Способы добыч их эксплуатации

Все о нефти

Добыча нефти. Способы эксплуатации скважин

Как известно, в стволе скважины всегда присутствует жидкость. На этапе бурения скважины – это буровой раствор. По окончании бурения его, как правило, замещают технической водой. А в результате мероприятий по освоению скважины ствол заполняется пластовой жидкостью (нефтью или нефтью с водой). Таким образом, как я уже сказал, в стволе скважины всегда присутствует столб жидкости.

Столб жидкости создает гидростатическое давление (Р) на забой скважины, которое описывается известным уравнением:

P — гидростатическое давление;
ρ — плотность жидкости;
g — ускорение свободного падения;
h — высота столба жидкости

Для того чтобы в скважину поступала жидкость из пласта (будь то нефть, газ или вода) должно соблюдаться простое условие: пластовое давление должно быть выше гидростатического давления столба жидкости в стволе скважины.

Теперь, если энергия пласта изначально высока и пластовое давление выше давления столба жидкости в стволе скважины, то получаем естественный приток нефти. Такой способ называется фонтанный способ эксплуатации скважины.

Если энергии пласта недостаточно, чтобы обеспечить приток нефти в скважину, то у нас есть два варианта. Согласно приведенной выше формуле нам надо либо уменьшить плотность жидкости (ρ) в стволе скважины, либо уменьшить высоту столба жидкости (h). На величину g мы повлиять не можем, так как это величина постоянная.

На изменении плотности жидкости основан газлифтный способ эксплуатации скважины. При этом способе с помощью колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) в скважину закачивают сжатый газ. Пузырьки газа, поднимаясь к устью скважины, снижают плотность столба жидкости, что обеспечивает снижение гидростатического давления и соответственно приток нефти из пласта.

Если же снижения плотности жидкости недостаточно для притока нефти, то остается только снижать высоту столба жидкости. Этого достигают насосными способами эксплуатации скважины. В скважину, попросту говоря, спускают насос и откачивают присутствующую в ней жидкость. Высота столба жидкости снижается до тех пор, пока из пласта не начнет поступать нефть. В результате при работающем насосе в скважине устанавливается какой-то равновесный уровень столба жидкости, который называется динамическим уровнем.

Таким образом, выделяют три основных способа эксплуатации скважин:

Методы, предполагающие использование внешнего источника мощности для поднятия жидкости на поверхность носят общее название механизированная добыча.

Фонтанный способ эксплуатации скважины

При фонтанном способе жидкость и газ поднимаются по стволу скважины от забоя на поверхность только под действием пластовой энергии, которой обладает нефтяной пласт. Этот способ является наиболее экономичным, так как не требует дополнительных затрат энергии на подъем жидкости на поверхность. Кроме того при этом способе не требуется закупка дорогостоящего оборудования, требующего к тому же регулярного обслуживания.

Оборудование фонтанных скважин состоит из колонной головки, фонтанной арматуры и выкидной линии. Это оборудование относится к наземному. Подземное оборудование состоит из колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), которые, как правило, спускают до глубины верхних дыр перфорации.

Рисунок 1. Устьевая арматура фонтанной скважины

Насосно-компрессорные трубы (НКТ) в фонтанных скважинах служат для подъема жидкости и газа на поверхность, регулирования режима работы скважины, проведения исследовательских работ, борьбы со смолопарафиновыми отложениями, осуществления различных геолого-технических мероприятий (ГТМ), предохранения эксплуатационной колонны от коррозии и эрозии, предупреждения и ликвидации песчаных пробок, глушения скважин перед подземным или капитальным ремонтами, предохранения эксплуатационной колонны скважины от высокого давления при различных геолого-технических мероприятиях.

Газлифтный способ эксплуатации скважины

Газлифтная эксплуатация является продолжением фонтанной эксплуатации, когда пластовая энергия уменьшается настолько, что подъем жидкости на поверхность ею не обеспечивается и возникает необходимость в дополнительной энергии. В качестве дополнительной энергии используется газ высокого давления.

