Специалисты предложили экономичный способ добычи нефти

Российские ученые нашли экономичный способ добычи трудной нефти

Более 40% запасов нефти в России относятся к трудноизвлекаемым. Ученые из МИФИ предложили новый способ увеличения добычи для таких месторождений — экономичный и не наносящий вреда экологии. Нагрев под действием высокочастотного электрического тока приводит к растворению накопившихся в трубе скважины твердых отложений.

Обычно для добычи трудноизвлекаемых углеводородов приходится воздействовать на пласт с помощью химических реагентов, нагретого пара, акустических волн и др. Специалисты из МИФИ предложили нестандартное решение проблемы. В проходящую внутри скважины обсадную трубу помещают катушку из проводов. После этого с помощью сильного переменного магнитного поля нагревают до более чем 120 градусов Цельсия небольшой участок трубы. При этом отложения на ее внутренних стенках отваливаются. Насосы откачивают их вместе с нефтью. Затем катушка перемещается на 15 см выше или ниже, нагревает другой участок и т.д.

«Отдачу скважин с высоковязкой нефтью можно увеличить без использования дорогих и экологически опасных методов», — уверен соавтор разработки, профессор отделения лазерных и плазменных технологий МИФИ Алексей Пономаренко.

По его словам, популярный у нефтяников метод увеличения отдачи месторождения — частично разобрать скважину и опустить в нее оборудование для прогрева пласта на всю его толщину — связан с огромными энергозатратами. Другой способ — с помощью специального реагента вызвать химическую реакцию с выделением большого количества тепла. Здесь энергозатраты меньше, но экологические последствия очень неприятны. Третий вариант — счищать отложения с внутренней поверхности трубы с помощью дистанционно управляемых скребков — связан с огромными трудозатратами. К тому же в этом случае внутри перфорационных отверстий (сквозь них нефть из пласта «продавливается» внутрь обсадной трубы) всё равно остаются отложения. Эти затвердевшие тяжелые компоненты нефти затрудняют добычу.

«Преимущество нашего метода в том, что тепловая обработка трубы происходит без прерывания работы скважины. При этом мы не допускаем накопления отложений, снижения пропускной способности перфорационных отверстий», — пояснил Алексей Пономаренко.

По словам ученого, применение технологии позволит отечественным нефтяникам сэкономить миллионы рублей.

«Если нефтяная скважина засоряется, ее эксплуатацию зачастую приостанавливают «до лучших времен», — отметил профессор МИФИ.

Испытания макета устройства прошли в лаборатории МИФИ. Ученые разрабатывают для него корпус и оптимизируют конструкцию. Гидростатическое давление в обсадной трубе на глубине 2 км может достигать 200 атмосфер. Поэтому поверхность аппарата по прочности должна быть сравнимой с корпусом подводной лодки.

Завлабораторией трудноизвлекаемых запасов углеводородов Института проблем нефти и газа РАН Наталья Скибицкая считает, что разработанная в МИФИ технология эффективнее применения скребков.

«Действительно, проблема есть. Асфальтосмолопарафины при добыче тяжелой нефти забивают перфорационные отверстия и трубы, снижают дебет скважины. Время от времени добычу останавливают и чистят скважину скребком или растворителями. Предложенный способ — это, конечно, не революция, но инновация», — заявила Наталья Скибицкая.

Доцент кафедры разработки и эксплуатации нефтяных месторождений РГУ нефти и газа имени Губкина Алексей Деньгаев опасается, что установка нового оборудования внутри скважины может увеличить аварийность. Непонятно, как повлияет на уже имеющиеся контрольно-измерительные приборы дополнительный источник питания, считает эксперт.

Технология была разработана на грант Российского научного фонда.

«РНФ финансирует более десяти проектов, темы которых связаны с нефтью и нефтедобычей», — рассказали «Известиям» представители фонда.

