Вже першому десятилітті 20-го століття ніхто не ризикував бурити розвідувальну свердловину без попереднього геологічного обгрунтування. Так поряд із нафтовидобувниками з'явилася нова професія – нафторозвідник.
Більшість великих нафтовидобувних фірм і концернів обзавелися власними геологічними службами або щоразу зверталися за допомогою до геологів-консультантів. Широкого поширення набула геологічна зйомка. Людина з молотком і рюкзаком проходила місцевістю, збирала зразки гірських порід, описувала характерні виходи гірських пластів на поверхню… А потім на підставі отриманих даних складалася геологічна карта району, що дозволяє судити не тільки про поверхневому рельєфімісцевості, а й характер залягання гірських пластів під нею.
Ключові слова: вуглеводні, розвідка, експлуатація, глибоководні та технології. У цій роботі представлено огляд глибоководних родовищ у світі, особливо тих, що перебувають у експлуатації. Ключові слова: вуглеводні, розвідка, буріння, глибоководні та технології.
Ця стаття пропонує коротку експозицію глибоководних полів у світі. Не прагнучи охопити всі аспекти цього сегмента нафтової промисловостіВін досліджує нові розвідувальні басейни і особливо діючі родовища. Наша гіпотеза полягає в тому, що перфорації, зокрема, експлуатації в глибоких морях отримали такий значний імпульс у поточному зростанні цін, які можна було б стверджувати, щоб бути супутніми явищами.
І результати не забарилися. Якщо раніше нафту давала у разі одна свердловина з 10 і навіть із 20, то з свердловин, пробурених з урахуванням геологічних передбачень, США, наприклад, виявилися продуктивними 85%.
Авторитет геологів зріс настільки, що кожен американець, що поважає себе, обов'язково консультувався з фахівцем при покупці. земельної ділянки. І це було далеко не зайвим: землевласники часто пускалися на різні махінації щоб підвищити ціну землі. Наприклад, на очах у покупця зі свердловини починали качати нафту, маслянисті плями зустрічалися по всій території... І лише досвідчений погляд фахівця міг визначити, що ці плями зроблені спеціально, а нафта в свердловину налита напередодні.
Однією з цілей наших досліджень є виявити хоча б деякі з нововведень, які були зроблені під час нинішнього буму, особливо ті, які спрямовані на скорочення циклу між відкриттям та введенням в експлуатацію глибоких родовищ. Деякі технологічні досягнення будуть застосовані до родовищ у Мексиці, із зловісними наслідками осадження мексиканського виробництва.
Ми представляємо цей документ, коли країна обговорює енергетичну реформу, і ми маємо намір зробити свій внесок у більш обґрунтовані дебати. Дослідження представлено у 21 статистичній таблиці зі списком відкритих родовищ та розробок у глибоководних водах світу. У випадку зі Сполученими Штатами ми виключаємо дезагреговану інформацію, оскільки в цій країні налічується більше половини глибинних полів у світі; у тому числі деталі, що дублюють довжину нашого тексту, отже, інформація про нього узагальнюється.
І в наші дні, незважаючи на розвиток нових методів геологічної розвідки, польова робота геологів не втратила свого практичного значення. З року в рік щовесни в різні країнипланети вирушають геологічні експедиції. У пошуках з корисними копалинами вони «прочісують» п'ядь за п'яддю найвіддаленіші куточки.
Втім, і тут бувають винятки. Нові родовища можуть бути відкриті і там, де, здавалося, шукати нічого. Так було встановлено, що велике нафтове родовище перебуває під (у буквальному значенні) Парижем – столицею Франції.
Деякі міркування щодо критеріїв пошуку інформації. У нафтовій промисловості немає міжнародної конвенції визначення того, що має бути зрозуміле глибокими полями. У Сполучених Штатах, де ці види діяльності були започатковані, глибоководні називають 1000-футовими шарами, або близько 300 метрів.
Після усунення питання про визначення наші статистичні таблиці в цьому тексті включали тільки поля з глибиною більше 500 метрів. Кількість доведених запасів чи інші оцінки потенціалу завжди були предметом нескінченних питань. При розгляді статистичних таблиць про запаси у світі висновок полягає в тому, що, за небагатьма винятками, відкриття та початок глибоких польових операцій принаймні досі не вплинули на світову статистику; тобто збільшення доведених запасів глибоководних вод було незначним.
Але такі випадки, звісно, рідкісні. Найчастіше геологи вирушають все-таки у «полі». Так, за традицією, називається виїзд у необжиту місцевість, хоча «полем» може виявитися і тайга, і тундра, і пустеля.
День за днем виходять геологи на маршрути, ретельно вивчають гірські породи, що виходять на поверхню, закам'янілі залишки доісторичних тварин і рослин, копають шурфи та розчищають пошукові канави, щоб бачніше була будова пластів. Ця робота не романтична, але й дуже складна. Хліб романтики часто виявляється чорним: тільки збоку здається, що ночувати у наметах, обідати біля вогнища – дуже веселе заняття. Одна річ – вихід на природу, на пікнік, на день-два, від сили на тиждень, і зовсім інша – жити таким життям довгі місяці. І не просто жити, а напружено працювати, переносити великі фізичні навантаження.
Але є винятки. У двох або трьох країнах на західному узбережжі Африки одне з полів у Малайзії, інше у Норвегії, не викликає сумнівів у тому, що глибокі води пропонують важливі відкриття, навіть гігантські і дивовижно надгігантні поля, оскільки вони, здається, нещодавно були виявлені в Бразилії. У зв'язку з інтересом сказаного вище, у нинішній ситуації з проблемами постачання в цих випадках ми відзначимо відповідні дані.