В результате смешивания дополнительно поступающего в скважину газа с пластовой жидкостью образуется газожидкостная смесь пониженной плотностью, что снижает давление на забое скважины. Пониженное забойное давление обеспечивает приток продукции из пласта и подъем газожидкостной смеси на поверхность.

Различают компрессорный газлифт и бескомпрессорный газлифт. Если для сжатия газа до необходимого давления и закачки его в скважину применяются компрессоры, то соответственно такой способ эксплуатации называется компрессорным газлифтом. Если в качестве рабочего агента для газового подъемника применяется газ из газовых пластов высокого давления, то в этом случае эксплуатация скважин называется бескомпрессорным газлифтом.

Преимущества газлифтной эксплуатации:

• все оборудование располагается на поверхности, что упрощает его ремонт и обслуживание;
• простота конструкций оборудования;
• возможность отбора больших объемов жидкости (до 1800 т/сут) независимо от глубины скважины и диаметра эксплуатационной колонны;
• простое регулирование дебита нефти скважины (увеличивая или уменьшая подачу газа в скважину);
• возможность эксплуатации пескопроявляющих и обводненных скважин;
• простота исследования скважин.

Недостатки газлифтной эксплуатации:

• необходимость частой замены НКТ, особенно в обводненных скважинах и в пескопроявляющих скважинах;
• низкий КПД подъемника и всей системы компрессор-скважина (при низких динамических уровнях КПД подъемника часто не превышает 5%);
• большая стоимость затрат на строительство компрессорных станций, газораспределительных будок и сети газопроводов в начале обустройства месторождений;
• большой расход электроэнергии на добычу 1 т нефти при эксплуатации малодебитных скважин с низкими динамическими уровнями.

Насосные способы эксплуатации скважин

Существуют следующие виды насосной эксплуатации скважин:

• установкой штангового глубинного насоса (УШГН);
• установкой электроцентробежного насоса (УЭЦН);
• установкой штангового (либо электропогружного) винтового насоса (УШВН, УЭВН);
• установкой электродиафрагменного насоса (УЭДН) и др.

Источник

Добыча полезных ископаемых

Добыча полезных ископаемых – одна из важнейших сфер деятельности, призванная обеспечить сырьём многие отрасли промышленности, строительство, транспорт и энергетику. Начиная с древнейших времён, она позволяет извлекать газообразные, жидкие и твёрдые природные ресурсы с поверхности Земли, а также из её недр, а начиная с середины прошлого века – со дна морей и океанов.

Месторождения полезных ископаемых в России

Самая большая страна в мире располагает более 20 тысячами месторождений полезных ископаемых, оцениваемых по запасам ресурсов в 30 трлн. долларов. Этого гигантского природного богатства, практически равномерно распределённого по территории России должно хватить на несколько веков непрерывного использования. Поэтому по запасам природных ресурсов наше государство занимает одно из лидирующих мест на планете.

Экономическая география полезных ископаемых Российской Федерации такова, что:

• Наибольшие природные запасы золота сосредоточены на Дальнем Востоке и в Якутии.
• Углеводородами больше всего богат Ямало-Ненецкий автономный округ. Частично они есть в Татарстане, Башкортостане, Удмуртии, Оренбургской области, на территории бассейна реки Волги и на острове Сахалин.
• Серебро в значительных количествах присутствует на территории Восточной Сибири и в горах Урала.
• Нерудные строительные материалы обнаружены в Восточной Сибири.
• Большая часть каменного угля залегает за Уральским Хребтом.
• Горючие сланцы находятся в районах, прилегающих к Балтийскому морю.
• Железная руда обнаружена на Балтийском щите, в Курской области и на Кольском полуострове.
• Запасы урана присутствуют в Забайкалье.
• Алюминием богат Урал и Западная Сибирь.
• Цветные металлы сконцентрированы на Таймыре и на востоке Сибири.
• Драгоценные и полудрагоценные камни распространены в горных массивах Урала, Алтая и Саян.

Однако необходимо отметить, что большинство природных ресурсов расположено в труднодоступных районах и отличаются низким содержанием полезных компонентов.

