Нефть - черное золото планеты. Это выражение понятно всем, ведь что такое нефть, и с какой целью она используется, знают даже дети уже со школьных времен. Нефть играет важную роль в экономике страны. Она чрезвычайно выгодна не только как топливо, но и как химическое сырьё. Нефть - это драгоценный продукт недр земли, это полезное ископаемое, неповторимое в своем роде. Из нефти получают топливо и многие другие продукты, необходимые современным людям. Причем после переработки нефти практически не остается отходов, так как все ее составляющие используются в различных целях.
Но знаете ли вы, как на самом деле добывают “черное золото”? Скорее всего, у большинства в голове такая картинка: в землю засунули огромную трубу, и тут же нефть поперла фонтаном. Так ли это? Reconomica предлагает вам разобраться в этом вопросе, а также рассмотреть еще несколько интересных фактов об этом черном драгоценном сырье.
Нефтяная отрасль фактически формирует экономику нашей страны, но мало кто знает не только, что нефть может выглядеть по-разному, но и что добывают ее не из «большой бочки», находящейся под землей.
О природном резервуаре с углеводородами
У подавляющего большинства в голове формируется картина: как в большое подземное озеро нефти опущена труба, и насосы качают ту самую дорогую жидкость. Наверно, самое наглядное представление реального резервуара с углеводородом, которое приводят в качестве примера, это губка для мытья посуды. Внутри такой губки может находиться вода, и, пока мы не сожмем ее, вода не покинет занятое пространство. Как раз это пространство внутри губки и называют порами. Очевидно, что внутри губки вода может перемещаться с одной стороны в другую, если мы аккуратно будем наклонять ее.
Пустоты внутри губки, которые могут заполняться водой, называются порами, а поры, которые связаны между собой и позволяют жидкости перемещаться между ними, называются эффективными.
Как создается фонтан из нефти
С кухонной губкой все понятно, там все поры эффективны, и мы можем осушить ее на все 100%, что нельзя сказать про горные породы, находящиеся под землей. Существуют разные породы: одни практически не содержат пустот, другие имеют высокую пористость. Говоря о реальных месторождениях, следует сказать, что, как правило, пустоты занимают 18-22% от куска породы, и внешне это может быть вполне обычный камень, который в нашем обыденном сознании никак не может быть чем-либо наполнен. Безусловно, в отличие от губки мы не сможем его сжать и выдавить ту самую нефть, для этого нам понадобится большая сила.
Нефть фонтанирует из-за разности давлений.
В качестве этой силы выступают законы физики. Многие видели, как, например, в медицинском шприце под давлением вытесняется жидкость, этот эффект имеет место быть и при нефтедобыче. В случае шприца движение жидкости происходит за счет создаваемого с другого его конца давления, а так как это давление больше, чем на стороне с иглой, то происходит перемещение из области повышенного давления в область пониженного.
Так происходит и при добыче нефти. На больших глубинах изначально большое давление, и за счет этого давления жидкость задерживается в горной породе.
Когда мы бурим скважину, то наверху мы имеет давление, близкое к атмосферному, и если на глубине давление оказывается существенно выше, и этого перепада достаточно, чтобы переместить жидкость на такую высоту, то мы получаем фонтан. Многие видели эти фотографии первых скважин, когда нефть столбом вылетает наружу.
Как неоднородность пород влияет на добычу нефти
Вначале мы говорили об эффективных порах, по которым нефть может перемещаться к стволу скважины, но в породе есть и такие поры, которые мы не сможем опустошить, так как они обособлены от других. Это и есть первая причина, почему в новостях говорят о низком проценте извлечения нефти.
Еще есть ряд других факторов, которые сложно будет представить простыми примерами, но приведу более интересный фактор, которому нефтяники уделяют особое внимание, и называется он неоднородность. Тут придется привести новый пример и дать новое представление о том, в какой форме нефть под землей находится.
Образцы пород, извлеченные при бурении.
Ранее мы говорили о камне с порами, но далеко не все камни имеют те самые 20% пустотного пространства. Если в породе будет лишь 5-8% пустот, то мы не сможем что-либо извлечь из таких элементов, да и в такие породы не попадет заветный углеводород. На самом деле под землей породы чередуются как слоеный пирог, и это чередование может быть через каждые 5-10 сантиметров, а расстояние до них с поверхности земли будет составлять более 2 километров!
Таким образом, появляется понятие пропласток , а сумма высоты пропластков , которые наполнены нефтью, будет называться эффективной толщиной. Эти самые пропластки находятся между слоями породы, по которым жидкость при реальных условиях двигаться не сможет.
Помимо этого пропластки не всегда имеют большую протяженность, то есть если мы будем двигать жидкость по такому слою нашего пирога, то в какой-то момент наш слой с жидкостью начнет сужаться и, в конце концов, полностью заместится непроводимыми породами с крайне низкой долей пустот.