Результаты работы получили положительную оценку экспертного совета РНФ, о чем свидетельствует недавно принятое решение о продолжении исследований по гранту.

Источник

Ученые из Казани нашли дешевые способы добычи вязкой нефти

Ученые из Казанского федерального университета объявили, что нашли дешевые и экологичные способы разжижения нефти. Недавно специалисты КФУ рассказали журналистам о своих разработках в области первичной переработки нефти, позволяющих снизить издержки добычи и увеличить коэффициент нефтеотдачи. Рынок, по их словам, уже оценил эти технологии: они внедряются российскими и зарубежными компаниями.

Речь идет двух о методах разжижения нефти. Первый – с применением катализаторов, которые вводятся под землю. Второй – на основе внутрипластового горения. Обе эти технологии известны давно и по сути считаются главными на сегодняшний день способами разжижения. Однако специалистам из КФУ, по их словам, удалось усовершенствовать оба метода, а главное – сделать их более дешевыми.

Легкой нефти в мире с каждым годом становится меньше – ее запасы сокращаются, и компаниям приходится обращаться к добыче высоковязких запасов, обрисовал проблему проректор КФУ по научной деятельности Данис Нургалиев. Дефицит жидкой нефти со временем будет все более ощутим, уверен он.

Добывать и транспортировать вязкую нефть труднее и затратнее. Технологий разжижения сегодня существует не так много, и все они дорогие, сказал Михаил Варфоломеев, руководитель САЕ «Эконефть» (структурное подразделение КФУ).

«Говоря языком финансов, все технологии разжижения нефти ранжируются по себестоимости, и самые лучшие – те, чья себестоимость минимальна», – соглашается аналитик группы компаний «Алор» Алексей Антонов.

Добывать вязкую нефть, может быть, не существенно дороже, но дело в том, что ее цена при продаже заметно ниже, чем у обычной, замечает замначальника управления анализа рынка акций ИК «Велес Капитал» Василий Танурков. Вместе два этих фактора, конечно, влияют на рентабельность добычи, объясняет эксперт.

«Чтобы разжижать запасы, два года назад мы продвинули идею перерабатывать нефть под землей. Запустим катализаторы, пар. Остатки подожжем, а углекислый газ используем для повышения нефтеотдачи», – рассказал журналистам Нургалиев. Методы, предложенные специалистами КФУ, экологичны и практически безотходны, уверяет он.

Первая технология, над которой работали ученые, предусматривает разжижение при помощи химических элементов, которые вводятся внутрь почвы. Суть метода в том, что благодаря катализаторам запускается процесс гидрокрекинга. Это позволяет снизить вязкость нефти в 10-20 раз и проще ее транспортировать, объяснил Варфоломеев.

Второй метод предусматривает поджигание нефти под землей. Есть способ разжижения, при котором вдоль трубопровода располагаются нагревательные элементы. На нагрев, как правило, уходит до 20% стоимости транспортируемой нефти. По сути, внутрипластовое горение – логическое продолжение этого метода, только более дешевое, рассуждает Антонов. Правда, реакцию горения внутри пласта нужно контролировать, и это не во всех случаях возможно, добавляет эксперт.

По словам Варфоломеева, в мире на сегодня практикуется около 50 технологий внутрипластового горения. Наработки КФУ позволили сделать этот метод экономичнее. Сгорает менее 1% от объема залежей, другими словами, заявил он. К тому же процесс горения теперь поддается мониторингу, добавил специалист из КФУ.

Первой разработкой КФУ уже заинтересовалась «Татнефть», сказал Варфоломеев. Между татарстанской компанией и учеными заключено соглашение о пилотных испытаниях технологии на месторождениях. В перспективе технология будет применяться на месторождениях в Колумбии.

