Технологический процесс нефтегазового места

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):

Нефть в химической промышленности

Залежи таких природных ископаемых, как нефть, представляют для химпрома передовых по уровню развития государств очень большой интерес.

Дело в том, что нефтяные залежи включают в свой состав уникальные в своем роде углеводородные соединения, которые невозможно воссоздать искусственным путем. По сути, нефть в химической промышленности играет сегодня одно из ключевых значений.

Из нефти производится топливо: керосин, бензин и дизель, а также широчайший ряд сопутствующих компонентов, которые удается извлечь из нефтяных фракций путем перегонки нефти при крекинг-процессе.

Что еще получают из нефти помимо топлива?

Помимо топлива, во время нефтепереработки можно получить сырье для изготовления всевозможных синтетических волокон, каучука, красителей, присадок, поверхностно-активных веществ, пластификаторов и т.д. Во время проведения крекинг-процесса из нефти можно получить такие компоненты, как:

• Низкомолекулярные и высокомолекулярные углеводороды (бутилены, этилены и пропилены).
• Нефтеновые и ароматические углеводороды (кумол, стирол, ксилол, толуол, бензол и т.д.).
• Олефиновые и диолефиновые углеводороды (этилен, ацетилен и пр.).

Разумеется, нефть различается по сортам. В процессе нефтепереработки, нефть различных сортов дает и различные результаты нефтепереработки. Дело в том, что каждое месторождение нефти обладает ископаемыми с уникальной структурой.

Так, в сырой нефти могут находиться от 100 до 1000 углеводородных соединений, что делает нефть в химической промышленности чрезвычайно интересным ресурсом. Поэтому, каждое месторождение позволяет вырабатывать, по сути, уникальное сырье.

На международном рынке нефтепродуктов существует очень большое количество сортов товарной нефти, к примеру, Иран вырабатывает 2 вида «черного золота» – это Iran Light и Iran Heavy, а Россия Urals и Siberian Light. Сорт нефти, главным образом, зависит от места её выработки.

В данный момент времени, нефтедобыча начала резкое сокращение производственных мощностей. Продукты нефтепереработки начинают все более и более расти в цене. Дело в том, что есть такое понятие, как «Конвенциальная нефть», то есть это запасы нефтяных залежей, выработка которых разрешена.

Как известно, запасы природных ресурсов не безграничны, учитывая, что нефть в химической промышленности является одним из главных полезных ископаемых, залежей нефти становится все меньше и меньше. Поэтому, выработка этого ресурса вынужденно замедляется.

Чтобы компенсировать дефицит нефтепродуктов, агропромышленный комплекс многих стран активно развивает альтернативные источники топливной энергии, в частности ядерную и «зеленую» энергетику.

Например, на основе разработок российских ученых, энергетический сектор Индии и Китая смог добиться положительного КПД при работе плазменного генератора «Токамак» (это устройство для осуществления управляемого термоядерного синтеза), установку прозвали «Искусственным Солнцем».

Немного истории и интересных фактов

Свойства нефти предметно изучаются учеными на протяжении уже более чем 400 лет. По сей день остается загадкой, каким образом происходит формирование связей между компонентами нефти. Однозначного ответа нет и на вопрос о происхождении нефти.

Одни ученые придерживаются гипотезы о животном происхождении «черного золота», другие же ученые считают нефть продуктом абиогенного происхождения, то есть материалом неорганической природы, который в состоянии сформироваться только в условиях сверхвысоких давлений и при высоких температурах.

За более чем столетнюю историю форсированной выработки «черного золота», стало ясно одно, природа будет компенсировать растрату своих недр за счет нас, то есть за счет нынешнего поколения.

Ведь, разработка недр планеты ведет к дисбалансу геологических процессов, которые протекают в верхних слоях Земной коры.

То есть, человечество вмешивается в функционирование важнейших систем, оказывающих непосредственное влияние на определенные уровни энергетического потенциала, которым обладает наша планета. В любом случае, как бы там ни было, нефть в химической промышленности занимает сегодня первоочередное значение.

Ведущие потребители продуктов нефтехимической отрасли уже всерьез начали задумываться о переходе на синтетические заменители топлива. Впервые синтетический бензин был получен учеными милитаристской Германии, то есть в период Второй мировой войны. Сейчас эту идею активно развивают ученые из Китая.

Технология получения синтетического бензина предполагает использование угля. Разумеется, самый качественный бензин получается из каменного угля, запасы которого тоже ограничены и растрата которых чревата серьезными катаклизмами, наравне с последствиями от выработки нефти.

Но, существуют технологии, которые позволяют получать синтетическое топливо из древесного угля, который можно воспроизводить искусственным путем в любых количествах.

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:

Классификация нефтегазовых технологических процессов.

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ КУРСА

«УПРАВЛЕНИЕ НЕФТЕГАЗОВЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ»

Процесс – это любое последовательное изменение характеристик предмета, явления, системы в природе, технике или обществе, направленное на достижение определенного результата.

Существуют следующие виды процессов:

– естественные – процессы, протекающие в природе самопроизвольно без воздействия человека. Характеризуются большой протяженностью во времени;

– производственные (технологические) для нефтегазовой отрасли осуществляются с целью извлечения углеводородного сырья, его подготовки, транспортирование и переработке в продукты потребления. Такие процессы организуются и контролируются человеком, они состоят из большого числа последовательных операций.