Граф включав весь всесвіт: дев'ять басейнів: Мексиканська затока, Бразилію та басейн дельти Нігеру на узбережжі Західної Африки, Західне узбережжяАвстралії, південь Китаю, узбережжя Японії та Індії; Середземномор'я та Атлантичний край проти Норвегії та північної Шотландії. Поля розподілені у 22 країнах, включаючи Мексику.
Але така робота дуже потрібна. Адже на підставі зібраних даних, за результатами подальшої камеральної обробки, геологи складають геологічну карту, на якій відзначаються всі можливі залягання корисних копалин. Потім, як це часто буває, слідами геолога-першопрохідця йдуть люди багатьох інших спеціальностей – буровики та шляховики, монтажники та промисловці. безлюдному місцівиростає ліс вишок, селище, а то й місто.
Міністерство енергетики США пояснило, що, хоча дослідження та оцінки почалися на початку 1990-х років, і було зроблено кілька відкриттів, експлуатація була відкладена через високі витрати, пов'язані з глибоководною експлуатацією. Барелі сирої нафти щодня. Ангола, схоже, була країною, де великі нафтові компанії розробили найкращі та найчисленніші проекти. Можливо, ці великі компаніїзнайшли політичні умови менш несприятливими, ніж у Нігерії, і, можливо, геологія більш чудова.
Було виявлено три гігантські поля: соняшник; виробництво Сакса і Батука сім років тому, які ледь вступили в дію у серпні. Кількість глибоких полів біля берегів цієї нації вже становить майже 30, а експлуатованих більше, ніж у Бразилії. Не менш важливими є технічні інновації, що розвиваються перед цим сегментом африканських узбереж.
"Зверху видно все"
«Особою до обличчя не побачити – велике бачиться на відстані», - сказав поет і потрапив, що називається, в саму точку. Вже перші космічні польоти показали: піднявшись на кілька сотень кілометрів вдається побачити те, чого ми ніколи не можемо розглянути у себе під ногами – будова земних надр, зазвичай прихованих під покровом ґрунту, під верхніми пухкими шарами.
Перші три глибоководні родовища були пробурені у другій половині 1990-х років, і всі вони розпочали свою діяльність наступного року. Як ми можемо пояснити цю гостроту, яку ми не знайшли у жодному іншому випадку в ті роки? У нас є лише неповна та розкидана інформація.
Можливо, це відклало розвиток діяльності біля берегів цієї країни. Було виявлено два нові поля, останнє з яких було опубліковано у червні. У цій країні ми також знаходимо глибокі морські поля, які, незважаючи на те, що були виявлені з 1990-х років, практично не розпочали операції. Очікується, що виробництво зросте до 90 000 барелів на день, перебільшена цифра з огляду на скромний обсяг запасів, оцінений для двох родовищ, тепер уніфікованих для морської експлуатації, 240 мільйонів барелів.
Яку користь це може принести каже хоча б такий факт. Льотчик-космонавт СРСР Олег Макаров, виїжджаючи на зустріч із жителями Салехарда, прихопив із собою як сувенір фотографію околиць цього міста, зняту з борту корабля «союз-22». Зустріч пройшла успішно, але коли Макаров зробив господарям свій подарунок, прозвучало несподіване питання:
Можливо, це країна, яка нещодавно була включена до гонки за освоєння глибоких родовищ. Це невеликий депозит, який можна побачити за його скромне виробництво 15 тисяч барелів на день. Як і в Мавританії, ця країна лише починає бурити та експлуатувати свої глибокі поля.
Одне дослідження пояснює, що деякі відкриття газу були зроблені, коли брак ринку зрідженого газу перешкоджав його розвитку. В даний час ведеться будівництво обладнання для Ескдейлу та Горгони. В даний час він експлуатує понад 20 свердловин та виробляє 40 000 барелів на день. У цій галузі була побудована комбінована система морських платформ із наземним обладнанням. Він включає платформу з натягнутими ніжками, двома плавучими блоками і трубопроводами, які ведуть вуглеводні до землі, до термінала, званого Сантан, де вони обробляються.
Скільки коштує цей знімок?
Макаров здивувався:
Анітрохи. Це подарунок.
Однак питаючий (це був один з геологів) не вгавав:
А фотографію можна дешифрувати?
Так, - відповів Макаров. -Якщо хочете, можна точно встановити, коли і за яких обставин вона була зроблена ...
Тут геолог полегшено зітхнув і посміхнувся.
Також у цій країні почалося вторгнення у глибокі води. Через рік було виявлено розширення того ж місця. Проект складається з 20 свердловин та включає 20 інших інжекторів. Глибоководні заходи у цій країні нещодавно. Перед островами Хоккайдо було відкрито єдиний табір; Виробничі випробування були успішними, але нові отвори для розмежування депозиту не вдалися.
Індія також розпочала діяльність у своїх глибоких водах у Ха, відкрила чотири родовища, але ніхто не працює. Можливо, тому, що він має проблеми, про що повідомляє міжнародна нафтова преса. Вся продукція призначена для Великобританії.
Спасибі. Ви щойно подарували нашому місту двадцять мільйонів карбованців!
Саме в цю суму обійшлися б аерофотозйомка та подальше дешифрування фотографій даного району, яке геологи тільки збиралися зробити.
"Геологам допомагає фізика"
Звичайно, і польова, і космічна зйомка допомагають фахівцям дізнатися багато нового про підземну будову гірських порід. Але цих знань найчастіше все ж таки виявляється недостатньо, щоб із достатньою часткою впевненості судити, є тут нафта чи ні? Щоб «намацати» надра краще, використовують геофізичні методи пошуку корисних копалин.
