Способ добычи нефти россии

Способы добычи нефти

Нефтью называется природный ресурс, который имеет вид маслянистого состава с наличием углеводородных элементов. Как правило, у нее желтый либо зеленый, а также вишневый или же коричневый, иногда черный окрас.

Что такое нефть

В некоторых местах зарождения добывали даже прозрачную нефть. Этот природный ресурс людьми начал применяться с давних времен. В составе нефти присутствует больше тысячи разнообразных элементов. Из них 90 % приходится на углеводороды. Именно по этой причине до сих пор нет единой формулы нефти. 10 % приходится на кислород и азот, а также серу и иные химические элементы (медь и алюминий, железо и магний). В углеродистой составляющей примерно 11–14 % приходится на водород, а остальное количество — на углерод.

При рассмотрении нефти чаще всего выделяют такие углеродистые связи:

• ароматические;
• нафтеновые;
• парафиновые, занимающие примерно половину от всего количества.

Стоит помнить о том, что нефть является быстро воспламеняющимся составом. В воде она абсолютно не растворима. Температурный режим может колебаться в пределах от –35 до +121 градуса, в зависимости от содержания газов в веществе. Нефть обладает такими физическими свойствами, как оптические, электрические и тепловые.

В каком году была добыта первая нефть?

Нередко люди задаются вопросом: в каком году была добыта первая нефть? Точной даты первой добычи нет, ведь еще за 4000 лет в древнем Вавилоне люди использовали нефть, чтобы изготавливать асфальт. Затем в древнем Египте нефть использовалась как один из компонентов бальзама для погребения правителей. Греки использовали черную жидкость как зажигательную смесь, которая помогла им в войне с персидским царем. Дальше история нефти продолжает свой путь по таким местам, как Персия, Азербайджан и др.

После того как человечество научилось дистилляции нефти, то незамедлительно появился один из самых важных горючих жидкостей XIX века — керосин. Керосин использовали везде, дороги города были освещены с помощью ламп с керосином.

В XIX и XX веке добыча нефти происходила только открытым способом, добывалась из небольших скважин или колодцев. Первое бурение скважины произошло в 1848 году в Баку. Именно с этой даты начинается история всемирной погони за добычей нефти.

Россия начинает свою историю добывания нефти в 1857 году, тогда были пробурены самые первые скважины, однако первые сведения о добыче ресурса появились у нас в стране в 1823 году.

Устройство скважин для добычи нефти

Нефтяной ресурс добывают через специально пробуренную скважину на поверхности земли. Скважину бурят при помощи специального оборудования — нефтяных вышек. Но стоит отметить, что с нефтедобывающим процессом они практически не связаны.

После завершения процесса в одном месте вышка для бурения скважины переезжает на другое и вновь начинает проделывать дырки в земле. Эта процедура довольно длительная. Иногда она может занимать до 3 месяцев. Чтобы порода в готовой скважине не сыпалась вниз, ее обустраивают изнутри стальными трубами.

Типовой диаметр одной скважины составляет 14,6 сантиметра. А вот по длине она может быть различной. Самые высокие составляют 3 метра. Днище ее называются забоем. В том случае, когда туда попадает какой-либо предмет, скважина становится непригодной для добычи, так как убрать преграду практически невозможно.

Чтобы между пластами не происходила циркуляция воды, и они между собой не сообщались, пространство между ними заливается цементным раствором. Чтобы на днище забоя поступала нефть, следует проводить ее перфорацию. Для этого проделываются небольшие отверстия в кольце и в обсадной колонне.

Как добывают нефть

Методы добычи нефти различаются в зависимости от исходного давления в пласте и способов, применяемых для его поддержания. Основные — метод механической добычи и фонтанный. Второй включает в себя три последовательных процесса: первичный, вторичный и третичный. При выборе любого способа учитывают его рентабельность.

Метод механической добычи

Этот способ нефтедобычи заключается в том, что в местах залегания полезного ископаемого бурят скважины. Нефть находится под землей под высоким давлением, за счет которого выходит на поверхность. Ее собирают в резервуары и отправляют на хранение.

Изначально давление в скважине превышает 200 атмосфер. По мере того, как понижается мощность месторождения, оно падает. Когда ископаемое перестает выходить на поверхность, подключают погружные электроцентробежные или штанговые насосы. Первые работают на глубине до 1700 м, вторые — до 2500 м.

Если расстояние от нефтеносного пласта до поверхности земли не превышает нескольких десятков метров, можно обойтись без бурения глубокой скважины. Применение механизированного метода позволяет удешевить нефтедобычу на континентах. Этим способом добывают до 85 % от общего объема нефти, выкачиваемой в мире. В странах, где пласты залегают близко к поверхности земли, себестоимость нефтедобычи составляет до 2 долларов за 1 баррель.

Фонтанный метод

Извлечение черного золота с применением этого способа предполагает бурение скважин. Оно также основано на том, что ископаемое залегает под высоким давлением и выходит самотеком. Добыча фонтанным методом ведется на морских шельфах и континентах. Процессы выработки скважины:

1. Первичный. Нефтеносный пласт вскрывают, и сразу после этого ископаемое с огромной скоростью поднимается по трубе. Эффективность добычи показывает КИН — коэффициент извлечения нефти, достигающий 3–4 %. Кроме основного ископаемого, из пласта поднимается газ. Раньше его сжигали, теперь используют.
2. Вторичный. Газлифт — искусственное нагнетание давления. Метод применяют, когда ископаемое перестает подниматься. В скважину закачивают газ или пресную воду. КИН в этом случае повышается до 35–40 %, в зависимости от характеристик породы. Увеличивается и обводненность нефти, что приводит к росту затрат на отделение ее от воды.
3. Третичный. После извлечения большей части нефти в пласт под высоким давлением подают горячий пар под давлением. Метод применяется не всегда, а только когда это экономически оправданно, так как подача пара в скважину обходится дорого. Эффективность основана на том, что при высокой температуре нефть размягчается, и ее проще извлечь. Третичный способ используется для выработки старых скважин, где черное золото периодически скапливается в таком количестве, что есть смысл организовать его извлечение.