Классификация нефтегазовых технологических процессов.

I. В зависимости от законов, определяющих скорость их протекания:

1. Гидромеханические процессы, скорость которых определяется законами гидродинамики – это движение жидкостей и газов. К этим процессам относятся: перемещение жидкостей, сжатие и перемещение газов, отстаивание (разделение жидких и газовых неоднородных систем в поле сил тяжести), центрифугирование (в поле центробежных сил), фильтрование (под действием разности давлений при движении через пористый слой) и перемешивание жидкостей.

2. Тепловые процессы, скорость которых определяется законами теплопередачи – это о способах распространения тепла. Такими процессами являются нагревание, охлаждение, выпаривание и конденсация паров.

3. Массообменные (диффузионные) процессы, характеризуются переносом одного или нескольких компонентов исходной смеси из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз и описываются законами массопередачи. К этой группе процессов относятся абсорбция, перегонка, ректификация, экстракция из растворов, растворение и экстракция из пористых твердых тел, кристаллизация, адсорбция и сушка.

4. Химические (реакционные) процессы, определяются законами химической кинетики. Химические реакции сопровождаются обычно переносом массы и энергии, соответственно скорость химических процессов зависит от гидродинамических условий. Скорость реакций подчиняется законам макрокинетики.

5. Механические процессы, описываются законами механики твердых тел. К ним относятся измельчение, транспортирование, сортировка (классификация) и смешение твердых веществ. Также к механическим процессам можно отнести процессы переработки химических продуктов в изделия – прессование, литье, экструзия и др.

II. По способу организации:

1. Периодические (все стадии протекают в одном месте, но в разное время).

2. Непрерывные (все стадии протекают одновременно, но разобщены в пространстве).

3. Комбинированные (к ним относятся непрерывные процессы, отдельные стадии которых проводятся периодически или наоборот).

III. В зависимости от изменения рабочих параметров (скоростей, температур, концентраций и др.) во времени:

1. Установившиеся (стационарные) – параметры постоянны во времени.

2. Неустановившиеся (нестационарные) – параметры переменны во времени. По распределению времен пребывания частиц среды, различают следующие теоретические модели аппаратов непрерывного действия:

− идеального вытеснения ИВ (все частицы равномерно распределены по

площади поперечного сечения аппарата и действуют при движении подобно твердому поршню, время пребывания частиц одинаково);

− идеального смешения ИС (частицы сразу же полностью перемешиваются, т.е. равномерно распределяются в объеме аппарата, во всех точках объема мгновенно выравниваются значения характеризующих параметров, время пребывания частиц неодинаково);

− промежуточного типа (время пребывания более равномерно, чем в ИС, но никогда не выравнивается, как в ИВ).

Основные цели расчета процессов и аппаратов:

1) определение условий предельного, или равновесного, состояния системы;

2) вычисление расходов исходных материалов и количеств получаемых продуктов, количеств потребной энергии (тепла) и расхода теплоносителей;

3) определение оптимальных режимов работы и соответствующей им рабочей поверхности или рабочего объема аппаратов;

4) вычисление основных размеров аппаратов.

− расчет и анализ статики процесса (рассмотрение данных о равновесии), исходя из чего, определяют направление протекания и возможные пределы осуществления процесса;

− нахождение предельных значений параметров процесса для вычисления его движущей силы;

− составление материальных и энергетических балансов;

− расчет кинетики процесса, определяющей скорость его протекания;

− определение рабочей поверхности или объема аппарата.

Материальный и тепловой балансы – законы сохранения массы и энергии для физико-химических процессов.

Материальный баланс – количество поступающих веществ ∑Gн должно быть равно количеству веществ ∑Gк, получаемых в результате проведения процесса, в практических условиях неизбежны необратимые потери веществ ∑Gп:

∑Gн =∑Gк +∑Gп.

Тепловой баланс – количество теплоты ∑Qн, введенной в процесс, равно количеству теплоты ∑Qк, выведенной из процесса, включая необратимые потери в окружающую среду ∑Qп:

∑Qн =∑Qк +∑Qп.

Движущая сила (разность потенциалов) – для гидромеханических процессов определяется разностью давлений, создаваемой с помощью насосов, компрессорных машин, за счет различия уровней жидкостей или плотностей;

для теплообменных – разностью температур поверхностей стенок (при теплопроводности), поверхности стенки и жидкости, или наоборот (при теплоотдаче), теплоносителей, омывающих разделяющую их стенку (при теплопередаче); для массообменных разностью между рабочей и равновесной, или наоборот, концентрациями распределяемого компонента в данной фазе.

Основное уравнение процесса в общем виде:

M = U А К τ,

где М – количество перенесенного вещества или тепла; U – движущая сила; А – величина, к которой относят интенсивность процесса (рабочая поверхность, рабочий объем); К – коэффициент скорости процесса, учитывает все отклонения реального процесса от данной упрощенной зависимости, отражает влияние всех факторов, не учтенных остальными величинами, является мерой интенсивности процесса.

