Новейшие способы добычи нефти

Новые продуктивные технологии добычи нефти

Добыча черного золота в России — одна из основных отраслей, на которой держится экономика страны. Существует 2 теории происхождения или образования: органическая и неорганическая. По одной из теорий — это исчерпаемый ресурс. Люди строят предположения относительно того, как скоро закончится этот жизненно необходимый всему миру ресурс: через 15, 20, 40 лет? Большинство нефтяных месторождений были разработаны давно. А это значит, что остаточные запасы истощаются с каждым годом. На качестве нефти это тоже сказывается негативно. Запасы, которые используют сегодня, — трудноизвлекаемые. Поэтому ученые из многих сфер заинтересованы в поиске новых мест с нефтяными залежами. В таких случаях ориентир поиска падает на менее освоенные территории, которые находятся вдали от городских инфраструктур. Сейчас основной задачей является оптимизация процессов получения и поисков нефти, при которых процент как первого, так и второго, вырастет. А это значит, что традиционные способы уже потеряли свою актуальность, и современный мир требует инновационных решений.

Инновационные технологии получения и повышения нефтегазоносности

Производство, которое будет гарантировать эффективность и высокие результаты, нужно по возможности усовершенствовать, вводя в него различные инновации.
Инновационные идеи:

1. Бурение горизонтальных скважин многостадийным гидроразрывом.
2. Укрепление специальным раствором.
3. Газовый метод.
4. Роторные управляемые системы.
5. Щелочное ПАВ-полимерное заводнение.

Добыча трудноизвлекаемых запасов становится доступной благодаря новой инновационной разработке. Ее суть заключается в том, что создаются многоствольные и горизонтальные скважины, разветвления которых направлены в различные части пластов нефтяных участков, при этом участки с газом или водой не задеваются. Ее используют для поиска баженовской, или сланцевой, нефти.
Также еще одна новая задумка позволяет использовать даже крайние части пластов. Такого эффекта добились благодаря новым растворам, которым обрабатывают скважины.
Один из методов, который позволяет получать нефть в больших количествах, — газовый метод. Его суть заключается в закачке воздуха, природных газов и СО2 в пласты. Процесс основан на свойстве воздуха вытеснять и заполнять собой свободное пространство. Такой способ помогает убрать попутный нефтяной газ.
Также к инновационной разработке можно отнести РУС (роторные управляемые системы). Это новое поколение бурового оборудования. Является прорывом в безопасности нефтяной промышленности: снижает уровень появления аварий и других происшествий. Новшество заключается в том, что поменялся наклон бурения. РУС используют при бурении скважин с очень высоким процентом отходов, также в различных морских проектах.

ПАВ (поверхностно активные вещества)

Суть данного метода заключается в молекулярном изменении физико-химического состава нефти. ПАВ представляет собой раствор, который последовательно закачивают в пласт. Он уменьшает коэффициент сцепления и легко вымывает нефть из породы. Данный способ необходим для тех месторождений, которые существуют уже давно.
К основным и наиболее продуктивным способам получения черного золота относят:

1. СПС (сшитые полимерные системы).
2. Технология Гос 1.
3. Технология Гос.
4. СПГ.
5. РВ ЗП-1.
6. ЭС технология.
7. ВДП.
8. Алкоп СКС.
9. Методика КМЭ.

Технология сшитых полимерных систем

Идея данной разработки состоит во временном тампонировании сшитыми полимерами. Это значительно уменьшает расход воды при больших нагрузках. В итоге давление между двумя зонами увеличивается. Данная технология позволяет охватить как можно больше пластов.

Технология Гос 1 (композитные наполнители)

В скважины закачивают полимерные композиты. Дальше эта смесь продавливается жидкой водяной средой. Интересным моментом является то, что в процессе закачивания данной смеси компоненты попадают именно в те слои, которые идеально подходят по структуре. Данная разработка используется часто и максимально эффективна.

Технология Гос (вязко-упругие составы)
Вязко — восстановление продуктивности скважин после повышенного уровня эксплуатации. Упругие составы являются основными компонентами в растворе, которой продавливают пласты. В итоге получается гель с хорошими свойствами прочности. Этот гель отмывает нефтяные остатки с пород и из прослоек, в которые трудно проникнуть обычным оборудованием. Процент добычи нефти увеличивается.