В итоге, надо понимать, чтобы достать нефть из всех слоев пирога, нам придется пробурить достаточно много скважин, ведь в нашем пироге один слой то появляется, то опять исчезает. Это и называется неоднородностью, и чем она выше, тем больше скважин нам придется пробурить. Есть и другие виды неоднородностей, но это уже более сложный материал, и сейчас приводить его нет смысла.
Экономический фактор - важный критерий по проценту добычи нефти
Возникает другой вопрос, а почему бы не пробурить скважин настолько много, чтобы добыть максимальный объем нефти? Тут появляется другой фактор - экономический. Это тоже очень важный для нефтяников момент, и еще в 80-е годы ставились вопросы о рациональной добыче углеводорода.
Образцы нефти.
Действительно, стоимость одной скважины составляет 2-3 млн.$, при этом, чем больше скважин мы набурим, тем ближе друг к другу они окажутся, и, очевидно, тем меньший объем нефти мы добудем каждой отдельной скважиной, несмотря на большую суммарную добычу. Вопрос рациональной добычи как раз и заключался в том, как близко пробурить скважины, чтобы стоимость отдельной скважины удалось покрыть продажей черного золота, которое мы сможем ей добыть.
В итоге, этот самый экономический критерий отчасти и определяет, какой процент углеводородов нам добыть, чтобы это было выгодно.
Почему приходится снижать налоги на добычу нефти
Думаю, многие слышали в новостях о трудноизвлекаемых запасах и налоговых льготах, которые наше правительство предоставляет на их добычу, а ведь налоги тоже закладываются при подсчете того самого объема, который будет рационально добыт. Надеюсь, становится более-менее понятно, почему приходится снижать налоги на добычу запасов, у которых по экономическому критерию получается низкий процент нефтеизвлечения , а ведь это определяет среднее значение нефтеизвлечения по нашей стране, а соответственно, и наш престиж. Но трудноизвлекаемыми запасы становятся далеко не только из-за неоднородности, это и малое число эффективных пор, и состав самой нефти, и много-много других факторов.
Так, говоря о составе нефти, отмечу, что она не может течь как вода, ведь, как большинство знает, она более вязкая, например, как сгущенка. Пример со сгущенкой забавный, но становится очевидно, что вода будет течь гораздо быстрее. Таким образом, если нефть оказывается очень вязкой, а такое бывает, то ее не только сложно добывать, но и затем транспортировать.
Как транспортируют нефть
Тут появляется еще один интересный вопрос, а как же нефть транспортировать от скважин? Самый очевидный ответ - это перевозка транспортом, будь то грузовые машины, поезда или пароходы. Как раз про загрязнение воды, когда происходит утечка с нефтяных танкеров, мы уже слышали, но это не самое интересное.
Разлив нефти в открытом море.
В новостях все чаще говорят о трубах, по которым идет перекачка в другие страны. По таким трубам транспортируют не только газ, но и нефть. Большинство представляет себе длинную трубу, по которой просто течет нефть, но ведь она не будет течь сама по себе, тем более, если она еще и вязкая, как сгущенка. Для этого через определенное расстояние на протяжении всей трубы находятся будки с оборудованием, которое создает давление для перемещения жидкости дальше. Помимо этого, при транспортировке очень вязкой нефти эти трубы еще и нагревают, так как при повышении температуры вязкость понижается, как и когда мы сгущенку кладем в горячий чай.
Так что транспортировка это еще один пункт затрат на добычу нефти, и он тоже определяет, сколько нефти мы будем добывать.
Стране необходимы новые технологии
Надеюсь, этот материал позволил немного расширить представление о том, как на самом деле обстоят дела в нефтяной промышленности, и почему мы вынуждены зачастую оставлять под землей более 50% дорогостоящей нефти.
Главное - не забывать, что в случае трудноизвлекаемых запасов приходится использовать новые дорогостоящие технологии, но даже их дороговизна все же не позволит извлечь существенно больше нефти. Раньше данную категорию запасов вовсе не рассматривали, ведь добыча на таких месторождениях стремилась бы к нулю. Экономика далеко не главный критерий, и современные технологии позволяют нам смотреть вперед, а пока альтернативные источники энергии не готовы вытеснить нефть с рынка, придется разрабатывать и внедрять новые технологические решения.
Самая великая страна мира обладает одним из наиболее крупных в мире потенциалов важнейших топливно-энергетических ресурсов, в том числе и нефти. В стране, которая занимает 13% территории всей планеты, сосредоточено более 6% всех разведанных запасов черного золота мира. В это же время ежегодное производство сырой нефти в Российской Федерации составляет более 12% от всего мирового ее производства. По разведанным запасам нефти Россию опережают лишь такие страны, как Саудовская Аравия, Иран, Ирак, Кувейт, ОАЭ и Венесуэла.
Нефть, а также ее переработка – это базовый сектор всей российской экономики. Нефть и продукты переработки черного золота выступают важнейшим экспортным ресурсом России. Каждый год страна экспортирует около 200 млн. т сырой нефти и этот показатель постоянно увеличивается.