Интенсивность процесса (М/Аτ) – результат, отнесенный к единице времени и единице величины А:

Плотность потока – количество рассматриваемой субстанции М (массы вещества, теплоты и т.д.), проходящей в единицу времени τ через единицу площади F произвольной поверхности

плотность любого потока q, как правило, прямо пропорциональна градиенту движущей силы процесса qrad U:

q = K qrad U

Моделирование – метод исследования, при котором вместо непосредственного интересующего нас процесса или явления, протекающего в каком-то объекте (натуре), изучается соответствующий процесс на другом объекте (модели).

Основные задачи моделирования:

1) исследование новых процессов;

2) проектирование новых производств;

3) оптимизация отдельных аппаратов и технологических схем;

4) выявление резервов мощности и отыскание наиболее эффективных путей модернизации производств;

5) оптимальное планирование действующих производств;

6) разработка автоматизированных систем управления проектируемыми и действующими производствами.

Физическое моделирование – исследуемый объект (модель) отличается от натуры масштабом, меняются используемые вещества, температурные условия и т.п., однако физическая природа явления остается неизменной.

Математическое моделирование – моделирующий процесс может отличаться от моделируемого по физической природе. Процесс исследуется путем решения систем уравнений, описывающих его. При этом выясняется влияние на него различных технологических параметров: температуры, давления, концентрации. Исследования проводятся на теоретической или идеальной физической модели. Математическая модель – приближенное описание какого-либо явления или процесса внешнего мира, выраженное с помощью математической символики.

Подобие процессов – основа теории подобия, являющейся теоретической базой курса процессов и аппаратов. Процессы подобны между собой только в том случае, если соблюдается подобие: геометрическое и временное, полей физических величин, начальных и граничных условий. Подобие характеризуется константами и инвариантами подобия:

а) константа подобия

где к1 – безразмерный масштабный множитель, выражающий отношение однородных сходственных величин подобных систем;

б) инвариант подобия

где inv – отношение сходственных величин в пределах каждой подобной системы.

Симплекс подобия – инвариант подобия, выраженный отношением двух однородных физических величин

Критерий подобия – инвариант подобия, выраженный отношением двух разнородных физических величин, характеризующих изучаемый процесс, т.е. представляет собой безразмерный комплекс, например, критерий Рейнольдса

Согласно основным теоремам подобия процессы будут подобны, если они имеют одинаковые критерии подобия и описываются одинаковыми дифференциальными уравнениями. Эти уравнения путем метода теории подобия преобразуются в обобщенные критериальные уравнения, явный вид которых находится экспериментальным путем.

Процесс термодинамический – любое изменение термодинамического состояния системы о(сновные виды термодинамических процессов представлены в табл.1).

Субстанциональная производная – (от слова субстанция, что означает

материя) – полная производная, характеризующая изменение величины, как во времени, так и в пространстве, состоит из локального изменения величины во времени и конвективного ее изменения по всем трем координатам:

Вопросы для самоконтроля

1. Что является целью, предметом и задачами дисциплины «Управление нефтегазовыми производственными процессами»?

2. Дайте определение процесса и технологии.

3. Как классифицируются основные процессы нефтегазовой технологии (в зависимости от законов, определяющих скорость их протекания; по способу организации; в зависимости от изменения параметров во времени)?

4. Сформулируйте общие принципы расчета процессов и аппаратов.

5. Запишите материальный и энергетический балансы процесса.

6. Что такое движущая сила, скорость и интенсивность процесса?

7. Представьте основное уравнение процесса в общем виде.

8. Перечислите основные задачи моделирования процессов.

9. Дайте определения физическому и математическому моделированию.

10. Что называют коэффициентом подобия, инвариантом, симплексом и критерием подобия?

11. Перечислите основные термодинамические процессы и дайте их краткую характеристику.

Для определения характеристики нефтяного и газового пласта необходимо знать:

1) гранулометрический (механический) состав пород;

4) капиллярные свойства;

5) удельную поверхность;

6) механические свойства (упругость, пластичность, сопротивление разрыву, сжатию и другим видам деформаций);

7) тепловые свойства (теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность);

8) насыщенность пород водой, нефтью и газом в различных условиях.

Законы гидромеханики и их практическое применение изучаются в гидравлике, основными разделами которой являются:

гидростатика – рассматривает законы равновесия в состоянии покоя;

гидродинамика – рассматривает законы движения жидкостей и газов. Жидкости – все вещества, обладающие текучестью при приложении к ним самых незначительных сил сдвига. В гидравлике под понятием жидкость принято понимать жидкости, газы или пары, потому что законы движения жидкостей и газов практически одинаковы, если их скорости значительно ниже скорости звука.

Идеальная жидкость – жидкость, абсолютно несжимаемая под действием давления, не изменяет плотности при изменении температуры и не обладает вязкостью.

Реальные жидкости разделяются:

– на капельные (практически несжимаемы и обладают очень малым коэффициентом объемного расширения);

– упругие – газы или пары (сильно изменяется объем при изменении температуры или давления).

Как добывают нефть. Способы добычи нефти

С началом использования нефти в промышленных целях потребность в этом виде полезного ископаемого только увеличивается.

В настоящее время нефть используется как сырье для нефтехимии, является источником для производства моторных топлив, масел и смазок, а также мазута, строительных материалов.

Кроме того, нефть применяется как сырье для получения ряда белковых препаратов, используемых в качестве добавок в корм для скота и т.д.

