что такое добыча нефти

Добыча Нефти

Добыча нефти (Extraction of petroleum) – это комплекс производственных и технологических процессов, направленных на извлечения сырой нефти из недр на земную поверхность.

Под термином «добыча нефти» или «нефтедобыча» также часто подразумевают подотрасль нефтяной промышленности, включающий геологоразведку, бурение, строительство и ремонт, как разведочных, так и эксплуатационных скважин, непосредственно извлечение нефти на поверхность, а также ее первичную подготовку для дальнейшей транспортировки.

В данной сжатой статье «добыча нефти» рассматривается именно как процесс извлечения нефти из нефтеносных залежей на поверхность. Поэтому такие этапы, как геологоразведка и бурение, а также последующая подготовка сырой нефти, умышленно опущены.

После того, как была произведена геологоразведка местности (или вод, если добыча предполагается в море) на предмет наличия нефтеносных пластов-коллекторов, а также пробурено достаточное количество разведочных скважин для оценки залежей, переходят непосредственно к процессу извлечения нефти на поверхность.

На заре нефтедобычи, нефть порой собирали даже ведрами – были места, где она буквально выходила на поверхность. Сейчас такое явление встречается довольно редко и для промышленной добычи нефти явно не подходит. В настоящее время для извлечения нефти, залегающей в нефтеносном пласте, бурят так называемые эксплуатационные скважины.

Асфальтовое озеро Pitch Lake в Тринидаде

Как правило, на начальном этапе разработки месторождения, давление в нефтеносных пластах выше чем, чем в забое скважины. Поэтому после бурения, нефть под действием перепада давления устремляется по пласту-коллектору к стволу скважины.

Однако, по мере разработки нефтяного месторождения, пластовое давление постепенно снижается, и для его поддержания требуются принятие специальных мер, таких, например, как закачка воды или газа под давлением и т.п.

В зависимости от того, за счет чего происходит восполнение энергии в пласте и, соответственно, нагнетание флюидов к добывающей скважине, способы разработки нефтяных месторождений подразделяют на 3 класса:

Если говорить о добыче традиционной легкой нефти, то система разработки месторождения или последовательно сменяет все методы нефтедобычи:

Месторождения нетрадиционных нефтей, к которым относят тяжелую, высоковязкую, сланцевую нефть и др., требуют, соответственно, и нетрадиционных методов разработки. В таких случаях добычу начинают в большинстве случаев сразу Третичными методами, и в зависимости от конкретных условий, как правило, используют совершенно уникальный способ разработки месторождения.

Первичные методы добычи нефти

Первичные способы разработки месторождения предполагают извлечение нефти, с использованием только внутренней энергии пласта, не прибегая к дополнительным внешним воздействиям. То есть поступление нефти из недр на поверхность происходит только за счет естественных сил.

В целом на движение флюидов в пласте влияет целый ряд факторов, совокупность которых принято называть режимом пласта или режимом эксплуатации нефтяной залежи. При извлечении нефти выделят следующие режимы:

— один режим переходит в другой

— различные участки залежи работают в разных режимах

На практике, Первичные способы нефтедобычи, использующие только естественные силы восполнения энергии пласта, в большинстве случаев приводят к серьезным потерям извлекаемой нефти в недрах земной коры. В связи с этим, уже на ранних стадиях разработки нефтяного месторождения, как правило, применяют Вторичные и Третичные методы.

Вторичные методы добычи нефти

Вторичные способы добычи нефти, в отличие от первичных, предполагают искусственное поддержание внутрипластовой энергии. Такое искусственное поддержание энергии по сути достигается только двумя способами:

Фактически, вторичные способы разработки месторождений являются наиболее распространенными.

Третичные методы добычи нефти

К Третичным способам добычи нефти относят так называемые методы увеличения нефтеотдачи (МУН). Эти методы также как и вторичные предполагают искусственное повышение внутрипластовой энергии путем закачки специальных агентов. Однако, в отличие от вторичных методов, агенты, используемые при третичных методах, отличаются повышенным потенциалом вытеснения нефти.