СПГ, или технология сниженного природного газа

Газ, метан из семейства парафинов искусственно снижают методом охлаждения до минус 160 градусов. Это делается для упрощения хранения и транспортировки.
В готовую скважину закачивается разбавленный раствор силиката натрия с полимерами. По стандартной технологии действия — эта жидкость продавливается в специально
подготовленный участок.

Технология РВ-ЗП-1 с использованием термогеля

Используют гелевые системы, в составе которых алюминиевая кислота (гидроксид алюминия), которые блокируют пустые участки (без углеводородов). Это приводит к активации работы прослоек с более низкой проницаемостью. А благодаря химическим веществам, которые образуются в результате химических процессов нефти и геля, происходит рост добычи нефти. Данная технология хорошо подходит для залежей юрского периода.

ЭС технология (с применением эмульсионных систем)

Эмульсионные системы применяют для извлечения остаточной нефти. В их состав входят хорошо растворимые в воде высокомолекулярные вещества, вода и поливещество. Вещество помогает снять натяжение между фазами (нефть, вода, порода). В готовую скважину химический состав закачивается с помощью блочно-кустовых насосов или же нагнетательных скважин. Смесь проникает в низкопроницаемые слои, что сказывается на общих объемах добычи продукта. Повышается количество получаемой нефти, увеличивается отдача. Это происходит благодаря тому, что некоторые составляющие проходят абсорбции на поверхности. Повышается чувствительность к воде (увеличивается такое качество, как гидрофобия), что значительно снижает уровень водопроницаемости фаз. Количество воды, поступающей в скважину, уменьшается, количество добываемой нефти увеличивается.

ВДПС, или технология с участием волокнисто дисперснополимерного состава.
Эта задумка уникальна тем, что подходит для нефтяных пластов разной температуры. В пласт закачивается вода, которая может быть пресной или же слабоминерализированной.

Алкоп-СКС

Данная разработка создана с целью повышения нефтеотдачи. СКС представляет собой семь различных кислот (соляная, хлоркарбоновая, монохлоруксусная). Данную технику используют для:

1. Повышения коэффициента эффективности по гидроразрыву пласта.
2. Запуска скважин, которые долгое время не использовались.

Методика КМЭ

Эта методика подразумевает разложение и разрушение разных добавочных включений, например, карбонатных. Места, в которых используется данная технология, обычно малопродуктивны, с плохопроницаемыми пластами и их участками.

Передовые идеи в сфере нефтепереработки

Если сегодня не задумываться о поиске новых месторождений, то государство может остаться без ничего. Но многие такие места находятся вдали от развитых инфраструктур, что повышает средства для добычи и разработки месторождений. Также переработка нефтяных отходов будет большим шагом в будущее.
Достаточно интересной идеей в сфере нефтепереработки являются интеллектуальные технологии Smart Field. SF включает в себя целый ряд программ, цель которых — бережное обращение с месторождением. Это позволит растянуть его сроки использования.
Второй задачей интеллектуальной системы является максимальная оптимизация экономических затрат. Большой плюс в том, что данная система в режиме онлайн информирует работников о состоянии скважины.
К экологическим программам можно отнести экологосберегающую сейсморазведку. Она позволяет снизить гектары вырубки лесов, сохраняет почву, воду в первоначальном виде.

Также была разработана уникальная технология переработки отходов. По этой программе все получившиеся отходы от нефтяных заводов превращаются во фторид кальция, который является аналогом природного вещества и может быть использован в металлургии.

В газовую и нефтяную отрасль вкладываются огромные средства с целью улучшения не только количества, но и качества. Нужно понимать, что старые технологии добычи утрачивают свою актуальность. Также нужно задуматься об экологическом аспекте, что очень важно в современном мире.

Источник

Как добывают нефть

Недавно прочитал сообщение, что мэр Москвы Сергей Собянин открыл Музей нефти на Сретенском бульваре. «В Москве нет нефтяных вышек, нефтяных месторождений, но у нас есть огромные отряды людей, которые двигают академическую науку, прикладную, образование, которое работает в значительной части на нефтяную отрасль страны, делая ее передовой», — подчеркнул на открытии мэр Москвы Сергей Собянин.

