Газовая нефтяная промышленность способы добычи

Нефть: свойства, способы добычи и переработки

Нефть – природное ископаемое топливо, представляющее собой маслянистую жидкость мутно-жёлтого или светло-коричневого – вплоть до чёрного цветов, обладающую специфическим запахом. Вследствие содержания в составе значительного количества разнообразных углеводородов, это естественное сырьё стало занимать лидирующее положение среди других энергетических ресурсов.

Важнейшим достоинством нефти является возможность выделять при сгорании значительное количество тепловой энергии. Именно это качество, а также возможность транспортировки на значительные расстояния, превратили её в чёрное золото – самый востребованный энергоресурс планетарного масштаба. Кроме того, этот вид минерального сырья является основой нефтехимической отрасли, позволяющей получать широкий спектр веществ, столь необходимых для многих отраслей промышленности, энергетики и транспорта.

Методы добычи

Основные залежи нефти присутствуют в подземных месторождениях, представляющих собой пустоты, расположенные на глубине, не превышающей 3-х км. Чтобы её извлечь, строятся скважины, позволяющие с помощью шахт достичь необходимой отметки залегания.

Не вдаваясь во все технологические тонкости, методы добычи нефти в зависимости: от уровня давления внутри пласта, способа его обеспечения и технологии извлечения, подразделяются на три вида.

Первичный

Нефтесодержащая жидкость покидает своё место пребывания (коллектор нефтяной залежи) в результате воздействия естественных сил природы. Обычно её место занимает вода или газы. Если существующего давления не достаточно для самостоятельного выхода нефти (фонтанирования), то подключается специальные насосы. При таком методе добычи нефтеотдача скважины, как правило, не превышает 15%.

Вторичный

После исчерпания возможностей первичного метода нефтедобычи, на смену ему приходит вторичный метод, суть которого заключается в искусственном нагнетании давления внутрь залежи. Осуществляется это с помощью закачивания в пласт воды из близлежащих пресных водоёмов или газов естественного происхождения (воздух и продукты его разделения, попутный или природный газ). Подобные технологические решения увеличивают нефтеотдачу до 30%.

Третичный

Следующим этапом увеличения добычи нефти, позволяющим повысить продуктивность до 45%, является третичный метод. В основу, которого положены воздействия, повышающие энергетический уровень залегающего природного ресурса. Легко догадаться, что это, прежде всего повышение температуры, приводящее к увеличению, столь необходимого для извлечения нефти физического параметра – давления.

Но именно третичный метод, взятый на вооружение нефтяниками III-го тысячелетия, позволил обеспечить мировую экономику миллионами баррелей нефти.

Процессы переработки

Полученная в результате добычи нефть мало используется в чистом виде. Гораздо больший интерес представляют продукты её переработки – разнообразные виды топлива, а также исходные материалы для химической промышленности.

Первичные

Поступающее по трубопроводам или по железной дороге, а также транспортируемое водным путём с помощью танкеров сырьё, подвергается очистке и разделяется на фракции на нефтеперерабатывающих заводах. В этом и заключается суть первичной переработки.

Подготовка нефти

Доставленная на предприятия нефть содержит в своём составе примеси: газ, воду, твёрдые частицы, от которых необходимо избавиться. На этапе подготовки она подвергается:

• очистке от примесей механического происхождения,
• освобождению от углеводородов пониженной плотности (обычно – газообразных),
• обезвоживанию совместно с электрообессоливанием.

Атмосферная перегонка

Очищенная нефть поступает в цилиндрическую вертикальную (ректификационную) колонну, где подвергается воздействию пара, движущегося снизу вверх. В результате нагрева, доходящего до температуры достигающей 400 0 С, она разделяется на фракции:

Вакуумная дистилляция

Вакуум-дистилляция применяется для выделения из мазута масляных дистиллятов и вакуумного газойля. Продукции, необходимой для выпуска топлива, масел, парафина и целого ряда продуктов нефтепереработки и нефтехимии. Оставшаяся тяжёлая фракция представляет собой гудрон, служащий для производства таких строительных материалов как битум и мазут.

