«Нефтянойм Чернобыль»: Боковой выход глубоководной скважины

Аварию, начало которой положили взрыв и пожар на буровой платформе Deepwater Horizon, уже сейчас с уверенностью можно назвать крупнейшей по своим экологическим последствиям катастрофой, связанной с добычей нефти. Недаром её порой называют «нефтяным Чернобылем». 

Идущие непрерывным потоком сообщения, как о самой аварии, так и о способах ликвидации её последствий, при их кажущемся обилии, на самом деле крайне однообразны. Информационные агентства дают одни и те же сведения, полученные от компании British Petroleum, эксплуатировавшей скважину. Независимая информация о том, что происходит на дне моря, попросту отсутствует. Поэтому восстанавливать события приходится исходя из сообщений информагентств и из общих сведений о том, как ликвидируют аналогичные аварии, если они случаются на суше.

Обилие нефти, разливающейся сейчас в Мексиканском заливе, демонстрирует миру не только необычайную рискованность донной разработки, но и ее чрезвычайную соблазнительность 20 апреля 2010 года. Пожар на платформе подводного бурения Deep Water Horizon. Фото: USCG/Otto Candies

Нефтяная платформа глубокого бурения Deepwater Horizon относится к платформам полупогружного типа и принадлежит швейцарской компании Transocean, а её эксплуатацию вела британская компания British Petroleum. Отличительной особенностью платформ этого типа является сравнительная легкость перемещения, постановки и снятия с места бурения. Считается, что такие платформы более устойчивы к воздействию ветра, волн и течений. По всей видимости, работы производились на стадии разведочного бурения, поскольку ни подводного нефтепровода, ни плавучих нефтеналивных терминалов в районе буровой не было, а значит до стадии эксплуатации скважины дело ещё не дошло.

Устье скважины находилось на глубине 1500 м, а сама скважина углубилась в морское дно приблизительно на 6 км. Нет точных сведений о том, на какой глубине скважина пересекла нефтеносный горизонт. Стоит отметить, что работы на таких глубинах до сих пор не проводились, все установки морского бурения работали на шельфе, на глубине порядка сотен метров. Технологически нет большой разницы — сто метров толща воды под платформой или больше километра. До той поры, пока всё идёт штатно и не приходится заниматься восстановительными работами. А вот опыта ликвидации аварий на глубине в полтора километра нет ни у кого в мире.

На снимке со спутника Aqua видна южная часть пятна и корабли, пытающиеся ограничить его дальнейшее растекание. Фото: MODIS Rapid Response Team/NASA

Первая информация об аварии на буровой платформе Deepwater Horizon появилась 21 апреля 2010 года. Сообщалось, что накануне вечером на платформе произошёл взрыв, вызвавший пожар. Спустя 36 часов платформа затонула. В момент аварии на платформе работало 126 человек. При взрыве, по всей видимости, погибли 11 человек, которые официально довольно долго считались пропавшими без вести. Несколько дней их ещё пытались искать, но шансы обнаружить пропавших были невелики, и после обсуждения вопроса с их родственниками поиски были прекращены. По всей видимости, люди просто бесследно сгорели в пламени мощного взрыва. Ещё 17 человек получили ранения. Согласно сообщениям, поступавшим в первые дни после аварии, утечки нефти не происходило.

Если говорить о возможных причинах самой аварии, вызвавшей пожар и затопление платформы, то о них сейчас можно лишь гадать. Вероятно, в процессе бурения долото вошло в пласт с аномально высоким пластовым давлением. Находящийся под давлением пластовый флюид (так нефтяники именуют смесь нефти, газа и воды, находящуюся в продуктивном пласте) вытеснил из скважины буровой раствор с такой силой, что были разрушены все предохранительные устройства (превенторы), установленные на устье скважины. Обычно таких превенторов несколько, и они должны запереть скважину при возникновении нештатных ситуаций. Ни один из них не сработал.