Молодец, Сергей Семёнович. И дело хорошее сделал – музей открыл, и слова хорошие сказал, вот только несмотря на то, что долгое время проработал на руководящих должностях в нефтедобывающих регионах, немного ошибся с терминологией. «Нефтяных вышек» нет не только в Москве, их нет нигде в мире. Есть буровые вышки (см. фото вверху), являющиеся частью буровых установок, а нефтяных нет. А что же тогда есть?

А вот о том, какими способами и с помощью какого оборудования добывают нефть в России и мире я и постараюсь максимально доступным языком рассказать и наглядно показать в своей статье. (На фотографии вверху — буровая площадка в окрестностях Нарьян-Мара. Снимок не очень качественный, поскольку сделан автором через иллюминатор вертолёта).

Начну с того, что нефть добывают из скважин. Скважина – это цилиндрическая горная выработка (отверстие в земле), незначительного диаметра и большой глубины, предназначенная для подъёма жидкости (вода, нефть) или газа на поверхность.

Диаметр нефтяных скважин, как правило, ступенчато уменьшается от устья (выход скважины на поверхность) до забоя (дно скважины). Диаметр скважин начинается от 40 мм и редко бывает больше 900 мм. Средняя глубина нефтедобывающих скважин в России 2500 м. В скважины спускают специальные трубы, называемые обсадными, чтобы предохранить стенки скважин от обрушения.

В зависимости от геологических условий нефтяного месторождения бурят различные типы скважин:

Длиной скважины называется расстояние между устьем и забоем, измеряемое по оси ствола. Глубиной является проекция длины скважины на её вертикальную ось. Для вертикальных скважин эти значения одинаковы, а вот для наклонно-направленных и горизонтальных – различаются.

Нефтяные скважины бурят как на суше, так и на море, но сегодня мы бурения касаться не будем, а перейдём сразу к способам добычи нефти или, как выражаются нефтедобытчики, к способам эксплуатации скважин.

В настоящее время применяются только два основных способа эксплуатации скважин:

• фонтанный (когда нефть извлекается из скважины самоизливом) и
• механизированный (который, в свою очередь, подразделяется на газлифтный и насосный).

Выбор способа эксплуатации нефтяных скважин, в первую очередь, зависит от величины пластового давления и глубины залегания продуктивного (т.е. нефтеносного) пласта. Кроме того, на выбор способа эксплуатации может влиять состав нефти, степень её обводненности (т.е. % содержания воды), напор жидкости в стволе скважины и ряд других факторов.

Фонтанный способ добычи нефти

Данный способ применяется при высоком пластовом давлении. В этом случае нефть фонтанирует, поднимаясь на поверхность по насосно-компрессорным трубам (НКТ) за счет энергии пласта. Фонтанирование может происходить за счёт гидростатического напора (очень редко) или за счет энергии расширяющегося газа (в большинстве случаев, поскольку находящийся вместе с нефтью в пласте газ играет главную роль в фонтанировании скважины).

К преимуществам такого способа относится его высокая экономичность, поскольку подъем происходит естественным путем, что не требует применения дорогостоящего нефтедобывающего оборудования, позволяя тем самым сэкономить как на его стоимости, так и на техническом обслуживании.

Оборудование любой скважины, включая фонтанную, должно обеспечивать добычу продукции в заданном режиме и безопасное проведение всех необходимых технологических операций. Оно подразделяется на скважинное (подземное) и устьевое (наземное).
Для фонтанного способа добычи нефти требуется технологически простое наземное и подземное оборудование.

Из подземного оборудования в скважину спускают НКТ с воронкой на конце для удобства спуска-подъёма исследовательских приборов. Колонна НКТ состоит из стальных бесшовных труб длиной 5 – 10 м, соединённых между собой резьбовыми муфтами. Диаметр НКТ варьируется от 27 мм до 114 мм, толщина стенки от 3 мм до 7 мм. НКТ – основной рабочий инструмент при эксплуатации скважин. Эксплуатационная обсадная колонна, как правило, спускается в скважину, цементируется от забоя до устья, и больше не поднимается на поверхность, поэтому все подземные операции выполняются с помощью НКТ: подъём скважинной жидкости на поверхность, ремонтные и промывочные работы и т.д.

