УДК 665.6 : 681.5 ББК 33.36

Л17

СибАДИ

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. В.Г. Хомченко (ОмГТУ); канд. техн. наук, проф. А.И. Демиденко (СибАДИ)

Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве учебного пособия.

Лазута, И.В.

Л17 Технологические процессы, оборудование и автоматизация нефтегазодобычи [Электронный ресурс] : учебное пособие / И.В. Лазута,

Р.Ю. Сухарев. – Электрон. дан. − Омск : СибАДИ, 2015. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-bin/irbis64r plus/cgiirbis 64 ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.

ISBN 978-5-93204-836-8

Рассмотрены основные теоретические сведения о технологических процессах, оборудовании и автоматизации нефтегазодобычи. Изложенный материал позволит студентам освоить основы технологии бурения и эксплуатации скважин, сбора, подготовки, передачи и хранения углеводородов, а также ознакомиться с оборудованием и автоматикой, применяемой в нефтегазодобывающей отрасли. Учебный материал пособия приводится кратко и может служить дополнением к теоретическому материалу, изложенному в учебниках для высших учебных заведений.

Имеет интерактивное оглавление в виде закладок.

Предназначено для изучения дисциплин «Технологические процессы автоматизированных производств» и «Технологии и оборудование в промышленности» студентами бакалавриата и магистратуры направлений «Автоматизация технологических процессов и производств» и «Управление в технических системах», а также рекомендуется аспирантам при написании научных работ.

Текстовое (символьное) издание (12,0 МБ)

Системные требования : Intel, 3,4 GHz ; 150 МБ ; Windows XP/Vista/7 ; DVD-ROM ;

1 ГБ свободного места на жестком диске ; программа для чтения pdf-файлов Adobe Acrobat Reader

Редактор И.Г. Кузнецова Техническая подготовка Т.И. Кукина

Издание первое. Дата подписания к использованию 27.10.2015

Издательско-полиграфический центр СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПЦ СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

© ФГБОУ ВПО «СибАДИ», 2015

Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию» данная продукция маркировке неподлежит.

ВВЕДЕНИЕ

ности, а также различные отрасли транспорта (трубопроводный, железнодорожный, водный, морской и др.) нефти, газового конденсата, природного газа и продуктов их переработки.

Экономически наиболее значимой составной частью топливноэнергетического комплекса России на сегодняшний день является нефтегазовый комплекс. Нефтегазовый комплекс включает нефтегазодобывающую и нефтегазоперерабатывающую отраслиИпромышлен-

Нефть и газ в настоящее время во всем мире и в России – основные виды энергетических ресурсов, наДдолю которых приходится около 70 % всех видов используемых ресурсов. Важными и актуаль-

ными задачами являются вопросы, связанные со всей цепочкой технологических процессов – от разведки месторождений до использо-

вания нефтепродуктов и газаА.

Технологические процессы добычи углеводородов, такие как бурение и эксплуатация скважин, сбор, подготовка, передача и хранение нефти и газа, являются высокотехнологичными и на сегодняшний день не представляютсябвозможными без использования контрольноизмерительных приборов и автоматики.

Задачей курса «Технологические процессы автоматизирован-

ных производств» является формирование у студентов знаний о структуреии классификации процессов нефтегазовой отрасли; о технологическом оборудовании и автоматике, применяемой в нефтегазовой отрасли; о технологических схемах, режимах и технологических возможностях технологических процессов нефтегазовой отрасли.

С

3

1. ВВЕДЕНИЕ В НЕФТЕГАЗОВУЮ ОТРАСЛЬ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1.1. Анализ состояния вопроса добычи нефти и газа

Среди стран этого региона первое место в мире по Иэтому показателю занимает Саудовская Аравия, где сосредоточено более четверти мировых запасов нефти. А

Ресурсы и месторождения нефти. Мировые извлекаемые запа-

сы нефти оцениваются в 141,3 миллиарда тонн. Этих запасов при ны-

нешних объемах добычи нефти хватит на 42 года. Из них около 66 % расположено в странах Ближнего и Среднего Востока. Для этого региона характерно не только наличие огромных запасов нефти, но и концентрация их преимущественно на уникальныхД(более 1 миллиарда тонн) и гигантских (от 300 миллионов до 1 миллиарда тонн) месторождениях с исключительно высокой продуктивностью скважин.

Второе место среди регионов мира занимает Американский континент – 14,5 % мировых извлекаемых запасов нефти. Наиболее крупными запасами нефти обладают Венесуэла, Мексика, США, Аргентина и Бразилияб. Извлекаемые запасы нефти в Африке составляют

6,9 %, в т. ч. в Ливии – 2,9 %, Нигерии – 2,3 % и Алжире – 0,9 %.

В Западной Европе крупные месторождения нефти и газа расположены в акватории Северного моря, главным образом на британских (0,5 млрдит) и норвежских (1,5 млрд т) территориях.

В Азиатско-Тихоокеанском регионе промышленными запасами нефти обладают Китай (2,35 %), Индонезия (0,5 %), Индия, Малайзия и Австралия (в сумме 1 %). Восточноевропейские бывшие социалистические страны и страны, бывшие в составе СССР, владеют 5,8 %

Сизвлекаемых запасов нефти, в т.ч. Россия – 4,76 %, т. е. 6,64 млрд т. Как видно из табл. 1.1, Россия с начала нового столетия интенсив-

но наращивает добычу нефти, несмотря на ограниченность ее запасов.