КАКИЕ КОМПАНИИ ДОБЫВАЮТ
Более 240 предприятий занимаются добычей нефти в нашей стране, а более 95% всего объема добычи обеспечивают 11 нефтедобывающих холдингов.
Так, ведущими нефтяными компаниями считаются Роснефть, ТНК-ВР и Лукойл. Компании-лидеры по объему добычи черного золота – это «Татнефть» имени В.Д. Шашина, Оренбургнефть» и «Самотлорнефтегаз».
ОСНОВНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Около 80% нефти и газа сейчас добывается на тех месторождениях, которые известны еще со времен СССР, но активный поиск новых месторождений, как и улучшение технологии добычи, продолжается постоянно.
Основным центром нефтяной промышленности России в наше время является Западная Сибирь. Здесь добывается более 65% всей российской нефти. А основным нефтедобывающим регионом Западной Сибири выступает Ханты-Мансийский автономный округ-Югра (80% черного золота всего макрорегиона). Вторым по объему добычи нефти в Западной Сибири выступает Ямало-Ненецкий автономный округ. Крупномасштабная добыча нефти ведется и в Томской области.
В европейской части Российской Федерации добывают немного более 30% нефти. Основной объем добывается в Поволжье – Республиках Татарстан и Башкортостан, в Самарской области. Другим крупным нефтедобывающим районом европейской части страны является Урал (в основном это Оренбургская область и Пермский край).
Добыча нефти производится и в макрорегионе Восточная Сибирь: Красноярский край, Республика Саха (Якутия), Иркутская область. Кстати, согласно выводам ученых-геологов, именно данный макрорегион является наиболее перспективным в плане поиска новых месторождений нефти. За всю историю развития нефтяного комплекса Восточной Сибири подтверждаемость открытия точных месторождений при разбуривании структур составляет 26%.
Также, еще с прошлого века нефть добывается и на Северном Кавказе (Грозненская и Майкопская нефтегазоносные области - Республики Чечня и Адыгея).
РЫНОК СБЫТА
Основным рынком, который зависит от российской нефти, остается Европа. Так, сегодня в европейские страны направляется более 90% всего экспорта российской нефти. В данную оценку включены и рынки стран Западной Европы, и стран Средиземноморского побережья, и стран СНГ.
В свою очередь, поставки черного золота на рынок Азиатско-Тихоокеанского региона постепенно увеличиваются. Преобладают здесь поставки нефти в Китай, которые и обеспечивают основной прирост. Поставки нефти в США заметной роли не играют.
Главным рынком сбыта российской нефти и в будущем останется Европа. Да, Россия планирует обеспечивать рост поставок сырья в европейские страны, но за счет увеличения добычи нефти планируется также укрепление позиций нашего государства на рынках Азиатско-Тихоокеанского региона и США.
СКОЛЬКО В РОССИИ НЕФТИ
Существуют разные оценки. Есть нефтяные ресурсы - это вся нефть, хранящаяся в российских недрах. Большая часть ресурсов (90%) относится к категории неизвлекаемых. Вся остальная часть - это нефтяные запасы. Часть этих запасов разведана, часть - нет. Если говорить о разведанных запасах, их объем, по оценке Министерства природных ресурсов, на 2014 год составил 18 миллиардов тонн - речь идет о месторождениях, которые изучены с помощью бурения. Еще есть категория участков, на которых наличие нефти подтверждается не бурением, а научными расчетами. Расчеты дают менее точную оценку возможных объемов нефти. По данным Минприроды, на таких участках можно добыть почти 11 миллиардов тонн. По оценкам компании British Petroleum (их ежегодный обзор считается наиболее авторитетным источником сведений о мировых запасах нефти), доказанные запасы нефти в России составляют 12,7 миллиарда тонн.
НА СКОЛЬКО ХВАТИТ ЗАПАСОВ?
Это зависит от технологий добычи. Дело в том, что из некоторых месторождений нефть добывать легче, а из некоторых - сложнее. Доля трудноизвлекаемой нефти велика - по некоторым оценкам, она составляет 60% от всех запасов. Обычной нефти хватит еще, по меньшей мере, на 10 лет, если сохранять нынешний уровень добычи - около 500 миллионов тонн в год. Это оценка главы Минприроды Сергея Донского. Если за это время нефтяные компании освоят и «трудные» месторождения, их хватит на 30 лет ежегодной полумиллиардной добычи.
ПРОЙДЕТ 30 ЛЕТ, И НЕФТЬ ЗАКОНЧИТСЯ?
Нет. Нефтяные запасы постоянно пополняются. В последнее время в России каждый год прирост превышает добычу. Например, в 2013 году добыли 523 миллиона тонн, а разведали 688 миллионов. В мае 2014 года в Минприроды обещали, что к 2020 году запасов станет больше на 6 миллиардов тонн. Правда, часть этого пополнения (около 20%) происходит только на бумаге - за счет пересчета коэффициента извлечения нефти для каждого месторождения. Еще 15–20% прироста происходит благодаря открытию новых месторождений. В основном же запасы пополняются за счет доработки старых месторождений - современные технологии позволяют обнаружить нефть, которую раньше найти не удавалось. По оценке главы Роснедр Валерия Пака, такая доработка старых месторождений при современных технологиях может продлиться еще 5–10 лет.