В качестве наземного оборудования на устье скважины устанавливается фонтанная арматура (ФА). ФА предназначена для подвески колонны НКТ, герметизации межтрубного (затрубного) пространства, для эксплуатации, регулирования режима работы и ремонта скважины, а также для направления продукции скважины в выкидную линию (т.е. трубу по которой нефть поступает из скважины к замерной установке).

Обслуживают скважины операторы добычи нефти и газа

Фонтанный способ эксплуатации нефтяных скважин применяется на начальном этапе разработки месторождений. По завершению процесса фонтанирования, на скважине начинают применять механизированные методы добычи.

Газлифтный способ добычи нефти

Газлифт является одним из механизированных способов добычи нефти и логическим продолжением фонтанного способа и, в принципе, мало чем от него отличается. При его использовании нефть поднимается из забоя за счет энергии газа, нагнетаемого с устья. На этот способ переходят тогда, когда энергии пласта становится недостаточно для выталкивания нефти, поэтому её подъем начинают осуществлять с помощью подкачки в пласт сжатого газа.

Для сжатия газа используют компрессоры высокого давления. Этот способ называют компрессорным. Бескомпрессорный способ газлифта осуществляют методом подачи в пласт газа, уже находящегося под высоким давлением. Такой газ подводят с ближайшего месторождения.

Несмотря на то, что данный способ отличает простота обслуживания скважин, и он максимально удобен для подъема больших объемов нефти с высоким содержанием газа, он становится всё менее востребованным из-за того, что требует больших затрат на строительство компрессорных станций и газопроводов высокого давления. В настоящее время газлифтным способом добывается не более 5% нефти в России.

В этом ролике (4 минуты) от компании Weatherford очень наглядно (и, главное, без единого слова), показаны технологии, применяемые при газлифтной добыче нефти:

Насосные способы добычи нефти

К насосным способам механизированной добычи нефти относят, как несложно догадаться, добычу нефти при помощи различных видов насосных установок. Обратите внимание, что речь идёт именно об «установках», поскольку кроме, собственно, насоса необходимо и другое погружное (т.е. монтируемое в скважине) и наземное оборудование.

В настоящее время для добычи нефти применяются различные скважинные насосные установки:

1. установка штангового глубинного насоса (УШГН) или скважинная штанговая насосная установка (СШНУ)
2. установка электрического центробежного насоса (УЭЦН)
3. установка электроприводного винтового насоса (УЭВН)
4. установка электроприводного лопастного насоса (УЭЛН)
5. различные виды скважинных гидропоршневых насосных установок (ГПНА):

• струйные
• гидроимпульсные
• турбонасосные
• вибрационные.

В рамках данной статьи мы рассмотрим только первые три, как самые распространённые.

Добыча нефти при помощи установки штангового глубинного насоса (УШГН)

Да, да, да. Это именно та самая, всем известная «качалка», фотографию которой наиболее часто используют, когда говорят о нефтедобыче. Это обусловлено, с одной стороны, тем, что УШГН – самый старый и наиболее распространенный в мире вид механизированной эксплуатации нефтяных скважин, а, с другой стороны, тем, что это наиболее «фактурное» нефтедобывающее оборудование.

Для понимания распространённости. Во всем мире сейчас находится в эксплуатации около 2 миллионов нефтяных скважин. УШГН оснащены примерно 750 000 из более чем 1 миллиона скважин, где применяют тот или иной способ механизированной добычи.

УШГН действует по принципу поршневого устройства: при помощи возвратно-поступательных движений наземного привода через колонну насосных штанг глубинный насос поднимает нефть к поверхности. Станок-качалка приводится в движение при помощи электрического двигателя через клиноременную передачу. Также применяются и другие типы приводов для ШГН: цепной привод, гидравлический привод, длинноходовой привод, но назначение у всех одно – привести в движение колонну штанг, обеспечив работу глубинного насоса.