Ресурсы и месторождения природного газа. Мировые извле-

каемые запасы природного газа оцениваются в 154,9 трлн м3. Ресурсов газа при нынешних темпах его добычи хватит на 63,1 года. По разведанным запасам природного газа первое место в мире занимает Россия – 31 %. Одна треть общемировых его запасов приходится на Ближний и Средний Восток, где он добывается преимущественно попутно с нефтью, т.е. на страны, обладающие крупными месторождениями нефти: Иран (14,9 % от общемировых запасов), Абу-Даби (4,0 %), Саудовская Аравия (3,9 %) и Кувейт (1,0 %).

4

В Азиатско-Тихоокеанском регионе значительными ресурсами газа обладают Индонезия, Малайзия и Китай.

Достаточно большие запасы газа (7,2 %) размещены в Африке, прежде всего в таких странах, как Алжир (2,9 %), Нигерия (2,2 %) и

На Американском континенте обнаружено 12,7 % от общемировых запасов природного газа, в т.ч. США – 3,1 % (5-е место), Венесуэла – 2,7 %, Канада – 1,1 %. Западная Европа обладает 2,9 % от мировых запасов природного газа, в т.ч. Норвегия – 0,8 %, Нидерланды – 1,1 % и Великобритания – 0,5 %.

По объемам добычи газа в мире со значительным отрывом от других стран лидируют Россия и США. В число крупных газодобывающих стран мира входят Канада, Великобритания, Индонезия, Нидерланды, Алжир, Норвегия, Иран, Мексика и Узбекистан.

ОАО «Газпром», ОАО «ЛУКОЙЛ», ОАО «Роснефть», ОАО «Сургутнефтегаз», ОАО «Татнефть», ОАО «АНК «Башнефть», ОАО «НК «РуссНефть».

Крупнейшие компанииАнефтегазовой промышленности России:

СРазумеется, такие высокие объемы газодобычи в стране, в отличие от нефтяной отрасли, экономически оправданы, поскольку обоснованы исключительно большими его ресурсами.

1.2. Условия залегания нефти, газа и воды на месторождениях

Горные породы, имеющие большое число крупных пор, – резервуары нефти и газа (нефтяные и газовые залежи). Породы, такие как глины, сланцы и другие, практически непроницаемые для пластовых газожидкостных смесей, – естественные покрышки продуктивных

5

коллекторов нефти и газа, способствующие их накоплению. Промышленная ценность месторождения определяется не только его размерами, но и в значительной степени физическими свойствами коллекторов, пластовых жидкостей и газов, а также видом и запасом пла-

Нефть и газ в нефтяных и газовых залежах насыщают пустоты между зернами, трещины и каверны пород, слагающих пласты. Большинство нефтегазовых месторождений приурочены к осадочным породам – хорошим коллекторам нефти (пески, песчаники, конгломераты, трещиноватые и кавернозные известняки и доломиты). Естественные резервуары нефти и газа по происхождению и геометрической форме могут быть самыми различными. Простейшая природная структурная ловушка – антиклинальная складка (рис. 1.1).

Газоконденсатные месторождения характеризуются тем, что содержащиеся в них углеводородные смеси находятся обычно в одно-

фазном состоянии – тяжелые углеводороды полностью растворены в массе легких газообразных компонентов. При разработке газоконденсатного месторождения по мере падения давления из газа начинает выделяться конденсат. В первую очередь конденсируются наиболее тяжелые компоненты, а затем – все более легкие. Давление, при котором начинается выделение из газа конденсата, называется давлением начала конденсации.

Нефть, газ и вода распределяются Дв залежи соответственноИсвоим плотностям. Как правило, в продуктивной зоне пласта кроме нефти и газа содержится также вода, хотя продукцией скважин при разработке этого пласта может быть безводная нефть. Вода, по всей вероятности, осталась в нефтяной и газовой частях пластов со времени образования залежи. Породы нефтяных и газовых пластов отлагались в водоемах. В процессе накопления нефть и газ не смогли полностью вытеснить воду

Конденсат может выделяться как на поверхности, так и в пласте при снижении давления. В последнем случае конденсат впитывается породой пласта, и значительная часть его может остаться в пласте безвозвратно. Поэтому газоконденсатные месторождения следует разрабатывать при забойных давлениях, которые больше давления

начала конденсации.

Свойства нефти, воды и газа на поверхности сильно отличаются от их свойств в пластовых условиях, где они находятся при сравнительно высоких давлениях и температурах. Свойства нефти, воды и газов в пластовых условиях влияют на закономерности их движения в пористой среде. С ростом глубины залегания пластов повышается и температура. Расстояние по вертикали, на котором температура горных пород закономерно повышается на 1 °С, называется геотермической ступенью. Среднее значение геотермической ступени 33 м, но для различных месторождений ее величина неодинакова. Изменения пластового давления регистрируются при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений. Это дает возможность судить о процессах, происходящих в пласте.

7