В своих публичных выступлениях профессор Калифорнийского университета в Беркли (University of California, Berkeley) Роберт Би (Robert Bea) объяснял природу последовавшего взрыва тем, что на пути скважины встретилась залежь гидрата метана (соединение метана с водой, устойчивое при низкой температуре и высоком давлении). По мнению учёного, при цементировании скважины (а эту технологическую операцию как раз в тот день выполняли) в газогидрате прошла химическая реакция с выделением теплоты, и метан из жидкого состояния перешёл в газообразное.

По мере подъёма и снижения давления объём пузыря метана рос. Когда метан достиг платформы, то для его взрыва было достаточно малейшей искры, а трущихся металлических деталей, которые могли вызвать такую искру, на любой буровой предостаточно. Скорее всего газ взорвался в установке, вращающей буровую колонну. А следом воспламенилась поступающая под давлением по райзеру (водоотделяющей колонне) смесь нефти и газа. Пламя мгновенно охватило буровую установку. Те, кому удалось спастись, покинули платформу на спасательных шлюпках.

В принципе, подобные аварии, с неконтролируемым выходом пластовой жидкости из скважины, хорошо знакомы нефтяникам. Иногда такие аварийные скважины не удавалось заглушить более года. И специалисты знают, что делать в подобных случаях, когда дело происходит на суше. Первым делом при помощи гидромониторов, специальных манипуляторов и даже артиллерийских орудий расчищают от обломков оборудования устье скважины (в последнем случае их просто расстреливают).

Потом аварийную фонтанирующую скважину перекрывают клапаном, заводя его при помощи кранов. Это удаётся сделать не всегда. Поэтому одновременно готовят к применению и другой метод, более долгий и дорогой: бурение наклонной скважины, по которой в пласт под давлением будет подаваться тяжёлая жидкость (обычно это буровой раствор с различными утяжелителями), которая должна заглушить поступление в аварийную скважину «нефтяного флюида».

Есть и экзотические методы, вроде глубинного ядерного взрыва, в результате которого сдвигаются пласты пород и перекрывают аварийную скважину. Такие эксперименты проводили в СССР в 60–70-е годы, и даже получали положительные результаты. Но последствия ядерных взрывов, даже подземных, всегда труднопредсказуемы. В иных случаях негативные последствия — как экологические, так и экономические — проявлялись спустя годы.

К тому же под дном океана подобных взрывов никогда не проводили. Поэтому ядерный взрыв как метод глушения утечки нефти в Мексиканском заливе, к счастью, всерьёз не рассматривался.

Огнеупорный шланг на поверхности Мексиканского залива представляет собой довольно эффективное средство, чтобы ограничить расползание нефтяного пятна по поверхности воды. Шланг наполнен водой, что обеспечивает постоянство его температуры, даже если нефть вокруг него горит. К месту аварии их доставили с колоссальным опозданием и после скандала в правительстве. Фото: U.S. Navy/Mass Communication Specialist 2nd Class Justin Stumberg

Что же случилось на Deepwater Horizon?

Платформа сгорела и утонула. Опустилась на дно моря. Тогда же, а возможно и ранее, на дно моря упал 1,5-километровый райзер, внутри которого находилась буровая колонна. Во что всё это превратилось — можно только догадываться. Не исключено, что устье скважины (место, где скважина уходит в морское дно), у которого были установлены превенторы, просто завалено грудами покорёженного металла и расчистить его довольно сложно.

Два дня, 24 и 25 апреля, работы по ликвидации последствий аварии не проводились в связи с плохой погодой и возобновились лишь утром 26 апреля. Именно в этот день (по иронии судьбы — в годовщину Чернобыльской аварии) появились сообщения об утечках нефти: информационные агентства сообщили о грозящей Мексиканскому заливу и побережью экологической катастрофе. К концу апреля пятно достигало размеров 78 км на 63 км, после чего его рост сильно замедлился. Но к настоящему времени его площадь выросла в пять раз и составляет 24 тыс. км2. Первые масштабы катастрофы сильно недооценивались: специалисты утверждали, что ежедневно из скважины в воды залива поступает около 160 тыс. л нефти. Эта оценка уже через два дня выросла в пять раз, а к настоящему времени — почти в сто.