Считается, что современный термин «нефть» мог произойти от слова «нафата», что на языке народов Малой Азии означает «просачиваться». Нефть представляет собой природную горючую маслянистую жидкость, которая состоит из смеси углеводородов различного строения.

Кроме углеводородов нефть, содержит небольшие количества кислородных и сернистых соединений и совсем немного азотистых. Нефть и горючий газ встречаются в земных недрах как вместе, так и раздельно.

Природный горючий газ состоит из газообразных углеводородов — метана, этана, пропана.

Нефть и горючий газ накапливаются в пористых породах, называемых коллекторами. Хорошим коллектором является пласт песчаника, заключенный среди непроницаемых пород, таких как глины или глинистые сланцы, препятствующих утечке нефти и газа из природных резервуаров.

Наиболее благоприятные условия для образования месторождений нефти и газа возникают в тех случаях, когда пласт песчаника изогнут в складку, обращенную сводом кверху.

При этом верхняя часть такого купола часто бывает заполнена газом, ниже располагается нефть, а еще ниже — вода.

Как только нефть или газ обнаружены, следует оценить величину их запасов в пласте, величину извлекаемых запасов, их качество и способ безопасной транспортировки этих углеводородов до нефтеперерабатывающей установки или терминала дальнего транспорта. Другими словами, нужно оценить, является ли находка экономически перспективной. Если это так, принимается решение бурить следующие скважины и устанавливать на них эксплуатационное оборудование.

Коэффициент нефтеотдачи месторождения — отношение запасов нефти, которые можно извлечь экономически выгодными способами, к оценке общего количества нефти, залегающей под землей, — варьируется достаточно широко.

Двадцать лет тому назад считалось нормальным значение коэффициента нефтеотдачи около 30 процентов. Сегодня средняя величина коэффициента нефтеотдачи — около 45 процентов.

Развитие технологий, по-видимому, приведет к дальнейшему росту этого показателя.

В подземных резервуарах — ловушках — находят сырую нефть. Обычно месторождения содержат также газ и воду, как правило, под высоким давлением. Это давление иногда оказывается достаточным для вытеснения нефти к необорудованной стенке скважины, поэтому избыточное давление может стать источником проблем.

В других случаях сила пластового давления может быть недостаточной с самого начала эксплуатации, и уже сразу на забое скважины нужно устанавливать насосы. Жидкость, поступающая из скважины, обычно содержит нефть, газ и воду. Эта смесь нуждается в обработке для того, чтобы сырую нефть и газ можно было транспортировать по трубопроводу или в цистернах.

Процесс добычи нефти, начиная от притока ее по пласту к забоям скважин и до внешней перекачки товарной нефти с промысла, можно разделить условно на три этапа: движение нефти по пласту к скважинам благодаря искусственно создаваемой разности давлений в пласте и на забоях скважин; движение нефти от забоев скважин до их устьев на поверхности — эксплуатация нефтяных скважин; сбор нефти и сопровождающих ее газа и воды на поверхности, их разделение, удаление минеральных солей из нефти, обработка пластовой воды, сбор попутного нефтяного газа.

Задача извлечения нефти из пласта имеет всегда несколько решений. Применение тех или иных способов добычи и транспортировки обусловливается, в частности, местонахождением запасов нефти — найдены они на суше или под морским дном.

Очевидный факт, что бурение нефтяных скважин в море для разработки подводных месторождений намного сложнее и дороже бурения на суше, и является одной из причин того, что большая часть используемой нами нефти добыта в прибрежной зоне.

Чтобы добраться до запасов на границах месторождения, скважины часто бурят под наклоном. Современные технологии позволяют бурить скважины вертикально вниз и затем горизонтально в стороны. Такой способ очень экономичен, поскольку он позволяет пробурить несколько скважин из одной точки и вести добычу нефти из тонких пластов породы.

Технологический комплекс, состоящий из скважин, трубопроводов, и установок различного назначения, с помощью которых на месторождении осуществляют извлечение нефти из недр Земли, называется нефтяным промыслом.

Нефтехимическая промышленность

Нефтехимическая промышленность Российской Федерации развивается прогрессивно и играет важнейшую роль в экономическом развитии государства.

Она является одной из наиважнейших, так как благодаря ее развитию другие отрасли промышленности обеспечиваются необходимым сырьем. Так же попутно развиваются новые направления.

Развитие нефтехимической промышленности влечет за собой улучшения в производственных процессах других отраслей промышленности, которые напрямую зависят от нее.

Новые разработки в химической отрасли способствуют ускорению процесса утилизации отходов, а так же их переработке.

Развитие нефтехимического комплекса важно. В современном мире потребности проживающих в нем людей постоянно растут. Сельское хозяйство, а также повседневный быт требуют производства все новых и новых разновидностей той или иной продукции.

От постоянного процесса развития данного комплекса зависят такие отрасли:

• Горно-химическая
• Лако-красочная промышленность
• Нефтеперерабатывающая
• Лесохимическая и др

Химические, а также нефтехимические предприятия сосредотачивают в себе около восьми процентов основных фондов всей промышленности Российской Федерации.