СКОЛЬКО ЕЩЕ В РОССИИ НЕИЗВЕСТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ?
Неизвестно. В Роснедрах говорят, что нефтяные компании не слишком активно вкладываются в разведку. По словам бывшего главы ведомства Александра Попова, за последние 20 лет в России не подготовили ни одного нового района нефтедобычи. С 2010 по 2012 год бурить стали на 25% меньше. При этом российские власти постоянно борются за расширение континентального шельфа, на котором также можно добывать нефть. В 2014 году ООН одобрила заявку на анклав в Охотском море - теперь шельф на этом участке считается российским. Весной 2015 года Россия подала заявку на расширение своего шельфа в Арктике. По предварительным оценкам, этот шельф может содержать около 5 миллиардов тонн условного топлива. Какую долю в этом объеме составляет нефть - неизвестно.
А В РОССИИ ДОБЫВАЮТ ТРУДНОИЗВЛЕКАЕМУЮ НЕФТЬ?
Добывают, но мало. Этот процесс начался совсем недавно. К 2020 году Минэнерго рассчитывает, что доля трудноизвлекаемой нефти составит 11% от всей добычи. Для сравнения: в США в 2012 году эта доля составила треть от добытой нефти. В Минприроды и других ведомствах говорят, что раньше у нефтяников просто не было стимулов заниматься дорогостоящей разработкой труднодоступных месторождений - хватало и обычных источников. Для компаний, которые занимаются освоением «трудных» запасов предусмотрены налоговые послабления, но в Роснедрах считают, что существующая система налогообложения недостаточно стимулирует бизнес.
ОСТАЛОСЬ ТОЛЬКО ОСВОИТЬ ТЕХНОЛОГИЮ ИЗВЛЕЧЕНИЯ «ТРУДНОЙ» НЕФТИ?
Нет. Это не единственная сложность. В начале 2015 года в Роснедрах назвали целый ряд проблем, которые мешают пополнять нефтяные запасы. При низких мировых ценах на сырье, при снижающемся спросе, нефтяным компаниям сложно находить ресурсы для добычи трудноизвлекаемой нефти. Есть и политические факторы - из-за санкций сейчас некоторые российские нефтяные компании не могут брать кредиты за рубежом и вкладывать эти средства в развитие. Кроме того часть компаний отрезаны от поставок иностранного оборудования для добычи трудноизвлекаемой нефти. Также в ведомстве говорят о внутрироссийских проблемах - в частности, недостаточной либеральности законодательства. В Роснедрах считают, что компаниям нужно разрешить вести поиски там, где они считают нужным, и позволить с минимальным вмешательством государства решать, что делать с открытыми месторождениями - продать или разрабатывать.
Нефть и газ - основа топливно-энергетического хозяйства всех развитых стран, богатейшее химическое сырье. Добыча нефти и газа - это сложный и многогранный процесс, насыщенный техническими устройствами. Оператор по добыче нефти и газа должен быть механиком широкого профиля и знать электротехнику, автоматику и основы электроники, хорошо разбираться в геологии и бурении.
Нефтепромысловая геология.
Нефтегазоносные пласты залегают на значительных глубинах, и для доступа к ним бурят скважины. Скважина - это цилиндрическая горная выработка весьма большой глубины и малого диаметра. Бурение всех разведочных и части эксплуатационных скважин ведется с отбором керна. Керн - это столбик выбуренной породы. По кернам изучают физические и химические свойства пород, слагающих пласты. Исследуют состав насыщающих эти пласты жидкостей и газов. Вместе с изучением керна, проводятся геофизические исследования скважин. Это позволяет точно определить геологический разрез, подсчитать запасы нефти и газа.
Для крепления скважины и разобщения пластов опускают колонны металлических труб:
- Направление
- Кондуктор
- Эксплуатационную колонну.
Пространство между стенками скважины и трубами цементируют до устья скважины. Для сообщения скважины с продуктивным пластом колонну перфорируют, проделывая десятки отверстий. Нефть и газ скапливаются в проницаемых породах, пористых или трещиноватых, ограниченных сверху и снизу породами непроницаемый.
Нефтяных озер в пластах не существует.
Залежи обладают запасом пластовой энергии, вид который определяет режим залежи. В чистом виде можно выделить следующие режимы:
- Водонапорный - здесь источником пластовой энергии служит напор краевых или подошвенных вод.
- Газонапорный - источником пластовой энергии является давление газовой шапки.
- Растворенного газа - источником пластовой энергии служит энергия газа, растворенного в нефти.
- Упругий - источник пластовой энергии - упругие свойства пласта и насыщающих его жидкостей и газов.
- Гравитационный - активно проявляется в круто падающих в пластах. Приток нефти в скважину идёт за счёт силы тяжести.
