Ювелирное обозрение

Когда люди стали использовать нефть, сказать сейчас не сможет уже никто. Слишком давно это случилось. Не всегда нефть добывают технологически сложными способами – в некоторых местах она залегает настолько близко к поверхности, что ее можно черпать из колодцев, как воду. То, что в Древнем Египте ее уже знали и в Вавилоне использовали – исторический факт. Перерабатывать нефть и получать различные продукты из нее активно стали только в девятнадцатом веке, до этого она использовалась в природном виде.

Нефть использовалась не только как горючая смесь, но и в медицинских и косметических целях для лечения кожных заболеваний, в том числе псориаза и проказы.

Современные способы добычи нефти:

• механический;
• фонтанный;
• сланцевый (самый дорогой, в России не используется).

Однако прежде чем добывать нефть, ее нужно найти.

Разведка месторождений

Поиск месторождений ведется несколькими методами.

Геологическим, при котором геологи по косвенным признакам пытаются найти те места, где, возможно, залегают нефтерождения. На них указывает ландшафт и сопутствующие горные породы. Геологи не только изучают состав почвы, но и снимки из космоса.

Фото: разведывательные работы

Второй способ – геофизический, когда изучается магнитное, электрическое, гравитационное поля земли, а также характер распространения звуковых волн (сейсморазведка).

Третий способ – геохимический, при котором анализируется содержание углеводородов и сопутствующего газа в почвенном воздухе.

Разведка ведется комплексно, оцениваются всевозможные факторы, указывающие на присутствие углеводородов в недрах земли.

Разведочное бурение

Дальше начинается пробное или разведочное бурение. Даже если первая же скважина покажет наличие нефти, будет сделано еще немало других. Они позволят определить размер нефтерождения, его объем, перспективность разработки.

Конечно, стоимость таких работ достаточно велика, далеко не каждая геологоразведочная партия вернется с удачей. Кроме того, даже на первый взгляд перспективное место может оказаться далеко не таким, и углеводороды иссякнут, не успев толком окупить работы по их поиску. Однако, несмотря ни на какие затраты, поиски продолжают вестись, потому что, увенчавшись удачей, они окупятся сторицей.

Когда становится ясно, что нефти достаточно, можно приступать непосредственно к добыче. Месторождение оценивают, и право на разработку государством продается на торгах. Далее работы ведет победившая компания.

Фонтанный способ

Он самый дешевый и простой. Бурится скважина. Это не просто отверстие в земле. Чтобы не вмешивались в процесс грунтовые воды и другие породы, в скважину опускают стальные трубы, по которым будет выкачиваться углеводородное сырье. Снаружи стальные трубы укрепляются цементными кольцами, пространство между ними и породой также цементируется.

В недрах земли на углеводороды давит порода и грунтовые воды, давление это может быть настолько большим, что при бурении скважины нефть начинает бить фонтаном из-под земли. В этом случае достаточно ее просто собирать.

Фото: нефтяной фонтан

Со временем давление ослабевает, тогда устанавливают насосы и над скважиной появляется знакомый по фильмам и фотографиям маятник-качалка. Продолжают разработку механическим способом.

Применение насосов

Принцип работы насоса-качалки прост и надежен. Электродвигатель приводит в движение кривошипно-шатунный механизм, который, в свою очередь, заставляет работать погружной скважинный штанговый насос. Он выглядит как длинный (2-4 метра) цилиндр, внутри которого двигается поршень-плунжер.

Плунжер и штанга оснащены клапанами, которые позволяют подниматься жидкости при движении поршня вверх (как набирает лекарство шприц). При движении поршня вниз закрывается клапан, через который она попала внутрь, и открывается другой, через который она под давлением поступает вверх.

Схема выкачивания нефти

Эти насосы благодаря своей простоте чрезвычайно надежны, могут эксплуатироваться очень долго. Когда запасы углеводородов в скважине истощаются, в подземный резервуар начинают закачивать газ или пресную воду, искусственно создавая избыточное давление.

Первичная обработка

Из скважин выкачивают не чистую нефть. Это смесь углеводородов, воды, попутного газа и частиц породы. Пластовая вода, которая поднимается вместе с нефтью, очень коррозионно-агресивна, ее необходимо удалить в первую очередь. Попутный газ раньше сжигали, сейчас его научились использовать как сырье и топливо.

Поднятая нефтяная смесь поступает в автоматизированные групповые замерные установки (АГЗУ). Там ее содержимое тщательно анализируют, нефтяную составляющую сепарируют от воды и газа и направляют на установку комплексной подготовки нефти (УКПН). Пройдя там более тщательную очистку, нефть поступает в магистральный трубопровод и уходит на нефтеперерабатывающие заводы.