Предприятия нефтехимической промышленности играют немалую роль в обеспечении оборонной безопасности государства, выпуске инновационной электроники, лекарственных препаратов, косметических средств и т.д. Все предприятия нефтехимического комплекса поставляют остальным отраслям различные материалы: лаки, краски, пластмассу, удобрения и т.д.

Задачи нефтехимического комплекса

Вот почему в нынешний период времени нефтехимическая промышленность России должны максимально эффективно работать и производить необходимые объемы сырья и материалов для других отраслей промышленности, соответствуя мировому уровню производства подобной продукции. Качество и широкий ассортимент – главные правила российского производства.

Для того чтобы успешно выполнить поставленную стратегическую задачу, нефтехимическим предприятиям необходимо выполнить следующие шаги:

• Осуществить техническое перевооружение.
• Произвести модернизацию действующих производств, с целью создания новых, более эффективных.
• Больше производимой продукции пускать на экспорт.
• Проработать внутригосударственный рынок продукции, получаемой при помощи нефтехимической промышленности.
• Выпускать продукцию наивысшего качества.
• Развить новые ресурсно-сырьевые возможности для дальнейшего развития нефтехимических комплексов.

Нефтехимическая промышленность России

Российское государство более чем в достаточной степени обеспечено сырьем для того, чтобы развивать нефтехимическую отрасль и занимать лидирующие позиции на мировом рынке. Но пока ситуация складывается иначе. Цены на производимую отечественную продукцию растут, а на мировом рынке, как известно, главным инструментом конкурентоспособности является низкий уровень цен. Многие инвесторы не проявляют желания вкладывать собственные средства в экспортные проекты. Ведь с учетом транспортных и других расходов такие вложения не являются экономически выгодными для них.

Несколько последних лет на территории Российской Федерации на одного проживающего здесь человека производится около пяти килограммов в год продукции химической отрасли.

А уровень потребления данной продукции одним человеком ежегодно составляет около тридцати килограммов. Это говорит о том, что отрасль даже не настолько развита, сколько этого требует ситуация внутри страны.

Существует явная проблема между процессом развития нефтехимической промышленности и необходимостью рынка.

Причиной ее появления послужило:

• Необходимость использовать большое количество ресурсов.
• Ограничения в количестве добываемого в пределах государства сырья.
• Отсталость от инновационных новшеств в данной отрасли, применяемыми другими государствами.

Несмотря на вышеуказанные проблемы нефтехимические комплексы Российской Федерации все же имеют возможность оказать полноценную конкурентоспособность комплексам других государств, а также занять лидирующие позиции по объемам и качеству выпускаемой продукции относительно других мировых стран.

Такие предпосылки реальны благодаря наличию следующих факторов:

• Наличие внутреннего рынка, который активно развивается и ищет пути к замещению товаров ввозимых из-за границы.
• Наличие природных ресурсов, которые необходимы для производства продукции, выпускаемой комплексом.
• Возможности наладить производственный процесс внедрением новой техники и основных фондов.
• Наличие научных и технических возможностей.

Нефтехимический комплекс Российской Федерации состоит из пятнадцати отраслей, каждая из которых специализируется на выпуске различного типа продукции. Семьсот шестьдесят предприятий различной мощности пытаются обеспечить потребности внутреннего, а также мирового рынка.

Самую значимую роль в развитии данной промышленности играют предприятия: «АК Сибур», «Лукойл-Нефтехим», «Газпром», «Амтел». Каждое из них работает на износ и производит значительную часть той продукции, которая является внутренним валовым продуктом.

Вышеуказанные компании обладают необходимым оборудованием и другими возможностями для того, чтобы проводить все необходимые манипуляции для изготовления той или иной продукции на степени от сырья до готовой нефтехимической продукции.

Корпорации являются лидерами на химическом рынке России.

Для того, чтобы активно и эффективно развивалась нефтехимическая промышленность на территории государства должно быть задействовано около одной сотни научных, а также экспериментальных центров.

Большинство предприятий, занимающихся производством нефтехимической продукции вкладывают в такие научные центры значительные финансовые средства с целью открытия инноваций в данной сфере и внедрению таковых в производство.

Сырье нефтехимической промышленности

Несмотря на то, что по объемам производимой нефтехимической продукции Россия занимает лишь двадцатую позицию относительно других мировых стран, ее шансы на рост позиций постепенно растут. А все благодаря тому, что в пределах российского государства располагается большее количество месторождений.

Одной из главнейших задач для улучшения ситуации по развитию нефтехимической промышленности в России, поставленных перед руководством страны, является налаживание путей поступления необходимого сырья на соответствующие предприятия.

Интересные инновации, используемые при добыче нефти

Потенциал нефтегазовой отрасли огромен. Однако задача повышения прибыльности бизнеса, стоящая перед нефтяниками, постоянно усложняется. Объём добычи из зрелых скважин снижается, а перспективные месторождения труднодоступны. Для их освоения требуется мощный технологический инструментарий.

Добиться высокорезультативного, энергоэффективного, ресурсосберегающего и геоэкологического производства возможно с помощью инноваций. Они способствуют поиску новых нефтегазовых месторождений, увеличению коэффициента извлечения запасов и глубины переработки сырья, сокращению потерь при добыче и транспортировке.