Из всех просмотренных мной на youtube роликов про принцип работы УШГН (на русском языке), именно этот показался мне наиболее предпочтительным с точки зрения доступности, полноты изложения, визуализации и длительности (5 минут):

Добыча нефти при помощи установки электрического центробежного насоса (УЭЦН)

На фотографии вверху видна фонтанная арматура скважины, оснащённой УЭЦН. Сначала объясню, для чего нужны УЭЦН, если есть «качалки». Дело в том, что у УШГН (СШНУ) есть много недостатков, которых лишены УЭЦН, а именно:

• невозможность эксплуатации высокодебитных скважин, т.е. скважин, дающих большие объёмы нефти;
• низкая эффективность добычи нефти с большим содержанием воды;
• громоздкое и металлоёмкое наземное оборудование;
• высокая вероятность обрыва насосных штанг (особенно в наклонных и горизонтальных скважинах).

По статистике, доля скважин в России, оборудованных УШГН,— 34%. На УЭЦН приходится 63% скважин, при этом 82% нефти в стране добывается именно с помощью УЭЦН, что говорит о большей эффективности именно этого способа.

Основные компоненты УЭЦН:

• электроцентробежный насос (ЭЦН)
• погружной электродвигатель
• гидрозащита (протектор)
• газосепаратор (опционально)
• кабельная линия
• наземная станция управления (СУ)

Погружной электроцентробежный насос внешне ничем не отличается от трубы, но внутренняя полость такой трубы (т.е. корпуса насоса) содержит большое количество сложных в изготовлении деталей. (См. рисунок ниже. Изображение взято с сайта компании «Новомет»)

ЭЦН приводится в действие с помощью электродвигателя, расположенного в скважине (поэтому он и называется «погружным»). Подвод электроэнергии к нему осуществляется по погружному бронированному кабелю. Электродвигатель может быть асинхронным (магнитное поле создается статором двигателя) или вентильным (магнитное поле создается постоянными магнитами, находящимися в роторе двигателя), который имеет более высокий КПД. Управление погружной установкой производится через станцию управления (СУ). Применяются СУ прямого пуска, а также СУ с возможностью регулирования частоты вращения погружного электродвигателя.

В этом кратком (1 минута) ролике от компании Weatherford очень наглядно (и, главное, без единого слова), показан принцип работы УЭЦН:

Для вашего удобства, привожу перевод терминов, использованных в ролике:

Electric Submersible Pumping System — установка электрического центробежного насоса (УЭЦН)
Motor — погружной электродвигатель
Seal — гидрозащита
Gas Separator — газосепаратор
Submersible Pump – погружной электроцентробежный насос (ЭЦН)
Gas — газ
Oil – нефть

Добыча нефти при помощи установки электроприводного винтового насоса (УЭВН)

Винтовой насос – это насос объёмного действия, подача которого прямо пропорциональна частоте вращения специального винта. При вращении винт (ротор) и его обойма (статор) образуют по всей длине ряд замкнутых полостей, которые передвигаются от приёма насоса к его выкиду. Вместе с ними перемещается и откачиваемая жидкость.

Существует два варианта применения винтовых насосов для добычи нефти.
При первом (как на картинке вверху), который получил наибольшее распространение, электродвигатель и редуктор монтируются на устье скважины и связаны между собой ременной передачей. Обойма винтового насоса спускается в скважину на НКТ, а винт крепится к штангам, которые вращаются электродвигателем через редуктор.

При втором варианте (набирает популярность), схема установки УЭВН аналогична УЭЦН, т.е. винтовой насос приводится в действие погружным электродвигателем, который передаёт крутящий момент напрямую на вал винтового насоса через протектор. Благодаря приводу от погружного электродвигателя, в такой установке не применяются насосные штанги и редуктор, являющийся самым ненадёжным и дорогостоящим компонентом традиционной УЭВН.

УЭВН применяются, главным образом, в скважинах с высоковязкой нефтью.

В этом ролике от компании Weatherford «Progressing Cavity Pumping System» показан принцип работы УЭВН (достаточно посмотреть первые 2 мин.):

Источник