Ормен Ланге не зустрічається в Північному морі, а в північних водах узбережжя Норвегії, неподалік Полярного кола. При температурах поблизу точки замерзання у виробничих струмах утворюються гідрати; щоб вони не встановлювали те, що було сказано, це найбільша антифризна система в світі. Але головним завданням, мабуть, було будівництво трубопроводу, що йде від станції обробки, розташованої в Норвегії та на узбережжі Сполученого Королівства.
З першої половини 90-х ця країна відкрила у своїх глибоких водах свої перші поля в районах Атлантичного краю. Після майже 15 років ніхто з них не зробив. Наші дослідження дозволяють зробити висновок про те, що в Північному морі не виявлено жодного поля на глибині 500 метрів і більше, лише три глибокі поля розташовані на північний захід від Шотландії, недалеко від Фарерських островів.
Геофізики немовби бачать крізь землю на глибину 5-6 кілометрів. Як їм це вдається? Якоюсь мірою геофізичні методи дослідження надр можна порівняти з ренгенівським просвічуванням людського тіла, а точніше – з ультразвуковою діагностикою. У тіло Землі запускають пучок коливань і за відображенням хвиль від шарів гірської породи судять про геологічну будовуданого району.
Відразу після розвалу соціалізму ця країна відкрила свій сектор Адріатичного моря міжнародним тендерам. Сам уряд заявив, що відкриття не є комерційним, воно ніколи не може бути використане. Спочатку вважався «невигідним» через його віддаленого розташування та обмеженого запасу, близько 20 мільйонів барелів, він був розроблений з горизонтальними перфораціями, філією, в якій італійці досягли важливих підводних розробок. У цій країні виявлено три глибокі поля.
Нічого не працює. Нещодавно американська Благородна Енергія відкрила поле, яке, мабуть, є найважливішим із цієї нації - Марі-Б, з неглибокими і глибокими місцями. Як уже передбачалося, у цій країні було збудовано системи експлуатації, які об'єднують морські видобувні установки з обладнанням для обробки землі, а також включають родовища та глибокі поля на мілководді. Таким чином, поля Сієна, Сіміан, Скараб, у глибині та інші, дрібні, як Сапфір, відносяться до проекту спільної розробки, дуже близького до Дельти Нілу; відстань між полями та газопереробними об'єктами, на суші, неподалік Олександрії, становить 120 кілометрів.
В даний час використовується чотири основні геофізичні методи: сейсмічний, гравіметричний, магнітний та електричний. Розглянемо їх у порядку.
Сейсморозвідка заснована на вивченні особливостей поширення пружних коливань у земної кори. Пружні коливання (або, як їх називають, сейсмічні хвилі) найчастіше викликаються штучним шляхом.
Ця країна є прикладом, аналогічним ситуації у Сполучених Штатах, викликаної нестачею, десятиліття просувалося у глибоководному бурінні, і з початку 1990-х років вона змогла почати використовувати свої родовища, як видно з наступної таблиці, справа Марліма.
Ми підкреслюємо технологічну складову в результатах: три родовища знаходяться в старому басейні, де вже пробурено близько 100 свердловин, тобто воно є «повторним», із сейсмічними інструментами з найкращою роздільною здатністю, що дозволило покращити зображення, що долають проблеми сольових тіл у надрах.
Сейсмічні хвилі поширюються у гірських породах зі швидкістю від 2 до 8 км/с – воістину космічні швидкості! - Залежно від щільності породи: чим вона вище, тим більша швидкість поширення хвилі.
На межі розділу двох середовищ із різною щільністю частина пружних коливань відбивається і повертається до Землі. Інша ж частина заломлюється, долає межу розділу та йде в надра глибше – до нової поверхні розділу. І так доти, доки остаточно не згаснуть.
Він стверджує, що без вкладу нових родовищ у згаданій області неминуче відбудеться ще різкіше падіння мексиканського виробництва. У цій області вже виявлено загальні запаси 4 трильйони кубічних футів на день. Десять у Бразилії, чотири у басейні Нігера в Африці, один в Італії та один на Філіппінах. Тобто експлуатація нафти у глибоких морях, крім Сполучених Штатів та Бразилії, була рідкістю. Великий поштовх до глибоководної експлуатації є наслідком зростання цін на нафту.
Західна Африка, схоже, є місцем найбільшого динамізму відкриттів та нових експлоатацій. Тільки в Анголі зараз 30 глибоких полів, менше, але їх можна порівняти з Бразилією, яка має 38 глибоких полів. Проблема відновлення цін - це особливе питання, яке вимагає спеціального аналізу, ми не знаємо, якою мірою в ньому втручаються пропозиції та політичні проблеми, що є фактом, що в галузі виникає нова галузь чи спеціальність нафтової промисловості.
Відбиті сейсмічні хвилі, досягнувши земної поверхні, уловлюються спеціальними приймачами та записуються на самописці. Розшифрувавши графіки, сейсморозвідники встановлюють потім межі залягання тих чи інших порід. За цими даними будують карти підземного рельєфу.
Такий метод відбитих хвиль був запропонований радянським геологом В.С.Воюцьким у 1923 році і набув широкого поширення у всьому світі. Нині, поруч із цим методом, використовують і кореляційний метод заломлених хвиль. Він заснований на реєстрації заломлених хвиль, що утворюються під час падіння пружної хвилі на межу розділу під деяким, заздалегідь розрахованим критичним кутом. Використовуються на практиці сейсморозвідувальних робіт та інші способи.
Раніше як джерело пружних коливань найчастіше використовували вибухи. Тепер їх почали замінювати на вібратори.
Вібратор можна встановити на вантажівку та за робочий день обстежити досить великий район. Крім того, вібратор дозволяє працювати у густонаселених районах. Вибухи напевно б потурбували жителів прилеглих будинків, а вібрації можна підібрати такої частоти, що вони не сприймаються людським вухом.