Только благодаря прорывным инновациям компании способны получить доступ к трудноизвлекаемым и нетрадиционным запасам, увеличить нефтеотдачу и, тем самым повысить рентабельность нефтегазового бизнеса.

Нефтегазовые инновации в сфере поиска и разведки месторождений

На сегодняшний день неосвоенных легкодоступных залежей почти не осталось. Геологи выискивают варианты нефтедобычи в суровых природных условиях, удалённых местах со сложной структурой пород.

Основной метод, применяемый в исследовании недр – сейсмический, при котором искусственный источник возбуждает упругие волны. Сейсмоприёмники регистрируют информацию. Затем происходит обработка и интерпретация полученных данных.

Нефтегазовые инновации, такие как электроразведка и высокоплотная сейсмосъёмка UniQ позволили увеличить количество источников и приёмников волн и повысить точность исследований.

Ещё одной инновацией в области поиска стала техника лучевого моделирования, рассчитывающая оптимальную схему расстановки источников возбуждения и регистрирующего оборудования.

С помощью 4D-сейсмики моделируются нефтегазовые бассейны со сложной структурой, оцениваются изменения залежей, повышается достоверность прогнозирования нефтегазоносности.

Увеличивается результативность поиска, обнаружения и технической подготовки к дальнейшему освоению. Растёт эффективность ресурсной базы.

Внедрение инновации способствует приросту извлекаемых запасов и уменьшает капиталовложения в эксплуатационное бурение.

Метод бассейнового моделирования реконструирует процессы создания и изменения геологических слоёв, выясняет, когда и как в них зародились, накапливались и распределялись углеводороды.

После изучения данных выбираются перспективные участки, на которых формируется модель нефтегазового месторождения.

На последнем этапе моделирования оцениваются риски и обосновывается эффективность освоения залежи.

Экологосберегающая геологоразведка – инновационный способ, позволяющий вдвое сократить объём вырубаемого леса за счёт замены кабеля на беспроводные радиотелеметрические датчики регистрации данных RT System2.

Инновационные технологии добычи и повышения нефтегазоносности

Естественное сокращение традиционных нефтегазовых запасов заставляет нефтегазовые компании применять новые способы добычи трудноизвлекаемых ресурсов.

К ним относятся:

• Подгазовые залежи
• Низкопроницаемые коллекторы
• Карбонатные и трещиноватые коллекторы
• Баженовские месторождения
• Месторождения арктического шельфа
• Остаточные запасы зрелых месторождений
• Высоковязкая нефть

Их освоение становится доступным благодаря созданию высокотехнологичных горизонтальных и многоствольных скважин. Разветвления в горизонтальных скважинах направляются в разные нефтяные участки, что даёт возможность не задевать пласты с водой или газом.

Бурение таких скважин многостадийным гидроразрывом пласта – инновационная разработка при добыче сланцевой и баженовской нефти. Трещины при разрыве создаются на нескольких участках скважины одновременно.

Совместно с новым видом бесшаровой компоновки данная инновация усиливает нефтегазоносность, а также позволяет проводить исследования внутри скважины и повторный гидроразрыв.

Использование новых растворов также повышает результативность бурения сложных нефтегазовых скважин. Для укрепления скважин и эффективного выноса пород на поверхность разработаны новые методы поинтервальной обработки бурового раствора.

Данная инновация позволяет вовлечь в разработку крайние зоны пластов и увеличивает экономический эффект.

Основа современного безопасного и точного бурения – роторные управляемые системы. Они бурят скважины длиной более 2000 м с экстремально большими отходами ствола и точно проводят их в маломощных коллекторах.

Активно осваивается газовый метод, при котором в пласт закачивают газ. Он растворяется в нефти, увеличивает её объём, снижает вязкость и выталкивает наружу. Такая разработка может не только увеличивать коэффициент нефтеотдачи, но и способствовать утилизации попутного нефтяного газа.

Инновационная технология щелочного ПАВ-полимерного заводнения мобилизирует нефть, оставшуюся после применения традиционных способов добычи.

Передовые идеи в сфере нефтепереработки

Необходимость рентабельной переработки нефтяных остатков и снижение качества нефти стимулирует развитие инноваций.

Приоритетным направлением является оснащение производства технологиями и оборудованием, ориентированными на переработку дешёвого сырья: тяжелой нефти, компонентов жирного и попутного нефтяного газа.

Создаётся новое катализаторное производство, демонстрирующее лучшие показатели выхода светлых нефтепродуктов. Разрабатывается уникальная технология твердокислотного алкилирования с применением безопасного катализатора на основе цеолита.

Внедрение инноваций в нефтепереработке позволило получать из отходов фторид кальция, который используется в металлургии в качестве полноценной замены импортного плавикового шпата.

Отдельным направлением технологического развития стал каталитический крекинг и каталитический риформинг – инновации, значительно повысившие экологичность и безопасность производства высокооктанового бензина.

Нефтегазовая промышленность – стратегическая отрасль мировой экономики, в инновационное развитие которой инвестируются миллиарды долларов.

Создание нефтегазовой инфраструктуры нового поколения

Инновации совершенствуют процесс строительства нефтегазовых производственных объектов, уменьшают капиталовложения и сокращают время на возведение объектов.