В природе эти режимы встречаются в различных сочетаниях.
Способы добычи нефти и газа.
Нефть добывают фонтанным, или одним из механизированных способов. Выбора способа определяется величиной пластовой энергии, а также геолого-технической характеристикой скважины.
Фонтанный способ
При фонтанном способе добычи, нефть самотеком устремляется по насосно-компрессорным трубам на поверхность. Скважину герметизируют фонтанной арматурой. Она служит для отвода нефти и газа в сборной нефтепровод и для регулирование дебита скважины, позволяет вести промысловые исследования. При истощении или недостатке пластовой энергии, нефть добывают механизированным способом.
Газлифтный способ
При газлифтной или компрессорной добыче, подъем нефти осуществляется сжатым газом, который нагнетают в скважину с поверхности. Газлифтный подъемник - это колонна насосно-компрессорных труб с пусковыми и рабочими клапанами. Газ через клапаны поступает в трубы и увлекает нефть наверх. Дебит скважины регулируется изменением объема закачки газа. Устьевая арматура газлифтных скважин - та же, что и у фонтанной. Но дополнительно подводится газовая линия для закачки газа в скважину. Газлифтный способ имеет сравнительно ограниченное применение.
Добыча нефти штанговыми глубинными насосами.
Наиболее распространена добыча нефти штанговыми насосами. Они могут работать на глубинах до двух с половиной тысяч метров. Возвратно-поступательные движения плунжеру насоса передается от станка качалки через колонну насосных штанг.
Ознакомимся с принципом работы этого насоса. При ходе плунжера вверх, открывается всасывающий клапан, и нефть из скважины заполняет цилиндр насоса. При опускании плунжера, закрывается всасывающий клапан и открывается нагнетательный. Нефть из цилиндра перетекает в колонну компрессорных труб и далее через устьевую арматуру - в нефтепровод.
Диаграмма нагрузок снятая в точке подвеса штанг и называемая динамограммой, позволяет оценивать работу насоса, а также дебит скважины.
Добыча нефти электроцентробежными насосами.
Погружные электроцентробежные насосы выпускаются на производительность от 40 до 700 кубометров в сутки, с напором до 1700 м. Наземное оборудование установки состоит из устьевой арматуры, автотрансформатора и станции управления. Многосекционный центробежный насос имеет от 80 до 400 секций.
Вместе с маслонаполненным двигателем и гидрозащитой, насос опускается в скважину. Монтаж и проверка погружного электронасоса ведется непосредственно перед спуском, прямо на устье скважины. Питание к электродвигателю подается по бронированному герметичному кабелю. В сборе длина подземной части установки достигает 30 метров и более.
Ознакомимся с принципом работы такого насоса. Через приемный фильтр пластовая жидкость поступает на вход первого рабочего колеса. Накапливая энергию, поток проходит все ступени насоса, выбрасывается в полость насосно-компрессорных труб и через устьевую арматуру - в нефтепровод. Частые остановки и пуски погружного насоса - нежелательны.
При обслуживании скважин, оператор обходит их по установленному маршруту и проверяет состояние наземного оборудования. Оператор снимает показания приборов, осматривает устьевое оборудование и отбирает пробы жидкости. По заданию мастер снимает динамограммы. Оператор участвует в работах по депарафинизации скважин, передает диспетчеру информацию с объектов, готовит скважины к ремонту.
Замену подземного оборудования скважин, производит бригада текущего ремонта. Более сложные ремонты, такие как время такие как работа с пластом, извлечение аварийного оборудования, или переход на другие горизонты, выполняют бригады капитального ремонта скважин.
Персонал промыслов должен знать и строго соблюдать правила охраны труда и требования инструкции по эксплуатации оборудования.
Промысловый сбор нефти и газа
Вся продукция скважин поступает на автоматизированные групповые замерные установки. Установка "Спутник" позволяет измерять суточный дебит скважины от 5 до 400 кубометров. К ней может подключаться до 14 скважин. Перед входом в технологический блок установки, его необходимо провентилировать.
Установка работает следующим образом - нефть от скважин поступает на многоходовой переключатель, который по заданной программе подключает одну из скважин на замер. В двухемкостном замерном сепараторе, отделившийся газ уходит в общий коллектор, а жидкость накапливается в нижней емкости. По мере ее накопления, поплавок, через систему рычагов, запирает заслонкой газовую линию и в сепараторе повышается давление. Этим избытком давления, жидкость из сепаратора вытесняется через расходомер в общий коллектор.
Результаты замера фиксируются в блоке управления, и по системе телемеханики предаются на диспетчерский пульт промысла. От установки "Спутник", продукции скважин поступает на дожимные насосные станции. На дожимных станциях, в нефтегазовых сепараторах происходит разделение газа и нефти.
Принцип работы такого аппарата следующий - перед входом в сепаратор, свободный газ из трубопровода отводится в газовую часть сепаратора. Жидкость растекается по полкам, где в тонком слое идет окончательное отделение газа. Через каплеотбойники газ уходит в газосборный коллектор, и далее поступает в приемные сепараторы газокомпрессорных станций, где его осушают от конденсата.