Єдиний недолік цього способу – мала глибина досліджень, трохи більше 2-3 кілометрів. Тому для більш глибинних досліджень застосовують перетворювач вибухової енергії. Джерелом хвиль тут по суті залишається той самий вибух. Але відбувається він уже не в ґрунті, як раніше, а у спеціальній вибуховій камері. Вибуховий імпульс передається на ґрунт через сталеву плиту, а замість вибухівки часто використовують суміш пропану із киснем. Все це, звичайно, дозволяє набагато прискорити процес зондування надр.
Гравіметричний метод заснований на вивченні зміни сили тяжіння в тому чи іншому районі. Виявляється, якщо під поверхнею ґрунту знаходиться гірська порода малої щільності, наприклад, кам'яна сіль, то й земне тяжіння тут дещо зменшується. А ось щільні гірські породи, такі як, наприклад, базальт або граніт, навпаки, збільшують силу тяжіння.
Ці зміни встановлюють спеціальний прилад – гравіметр. Один з його найпростіших варіантів – вантаж, підвішений на пружині. Тяжіння збільшується - пружина розтягується; це фіксується вказівником на шкалі. Тяжіння зменшується, пружина відповідно скорочується.
Ну, а яким чином на земне тяжіння впливають поклади нафти та газу? Нафта легша за воду, і породи, насичені нафтою або її неодмінним супутником - газом, мають меншу щільність, ніж якби в них містилася вода. І це, звичайно, відзначає гравіметр.
Щоправда, подібні гравітаційні аномалії можуть бути викликані й іншими причинами, наприклад, заляганням пластів кам'яної солі, як ми вже говорили. Тому гравірозвідку зазвичай доповнюють магніторозвідкою.
Наша планета, як відомо, є величезним магнітом, навколо якого розташоване магнітне поле. І на це поле можуть ефективно впливати серед іншого та гірські породи, що залягають у даному районі. Можливо, ви чули чи читали, як родовища залізнякубували відкриті внаслідок того, що пілоти літаків, що пролітали тут, дивувалися дивною поведінкоюмагнітної стрілки?.. Нині цей принцип використовується і для пошуку інших видів корисних копалин, у тому числі нафти та газу.
Справа в тому, що в нафті дуже часто містяться домішки металів. І, звичайно, присутність металу відчувається, щоправда, не «магнітною стрілкою», а сучасними високочутливими приладами – магнітомірами. Вони дають змогу промацати земні надра на глибину до 7 кілометрів.
Ще один геофізичний метод пошуку корисних копалин – електророзвідка – розроблений у 1923 році у Франції та знаходить застосування і досі. Власне, це різновид магнітної розвідки з тією різницею, що фіксується зміни не магнітного, а електричного поля.
Оскільки природне електричне поле Землі практично відсутня, його створюють штучно, з допомогою спеціальних генераторів і зондують з допомогою потрібний район. Зазвичай гірські породи є діелектриками, тобто їх електричний опір великий. А ось нафта, як ми вже говорили, може містити метали, які є добрими провідниками. Зниження електричного опору надр і є непрямим ознакою присутності нафти.
В Останніми рокамивсе ширше став застосовуватися ще один метод - електромагнітна розвідка за допомогою магнітогідродинамічних (МГД) генераторів. Електромагнітним хвиль стали доступні глибини від кількох кілометрів, коли ведуться пошуки корисних копалин; до сотень кілометрів, якщо йдеться про загальні дослідження земної кори.
Серцем сучасного МГД-генератора є ракетний двигун, що працює на порох. Але порох цей непростий: електропровідність створюваної ним плазми проти звичайним ракетним паливом в 16 000 разів вище. Плазма проходить через МГД канал, розташований між обмотками магніту. За законами магнітодинаміки в плазмі, що рухається, виникає електричний струм, який, у свою чергу, збуджує електромагнітне поле в спеціальному випромінювачі - диполі. За допомогою диполя відбувається зондування Землі.
Усього за кілька секунд МГД-установка розвиває потужність у десятки мільйонів ват. І при цьому обходиться без громіздких систем охолодження, які були б неминучими при використанні традиційних джерел випромінювання. Та й сама установка в кілька разів легша за інші види електрогенераторів.
Вперше ефективність МГД-установки була перевірена наприкінці 70-х у Таджикистані. Тоді в районі хребта Петра 1 вчені провели перші досліди з МГД-зондування, намагаючись вловити ознаки землетрусу, що наближається. Сигнали потужної 20-мегаватної установки Памір-1 реєструвалися на відстані до 30 кілометрів від неї.
Трохи пізніше МГД-установки були використані для пошуку нафтових та газових родовищ. Для початку був обраний досить відомий нафтовий район – Прикаспійська низовина. Завдяки МГД-зондуванням з'явилася ще одна можливість не тільки визначити наявність нафтогазоносних шарів, але й чітко оконтурювати родовища. Адже зазвичай для цього доводиться бурити кілька дорогих свердловин.
Отримавши перші достовірні відомості про надійність МГД-способу, вчені стали обмежуватися лише розвідкою в Прикаспійської низовини. Новий спосіб геофізичної розвідки надр був використаний на Кольському півострові, на Шельфі Баренцева моря- У районах, що мають потужні пласти осадових порід, в яких зазвичай і ховається нафта. Аналіз отриманих даних показав, що залягання нафти тут цілком можливо.
Мета нафторозвідки - виявлення, геолого-економічна оцінка та підготовка до розробки покладів нафти. Нафторозвідка проводиться за допомогою геологічних, геофізичних, геохімічних та бурових робіт у раціональному поєднанні та послідовності.