Вторичные

Так как продукция первичной переработки нефти не отличается необходимыми товарными свойствами, то для улучшения качества её подвергают вторичной переработке.

Риформинг

Процесс каталитического риформинга, в основе которого лежит просачивание жидкости сквозь слой платинового катализатора, предназначен для получения высокооктанового бензина и ароматических углеводородов.

Гидроочистка

Этот технологический процесс предназначен для снижения количества примесей под воздействием водорода. При этом уменьшается количество смол, асфальтенов, а также веществ, имеющих в своём составе большое количество кислорода.

Каталитический крекинг

Каталитический крекинг – один из основных процессов вторичной переработки нефти, имеющий целью: повышение октанового числа бензина, получение углеводородных газов и кокса. Суть его заключается в получении мелких молекул из более крупных соединений с помощью нагрева и применения катализатора.

Гидрокрекинг

Для получения дизельного топлива и одного из компонентов автомобильного бензина – бензина гидрокрекинга, осуществляется расщепление средней фракции вакуумной дистилляции (газойля) в присутствии значительного количества водорода.

Коксование

Процесс бескислородного нагрева тяжёлых нефтяных фракций остатков вторичной переработки носит название «коксование». Целью его является получения нефтяного кокса – продукта, имеющего высокую стойкость против воздействия коррозии.

Изомеризация

Получение изомерного углеводородного сырья для нефтехимии и ряда компонентов бензина не может обойтись без изомеризации – изменения молекулярной структуры вещества с сохранением его качественных и количественных параметров.

Алкилирование

Цель повышения октанового числа бензина заставила технологов разработать данный процесс использования малоценных крекинговых продуктов в качестве важных компонентов бензина. Суть его заключена в молекулярном воздействии на исходный материал с помощью алкилов – частиц предельных углеводородов.

Хранение и транспортировка

Для хранения нефти применяют специальные вертикальные резервуары надземного и подземного типов. Как правило, современные хранилища представляют собой хорошо организованные структуры – нефтебазы, предназначенные для приёмки и распределения нефти.

Транспортировка голубого топлива осуществляется с помощью:

• Нефтеналивных танкеров – судов ёмкостью до 30 000 тонн, перевозящих этот жидкий вид энергоресурса по морям и рекам.
• Нефтепроводов, позволяющих перемещать огромные объёмы нефти на значительные расстояния с минимумом затрат подземным способом.
• Железнодорожных цистерн, доставляющих нефть в незначительных объёмах в отдалённые местности.

Автомобильный вид транспорта экономически не выгоден для доставки сырой нефти, поэтому его используют для перевозки готовых нефтепродуктов конечным потребителям.

Продукты переработки

Уникальность нефти заключается в том, что из неё посредством переработки получают продукцию, задействованную во всех отраслях народного хозяйства: от промышленности – до повседневного быта.

Топливо

Нефтяные топлива подразделятся на группы, основными из которых являются:

• авиационный и автомобильный бензин,
• дизельное топливо,
• мазут,
• керосин.

Они находят своё применение на транспорте и в энергетике.

Пластик

Пластмассы – одно из выдающихся изобретений учёных 20-го века. Эти высокомолекулярные соединения, благодаря своим свойствам: лёгкости, устойчивости к влаге и ряду агрессивных жидкостей, а также низкой тепло- и электропроводности, наряду с физиологической безвредностью для человеческого организма, широко используются в качестве сырья для изготовления ёмкостей, изоляционных материалов и даже предметов мебели.

Производство столь необходимого материала, каким сегодня является пластик, доходит до 200 млн. т в год.

Синтетические ткани

Широчайший спектр современных тканей, к которым относятся: полиэстер (лавсан), холлофайбер, акрил, капрон, нейлон, стрейч-ткани, а также искусственный мех и искусственная кожа, – являются продукцией нефтепереработки. Кроме чисто бытового назначения, обусловленного прочностью, эластичностью, стойкостью и практичностью этих материалов, синтетика находит использование в авиации, строительстве и сельском хозяйстве.