Буровые платформы

Начать разработку нефтяных месторождений под толщей воды людей заставило два фактора: истощение запасов на суше и анализ шельфа, который показал, что до 70% мировых запасов находится именно там.

Технология добычи остается во многом такой же, как на суше. Самое главное отличие – глубина бурения. В зависимости от глубины воды и залегания нефтяного месторождения под шельфом, бур опускается на 200 метров и больше!

Фото: бур опускается

Чтобы было легче представить соотношение размеров бура и трубопровода, нужно взять в руки иголку с длинной нитью. Опустите иглу с высоты пояса так, чтобы она коснулась пола. Вот теперь человек – буровая платформа, а игла – бур!

В зависимости от толщи воды могут применяться разные типы платформ: от стационарных до плавучих. Еще используют буровые суда.

Фото: платформы бурения

Добыча в море

Нефтедобыча на шельфе по карману лишь самым богатым странам, именно поэтому мировой океан до сих пор не покрыли буровые платформы и суда.

Основные сведения

Россия располагает сегодня приблизительно 13% разведанных в мире нефтяных месторождений. Основным источником пополнения государственного бюджета нашей страны являются отчисления от результатов деятельности нефтегазодобывающей отрасли.

Нефтеносные слои находятся, как правило, глубоко в недрах земли. Скопление нефтяных масс в месторождениях происходит в горных породах пористой структуры, находящихся в окружении более плотных слоёв. Образцом природного резервуара служит пласт песчаника куполообразной формы, со всех сторон заблокированного слоями плотной глины.

Далеко не каждое разведанное месторождение становится объектом промышленной разработки и добычи. Решения по каждому принимаются только по итогам тщательного экономического обоснования.

Главный показатель месторождения – коэффициент нефтеотдачи, отношение объёма нефти под землей, к объёму, который можно получить для переработки. Пригодным для разработки является месторождение с прогнозируемым коэффициент нефтеотдачи от 30% и выше. По мере совершенствования технологий добычи в месторождении данный показатель доводится до 45% и выше.

В подземном хранилище всегда одновременно присутствуют сырая нефть, природный газ и вода под огромным давлением пластов земной коры. Параметр давления оказывает решающее влияние на выбор способа и технологии добычи.

Методы добычи нефти

Метод добычи нефти зависит от величины давления в пласте и способе его поддержания. Можно выделить три метода:

1. Первичный – нефть фонтанирует из скважины за счет высокого давления в нефтеносном пласте и не требует создания дополнительного искусственного нагнетания давления, коэффициент извлечение нефти 5-15%;
2. Вторичный – когда естественное давление в скважине падает и подъем нефти не возможен без дополнительного нагнетания давления за счет ввода в пласт воды или природного/попутного газа, коэффициент извлечение нефти 35-45%;
3. Третичный – увеличение извлечения нефти из пласта после снижения ее добычи вторичными методами, коэффициент извлечение нефти 40 – 60%.

Классификация способов добычи

По принципу физического воздействия на жидкое нефтяное тело сегодня есть только два основных способа добычи: фонтанный и механизированный.

В свою очередь к механизированному можно отнести газлифтный и насосный методы подъёма.
Если нефть из недр выдавливается на землю только под воздействием природной энергии нефтеносного пласта, то способ добычи называют фонтанным.

Но всегда наступает момент, когда запасы энергии пласта истощаются, а скважина перестаёт фонтанировать. Тогда подъем осуществляют с применением дополнительного энергетического оборудования. Такой способ добычи и является механизированным.

Механизированный способ бывает газлифтным и насосным. В свою очередь газлифт можно осуществлять компрессорным и бескомпрессорным методом.

Насосный способ реализуется посредством использования мощных глубинных насосов: штанговых, электроцентробежных погружных.
Рассмотрим более подробно каждый способ в отдельности.

Фонтанный способ добычи нефти: самый дешевый и простой

Освоение новых месторождений всегда осуществляется с использованием фонтанного способа добычи. Это самый простой, эффективный и дешевый метод. Он не требует дополнительных затрат энергоресурсов и сложного оборудования, так как процесс подъёма продукта на поверхность происходит за счет избыточного давления в самой нефтяной залежи.

Основные преимущества

Главные преимущества фонтанного способа:

• Простейшее оборудование скважины;
• Минимум затрат электроэнергии;
• Гибкость в управлении процессами откачки, вплоть до возможности полной
  остановки;
• Возможность дистанционного управления процессами;
• Продолжительный межтехнологический интервал работы оборудования;

Для эксплуатации новой скважины нужно установить над ней полный контроль. Укрощение фонтана производится с помощью монтажа специальной запорной арматуры, позволяющей впоследствии управлять потоком, контролировать режимы работы, производить полную герметизацию, а если нужно, то и консервацию.
Скважины оборудуют подъёмными трубами разного диаметра, в зависимости от предполагаемого дебита добычи и внутрипластового давления.