Основные способы добычи

В зависимости от глубины залегания минеральных ресурсов избирают тот или иной способ их добычи:

• Карьерный или открытый способ. С его помощью добывают металлическую руду, нерудные строительные материалы, уголь. Это самый экономичный, но в то же время достаточно сильно воздействующий на почву способ. Что в дальнейшем снижает её плодородность и вредно влияет на окружающую среду.
• Шахтный или подземный способ. Его также называют закрытым. Этот способ применяют при глубинном залегании минерального сырья, руд и полиметаллов. Его недостатком являются значительные затраты и высокий уровень производственного риска для шахтёров и горняков.
• Открыто-подземный или комбинированный способ. Фактически он сочетает в себе первые два и используется в тех случаях, когда полезные ископаемые залегают как на поверхности, так и в глубине земной коры.
• Скважинный или геотехнологический способ. Применяется для извлечения сырья, пребывающего в жидком или газообразном состоянии. Обычно с его помощью из пробуренных скважин добывают нефть и газ, серу и литий, уран и фосфор, прибегая к выщелачиванию, осаждению и плавлению. Для того чтобы затем по трубам извлекать столь нужные в народном хозяйстве минеральные ресурсы.
• Дражный способ. Он сочетает в себе добычу и обогащение полезных ископаемых. Чаще всего к нему прибегают при освоении россыпей алмазов, золота, касситерита и платиноидов.

Топливно-энергетические полезные ископаемые

Нефть

Седьмое место в мире занимает наша страна по количеству разведанных нефтяных запасов. Месторождения, оцениваемые в 14,1 млрд. т располагаются в 9 нефтегазоносных провинциях:

• Волго-Уральской,
• Енисейско-Анабарской,
• Западно-Сибирской,
• Лено-Вилюйской,
• Лено-Тунгусской,
• Охотской,
• Прикаспийской,
• Северо-Кавказско-Мангышлакской,
• Тимано-Печорской,

и в 3 нефтегазоносных областях:

Лидером среди отечественных нефтяных месторождений считается Самотлорское – 7,1 млрд. т. Продуктивный период использования запасов этого жидкого вида углеводородного топлива на территории нашего государства оценивается в 22 года.

Природный газ

Россия является безусловным общемировым лидером по запасам голубого топлива, общий объём которого оценивается в 40 млрд. т. с перспективой добычи, составляющей более 80 лет.

Наибольшая его часть (свыше 75%) приходится на месторождения Сибири. Самыми крупными среди них являются: Уренгойское – 10 трлн. м 3 и Ямбургское – 8,9 трлн. м 3 .

Уголь

По запасам этого природного ископаемого, оцениваемого в 2,23 трлн. т, Россия находится на третьем месте. Причём значительную часть залежей – 69%, составляет бурый уголь. Большая часть запасов, составляющая 63% этого ценнейшего энергоресурса, расположена в восточной части страны:

• Кузнецкий угольный бассейн – один из самых крупный в мире, располагающий гигантскими запасами каменного и коксующегося угля.
• Канско-Ачинский (бурый уголь).
• Печерский.
• Южно-Якутский.

Большая часть отечественной угледобычи – 75% ведётся закрытым шахтным способом, что значительно повышает его себестоимость.

Горючие сланцы

Большая часть месторождений горючих сланцев располагается в Европейской части России, на территории Ленинградской и Самарской областей. Также имеются крупные месторождения на севере страны и в Сибири.

Однако активной разработке они не подвергаются, вследствие конкуренции со стороны более распространённых видов топлива, таких как нефть и газ. Возможно, к ней приступят после исчерпания основных углеводородных запасов.

По запасам этого природного ископаемого Россия уверенно входит в первую десятку. Согласно исследованиям пятилетней давности, его запасы составляют 507,8 тыс. т, что является десятой частью общемировых урановых ресурсов. Основные месторождения сосредоточены в Якутии и Бурятии и на территории Забайкальского края.

Металлические ископаемые

Металлы играют важнейшую роль в жизни общества. Без них невозможно представить себе ни промышленное производство, ни быт нынешнего человека.