С помощью модульных систем на месторождение доставляется спецоборудование и организуется необходимый технологический процесс. Пример такой системы – мобильная установка мягкого парового риформинга для утилизации попутного нефтяного газа, которую можно легко переместить в случае необходимости.

Строительство инновационных объектов позволяет снизить нагрузку на окружающую природу за счёт полезного использования попутного нефтяного газа, ветропарков, геотермальных энергостанций и эффективных автономных электростанций. Также в данном направлении ведётся работа по повышению технологичности транспортной и трубопроводной инфраструктуры.

Внедрение IT-инноваций в производственные процессы нефтегазовых компаний

• Создание нового поколения информационных систем решает задачи оптимизационного планирования, непрерывного контроля качества и количества продукции.
• Новейшие IT-программы хранят информацию о месторождениях в единой базе данных, организуют технический график их работы, следят за его отклонениями и обнаруживают места, требующие ремонта или оптимизации производственного процесса.
• Базой для инноваций станут технологии искусственного интеллекта, предикативного управления, математического моделирования производств.

4D-технологии позволят прогнозировать месторождения и другие инфраструктурные объекты, моделировать и контролировать процессы на разных стадиях производства. С помощью цифровых двойников нефтегазовых скважин управление активами происходит в режиме круглосуточного доступа. Это помогает предвидеть и исключить множество проблем.

Прогрессивные инновации в нефтегазовой промышленности становятся неотъемлемой частью развития отрасли. Только новые возможности призваны обеспечить высокую экономическую эффективность, технологическую и экологическую безопасность деятельности.

Время на прочтение

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.

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:

• установка штангового глубинного насоса (УШГН) или скважинная штанговая насосная установка (СШНУ)
• установка электрического центробежного насоса (УЭЦН)
• установка электроприводного винтового насоса (УЭВН)
• установка электроприводного лопастного насоса (УЭЛН)
• различные виды скважинных гидропоршневых насосных установок (ГПНА):струйныегидроимпульсныетурбонасосныевибрационные.
• струйные
• гидроимпульсные
• турбонасосные
• вибрационные.

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

Особенности технологического процесса добычи нефти

• Современная добыча нефти осуществляется посредством бурения скважин с последующим извлечением нефти и сопутствующих ей газов и воды. Процесс добычи нефти можно условно разделить на 3 этапа
• 1) движение нефти по пласту к скважинам благодаря искусственно создаваемой разности давлений в пласте и на забоях скважин; 2) движение нефти от забоев скважин до их устьев на поверхности — эксплуатация нефтяных скважин; 3) сбор нефти и сопутствующих ей газов и воды на поверхности, их разделение, удаление минеральных солей из нефти, обработка пластовой воды, сбор попутного нефтяного газа.
• Процесс добычи нефти

Перемещение жидкостей и газа в пластах к эксплуатационным скважинам называют процессом разработки нефтяного месторождения. Движение жидкостей и газа в нужном направлении происходит за счет определенной комбинации нефтяных, нагнетательных и контрольных скважин, а также их количества и порядка работы.

• В настоящее время используют три основных способа добычи нефти:
• 1) Фонтанный — жидкость и газ поднимаются по стволу скважины от забоя на поверхность только под действием пластовой энергии.
• 2) Газолифтный — при этом способе добычи для подъема нефти на поверхность в скважину подают или закачивают с помощью компрессоров сжатый углеводородный газ или воздух.

3) Насосный — подъем жидкости на поверхность осуществляется с помощью спускаемых в скважину насосов. Диаметр скважины составляет от 75 до 1000 мм, при этом наиболее распространены скважины диаметром 75-350 мм. Глубина скважин колеблется от нескольких десятков метров до нескольких километров, что зависит от глубины залегания нефти.

По назначению скважины разделяют на следующие 5 категорий:

1) опорные; 2) параметрические; 3) поисковые; 4) разведочные; 5) добывающие (эксплуатационные).

Опорные скважины предназначены для выявления залежей нефти и газа. Параметрические скважины предназначены для изучения глубинного строения горных пород в зонах, где предполагается наличие нефтяных и газовых месторождений. Нефть, получаемую непосредственно из скважин, называют сырой.

При выходе из нефтяного пласта нефть содержит частицы горных пород, воду, а также растворенные в ней соли и газы. Эти примеси вызывают коррозию оборудования и серьезные затруднения при транспортировке и переработке нефтяного сырья.

Таким образом, для экспорта или доставки в отдаленные от мест добычи нефтеперерабатывающие заводы необходима ее промышленная обработка: из нее удаляется вода, механические примеси, соли и твердые углеводороды, выделяется газ.

Газ и наиболее легкие углеводороды необходимо выделять из состава нефти, так как они являются ценными продуктами, и могут быть утеряны при ее хранении. Кроме того, наличие легких газов при транспортировке нефти по трубопроводу может привести к образованию газовых мешков на возвышенных участках трассы.

Очищенную от примесей, воды и газов нефть поставляют на нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ), где в процессе переработки из нее получают различные виды нефтепродуктов. Качество, как сырой нефти, так и нефтепродуктов, получаемых из нее, определяется ее составом: именно он определяет направление переработки нефти и влияет на конечные продукты.