Компрессорными агрегатами станции, газ перекачивается на газоперерабатывающие заводы. Как ценнейшее углеводородное сырье, попутный газ должен полностью собираться для использования в народном хозяйстве. Нефть из нефтегазовых сепараторов накапливается в буферных емкостях и отсюда в автоматическом режиме откачивается на товарные парки. При этом на дожимных станциях ведется учет добычи нефти по бригадам, а на товарном парке учитывается добыча по промыслу в целом.
Промысловая подготовка нефти.
Нефти, кроме газа, сопутствуют вода и растворенные соли. А сама нефть содержит легкие фракции, способные испаряться. Для сокращения потерь нефти при транспортировке и хранении, и для снижения затрат на транспорт, проводят подготовку нефти на промысле, на месте ее добычи. После сепаратора второй ступени на товарных парках, продукция промысла поступает в технологические резервуары для частичного обезвоживания.
Рассмотрим работу такого резервуара. Водонефтяная смесь, через распределитель поступает в нижнюю часть резервуары. Нефть всплывает наверх а вода накапливается внизу, и затем направляется в очистные сооружения. Частично обезвоженная нефть из технологических резервуаров перетекает в буферные, откуда подается на установки комплексной подготовки нефти. На этих установках, нефть нагревают в теплообменниках и вводят в отстойники для обезвоживания. Из отстойников нефть вводят в дегидраторы - шаровые или горизонтальные. Здесь в электрическом поле высокого напряжения, нефть полностью очищается от солей и воды.
Обессоленную нефть стабилизируют, то есть отбирают из неё широкую фракцию легких углеводородов. Для этого нефть дополнительно разогревают в печах до парожидкого состояния и вводят в стабилизационную колонну. В результате сложных физических процессов, в колонне происходит отделение легких углеводородов, которые отбираются из верхней части установки. После охлаждения и конденсации, широкую фракцию разделяют в бензосепараторах на жидкую и газовую фазы. Газ используют на промыслах как топливо, а жидкая фракция направляется на нефтехимические заводы.
Стабильная нефть из нижней части колонны проходит через теплообменники где охлаждается, отдавая избыточное тепло сырой нефти, поступающей на подготовку. Наконец через узлы коммерческого учета товарных парков, стабильная нефть сдается нефтепроводным управлениям.
Вода, отделившаяся при подготовке нефти, идет на очистные сооружения. Обычно это резервуары с водоотталкивающим фильтром. Неочищенная вода вводится в верхнюю часть резервуара, прямо в фильтр, которым служит нефтяной слой. Капельки нефти и механические примеси удерживаются в слое. По мере накопления, нефть возвращается на подготовку.
Очищенная вода через узлы учета откачивается на кустовые насосные станции. Здесь, насосами высокого давления воду закачивают через нагнетательные скважины в продуктивный пласт, для восполнения пластовой энергии.
Объекты нефтегазодобычи многочисленны, технически сложны и разобщены территориально. Они работают в непрерывных режимах. Управление процессом нефтегазодобычи требует постоянного контроля, и быстрого принятия разнообразных решений. Только автоматизированные системы управления делают возможной слаженную работу всех технологических звеньев промысла.
Нефть, газ и промысловые сточные воды способны активно загрязнять окружающую среду. Меры по охране природы предусматриваются при проектировании и осуществляются при обустройстве и разработке нефтяных и газовых месторождений. Строгое соблюдение этих мер обеспечивает надежную защиту природной среды от вредных воздействий.
Нефть представляет собой горючую маслянистую жидкость, имеющую цвет от светло-коричневого (почти прозрачного) до темно-бурого (почти черного). По плотности делится на легкую, среднюю и тяжелую.
В настоящее время представить современный мир без нефти невозможно. Она является главным источником топлива для различного транспорта, сырьем для производства различных товаров народного потребления, лекарств и прочего. А как добывают нефть?
Разработки
Нефть вместе с природным газом накапливается в пористых породах, которые называются коллекторами. Они могут быть различными. Хорошим считается коллектор, представляющий пласт песчаника, который располагается между слоями глины и глинистых сланцев. Это исключает утечку нефти и газа из подземных резервуаров.
Как только полезные ископаемые обнаружены, проводится оценка их запасов в пласте, качества и разрабатывается способ безопасного извлечения и транспортировки до перерабатывающей установки. Если по расчетам и газа в данном месторождении является экономически выгодной, то начинается установка эксплуатационного оборудования.
Особенности добычи нефти
В природных резервуарах, где добывают нефть, она находится в сыром состоянии. Как правило, горючая жидкость смешана с газом и водой. Часто они находятся под высоким давлением, под воздействием которого нефть вытесняется к необорудованным скважинам. Это может привести к возникновению проблем. Иногда давление бывает настолько мало, что требуется установка специального насоса.