На першій стадії пошукового етапу в басейнах з не встановленою нафтогазоносністю або вивчення слабо досліджених тектонічних зон або нижніх структурних поверхів у басейнах з встановленою нафтогазоносністю проводяться регіональні роботи. Для цього здійснюються аеромагнітні, геологічні та гравіметричні зйомки, геохімічні дослідження вод та порід, профільне перетин території електро- та сейсморозвідкою, буріння опорних та параметричних свердловин. Внаслідок цього встановлюються райони для подальших пошукових робіт.
На другій стадії проводиться більш детальне вивчення нафтогазоносних зон шляхом детальної гравірозвідки, структурно-геологічної зйомки, електро- та сейсморозвідки, структурного буріння.
Порівняно знімки масштабів 1:100.000 – 1:25.000. уточнюється оцінка прогнозів нафтогазоносності, а структур з доведеної нафтогазоносністю, підраховуються перспективні запаси.
На третій стадії проводиться буріння пошукових свердловин з метою відкриття родовищ. Перші пошукові свердловини буряться на максимальну глибину. Зазвичай першим розвідується верхній поверх, а потім глибші. В результаті надається попередня оцінка запасів.
Розвідувальний етап – завершальний у геологорозвідувальному процесі. Основна мета – підготовка до розробки. У процесі розвідки мають бути оконтурені поклади, визначено літологічний склад, потужність, нафтоганонасиченість. По завершенню розвідувальних робіт підраховуються запаси та даються рекомендації щодо введення родовища у розробку. Ефективність пошуку залежить від коефіцієнта відкриттів родовищ – відношенням числа продуктивних площ до загальної кількості розбурених пошуковим бурінням площ.
Видобуток нафти
Майже вся нафту, що видобувається у світі, витягується за допомогою бурових свердловин, закріплених сталевими трубами високого тиску. Для підйому нафти та супутніх їй газу та води на поверхню свердловина має герметичну систему підйомних труб, механізмів та арматури, розраховану на роботу з тисками, порівнянними з пластовими. Видобуванню нафти за допомогою свердловин передували примітивні способи: збір її на поверхні водойм, обробка пісковика або вапняку, просоченого нафтою, за допомогою колодязів.
Збирання нафти з поверхні водоймищ– це, очевидно, перший час появи спосіб видобутку, який до нашої ери застосовувався в Мідії, Вавилонії та Сирії. Збір нафти в Росії, з поверхні річки Ухти розпочато Ф.С. Прядуновим 1745 р. У 1858 на півострові Челекен нафту збирали в канавах, якими вода стікала з озера. У канаві робили загати з дощок з проходом води в нижній частині: нафта накопичувалася на поверхні.
Розробка пісковика або вапняку, просоченого нафтою, та вилучення з нього нафти, вперше описані італійським ученим
Ф. Аріосто у 15 столітті. Неподалік Модени в Італії такі нафтовмісні грунти подрібнювалися і підігрівалися в котлах. Потім нафту вичавлювали у мішках за допомогою преса. У 1833 -1845 р.р. нафту видобували з піску на березі Азовського моря. Пісок поміщали в ями з похилим дном і поливали водою. Вимиту з піску нафту збирали з поверхні води пучками трави.
Видобуток нафти з колодязіввироблялася в Кисії, давній області між Ассирією та Мідією в 5 столітті до нашої ери за допомогою коромисла, до якого прив'язувалося шкіряне відро. Детальний опис колодязного видобутку нафти в Баку дав німецький натураліст Е. Кемпфер . Глибина колодязів сягала 27 м, їх стіни обкладалися каменем або укріплювалися деревом.
Видобуток нафти за допомогою свердловинпочала широко застосовуватися з 60-х р. 19 ст. Спочатку поряд з відкритими фонтанами та збором нафти у вириті поруч із свердловинами земляні комори видобуток нафти здійснювався також за допомогою циліндричних відер із клапаном у днищі. З механізованих способів експлуатації вперше в 1865 році в США була впроваджена глибоконасосна експлуатація, яку у 1874 р. застосували на нафтопромислах у Грузії, у 1876 р. у Баку. У 1886 р В.Г. Шухів запропонував компресорний видобуток нафти, яка була випробувана в Баку у 1897р. Більш досконалий спосіб підйому нафти зі свердловини газліфт- Запропонував у 1914 р М.М. Тихвінський .
Процес видобутку нафти, починаючи від припливу її пластом до вибоїв свердловин і до зовнішньої перекачування товарної нафти з промислу, можна розділити умовно на 3 етапи.
ü Рух нафти по пласту до свердловин завдяки штучно створюваної різниці тисків у пласті та на вибоях свердловин.
ü Рух нафти від вибоїв свердловин до їх гирла на поверхні – експлуатація нафтових свердловин.
ü Збір нафти та супроводжуючих її газу та води на поверхні, їх поділ, видалення мінеральних солей з нафти, обробка пластової води, збір попутного нафтового газу.
Під розробкою нафтового родовища розуміється здійснення процесу переміщення рідин і газу пластах до експлуатаційних свердловин. Управління процесом руху рідин та газу досягається розміщенням на родовищі нафтових, нагнітальних та контрольних свердловин, кількістю та порядком введення їх в експлуатацію, режимом роботи свердловин та балансом пластової енергії. Прийнята конкретної поклади система розробки визначає техніко-економічні показники. Перед забурюванням поклади проводять проектування системи розробки. На підставі даних розвідки та пробної експлуатації встановлюють умови, за яких протікатиме експлуатація: її геологічну будову, колекторські властивості порід (пористість, проникність, ступінь неоднорідності), фізичні властивості рідин у пласті (в'язкість, щільність), насиченість порід нафти водою та газом, пластові тиски. Базуючись цих даних, виробляють економічну оцінку системи, і вибирають оптимальну.
При глибокому заляганні пластів підвищення нафтовіддачі часом успішно застосовується нагнітання в пласт газу із високим тиском.