Сначала специалисты BP и Transocean попытались поставить на устье скважины заглушку при помощи телеуправляемого подводного аппарата (ROV). Тогда же заговорили и о том, что, возможно, понадобится бурение новой скважины, перехватывающей. Существующие технологии бурения позволяют довольно точно вывести наклонную скважину так, чтобы она попала в ствол аварийной скважины. Работы по бурению перехватывающей скважины начали 2 мая при помощи буровой установки Development Driller III. Поскольку бурение новой скважины может потребовать трёх месяцев, и всё это время нефть будет поступать в воду, то скважину продолжали пытаться заглушить иными методами.

Попутно выяснилось, что нефть вытекает из обломка лежащего на дне моря райзера, причём сразу из трех мест. 5 мая специалисты компании при помощи подводных аппаратов (роботов) смогли перекрыть клапаном одну из трех нефтяных течей. Сообщалось, что две оставшиеся утечки имели слишком большие размеры, и их перекрыть таким же способом не удалось.

Противовы бросовый превентор на устье скважины в Мексиканском заливе. Задача этого устройства — перекрыть путь нефти в случае любой нештатной ситуации, например резкого повышения давления в системе. Ни одни из превенторов на Deep Water Horizon не сработал. Не удалось перекрыть его и после аварии при помощи «робота» (точнее телеуправляемого подводного аппарата). Фото: USCG Eighth District External Affairs

Тогда было решено перекрыть место утечки тяжёлым железобетонным колоколом, спешно изготавливаемым луизианской компанией Wild Well Control. Колокол высотой 12 м и весом 98 т имел в своей верхней части отверстие для откачки нефти через трубу. Специалисты утверждают, что в большинстве случаев подобные сооружения не способны эффективно перекрыть сильный фонтан даже на суше.

А точно установить его на морском дне, почти вслепую, очень сложно. Кроме того, давление на такой глубине составляет 150 атм, а значит нефть вырывается из скважины под еще большим давлением, иначе она была бы заглушена столбом воды. Даже специалисты ВР были осторожны в своих оценках успешности этой операции и не выражали уверенности в том, что им удастся перекрыть скважину. Но что-то делать всё равно было нужно, и даже назывались цифры, что в случае успеха колокол должен собирать 85% нефти, вытекающей из скважины.

Подводный колокол начали погружать на дно Мексиканского залива утром 7 мая. Но уже на следующий день внутри купола обнаружились всё те же газогидраты, находившиеся в кристаллическом виде и занявшие часть объёма. Также возникло опасение, что газогидраты могут воспламениться, и конструкцию поспешили убрать. Взамен на дно стали опускать колпак гораздо меньшего размера: 1,2 м в диаметре и высотой 1,5 м. Новый полуторакилометровый трубопровод, опущенный на дно моря, соединили стыковочной секцией с аварийной трубой. Внутри трубопровода провели отдельный канал, по которому под воду подавался подогретый метанол, который должен был значительно уменьшить риск возникновения гидратов.

Наконец 16 мая откачка нефти началась, и она стала поступать на танкер, находящийся рядом с буровой платформой. В первые дни на танкер собирали до 800 тыс. л, однако компания признала, что это составляет не более 20% вытекающей нефти. А уже через несколько суток количество собираемой нефти резко сократилось. По сообщениям от 23 мая, за сутки труба собрала немногим более 220 тыс л нефти.

К концу мая компания приступила к новой попытке глушения скважины — методом, который специалисты называют Top Kill. Он хорошо известен для глушения наземных скважин. Метод заключается в закачке через верхнюю часть скважины тяжелых технологических жидкостей с последующей цементацией. Но и этот метод оказался неэффективным, желаемых результатов достичь не удалось, и компания прервала эту работу. Скорее всего, причиной неэффективности оказалась большая глубина и слишком высокое давление, под которым нефть вытекает из аварийной скважины.