Руды чёрных металлов

К чёрным металлам относятся железо и его сплавы: сталь, чугун и ферросплавы. Их руды подразделяются на группы, носящие название основного минерала:

• Красные железняки или гематиты – это оксиды железа (Fe₂O₃), наиболее употребляемые в чёрной металлургии; а также применяемые в качестве красителя, известного под названием «сурик».
• Магнитные железняки или магнетиты, представляющие собой закиси и окиси железа (FeOи Fe₂O) отличаются своими магнитными свойствами.
• Бурые железняки или гетиты, называемые также лимонитом или болотной рудой, являются водной окисью железа. Их ценность заключается в том, что они могут непосредственно использоваться в процессе выплавки чугуна в домнах. Наиболее ценится металлургами лимонит Керченского месторождения, имеющий в своём составе ванадий, марганец и фосфаты.
• Шпатовые железняки или сидериты – минералы серого цвета, содержащие в своём составе углекислое железо (FeCO₃). Россия является мировым лидером по месторождениям железняка: подтверждённые запасы оцениваются в 264 млрд. т.

Руды цветных металлов

Значительная часть полезных ископаемых носит название цветных металлов – это все металлы кроме железа, получившее своё название за специфический цвет.

Сырые руды этих металлов отличаются крайне низким содержанием металла и весьма разнообразным составом. Неудивительно, что они получили название полиметаллических руд. В связи с этим в цветной металлургии часто имеет место комплексное использование природного сырья.

В зависимости от плотности, они подразделяются на руды лёгких металлов: алюминия, титана, калия, кальция, лития, магния.И руды тяжёлых металлов: меди, олова, свинца, цинка.

Руды редких металлов

Обширная группа из 36 химических элементов получила своё название чисто по историческим причинам. На самом деле, они встречаются в природе нисколько не реже, а подчас значительно чаще чёрных, цветных и благородных металлов.

Руды редких металлов или залегают самостоятельно, или присутствуют попутно при разработке других полезных ископаемых. Значительную часть редких металлов извлекают из руд цветных металлов, а также из других минералов: германий – из бурых углей, ванадий – из руд железа и титана, гафний и рубидий – из руд других редких металлов.

На территории России значительные скопления руд редких металлов обнаружены на Кавказе, Урале, в Сибири, на Дальнем Востоке, а также в Якутии (Томторское месторождение).

Руды благородных металлов

К этой группе относят драгоценные металлы: золото и серебро, а также платину и металлы платиновой группы: иридий, осмий, палладий, родий и рутений, отличающиеся устойчивостью против окисления и коррозии.

Наше государство обладает значительными запасами месторождений благородных металлов:

• Золото – 25 тыс. т. Из них 4/5 составляют рудные месторождения, 1/5 – россыпные. Наиболее значимыми являются Бодайбинское месторождение золота в Восточной Сибири и Бамское золоторудное месторождение на Дальнем Востоке.
• Серебро. По его запасам Россия держит первое место в мире, располагая 16-ью непосредственными месторождениями серебра (27% общероссийских запасов) и целым рядом комплексных месторождений. Первые из них расположены на территории Чукотки и Якутии.
• Платиноиды – 6-10 тыс. т, что является третьим показателем в общемировом списке. Лидирующие позиции в отрасли занимают Нижнетагильское месторождение на Урале и Федорово-Панское месторождение в Мурманской области.

Неметаллические ископаемые

Неметаллические или нерудные природные ресурсы, используемые в своём непосредственном виде для строительства и промышленности или в качестве сырья, встречаются в природе в виде минералов или горных пород.

Горно-химическое сырьё

Горным сырьём для химического производства выступают:

• Апатиты. На территории нашего государства находится крупнейшее месторождение апатитов на Кольском полуострове (Хибинское).
• Бариты. Используется для получения бариевой соли, глазури и эмали.
• Бораты. Выступают в качестве смягчителей воды при производстве стиральных порошков.
• Фосфатные руды. Россия обладает более чем двумя сотнями крупных месторождений фосфоритов.
• Сера, в значительной степени используемая для производства серной кислоты. Большими запасами этого природного сырья располагают Самарская область, Урал (серный колчедан), Камчатка, Курильские острова.