Процесс добычи нефти можно разделить на три этапа:
- Движение жидкости по пласту по направлению к скважине. Осуществляется за счет природной или искусственно создаваемой разности давления.
- Движение жидкости по скважине - от забоя до устья.
- Сбор нефти с газом и водой на поверхности, их разделение, очистка. А далее жидкость транспортируется до перерабатывающих установок.
Существуют различные методы добычи нефти, которые зависят от типа месторождения полезного ископаемого (суша, вида коллектора, глубины заложения. Также способ может меняться по мере опустошения природного резервуара. Стоит отметить, что морская добыча нефти - более сложный процесс, так как требует устройства подводных установок.
Естественная добыча
Как добывают нефть? Для этого используется сила давления, естественного или создаваемого искусственно. Эксплуатация скважины при энергии пласта называется фонтанной. В данном случае под давлением подземных вод, газа нефть поднимается наверх, не требуя привлечения дополнительного оборудования. Однако фонтанный способ используется только для первичной добычи полезного ископаемого, когда давление значительное и способно поднимать жидкость наверх. В дальнейшем необходимо применение дополнительного оборудования, позволяющего полностью выкачать нефть.
Фонтанный способ является самым экономичным. Для регулировки подачи нефти устанавливается специальная арматура, которая герметизирует контролирует объем подаваемого вещества.
После первичной добычи используются вторичный и третичный методы, позволяющие максимально эффективно использовать месторождение.
Первичный, вторичный и третичный методы
При естественном способе добычи нефти используется поэтапный метод:
- Первичный. Жидкость поступает под воздействием высокого давления в пласте, которое образуется от подземных вод, расширения газов и прочее. При таком способе коэффициент извлечения нефти (КИН) составляет примерно 5-15%.
- Вторичный. Такой метод используется тогда, когда естественного давления уже недостаточно, чтобы поднимать нефть по скважине. В этом случае применяется вторичный способ, который заключается в подводе энергии извне. В этом качестве выступает закачиваемая вода, попутный или натуральный газ. В зависимости от пород резервуара и характеристик нефти, КИН при вторичном методе достигает 30%, а суммарное значение - 35-45%.
- Третичный. Такой метод заключается в увеличении подвижности нефти для повышения ее отдачи. Один из способов - это TEOR, при помощи которого за счет нагрева жидкости в пласте уменьшается вязкость. Для этого наиболее часто применяется водяной пар. Реже используется частичное сжигание нефти на месте, непосредственно в самом пласте. Однако такой способ не очень эффективен. Для изменения между нефтью и водой можно ввести специальные ПАВ (или детергенты). Третичный метод позволяет повысить КИН еще примерно на 5-15%. Данный способ используется лишь в том случае, если добыча нефти продолжает оставаться рентабельной. Поэтому применение третичного метода зависит от цен на нефть и стоимости ее извлечения.
Механизированный способ: газлифт
Если энергия для подъема нефти подводится извне, то такой способ добычи называется механизированным. Он подразделяется на два вида: компрессорный и насосный. Каждый из методов имеет свои особенности.
Компрессорный также носит название газлифтный. Этот метод подразумевает закачку газа в скважину, где он смешивается с нефтью. В результате плотность смеси снижается. Давление забойное также уменьшается, становится ниже пластового. Все это приводит к движению нефти к поверхности земли. Иногда газ под давлением подается из соседних пластов. Такой способ называется "бескомпрессорный газлифт".
На старых месторождениях применяется и система эрлифта, при которой используется воздух. Однако такой способ требует сжигания нефтяного газа, а трубопровод имеет низкую устойчивость к поражению коррозией.
Газлифт для добычи нефти используется в Западной Сибири, Западном Казахстане, Туркмении.
Механизированный способ: использование насосов
При насосном способе на определенную глубину опускаются насосы. Оборудование подразделяется на различные виды. Наибольшее распространение получили штанговые насосы.
Рассмотрим, как добывают нефть данным способом. Принцип работы такого оборудования следующий. В скважину опускаются трубы, внутри которых расположены всасывающий клапан и цилиндр. В последнем установлен плунжер с нагнетательным клапаном. Движение нефти осуществляется за счет возвратно-поступательного перемещения плунжера. При этом попеременно открываются-закрываются всасывающий и нагнетательный клапаны.
Производительность штанговых насосов составляет примерно 500 куб. м/сутки при глубине скважины 200-400 м, а при глубине 3200 м - до 20 куб. м/сутки.
Для добычи нефти могут использоваться и бесштанговые наносы. В данном случае через ствол скважины к оборудованию подводится электрическая энергия. Для этого используется специальный кабель. Также может применяться и другой вид энергонесущего потока (теплоноситель, сжатый газ).
В России чаще используется центробежный вид электронасоса. С помощью такого оборудования добывается большая часть нефти. При использовании электрических насосов на поверхности земли необходимо устанавливать станцию управления и трансформатор.