В начале июня началась новая операция по ликвидации утечки. Сначала подводные роботы срезали деформированную часть трубы выше превентора. При проведении этой операции пила одного из роботов застряла внутри трубы. В конце концов трубу удалось срезать, но место среза оказалось не таким ровным, как надо. На трубу поставили защитный сифон, через который по трубе нефть стала поступать на танкер, но он не был герметичен.

Помимо этого, в сифоне и так имеется четыре отверстия, через которые нефть поступает в воду, чтобы избыточное давление его не срывало. Компания планирует, что отверстия будут закрывать по мере стабилизации давления в скважине. По мнению представителя властей США адмирала Тэда Аллена (Thad Allen), нефть из скважины будет изливаться до августа, пока не заработают перехватывающие скважины, которые к тому времени достигнут ее ствола.

13 июня. Место аварии в Мексиканском заливе. В настоящее время там работают 24 судна, собирающих нефть, 20 вспомогательных судов, 3 буровых установки. Кроме того, место аварии окружено 1000-километровым огнеупорным шлангом, наполненным водой, и по нему проложены эластичные барьеры-поглотители примерно такой же суммарной длины. Фото: USCG/Lt. Cmdr. Paul Rooney

15 июня неожиданно возник пожар на судне-нефтесборщике, из-за чего работы по откачке нефти приостановили на пять часов. По словам представителя BP, это случилось в результате удара молнии в буровую вышку судна. Пожар быстро потушили, никто не пострадал. На следующий день появилась информация о том, что собираемую на платформе-нефтесборщике нефть начали сжигать в специальной установке, созданной компанией Шлюмберже.

На этом неожиданности не кончились: спустя неделю подводный робот столкнулся с куполом, через который производился отбор вытекающей нефти, и повредил систему подачи в купол тёплой воды. Воду туда подавали для предотвращения образования под куполом кристаллов газогидратов, которые могли закупорить купол. Откачку нефти пришлось временно прекратить. После переустановки купола 23 июня откачку нефти возобновили.

20 июня сенатор от Демократической партии США Эд Марки (Ed Markey) обнародовал данные из внутреннего документа компании BP Plc: из подводной скважины ежедневно вытекает 100 тыс баррелей (15,9 млн л). Это намного превышает предыдущие оценки министерства энергетики США (US Department of Energy, сокращенно DoE) — от 5,5 до 9,5 млн л.

Как бы то ни было, потенциальный дебит этой скважины (если снять все клапаны и прекратить откачку нефти), соответствующий этим оценкам, должен составлять 15–20 тыс. т нефти в сутки (если прав Марки) или хотя бы 10–12 тыс. т (если данные DoE точнее). Но такого дебита никакие сухопутные скважины не дают. Для сравнения укажем, что на сибирских месторождениях скважины с дебитом больше 1 т в сутки считаются минимально рентабельными, но даже при отдаче в десять раз меньше их никто не перестает эксплуатировать.

А это значит, морское глубоководное бурение, скорее всего, будет оставаться для нефтяников лакомым куском и нынешняя авария лишь на какое-то время придержит аппетиты нефтедобытчиков. Поэтому крайне важно, какие выводы сделают из этой истории не только бизнес, но и политики, чиновники, отвечающие за выдачу лицензий, страховые компании.

19 июня. Побережье Флориды. Береговая охрана США постоянно следит за состоянием береговой линии в местах, которым угрожает пятно на поверхности залива. Фото: USCG/Petty Officer 3rd Class Colin White

Становится очевидной недооценка рисков при глубинном морском бурении, пренебрежение к состоянию оборудования, к нарушениям при проведении технологических операций. Уйдя на глубину, компания сохранила «мелководный» подход. И оказалось, что такие ошибки не прощаются. За это дорого заплачено не только компанией BP, но и всем обществом. Не подошли ли мы в своём развитии к некому технологическому барьеру, который, быть может, не стоит торопиться переступать, какие бы прибыли это ни сулило?

В анонсе статье использовано фото U.S. Navy/Mass Communication Specialist 2nd Class Justin Stumberg

Вадим Кантор, Телеграф «Вокруг Света»: Боковой выход глубоководной скважины