То есть, при реализации Третичных методов происходит не только искусственное поддержание внутрипластового давления, но изменение свойств агентов вытеснения и/или свойств самой добываемой нефти. Благодаря этому, обеспечивается дополнительное повышение степени извлечения нефти.

Самыми распространенными методами увеличения нефтеотдачи являются:

Источник

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:

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:

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:

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:

Мировые запасы

Согласно последним данным февраля 2020 года, лидер ами по запасам нефти являются:

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:

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

Путь наверх

В ХХ столетии добыча углеводородов определила бурное технологическое развитие многих промышленных отраслей. В свою очередь, продолжают совершенствоваться и сами технологии добычи. Сегодня нефтяники умеют извлекать на поверхность содержащуюся в коллекторе жидкость эффективно и быстро

От фонтана до насоса

На этапе, когда разработка месторождения только начинается, нефть в пласте находится под большим давлением, и если внутренней природной энергии пласта оказывается достаточно, для того чтобы поднять нефть на поверхность, то говорят о фонтанном способе добычи. По мере истощения пластовой энергии фонтанирование скважин прекращается и возникает необходимость в механизированной добыче нефти. Фонтанирование можно вызывать и искусственно, поддерживая или увеличивая пластовое давление с помощью закачки в пласт различных жидких и газообразных агентов (заводнения). Искусственное поддержание пластового давления применяется и при механизи рованной добыче. Заводнение принято относить ко вторичным методам добы чи. В этом случае речь, как правило, идет о закачке в пласт самых естественных агентов — воды или природного газа. Но есть и другие способы воздействия на пласт, например, горячим паром, растворами различных химических соединений, кислотами. Их применяют на последней стадии разработки залежи и относят к третичным методам добычи. Третичная добыча предполагает массированное воздействие на пласт и существенное изменение характеристик пласта или содержащихся в нем флюидов. Решение, довольствоваться ли на начальном этапе разработки фонтан ной добычей или сразу приступать к механизированной, принимается исходя из исследований дебитов (см. врез) скважин и их последующего экономического анализа. Дело в том, что обычно дебит фонтанирующей скважины меньше, чем объемы нефти, которые мож но добыть с помощью погружных насо сов. С другой стороны, фонтанирование позволяет избежать дополнительных затрат на спуск насоса и электроэнергию для его работы. Только оценив все эти факторы, можно экономически обосновать применение того или иного метода добычи.

Современные технологии повышения эффективности добычи

Нередко в целях сокращения капитальных затрат и повышения скорости и эффективности разработки практикуют одновременную добычу сразу из нескольких продуктивных пластов месторождения. Однако такой способ добычи может закончиться опережающим обводнением наиболее продуктивных горизонтов и частичным или полным выключением из выработки других. Избежать подобных про блем позволяет современная технология одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ). Для ее реализации в скважину опускают специальное оборудование, которое изолирует разные участки ствола, обеспечивая доступ к каждому из пластов отдельно, — как будто это не одна, а несколько скважин. В результате нефтяники получают возможность непрерывно контролировать процесс эксплуатации и управлять производительностью каждого из пластов в отдельности.

Обеспечивает успешность одновременно-раздельной добычи и возможность проводить промыслово-геофизические исследования всех задействованных пластов с помощью современных байпасных систем. Это оборудование позволяет исследовать поведение нескольких пластов через одну скважину параллельно с их эксплуатацией и таким образом получать реальное представление о свойствах пластов и перемещающихся в них жидкостях в промышленных условиях. Системы ОРЭ внедрены и успешно эксплуатируются на Приобском месторождении, разрабатываемом «Газпромнефть-Хантосом».