Вилучення нафти із свердловин проводиться або за рахунок природного фонтанування під дією пластової енергії, або шляхом використання одного з кількох механізованих способів підйому рідини. Зазвичай у початковій стадії розробки діє фонтанний видобуток, а в міру ослаблення фонтанування свердловину переводять на механізований спосіб: газліфтний або ерліфтний, глибонасосний (за допомогою штангових, гідропоршневих та гвинтових насосів).
Газліфтний спосіб вносить суттєві доповнення до звичайної технологічної схеми промислу, так як при ньому необхідна газліфтна компресорна станція з газорозподільником і газозбірними трубопроводами.
Нафтовим промислом називається технологічний комплекс, що складається із свердловин, трубопроводів, та установок різного призначення, за допомогою яких на родовищі здійснюють вилучення нафти з надр Землі.
На родовищах, що розробляються за допомогою штучного заводнення, споруджують систему водопостачання із насосними станціями. Воду беруть із природних водойм за допомогою водозабірних споруд.
У процесі видобутку нафти важливе місце займає внутрішньопромисловий транспорт продукції свердловин, що здійснюється трубопроводами. Застосовуються 2 системи внутрішньопромислового транспорту: напірні та самопливні. При напірних системах достатньо власного тиску на гирлі свердловин. При самопливних рухах відбувається за рахунок перевищення позначки гирла свердловини над позначкою групового збірного пункту.
При розробці нафтових родовищ, присвячених континентальним шельфам, створюються морські нафтопромисли.
Очищення нафти
Перший завод з очищення нафти було побудовано Росії у 1745 р., під час правління Єлизавети Петрівни, на Ухтинском нафтовому промислі. У Петербурзі та Москві тоді користувалися свічками, а малих містах – лучинами. Але вже тоді в багатьох церквах горіли лампи, що згасали. У них наливалася гарна олія, яка була не чим іншим, як сумішшю очищеної нафти з олією. Купець Набатов був єдиним постачальником очищеної нафти для соборів та монастирів.
Наприкінці XVIII століття було винайдено лампу. З появою ламп зріс попит на гас.
Очищення нафти – видалення з нафтопродуктів небажаних компонентів, які негативно впливають експлуатаційні властивості палив і масел.
Хімічна очисткавиробляється шляхом впливу різних реагентів на видалені компоненти продуктів, що очищаються. Найбільш простим способом є очищення 92-92% сірчаною кислотою та олеумом, що застосовується для видалення ненасичених та ароматичних вуглеводнів.
Фізико-хімічне очищенняпроводиться за допомогою розчинників, вибірково видаляють небажані компоненти з продукту, що очищається. Неполярні розчинники (пропан і бутан) використовуються для видалення залишків переробки нафти (гудронів), ароматичних вуглеводнів (процес деасфальтації). Полярні розчинники (фенол та ін) застосовуються для видалення поліциклічних ароматичних вуглеців з короткими бічними ланцюгами, сірчистих та азотистих сполук з масляних дистилятів.
При адсорбційного очищенняз нафтопродуктів видаляються ненасичені вуглеводні, смоли, кислоти та ін. адсорбційну очистку здійснюють при контактуванні нагрітого повітря з адсорбентами або фільтрацією продукту через зерна адсорбенту.
Каталітичне очищення– гідрогенізація в м'яких умовах, що застосовується для видалення сірчистих та азотистих сполук.
Перегонка нафти
Брати Дубінини вперше створили пристрій для перегонки нафти. З 1823 р. Дубінини стали вивозити фотоген (гас) багатьма тисячами пудів із Моздока всередину Росії. Завод Дубініних був дуже простий: котел у грубці, з казана йде труба через бочку з водою в порожню бочку. Бочка з водою – холодильник, порожня – приймач для гасу.
В Америці вперше досліди з перегонки нафти здійснив 1833 р. Силліман.
На сучасному заводі замість котла влаштовується несправжня трубчаста піч. Замість трубки для конденсації та поділу пар споруджуються величезні ректифікаційні колони. А для прийому продуктів перегонки шикуються цілі міста резервуарів.
Нафта складається із суміші різних речовин (головним чином вуглеводнів) і тому не має певної точки кипіння. На трубчатках нафту підігрівають до 300-325 про. За такої температури більш леткі речовини нафти перетворюються на пару.
Печі на нафтоперегінних заводах є особливими. На вигляд вони схожі на будинки без вікон. Викладаються печі з кращої вогнетривкої цегли. Усередині, вздовж і впоперек, тягнуться труби. Довжина труб у печах сягає кілометра.
Коли завод працює, цими трубами з великою швидкістю – до двох метрів за секунду – рухається нафта. У цей час із потужної форсунки в піч спрямовується полум'я. Довжина мов полум'я сягає кількох метрів.
При температурі 300-325 про нафту переганяється в повному обсязі. Якщо збільшити температуру перегонки, вуглеводні починають розкладатися.
Нафтовики знайшли спосіб перегонки нафти без розкладання вуглеводнів.
Вода кипить при 100 про тоді, коли тиск дорівнює атмосфері, або 760 мм. рт. ст. Але вона може кипіти, наприклад, і за 60 о. Для цього треба лише знизити тиск. При тиску 150 мм термометр покаже всього 60 про.
Що менше тиск, то швидше закипає вода. Те саме відбувається з нафтою. Багато вуглеводнів за умов атмосферного тиску киплять лише за 500 о. Отже, при 325 о ці вуглеводні не киплять.
А якщо зменшити тиск, то вони закиплять і при нижчій температурі.
У цьому законі заснована перегонка у вакуумі, т. е. при зниженому тиску. На сучасних заводах нафту переганяють або під атмосферним тиском, або під вакуумом, найчастіше заводи складаються з двох частин – атмосферної та вакуумної. Такі заводи так і називаються атмосферно-вакуумними. На цих заводах виходять одночасно всі продукти: бензин, лігроїн, гас, газойль, мастила та нафтовий бітум. Невипарованих частин при такій перегонки залишається набагато менше, ніж при атмосферній.