Горнотехническое сырьё

К этому виду полезных ископаемых относятся материалы, используемые в металлургии, а также при производстве абразивов, диэлектриков, керамики, стекла и теплоизоляционных материалов. Основными минералами в качестве горнотехнического сырья являются:

• разнообразные глины, доломиты, известняки, кварцевые пески, фарфоровые камни;
• ангидрид, гипс, перлит, доломиты, известняки, тальк, графит и многое другое.

Оптические материалы

Материалы природного или искусственного происхождения, обладающие прозрачностью и предназначенные для изготовления оптических устройств. В основном это стёкла, фотоситаллы (синтезированные материалы) и монокристаллы.

Соли и рассолы

Группа минералов, имеющих солёный привкус и легко растворяющихся в воде. По своему химическому составу они подразделяются на бораты, галогениды, йодиты, карбонаты, сульфаты калия, магния, натрия и хлориды.

Соли и рассолы находят применение в строительстве, при выпуске минеральных удобрений и в качестве пищевой добавки:

• Калийные соли. Крупнейшее Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей (ВМКМС) располагается в Пермском крае.
• Каменная или поваренная соль. Крупнейшими поставщиками на российский рынок являются:

• ОАО «Бассосль», г. Астрахань – 1,3 млн. т в год;
• ОАО «Уралкалий», г. Березники – 1,0 млн. т в год;
• ОАО «Илецксоль», г. Оренбург – 0,5 млн. т в год.

• Гипс или водный сульфат кальция находит широкое применение в строительстве, медицине, декоративно-прикладном искусстве.

Драгоценные и поделочные камни

Минералы, используемые в производстве ювелирных изделий и камнерезном производстве. Отличительными особенностями драгоценных камней являются красивый цвет, яркий блеск, прозрачность, разнообразные оптические эффекты. Кроме того, они обладают высокой прочностью и долговечностью.

Поделочные камни не отличаются прозрачностью, хотя и имеют красивую фактуру, а также хорошо подвергаются механической обработке. Обычно они находят применение при отделке зданий и некоторых изделий.

Залежи этих полезных ископаемых присутствуют на Урале (самоцветы), в Якутии (алмазы) и в Восточной Сибири.

Строительные материалы

К естественным природным минералам, используемым в строительстве, относятся:

• Гравий – мелкий камень округлой формы.
• Щебень – остроугольные камни, диаметром не более 70 мм, используемые в качестве наполнителя.
• Песок – мелкозернистая каменная фракция размером до 5 мм.

А также полезные ископаемые, применяемые при изготовлении бетона, цемента и других вяжущих веществ.

На территории России имеется 8500 месторождений более 100 наименований нерудных строительных материалов. Самые крупные из них расположены в Вяземской, Кировской, Московской и Смоленской областях.

Объёмы добычи

Россия обладает гигантскими запасами полезных ископаемых и последовательно их использует. О чём говорит рост добывающей отрасли в 2019 году на 1,1%.

Показатели 2019 года:

• Нефть и газовый конденсат – 561 млн. т.
• Газ – 738 млрд. м 3 ; попутный нефтяной газ – 94,7 млрд. м 3 .
• Каменный уголь – 357 млн. т.
• Бурый уголь – 82,2 млн. т.
• Золото (11 месяцев) – 337,26 т.
• Добыча металлических руд (июль 2019 года) выросла по сравнению с аналогичным показателем на 1,9 %.
• Добыча цветных металлов выросла на 3,1 % (соотношение: июль 2019 – к июлю 2018 года).
• Добыча нерудных ископаемых выросла на 15,7 % (соотношение: июль 2019 – к июлю 2018 года).

Приведённые данные говорят о том, что доля России в общемировом масштабе, оцениваемом в 20 млрд. т ежегодной добычи полезных ископаемых, весьма значительна, а перспективы их дальнейшего использования даже пока в должной степени не оценены, вследствие своей огромности.

ПАО «Уралкалий» — ведущий вертикально интегрированный мировой производитель калия, одного из важнейших элементов, необходимых для развития всех живых организмов.

Источник