При больших объёмах добычи и хорошем давлении используют трубы большого диаметра. Малодебитные скважины для длительного сохранения процесса фонтанирования и уменьшения себестоимости добычи оборудуют подъёмными трубами малого диаметра.

По завершению процесса фонтанирования, на скважине начинают применять механизированные методы добычи.

Газлифтный способ добычи нефти

Газлифт является одним из механизированных способов добычи нефти и логическим продолжением фонтанного способа. Когда энергии пласта становится недостаточно для выталкивания нефти, подъем начинают осуществлять с помощью подкачки в пласт сжатого газа. Это может быть простой воздух или сопутствующий газ с ближайшего месторождения.

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.

Оборудование газлифтной скважины осуществляется методом доработки фонтанной с установкой специальных клапанов подвода сжатого газа на различной глубине с установленным проектом интервалом.

Основные преимущества

Газлифт имеет свои преимущества по сравнению с другими методами механизированной добычи:

• забор значительных объемов с разных глубин на любых этапах разработки месторождения с приемлемым показателем себестоимости;
• возможность ведения добычи даже при значительных искривлениях
  скважины;
• работа с сильно загазованными и перегретыми пластами;
• полный контроль над всеми параметрами процесса;
• автоматизированное управление;
• высокая надежность оборудования;
• эксплуатация нескольких пластов одновременно;
• контролируемость процессов отложения парафина и солей;
• простая технология проведения технического обслуживания и ремонта.

Главным недостатком газлифта является высокая стоимость металлоёмкого оборудования.
Низкий КПД и высокая стоимость оборудования вынуждают применять газлифт в основном только для подъёма легкой нефти с высоким показателем газовой составляющей.

Механизированный способ добычи нефти – насосный

Насосная эксплуатация обеспечивает подъем нефти по скважине соответствующим насосным оборудованием. Насосы бывают штанговые и бесштанговые. Бесштанговые – погружного типа электроцентробежные.

Наиболее распространена схема откачки нефти штанговыми глубинными насосами. Это относительно простой, надёжный и не дорогой метод. Доступная для этого способа глубина – до 2500 м. Производительность одного насоса – до 500 м3 в сутки.

Главными элементами конструкции являются насосные трубы и подвешенные в них на жёстких штанговых толкателях плунжеры. Возвратно-поступательное движение плунжеров обеспечивается станком-качалкой, расположенным над скважиной. Сам станок получает крутящий момент от электродвигателя через систему многоступенчатых редукторов.

В связи с не высокой надёжностью и производительностью штанговых плунжерных насосов в наше время все больше применяются насосные установки погружного типа – электроцентробежные насосы (ЭЦН).

Основные преимущества

Преимущества электроцентробежных насосов:

• простота технического обслуживания;
• очень хороший показатель производительности в 1500 м3 в сутки;
• солидный межремонтный период до полутора лет и более;
• возможность обработки наклонных скважин;
• производительность насоса регулируется количеством ступеней, общая длина
  сборки может варьироваться.

Центробежные насосы хорошо подходят для старых месторождений с большим содержанием воды.

Для подъёма тяжёлой нефти лучше всего подходят насосы винтового типа. Такие насосы обладают большими возможностями и повышенной надёжностью с высоким КПД. Один насос легко поднимает 800 кубических метров нефти в сутки с глубины до трех тысяч метров. Имеет низкий уровень сопротивляемости коррозии в агрессивной химической среде.

Заключение

Каждая из описанных выше технологий имеет право на существование и ни об одной из них нельзя сказать однозначно – хороша она или плоха. Всё зависит от комплекса параметров, характеризующих конкретное месторождение. Выбор способа может быть основан только на результатах тщательного экономического исследования.

Около 13 % всех имеющихся в мире разведанных на сегодняшний день запасов нефти находятся на территории России. И именно отчисления от работы нефтегазодобывающей отрасли являются основным источником дохода государственного бюджета страны. Но, несмотря на высокую рентабельность данной отрасли, постоянно ведутся разработки, позволяющие получить самый дешевый способ добычи нефти.

Как правило, слои, содержащие нефть расположены глубоко в земле. Обычно нефтяные массы скапливаются в пористых горных породах, которые окружены более плотными породами. В качестве примера можно привести резервуар из песчаника, со всех сторон окруженный плотной глиной.

Любопытно, но оказывается, что не каждое найденное месторождение пригодно для добычи. Для начала проводятся экономические расчеты, которые смогут доказать ее целесообразность. Основным показателем месторождения служит коэффициент нефтеотдачи (КНО), который указывает на соотношение того объема нефти, который находится в земле к тому, который получится добыть для дальнейшей переработки. Разрабатывать начинают только то месторождение, где данный показатель откажется не менее 30%. Современные технологии позволяют увеличить его до 45% и более.