Качай это

Тысячи лет назад нефть просто собирали поверхности воды, добывали из неглубоких колодцев. В XIX веке первые пробуренные скважины активно фонтанировали и не нуждались в дополнительных приспособлениях для извлечения из них нефти. Затем, когда фонтан истощался, нефть вычерпывали желонкой, однако этот метод был малоэффективным.

В 1865 году в Америке на не фонтанирующих скважинах впервые начали применять глубинные плунжерные насосы. Поршень насоса приводился в движение штангой, соединенной с тем же балансиром, который использовался для проводки скважины ударным бурением. Это были предшественники современного станка-качалки. Приводом в большинстве случаев служил двигатель внутреннего сгорания, работавший на попутном газе. Примерно в то же время глубинные насосы для выкачивания нефти появились и в России, однако они долго не получали широкого распространения. В 1874 году насосы впервые применили на нефтепромыслах в Грузии, а в 1876 году — в Баку. Сегодня штанговые насосы (качалки) имеют ограниченное применение — их проблемно эксплуатировать в искривленных и глубоких скважинах. Впрочем, у качалок есть и бесспорные преимущества: надежность и простота в обслуживании и ремонте.

Еще один тип скважинных насосов, изобретенный на заре развития промышленной нефтедобычи,— газлифт. Суть его действия заключается в том, чтобы вытолкнуть нефть на поверхность с помощью газа. С этой целью газ под большим давлением закачивают в пространство между обсадной колонной и насосно-компрессорными трубами (НКТ), по которым поднимается нефть. Затем открывается газлифтный клапан, и газ попадает в НКТ, вытесняя наверх находящуюся выше клапана жидкость. Впервые принцип газлифта был применен при нефтедобыче в 1897 году — на Бакинском месторождении. Инициатором использования технологии стал знаменитый инженер и изобретатель Владимир Шухов.

Штанговые глубинные насосы уступают место в скважинах УЭЦН, однако на небольших промыслах при невысокой производительности скважин это надежное и простое оборудование по-прежнему востребовано.

Газлифт — весьма надежный способ эксплуатации. Газлифтные скважины легко обслуживать и ремонтировать. Метод может применяться на скважинах с большой кривизной, а также при одновременной раздельной эксплуатации двух и более пластов. Однако среди его недостатков отмечают необходимость использования громоздкого наземного оборудования, значительную величину начальных капиталовложений, невысокий КПД и возможность образования стойких эмульсий в добываемой жидкости.

Несколько позднее для добычи нефти стали применяться электроцентробежные погружные насосы. Разработки в этой области связаны с именем российского инженера Армаиса Арутюнова. В 20х годах прошлого века он эмигрировал в США и уже там довел свое изобретение до коммерческого использования.

Скважинные центробежные насосы приводятся в действие погружными электродвигателями. Электродвигатель вращает вал насоса, на котором закреплены рабочие колеса с направляющими лопастями. Жидкость через приемный фильтр поступает на лопасти вращающегося рабочего колеса первой ступени, под влиянием центробежных сил пермещается к периферии колеса и выбрасывается в неподвижные направляющие каналы, откуда попадает на рабочее колесо следующей ступени. Цикл повторяется до тех пор, пока нефть не достигнет колонны насосно-компрессорных труб, по которым затем поднимается на поверхность.

ЭЦН может использоваться в горизонтальных и искривленных скважинах, позволяет получать высокие дебиты как с неглубоких, так и глубоких скважин, не требует высоких капитальных вложений, наземное оборудование сравнительно компактно. Однако двигатель требует стабильного источника электроэнергии. К слабым местам конструкции относят наличие электрического кабеля, который необходимо спускать в скважину. Кроме того, серьезную опасность для насоса представляют солеотложения. Проблемы могут возникать при работе с газом, механическими примесями. А если насос вышел из строя или ему необходим плановый ремонт, оборудование придется поднимать на поверхность, значит, временно прекращать эксплуатацию скважины.