При добыче нефти и газа используется специальное оборудование, которое включает в себя:

1) головки фонтанные; 2) арматура фонтанная; 3) Запорные и регулирующие (предохранительные и дросселирующие) устройства фонтанной арматуры; 4) Манифольды фонтанной арматуры и оборудования для обвязки обсадных колонн; 5) Устройства наземные регулирующие для газлифтной эксплуатации; 6) Комплексы, установки и отдельные виды скважинного фонтанного и газлифтного оборудования; 7) Станки-качалки; 8) Установки скважинных центробежных электронасосных агрегатов; 9) Насосы скважинные; 10) Фильтры и сепараторы скважинные; 11) Другое оборудование в соответствии с Общероссийским классификатором продукции

Технико-экономические показатели технологических процессов добычи нефти и газа Важной характеристикой нефтяных скважин является дебит — среднесуточный уровень добычи нефти. По значению дебита (тонны/сутки) различают низкодебитные (до 7 т/с), среднедебитные (от 7 до 25 т/с), высокодебитные (от 25 до 200 т/с) и сверхвысокодебитные (более 200 т/с) нефтяные залежи.

По мере извлечения нефти из скважины, она становится все более труднодоступной и дебит скважины падает. Кроме того, определяют нефтеотдачу скважины — степень полноты извлечения нефти.

Под текущим коэффициентом нефтеотдачи (текущей нефтеотдачей) понимается отношение добытого из пласта количества нефти на определенную дату к ее балансовым запасам, он возрастает во времени по мере извлечения из пласта нефти. Конечный коэффициент нефтеотдачи — это отношение извлеченных запасов нефти за весь срок разработки к балансовым запасам.

На различных месторождений нефть отличается по своему составу. В составе нефти выделяют углеводородную, асфальтосмолистую и зольную составные части, а также порфирины и серу. Углеводороды, содержащиеся в нефти, подразделяют на три основные группы: метановые, нафтеновые и ароматические.

Метановые (парафиновые) углеводороды химически наиболее устойчивы, а ароматические — наименее устойчивы (в них минимальное содержание водорода). При этом ароматические углеводороды являются наиболее токсичными компонентами нефти.

Важнейшими характеристиками сырой нефти являются: плотность, содержание серы, фракционный состав, а также вязкость и содержание воды, хлористых солей и механических примесей. Плотность зависит от содержания тяжелых углеводородов, таких как парафины и смолы.

Для ее выражения используется как относительная плотность, выраженная в г/см3, так и плотность, выраженная в единицах Американского института нефти — API, измеряемая в градусах. Чем меньше плотность нефти, тем легче процесс ее переработки и выше качество получаемых из нее нефтепродуктов.

По содержанию серы нефть в Европе и России подразделяют на малосернистую (до 0,5%), сернистую (0,51-2%) и высокосернистую (более 2%), в США — на сладкую (до 0,5%), среднесладкую/ среднекислую (0,51-2%) и кислую (более 2%). Соединения серы в составе нефти, как правило, являются вредной примесью.

Они токсичны, имеют неприятный запах, способствуют отложению смол, в соединениях с водой вызывают интенсивную коррозию металла. Особенно в этом отношении опасны сероводород и меркаптаны. Они обладают высокой коррозийной способностью, разрушают цветные металлы и железо. Поэтому их присутствие в товарной нефти недопустимо.

Нефть является смесью нескольких тысяч химических соединений, большинство из которых — комбинация атомов углерода и водорода — углеводороды; каждое из этих соединений характеризуется собственной температурой кипения, что является важнейшим физическим свойством нефти, широко используемым в нефтеперерабатывающей промышленности. На каждой из стадий кипения нефти испаряются определенные соединения.

Соединения, испаряющиеся в заданном промежутке температуры, называются фракциями, а температуры начала и конца кипения — границами кипения фракции или пределами выкипания. Таким образом, фракционирование — это разделение сложной смеси компонентов на более простые смеси или отдельные составляющие. Фракции, выкипающие до 350°С, называют светлыми дистиллятами.

Фракция, выкипающая выше 350°С, является остатком после отбора светлых дистиллятов и называется мазутом. Мазут и полученные из него фракции — темные. Названия фракциям присваиваются в зависимости от направления их дальнейшего использования. Различные нефти сильно отличаются по составу. В легкой нефти обычно больше бензина, нафты и керосина, в тяжелых — газойля и мазута.

Наиболее распространены нефти с содержанием бензина 20-30%. Современная технология нефтедобычи позволяет добыть из скважины не более 35% от реальных запасов нефти. Эффективную нефтедобычу сдерживает проблема высоких температур и давления. Перспективы развития нефте-газодобывающих отраслей промышленности Добыча нефти будет осуществляться и развиваться в России как в традиционных нефтедобывающих районах – таких как Западная Сибирь, Поволжье, Северный Кавказ, так и в новых нефтегазовых провинциях: на Европейском Севере (Тимано-Печорский регион), в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке, на юге России (Северо-Каспийская провинция). Главной нефтяной базой страны на ближайший период останется Западно-Сибирская нефтегазоносная провинция. Добыча нефти в регионе будет расти до 2010-2015 гг. по всем вариантам, кроме критического, а затем несколько снизится и составит в 2020 г. 290-315 млн. т. В рамках критического варианта разработка месторождений с трудно извлекаемыми запасами станет малорентабельной, что приведет к значительному падению добычи в регионе.