Методы добычи

Нефть под землей всегда располагается непосредственно рядом с водой и природным газом, на которые сверху давят пласты земли. От величины показателя давления выбирается метод и технология дальнейшей добычи. Существует 3 метода добычи:

1. Первичный. В данном случае благодаря высокому давлению на пласт, в котором находится сырая нефть под землей, она начинает фонтанировать. Искусственно создавать дополнительное давление механическим способом не нужно. Коэффициент извлечения при таком методе равняется 5-15 %.
2. Вторичный. После того, как естественное давление снижается, и нефть перестает подниматься вверх, используется технология искусственного увеличения давления. В таком случае КНО составляет 35-45%.
3. Третичный. Его КНО составляет порядка 40-60%.

Способы добычи

На сегодняшний день используется 2 способа, позволяющие добывать нефть: фонтанный и механизированный. Механизированный делят на насосный и газлифтный. Последний в свою очередь может быть безкомпрессорным и компрессорным.

Фонтанный, является самым дешевым и представляет собой выдавливание нефти из-под земли под действием природной энергии самого пласта. Однако запасы такой энергии не безграничны, поэтому рано или поздно, но наступает момент, когда приходится использовать механизированный способ, который предполагает использование энергетического оборудования.

Фонтанный способ

При освоении любого нового месторождения всегда используют именно фонтанный способ, потому что он является максимально простым и дешевым, так как не предполагает дополнительных финансовых и энергетических затрат. Также он не требует покупки и установки сложного оборудования. Процесс подъема нефти на поверхность обеспечивает естественное давление внутри пласта с сырой нефтью.

К его преимуществам принято относить:

• самое просто бурение скважины;
• электроэнергия в данном случае практически не используется;
• возможность управлять процессом добычи дистанционно;
• широкие возможности управления процессом, вплоть до полной остановки откачки;
• оборудование работает с большими интервалами.

Чтобы начать эксплуатацию разработанной скважины, следует установить над ней прямой контроль. Чтобы укротить фонтан, принято использовать запорную арматуру, которая дает возможность управлять потоком и производить полный контроль над работой. В случае необходимости скважина может быть полностью герметизирована или даже законсервирована.

При этом в скважину устанавливаются подъемные трубы с разным диаметром, который будет зависеть от естественного давления в пласте и предполагаемого дебита. Если давление высокое и планируется добывать нефть в больших объемах, то используют трубы максимального диаметра. Если же скважина признана малодебетовой, то чтобы процесс фонтанирования длился, как можно дольше устанавливают трубы небольшого диаметра. Это дает возможность снизить затраты на добычу и надолго сохранить сам процесс фонтанирования.

После того, как процесс фонтанирования естественным способом завершается, переходят на механизированные способы добычи.

Газлифтный способ

Одним из механизированных способов добычи стал газлифтный. После того, как естественной энергии пласта оказывается недостаточно для самопроизвольного выталкивания нефти наружу, используют подкачку сжатого газа, непосредственно в сам пласт. Вместо природного газа могут использовать воздух.

Чтоб сжать газ, пользуются компрессорами высокого давления. Такой способ получил название компрессорный. Способ, при котором осуществляется подача уже сжатого газа из расположенного рядом месторождения, называют бескомпрессорным.

К преимуществам данного способа относят:

• забор может осуществляться в больших объемах, с любой глубины и на любом этапе разработки;
• возможность проводить добычу даже в случае сильного искривления скважины;
• контроль за каждым показателем процесса;
• возможность производить добычу в перегретых или загазованных пластах земных недр;
• высокая надежность используемого оборудования;
• управление процессом полностью автоматизировано;
• возможность одновременно использовать несколько разных пластов;
• возможность производить контроль за процессами отложения различных примесей, в том числе соли и парафина;
• обслуживание и эксплуатация используемого оборудования технологически проста.

Среди недостатков данного способа добычи принято относить высокую стоимость оборудования и ее незначительный КПД. Поэтому такой способ используется исключительно в тех случаях, если необходимо поднимать на поверхность легкую нефть, в которой присутствует большое количество газа.

Насосный способ

В данном случае используется специальное насосное оборудование. Сегодня в основном применяют электроцентробежные насосы, так как они являются более надежными и отличаются максимальной производительностью.

К достоинствам такого способа относят:

• простое техническое обслуживание процесса;
• высокая производительность;
• возможность проводить работу в наклонных скважинах;
• для регулировки производительности добычи меняется количество ступеней.

Для работы на старых месторождениях, в которых имеется большое количество воды, используют центробежные насосы. Чтобы поднимать тяжелую нефть, больше подходят винтовые модели насосов.