Стадии разработки залежи

Всего в настоящее время насчитывается около десяти разновидностей глубинных насосов. Все они имеют свои достоинства, недостатки, области применения — в зависимости от глубины скважины, ее профиля, планируемых дебитов и ряда других факторов. В частности, в тех случаях, когда электрический центробежный насос может оказаться неэффективным (например, когда нефть слишком вязкая), применяются винтовые или струйные насосы.

По статистике, доля скважин в России, все еще оборудованных штанговыми насосами,— 34%. На ЭЦН приходится 63% скважин, при этом 82% нефти в стране добывается именно с помощью погружных электроцентробежных насосов, что говорит об эффективности этого способа. Фонтанным методом эксплуатируется 1,8% скважин, газлифт используется в 0,4% случаев — вклад этих способов в общий объем добычи — порядка 7%. В «Газпром нефти» 94% нефти извлекается с использованием УЭЦН (95% действующего нефтяного фонда скважин оборудованы УЭЦН), примерно по 3% добывается фонтанным и газлифтным способами.

Средняя производительность нефтяных скважин

Дебитом скважины называют количество жидкости, выкачанной из скважины за определенное время. В российской нефтяной промышленности принято рассчитывать суточные дебиты и измерять их либо в кубометрах, либо в тоннах. Так как жидкость, извлекаемая при добыче нефти, обычно содержит некоторое количество воды, то говорят о среднем дебите жидкости и отдельно о среднем дебите нефти. На начальных этапах разработки месторождения эти показатели обычно несильно отличаются друг от друга. На зрелых месторождениях дебит нефти постепенно падает.

По дебитам скважины классифицируют как малодебитные — до 5 тонн/сут., среднедебитные — высокодебитные — более 100 тонн/сут. В общем случае дебиты скважин зависят от целого ряда обстоятельств: величины пластовой энергии и того, какой режим разработки используется (естественный или искусственный), от правильности выбора местоположения скважины, фильтрационно-емкостных свойств коллектора и др. Для добывающих активов «Газпром нефти» средний дебит жидкости в прошлом году составил порядка 80 тонн/сут., а дебит нефти — 12 тонн/сут., что соответствует среднемировым показателям.

Предсказуемые сложности

Средняя глубина нефтяных скважин составляет около 3000 м. Естественно, их эксплуатация не может проходить идеально даже при полном соблюдении всех технологических правил и мер безопасности. Проблемы в процессе добычи могут возникать самые разнообразные: нарушения в обсадной колонне, прихваты насосно-компрессорных труб и другого подземного оборудования, падение погружного оборудования на забой, заколонные перетоки жидкости и водопритоки в добывающую скважину, образование на забое песчаных пробок. Также работа скважин нередко осложняется образованием стойкой эмульсии, отложением парафина на внутренней поверхности подъемных труб и на клапанах насосов, коррозией погружного оборудования. В случаях, когда месторождение находится на поздней стадии добычи и в извлекаемой жидкости содержится значительное количество минерализованной пластовой воды, серьезную проблему для скважины представляют отложения солей, способные за короткое время вывести ее из строя. Соли кальция, магния и других металлов могут осаждаться и закупоривать перфорационные каналы, эксплуатационные колонны, клапаны, насосы. Для борьбы с отложениями в скважину подают химические реагенты, которые можно условно разделить на две группы: реагенты для удаления отложений и реагенты (ингибиторы) для предотвращения их образования.

Количество скважин, пробуренных на одном месторождении или на одном лицензионном участке, может достигать нескольких десятков и даже сотен. Чтобы отслеживать их работоспособность, рассчитывают коэффициент эксплуатации действующего фонда скважин — отношение времени фактической работы скважин за определенный период к его общей продолжительности. Этот коэффициент всегда меньше 1 и в среднем по нефте и газодобывающим предприятиям составляет На практике это означает, что простой в связи с ремонтными работами в скважинах занимает от 2 до 6% общего времени их эксплуатации.

Источник