Дружніше відбувається випаровування нафти, як у установку вводиться пара.
Складна та цікава робота ректифікаційної колони. У цій колоні відбувається не тільки поділ речовин за їх температурами кипіння, але одночасно проводиться додаткове багаторазове кип'ятіння рідини, що конденсується.
Колони робляться дуже високими – до 40 м. Усередині вони поділяються горизонтальними перегородками – тарілками – з отворами. Над отворами встановлюються ковпачки.
Суміш вуглеводневої пари з печі надходить у нижню частину колони.
Назустріч залишку нафти, що не випарувався, знизу колони подається перегріта пара. Ця пара прогріває залишок, що не випарувався, і захоплює з собою всі легкі вуглеводні вгору колони. У нижню частину колони стікає звільнений від легких вуглеводнів важкий залишок - мазут, а пари долають тарілку за тарілкою, прагнучи до верху колони.
Спочатку перетворюються на рідину пари з високими температурами кипіння. Це буде солярова фракція, що кипить при температурі вище 300 о. Рідкий соляр заливає тарілку до отворів. Парам, що йдуть із печі, тепер доводиться пробулькувати через шар соляра.
Температура парів вища за температуру соляра, і соляр знову кипить.
Вуглеводні, що киплять при температурі нижче 300 о, відриваються від нього і летять вгору колони, на секцію гасових тарілок.
У солярі, що виходить із колони, тому немає бензину чи гасу.
У колонах буває 30-40 тарілок, поділених на секції. Через всі тарілки проходять пари, на кожній вони проблукують через шар сконденсованих парів і в проміжках між ними зустрічають краплі зайвого, що не забрався на верхню тарілку конденсату.
Принципова технологічна схема установки для атмосферно-вакуумної перегонки нафти. Апарати 1, 3 – атмосферні колони ректифікації; 2 - печі для нагрівання нафти та мазуту; 4 - вакуумна колона ректифікації; 5 – конденсатори – холодильники; 6 – теплообмінники.
Лінії: I – нафта; II – легкий бензин; III – відбензинена нафту; IV – важкий бензин; V - гас і газойль; VI – водяна пара; VII – мазут; VIII – гази розкладання;
IX – масляні фракції; Х – гудрон.
У колоні безперервно йде складна, копітка робота. Вуглеводні збираються у секціях за температурами кипіння. Для кожної групи вуглеводнів у колоні є свої секції та свій вихід.
Вуглеводні згрупуються у своїй секції тільки тоді, коли в них не буде вуглеводнів інших температур кипіння.
Коли вони зберуться разом, вони з колони виходять у холодильник, та якщо з холодильника – до приймача.
З найвищих секцій колони йде не бензин, а пари бензину, тому що температура вгорі колони вище температури легко киплячих частин бензину. Пари бензину йдуть спочатку у конденсатор.
Тут вони перетворюються на бензин, який прямує також у холодильник, а потім у приймач.
Крекінг нафтопродуктів
Вихід бензину з нафти можна значно збільшити (до 65-70%) шляхом розщеплення вуглеводнів з довгим ланцюгом, що містяться, наприклад, у мазуті, на вуглеводні з меншою відносною молекулярною масою. Такий процес називається крекінгом (від англ. Crack-розщеплювати).
Крекінгомназивається процес розщеплення вуглеводнів, які у нафти, у результаті якого утворюються вуглеводні з меншим числом атомів вуглецю у молекулі.
Крекінг винайшов російський інженер В.Г. Шухів 1891 р. 1913 р. винахід Шухова почали застосовувати у Америці. Нині США 65% всіх бензинів виходить на крекинг - заводах.
Історична довідка. Володимир Григорович Шухов (1853–1939). Будівельник та механік, нафтовик та теплотехнік, гідротехнік та суднобудівник, учений та винахідник. За проектами Шухова було збудовано понад 500 сталевих мостів. Шухов вперше запропонував використати замість складних шарнірів прості з'єднання на заклепках. Надзвичайно цікаві роботи Шухова зі спорудження металевих сітчастих оболонок. Винайшов крекінгу нафти. Нафтопроводи, якими нафта перекачується, також зроблено з його формулам. Резервуари зберігання нафти також його заслуга.
Наші нафтовики часто розповідають про судовий позов двох американських фірм. Близько 25 років тому американська фірма "Кросса" звернулася до суду зі скаргою на те, що фірма "Даббса" привласнила собі її винахід - крекінгу. Фірма «Кроса» вимагала з іншого велику суму грошей за «незаконне» використання винаходу. Суд став на бік «Кросу». Але на суді адвокат фірми «Даббса» заявив, що крекінг винайдений не тією і не іншою фірмою, а російським інженером Шуховим .Шухів тоді був живий. Приїхали до нього в Москву американці і запитали, чим він може довести, що крекінг винайдений ним. Шухів вийняв зі столу документи, з яких було ясно, що свій крекінг Шухів запатентував ще 35 років тому до позову цих двох фірм.
Апаратура крекінгу - заводів в основному та ж, що і для перегонки нафти. Це печі, колони. Але режим переробки інший. Сировина також інша. Процес розщеплення ведеться за більш високих температур (до 600 0 С), часто при підвищеному тиску. За таких температур великі молекули вуглеводнів дробляться більш дрібні.
Мазут густий і важкий, його питома вага близька до одиниці. Це тому, що складається зі складних і великих молекул вуглеводнів. Коли мазут піддається крекінгу, частина складових його вуглеводнів розпадаються більш дрібні, та якщо з дрібних вуглеводнів якраз і складаються легкі нафтові продукти – бензин, гас.