Каучук

Синтетические полимеры, обладающие эластичностью, вязкостью, водоотталкивающими и диэлектрическими свойствами, получили распространение благодаря изготавливаемой из них продукции: резины и эбонита. Если первые можно встретить в качестве шин для автомобилей, самолётов и велосипедов, то вторые незаменимы в качестве электроизоляционных материалов.

Пищевой блок

Проблема недостатка пищевых продуктов с каждым днём всё острее стоит перед человечеством. Вполне возможно, что на смену натуральным вскоре придут синтезированные из нефти продукты питания. Современная пищевая индустрия активно выдвигает на рынок: искусственную икру, жевательную резинку, ванилин, красители и концентраты. Естественно, что все они являются продукцией нефтепереработки.

Применение в медицине и косметике

Производные нефти уже давно заняли своё место на прилавках аптек в качестве средств от аллергии, головной боли, повышенной температуры, инфекций и стресса. Не говоря уже о множестве ёмкостей, используемых в чисто медицинских целях, можно отдельно отметить перспективы создания целого класса пластмассовых протезов, изготовленных при помощи 3D-моделирования.

Ещё одно направление использования нефтепродуктов заключается в том, что современные представительницы прекрасного пола не обходятся без целого набора косметических средств нефтяного происхождения. Это лаки, тени, карандаши, красители, бижутерия и парфюм. Стандартного набора средств, являющихся отличным дополнением к одежде, обуви и галантерее, также изготовленных на основе нефти.

Понятно, что столь широкий спектр употребления продуктов нефтепереработки требует открытия всё новых и новых месторождений.

Месторождения в России и мире

Россия занимает восьмое место в мире по запасам нефти. Крупнейшие месторождения расположены в Западной Сибири, на территории республик Башкортостан и Татарстан, а также на Кавказе, в Красноярском крае, Астраханской области и острове Сахалин.

Мировые нефтяные месторождения географически распределены следующим образом:

• Ближний Восток – 67%.
• Латинская Америка – 8%.
• Западная Африка – 7%.
• Россия и Средняя Азия – 6%.
• Северная Америка – 5%.
• Западная Европа – 3%.
• Юго-Восточная Азия – 3%.

Мировые запасы

Согласно последним данным февраля 2020 года, лидерами по запасам нефти являются:

• Венесуэла – 16,9% общемировых запасов, что составляет 300,878 млрд. баррелей.
• Саудовская Аравия – 16,7% =» 297,7 млрд. баррелей.
• Иран – 11,9% =» 211,6 млрд. баррелей.
• Канада – 9,5% =» 169,709 млрд. баррелей.
• Ирак – 8% =» 142,503 млрд. баррелей.
• ОАЭ – 5,9% =» 105,8 млрд. баррелей.
• Кувейт – 5,7% =» 101,5 млрд. баррелей.
• Россия – 4,5% =» 80,0 млрд. баррелей.

Необходимо отметить, что эти данные постоянно уточняются, благодаря геологоразведке. Также имеются огромные залежи углеводородов на дне Мирового океана.

Страны, добывающие нефть

Вследствие целого ряда экономических, политических и исторических причин, перечень государств, занимающих первые строчки рейтингов по уровню нефтедобычи, несколько отличаются от списка стран, располагающих значительными запасами этого вида природного топлива.

Список стран-лидеров по уровню добычи нефти:

• США – 18,7% =» 15,043 млн. баррелей/сутки.
• Саудовская Аравия – 14,9% =» 12,0 млн. баррелей/сутки.
• Россия – 13,4% =» 10,8 млн. баррелей/сутки.
• Ирак – 5,5% =» 4,452 млн. баррелей/сутки.
• Иран – 5,0% =» 3,991 млн. баррелей/сутки.

Вполне очевидно что, несмотря на ограниченные запасы (хотя, точный уровень этих запасов очень трудно оценить даже приблизительно), нефть ещё достаточно долгое время сохранит свои лидирующие позиции в качестве основного природного энергоресурса мировой экономики.

Источник

Как происходит добыча нефти и газа — учебное видео

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.

Источник