Способы добычи углеводородного сырья

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

Что такое углеводородное сырье: определение

Переработка углеводородного сырья — важный элемент хозяйственной деятельности развитого государства. В настоящее время вопросы, касающиеся минерально-сырьевого потенциала, являются особенно актуальными. От успехов в данной области напрямую зависит положение государства на мировой политической арене, стабильность его экономики, уровень жизни населения.

Прогнозы, разведка

Углеводородное сырье — это природный газ, нефть, включая попутный (нефтяной) газ. Доходы, получаемые от реализации сырья, идут на развитие социальных отраслей. По оценкам экспертов, объемы природных углеводородов постепенно исчерпываются. Для нефти сроки полного расходования составляют 50-100 лет, а для газа — 120 лет.

Некоторые ученые считают, что есть еще неизвестные месторождения газа и нефти, а также нетрадиционные месторождения углеводородов, объемы которых настолько велики, что их будет достаточно для удовлетворения потребностей следующих поколений. Бережное использование разведанных запасов, разумное восполнение добычи новых месторождений, освоение эффективных новых технологий разведки, извлечения углеводородов из пластов, эффективное применение энергетических ресурсов — все это способствует сохранению ценных энергетических ресурсов планеты.

Современные тенденции

Анализируя углеводородное сырье, необходимо уделить внимание полезному ископаемому — нефти. Это горючее вещество представляет собой маслянистую жидкость, которая может быть прозрачной, желтой, зеленой, вишневой, коричневой.

Состав нефти

Химия углеводородного сырья представляет особый интерес. Нефть является смесью разных органических соединений с небольшим количеством азота, серы, фосфора в составе. Простейшим и самым легким углеводородом, который входит в ее состав, является метан (СН4). В зависимости от того, в каком количестве углеводороды входят в состав нефти, свойства ее могут меняться. С точки зрения химии, данное углеводородное сырье состоит из:

около 1 % кислорода;

около 1 % металлов (ванадия, никеля, железа кобальта, хрома, молибдена);

около 1 % солей (хлоридов магния, кальция, натрия).

Месторождения углеводородного сырья отличаются по глубине залегания и способам добычи. К примеру, на глубинах до 5-6 километров находится нефть и углеводородный газ, на больших глубинах можно обнаружить только газ, у поверхности — только нефть. Бо́льшая часть продуктивных пластов располагается между 1 и 6 километром, здесь газ и нефть могут встречаться в разных сочетаниях.

В горных породах нефть залегает коллекторами. Пласт-коллектором называют горную породу, которая способна в себя вмещать флюиды — особые подвижные вещества.

Происхождение нефти

Это углеводородное сырье образуется в результате длительного многостадийного процесса (от 50 до 350 млн лет). Сторонники биогенной теории убеждены в том, что нефть формируется из останков микроорганизмов, которые жили в водных бассейнах миллионы лет назад. После отмирания они образовывали слои с высокой процентной концентрацией органического вещества. В результате биохимических процессов, которые происходят без доступа кислорода, образуются углеводороды. Часть их перешла в газообразное состояние, часть стала жидкостями, а часть — твердыми соединениями.

Интересные факты

Использование углеводородного сырья уходит корнями в глубокую древность. Есть сведения о том, что больше 6500 лет назад жители территории, на которой сегодня находится Ирак, добывали цементирующий и строительный материал при возведении домов, защищая свои жилища от попадания влаги. В Древнем Египте собирали нефть с поверхности воды, применяли ее для освещения и в качестве строительного материала. Уникальное углеводородное сырье применялось для герметизации лодок и в качестве мумифицирующего вещества.

На Ближнем Востоке во время существования древнего Вавилона осуществлялась полноценная торговля «черным золотом».

Переработка углеводородного сырья в России началась только в XV веке. Ее собирали на реке Ухта с поверхности воды и применяли не только для хозяйственных нужд, но и в качестве лекарственного средства.

Лишь в 1864 году в Кубанской области перешли к механическому бурению скважин с помощью паровой машины. Мировая нефтедобыча началась с августа 1859 года на территории США. Благодаря бурению скважин появился дешевый доступ к требуемому сырью, стала активно развиваться нефтяная отрасль.

Востребованным углеводородным сырьем являются попутный и природный газы. Они могут находиться в трех типах залежей: газонефтяных, газовых, газоконденсатных. Для газовых залежей характерно естественное подземное скопление алканов, которое не имеет прямой связи с нефтяными месторождениями. Газонефтяные залежи характеризуются одновременным присутствием нефти и газа.

Газоконденсатные виды характеризуются высоким давлением и повышенными температурами в пласте. В таких условиях углеводороды переходят в газ, при понижении давления идет обратная конденсация.

Природные газы в большей части состоят из метана. Также в их составе есть пропан, этан, бутан, несущественное количество пентана и иных компонентов: азота, углекислого газа, инертных газов, сероводорода. На долю природного газа приходится 99,3 % метана, а гомологи составляют не больше 5 %.

Попутный газ — это газ, который растворен в нефти либо выделяется из нее в процессе добычи. По выходу из скважины нефть и попутный газ проходят через газогенераторы, здесь и начинается их разделение. Именно попутный газ является ценнейшим сырьем для нефтехимического промышленного синтеза.

Области применения

Среди основных областей использования углеводородного сырья необходимо упомянуть применение в виде топлива. Высокая температура сгорания, экономичность применения, все это сделало газ самым востребованным видом энергетических ресурсов. Кроме природного и попутного газа, прекрасным углеводородным сырьем является нефть. От рациональности добычи, комплексности переработки природных ресурсов, соблюдения мер безопасности, напрямую зависит экономическая и политическая мощь государства.

Источник