При крекінгу нафту піддається хімічним змінам. Змінюється будова вуглеводнів. У апаратах крекінгу – заводів відбуваються складні хімічні реакції. Ці реакції посилюються, як у апаратуру вводять каталізатори.
Одним із таких каталізаторів є спеціально оброблена глина. Ця глина у дрібному роздробленому стані – у вигляді пилу – вводиться в апаратуру заводу. Вуглеводні, що знаходяться в пароподібному стані, з'єднуються з порошинками глини і подрібнюються на їх поверхні. Такий крекінгу називається крекінгом з пилоподібним каталізатором. Цей вид крекінгу набув значного поширення.
Каталізатор потім відокремлюється від вуглеводнів. Вуглеводні йдуть своїм шляхом на ректифікацію і в холодильники, а каталізатор – у резервуари, де його властивості відновлюються.
Процес крекінгу відбувається з розривом вуглеводневих ланцюгів та утворенням більш простих граничних та ненасичених вуглеводнів, наприклад:
З 16 Н 34 З 8 Н 18 + З 8 Н 16
гексадекан октан октен
речовини, що утворилися, можуть розкладатися далі:
З 8 Н 18 З 4 Н 10 + З 4 Н 8
октан бутан бутен
З 4 Н 10 З 2 Н 6 + З 2 Н 4
бутан етан етилен (етен)
Етилен, що виділився в процесі крекінгу, широко використовується для виробництва поліетилену і етилового спирту.
Розщеплення молекул вуглеводнів протікає за радикальним механізмом. Спочатку утворюються вільні радикали:
СН 3 - (СН 2) 6 - СН 2: СН 2 - (СН 2) 6 - СН 3 t
T СН 3 – (СН 2) 6 – СН 2 . + . СН 2 – (СН 2) 6 – СН 3
Вільні радикали хімічно дуже активні і можуть брати участь у різних реакціях. У процесі крекінгу один із радикалів відщеплює атом водню (а), а інший – приєднує (б):
а) СН 3 - (СН 2) 6 - СН 2 . СН 3 - (СН 2) 5 - СН = СН 2 + Н О
б)СН 3 - (СН 2) 6 - СН 2 . + СН 3 - (СН 2) 6 - СН 3
Розрізняють 2 види крекінгу: термічний та каталітичний.
Термічний крекінг
Розщеплення молекул вуглеводнів протікає при більш високій температурі(470-5500С). Процес протікає повільно, утворюються вуглеводні з нерозгалуженим ланцюгом атомів вуглецю.
У бензині, отриманому в результаті термічного крекінгу, поряд з граничними вуглеводнями міститься багато ненасичених вуглеводнів. Тому цей бензин має більшу детонаційну стійкість, ніж бензин прямої перегонки.
У бензині термічного крекінгу міститься багато ненасичених вуглеводнів, які легко окислюються і полімеризуються. Тому цей бензин менш стійкий під час зберігання. При його згорянні можуть засмічитись різні частини двигуна. Для усунення цієї шкідливої дії до такого бензину додають окисники.
Каталітичний крекінг
Розщеплення молекул вуглеводнів протікає у присутності каталізаторів і за нижчої температури (450-500 0 З).
Головну увагу приділяють бензину. Його намагаються отримати більше та обов'язково кращої якості. Каталітичний крекінг з'явився саме внаслідок багаторічної, завзятої боротьби нафтовиків за підвищення якості бензину. Порівняно з термічним крекінгом процес протікає значно швидше, при цьому відбувається не тільки розщеплення молекул вуглеводнів, а й їхня ізомеризація, тобто. утворюються вуглеводні з розгалуженим ланцюгом атомів вуглецю.
Бензин каталітичного крекінгу в порівнянні з бензином термічного крекінгу має ще більшу детонаційною стійкістю, Бо в ньому містяться вуглеводні з розгалуженим ланцюгом вуглецевих атомів.
У бензині каталітичного крекінгу ненасичених вуглеводнів міститься менше, і тому процеси окислення та полімеризації в ньому не протікають. Такий бензин стійкіший при зберіганні.
Ріформінг
Риформінг – (від англ. Reforming – переробляти, покращувати) промисловий процес переробки бензинових та лігроїнових фракцій нафти з метою отримання високоякісних бензинів та ароматичних вуглеводнів. У цьому молекули вуглеводнів переважно розщеплюються, а перетворюються. Сировиною служить бензинолігроїнова фракція нафти.
До 30-х років 20 століття риформінг був різновидом термічного крекінгу і проводився при 540 0 С для отримання бензину з октановим числом 70-72.
З 40-х років риформінг – каталітичний процес, наукові основи якого розроблено Н.Д. Зелінським, а також В.І. Каржовим, Б.Л.
Молдовський. Вперше цей процес було здійснено у 1940 р у США.
Його проводять у промисловій установці, що має нагрівальну піч і не менше 3-4 реакторів при t 350-520 0 С, у присутності різних каталізаторів: платинових і поліметалевих, що містять платину, реній, іридій, германій та ін., щоб уникнути дезактивації каталізатора продуктом ущіль коксом, риформінг здійснюється під високим тиском водню, який циркулює через нагрівальну піч та реактори. В результаті риформінгу бензинових фракцій нафти отримують 80-85% бензин з октановим числом 90-95, 1-2% водню та решту газоподібних вуглеводнів. З трубчастої печі під тиском нафта подається в реакційну камеру, де і знаходиться каталізатор, звідси вона йде в колону ректифікації, де поділяється на продукти.
Велике значення має риформінг для ароматичних вуглеводнів (бензолу, толуолу, ксилолу та ін.). Раніше основним джерелом одержання цих вуглеводнів була коксова промисловість.