В случае «Татнефти» добывать высоковязкую нефть даже выгоднее, чем обычную, утверждает Танурков. Государство дает льготы по налогу на добычу полезных ископаемых по высоковязкой нефти и в отдельных случаях освобождает компании от экспортной пошлины, объясняет эксперт. Поскольку в обычной ситуации налоги «съедают» около 50% выгоды от добычи, рентабельность тяжелой нефти сильно возрастает, говорит Танурков.

Интерес к разработкам ученых есть также у компаний из Венесуэлы, которые находятся на первом месте в мире по запасам нефти. В этой стране сосредоточено больше половины мировых залежей высоковязких нефтей, говорит Нургалиев. Для Венесуэлы новые разработки в области разжижения очень своевременны, признает Танурков.

Антонов из ГК «Алор» считает, что проблема сокращения мировых запасов жидкой нефти преувеличена. «Это скорее слух, чем данность», – говорит он. Разговоры об этом ведутся чуть ли не с тех пор, когда человечество научилось добывать нефть, отмечает он. По словам Антонова, разведанные запасы легкой нефти действительно сокращаются, но есть множество неразведанных – их количество не поддается оценке, говорит эксперт.

Танурков же разделяет мнение ученых из Казанского университета: запасы сокращаются, и большая их часть в последнее время представлена вязкой и сланцевой нефтью, утверждает он.

Источник

Ученые предложили новый экономичный способ очистки нефти от серы

БЕЛГОРОД, 14 дек – РИА Новости. В Донском государственном техническом университете разработали новый тип генератора гидродинамической кавитации для снижения содержания серы в нефти. Результаты исследования были представлены на ХIII Международной научно-технической конференции «Динамика технических систем» в Ростове-на-Дону в сентябре 2017 года.

Проблема снижения содержания серы (десульфуризации) в нефтепродуктах привлекает повышенное внимание отечественных и зарубежных исследователей. Десульфуризация существенно улучшает товарные и потребительские качества нефти, снижает вредное воздействие на окружающую среду, и повышает долговечность технологического оборудования для переработки нефти.

Соединения серы, присутствующие в нефтепродуктах, резко ухудшают эксплуатационные качества топлива, вызывают коррозию аппаратуры, снижают антиокислительную стабильность топлива. Это указывает на необходимость разработки новых физико-химических методов повышения качества нефтепродуктов за счет снижения содержания сероорганических соединений.

В настоящее время наиболее распространенными методами десульфуризации являются адсорбционная очистка, гидроочистка и сонокаталитическое обессеривание. К недостаткам этих способов относится высокая энергоемкость, сложность аппаратурного оформления, безвозвратные потери дорогостоящих катализаторов, сложность системы и селективность методов по отношению к удаляемым соединениям серы.

Учеными Донского государственного технического университета был разработан электромеханический преобразователь со вторичной дискретной частью. Он создает в обработанном материале кавитационное и ударное поле посредством движения большого набора ферромагнитных элементов под действием внешнего магнитного поля. Максимизация эффективности удаления серосодержащих соединений происходит за счет особой траектории движения ферромагнитных тел, которая моделируется с учетом свойств обрабатываемого углеводородного сырья и регулируется алгоритмом коммутации фаз индуктора.

В процессе эксперимента степень очистки сырой нефти достигла 95%. Результаты исследования были представлены на ХIII Международной научно-технической конференции «Динамика технических систем» в Ростове-на-Дону в сентябре 2017 года. На основе эффективности представленного технологического процесса авторы предложили варианты внедрения технологии на производственных объектах.

«Применение предлагаемой технологии десульфуризации перспективно в первую очередь для мини-заводов по переработке нефти, которые при небольших финансовых возможностях неспособны устанавливать дорогостоящие и энергоемкие установки переработки нефти. Однако возможность масштабирования предлагаемой технологии позволит применять ее и на крупных нефтеперерабатывающих предприятиях, тем самым повышая качество нефти и снижая финансовую нагрузку на предприятие”, – комментирует один из авторов исследования, кандидат технических наук Максим Минкин.

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