По отдельности методы используются редко. На крупных месторождениях применяют подход, основанный на цикличности: сначала используют один способ, затем второй, и так далее. Это позволяет повысить КИН скважины до 80 %.

Способы добычи нефти в России

Способы бывают разными, выбираются в зависимости от давления в продуктивном пласте. Нефть может сама подниматься по коллектору и фонтанировать, а может залегать в глубоких пластах. От этого зависит выбор техники добычи в конкретном случае.

Способы добычи нефти в России разделяются на 2 вида: фонтанный и насосный. Первый метод включает в себя использование сильного давления в скважине, используется не только в добыче на суше, но и на водных территориях.

Если добыча происходит на поверхности, порода поднимается наверх, обрабатывается и делится на фракции.

Если добыча происходит под землей на большой глубине — бурят горизонтальные скважины, и в них подают под давлением воду. Гидроудар разрывает пласты, и из них выделяется нефть. Так как плотность нефти меньше, чем воды, возникает депрессия, и нефть поднимается на поверхность. Также, вследствие такого метода добычи, нефть может наполняться газами, которые образуются из углеродных соединений под воздействием резкого падения давления.

При использовании метода гидроудара существует высокая вероятность проседания грунта, возможны сейсмические колебания подземных плит и попадание отходов производства в подземные воды.

Насосная добыча. Как только месторождение черного ресурса найдено, то оператор бригады дает команду бурить скважину, через которую она начинает бить мощной струей, в это время ее собирают и транспортируют. Со временем высокое давление падает, и тогда на место скважины ставят насосы-качалки, способные выкачивать оставшиеся ресурсы в земле.

Как добывают нефть

Современная нефтедобыча практикует многочисленные технологии, основанные на методике артезианских скважин. Для поиска нефтесодержащих пластов используют специальные геофизические методы.

Первичная георазведка проводится по сочетанию определенных признаков:

• маслянистых пятен на глади водоемов;
• степени загрязнения следами нефтепродуктов грунтовых вод;
• выбросов газа

Также к геофизическим методам относят:

• зондирование искусственными взрывами;
• акустическое сканирование;
• ультразвуковое сканирование.

Все исследования выполняются при помощи сложной и дорогостоящей геофизической аппаратуры.

Добыча сланцевой нефти

Добыча сланцевой нефти несколько усложняется тем, что она смешана с известняком и песчаными грунтами. Ее добыча началась с 2010 года, когда в США появилась технология, позволяющая отделять нефть от примесей. Она заключается в том, что нефтяной пласт подвергается сильному давлению (гидроразрыв). Это позволяет «выжать» сланцевую нефть из губки песчаника и собирать ее в концентрированном виде через скважины. На сегодняшний день эта технология достаточно дорогостоящая, стоимость барреля такой нефти составляет около 30–40 долларов.

Несмотря на себестоимость, добыча сланцевой нефти становится традиционной и лидирующей в мировых сводках.

Нефть на морском шельфе

В середине прошлого века на морском шельфе Карибского бассейна и Аляски начали использовать технологию добычи нефти. Добыча нефти в море имеет свои особенности. Морское дно расположено ниже уровня суши, что способствует большей концентрации нефти на дне моря. Нефть можно назвать «легкой», но, с другой стороны ее добыча затратна с финансовой стороны.

Больше всего средств уходит на монтаж и обслуживание морской буровой нефтяной платформы. Ежегодно на нее уходит примерно $30 млн, а на установку нужно $2–3млн. И это все, не учитывая таких расходов:

• закладка трубопроводов;
• снабжение рабочих;
• обеспечение безопасности;
• танкеры;
• оборудование берегового терминала.

Но, невзирая на сложности, бурение морских шельфов во всем мире проводится более чем интенсивно. В основном районы бурения расположены в Мексиканском заливе, шельфе Северного моря, Индонезии, Вьетнаме и в зоне Арктического шельфа и Сахалина.

Инновационные способы нефтедобычи

Добыча нефти в современном мире очень востребована. И технологии не стоят на месте. Есть множество инновационных методов по добыче нефти, благодаря которым процесс стал экологичнее и безопаснее.

Сейсмическая разведка является одним из самых востребованных методов на сегодняшний день. С ее помощью можно анализировать полученные данные о плотности ресурса.

Но наиболее динамичным считается колтюбинг. При бурении используются безмуфтовые трубы. Металлические производства делают гибкие трубы из металла. Также проектируется наземные и внутрискважинные устройства. А для анализа и обработки информации разрабатывается специальное программное обеспечение.

С помощью систем телеметрики можно следить за происходящим бурением. Благодаря таким системам исключаются аварийные ситуации и возможные ошибки в процессе.

Глубоководное бурение применяется для добычи нефтяного ресурса на водах с большой глубиной. Месторождения нефти можно обнаружить даже на глубине в 3 километра. Технология довольно безопасная. Она позволяет спроектировать сложные навигационные процессы, разработать динамическое позиционирование и устройства для него, а также способствует улучшению буровых морских установок.

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