наружных установок (вибросит, желобов, приемных емкостей, дегазаторов) в нормальных условиях эксплуатации буровой установки при циркуляции в системе промывочной жидкости, содержащей до 10% добавок нефти. Опасность взрывоопасных смесей паров масла с воздухом существует также в закрытых помещениях буровых и цементных насосов, а также в помещениях для хранения бурового раствора.

3. Электробезопасность на морских нефтегазовых сооружениях

Кроме бесспорно огромных технических возможностей, любые электрические системы (в случае неправильного их устройства или нарушения правил эксплуатации) способны нести и опасность, которая может заключаться:
• в непосредственном поражении человека электрическим током;
• в создании факторов, вредных для здоровья при длительном воздействии (электромагнитных и акустических излучений, вибраций, пульсаций светового потока и т.п.);
• в выходе из строя более или менее дорогостоящего оборудования, в том числе приборов и механизмов, неисправность которых может привести к катастрофическим последствиям;
• в воспламенении пожаро- и взрывоопасных зон.
В этом контексте была разработана система технических и организационных мер, которая разработана путем перекрестной проверки и повторного перестрахования, так что вероятность чрезвычайных ситуаций сводится к минимуму даже в случае отдельной ошибки или разрушения одного элемента конструкции (устройства)