Добыча в странах мира
Было рассмотрено, как добывают нефть из природных резервуаров. Стоит ознакомиться и с темпами развития. Изначально, до середины 70-х гг., добыча нефти удваивалась практически каждое десятилетие. Затем темпы развития стали не столь активными. Объем нефти, которая была выкачана с начала добычи (с 1850-х гг.) до 1973 года, составил 41 миллиард тонн, почти половина которого пришлась на 1965-1973 гг.
Крупнейшими мировыми нефтедобытчиками на сегодня являются такие страны, как Саудовская Аравия, Россия, Иран, США, Китай, Мексика, Канада, Венесуэла, Казахстан. Именно эти государства являются главными на рынке «черного золота». Стоит отметить, что добыча нефти в США стоит не на верхних позициях, но страна выкупила крупные месторождения в других государствах.
Крупнейшими нефтегазоносными бассейнами, в которых осуществляется добыча нефти и газа, являются Персидский залив, Мексиканский залив, Южный Каспий, Западная Сибирь, Алжирская Сахара и прочее.
Запасы нефти
Нефть является невозобновляемым ресурсом. Объем известных месторождений составляет 1200 миллиардов баррелей, а неразведанных - примерно 52-260 миллиардов баррелей. Всего запасов нефти, с учетом современного ее потребления, хватит примерно на 100 лет. Несмотря на это, в планах России увеличение объемов добычи «черного золота».
Страны, где добывают нефть в наибольшем объеме, следующие:
- Венесуэла.
- Саудовская Аравия.
- Иран.
- Ирак.
- Кувейт.
- Россия.
- Ливия.
- Казахстан.
- Нигерия.
- Канада.
- Катар.
- Китай.
- Бразилия.
Нефть в России
Россия является одной из ведущих Она не только широко используется в самой стране, значительная часть идет на экспорт в различные государства. Где в России добывают нефть? Самые крупные месторождения на сегодня находятся в Ханты-Мансийском АО, Ямало-Ненецком АО и Республике Татарстан. На данные регионы приходится более 60% от общего объема добываемой жидкости. Также Иркутская область и Республика Якутия - места, где в России добывают нефть, показывающие отличные результаты по увеличению объемов. Связано это с разработкой нового экспортного направления Сибирь - Тихий океан.
Цены на нефть
Цена на нефть формируется из соотношения спроса и предложения. Однако в данном случае имеются свои особенности. Спрос практически не изменяется и мало влияет на динамику цен. Конечно, он растет с каждым годом. Но основным фактором формирования цен является предложение. Небольшое его снижение приводит к резкому скачку стоимости.
С увеличением количества автомобилей и аналогичной техники спрос на нефть увеличивается. А вот месторождения постепенно иссякают. Все это, по мнению экспертов, приведет в конечном итоге к нефтяному кризису, когда спрос намного превысит предложение. И тогда цены резко взлетят вверх.
Стоит также отметить, что цена на нефть является одним из важнейших политических инструментов в мировой экономике. На сегодняшний день это около 107 долларов за баррель.
Нефть - природное полезное ископаемое. Это густая жидкость темного цвета, состоящая из смеси большого количества веществ, в основном органических. В сыром виде почти не используется. Но продукты переработки употребляются повсеместно:
- различные виды топлива, как для транспорта, так и для котельных;
- весь спектр смазочных масел;
- парафины;
- битумы для укладки дорог;
- продукты нефте-химической глубокой переработки.
Способы добычи нефти
Нефть содержится в пористых горных породах на глубине от нескольких метров до 6-8 километров. Извлечение нефти или нефтедобыча - сложный производственный процесс. Он включает: изучение горных пород и поиск залежей, бурение, оборудование и ремонт скважин, очистку сырья от воды и примесей. Есть опыт добычи нефти в шахтах, однако основные современные методы основаны на строительстве скважин. Существуют разные способы извлечения нефти из скважин:
- Фонтанный. Наиболее простой и менее затратный. Подъем жидкости на поверхность осуществляется за счет разности давления в нефтеносном пласте и на поверхности. Применим на месторождениях с запасами с низкой вязкостью и малой плотностью.
- Газлифтный. Основан на закачивании в скважину посредством компрессора газообразного вещества, за счет чего снижается плотность сырья и появляется возможность самостоятельного подъема.
- Насосный. В скважину спускается насосное оборудование. Штанговые, винтовые или электроцентробежные насосы обеспечивает подъем жидкости на поверхность. Из-за дорогостоящего оборудования и высоких энергозатрат данный метод наиболее дорогой. Но на более поздних стадиях разработки месторождений и для трудноизвлекаемых запасов - единственно возможный.
Где добывают нефть
Из-за широкого применения потребление нефти в мире растет из года в год, несмотря на появление альтернативных источников энергии. Многие страны обладают запасами и осуществляют добычу:
- Саудовская Аравия и Россия - крупнейшие производители, добывают более 10% от мирового объема каждая их стран.
- США, Иран, Мексика, Венесуэла, Китай, Канада, Казахстан, Азербайджан тоже относятся к крупным участникам рынка.
