Введение
На сегодняшний день, без всякого сомнения, важнейшим полезным ископаемым для человека является нефть. Жизнь современного человека немыслима без этого ценного сырья.
Когда мы слышим слово «нефть», то как правило возникают ассоциации с бензином, другим топливом, смазочными материалами. И в этом, в топливе, конечно же ее главенствующая роль. Но применение нефти не ограничивается заправочной станцией. Нефть значит для каждого человека намного больше.
Строительные материалы, лаки, краска, многие напольные покрытия содержат нефтяные масла. Производные нефти входят в состав одежды. Нефтепродукты так же являются составной частью пластмасс, из которых изготавливаются выключатели, телефоны и другие предметы обихода.
Без нефти, а точнее без продуктов ее переработки, не может не только развиваться ни одна отрасль народного хозяйства, но и существовать. Из нефти получают все возможные виды топлива – котельное, бензин, керосин, дизельное, газотурбинное топлива, смазочные и специальные масла, технический углерод, пластичные смазки, парафин, битумы, нефтяные коксы. Кроме того, нефть является сырьем для получения ряда продуктов органического синтеза.
Энергетика, оборона страны, транспорт, сельское хозяйство, бытовые нужды населения, экономика страны находятся в прямой зависимости от нефти. И в последнее время ее роль все возрастает – нефть и продукты ее переработки используют для производства искусственной кожи, съедобного жира, парфюмерии, суррогата столового масла и технического, моющих средств и других продуктов, число которых превышает 700 наименований.
Для России нефть играет особо важную роль – на ее долю приходится основная статья доходов государства. Поэтому правительство Российской Федерации уделяет повышенное внимание развитию нефтегазовой отрасли. Нефтяная промышленность нашей страны переживает сегодня не лучшие времена. Но не смотря на все проблемы она была и остается важнейшей для России отраслью.
1 Технологическая часть
1. Состав нефти, природного и попутного газов
Нефть – это жидкая природная смесь разнообразных углеводородов с небольшим количеством других органических соединений; ценное полезное ископаемое, залегающее часто вместе с газообразными углеводородами; маслянистая горючая жидкость, обладающая специфическим запахом, обычно коричневого цвета с зеленоватым или другим оттенком, иногда почти черная, очень редко бесцветная.
Нефть – это горная порода. Она относится к группе осадочных пород вместе с песками, глинами, известняками, каменной солью и др. Одно из важных свойств нефти – способность гореть.
По составу нефть – сложная смесь углеводородов различной молекулярной массы, главным образом жидких (в них растворены твердые и газообразные углеводороды). [2]
В зависимости от месторождения нефть имеет различный качественный и количественный состав. Она состоит главным образом из углерода – 79,5-87,5% и водорода – 11,0-14,5% от массы нефти. Кроме них в нефти присутствуют еще три элемента – сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5-8%. В незначительных концентрациях в нефти встречаются элементы: ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий. Их общее содержание не превышает 0,02-0,03% от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганические соединения, из которых состоит нефть. Кислород и азот находятся в нефти только в связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода. В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений. Содержание азота в нефти не превышает 1%, содержание смол может достигать 60% от массы нефти. [2]
По содержанию серы в нефти делятся на:
малосернистые;
сернистые;
высокосернистые.
Малосернистая нефть содержит <0,5 % серы, при этом бензиновая и реактивно-топливная фракции - < 0,1 %, а дизельная - < 0,2 %, однако, если в одном или нескольких дистиллятных топливах содержание серы выше, то эту нефть относят к сернистым. Сернистая нефть содержит < 2 % серы, при этом бензиновая фракция - < 0,1 %, реактивно-топливная - < 0,25 %, а дизельная - < 1 %, также, если в одном или нескольких дистиллятных топливах содержание серы выше, то эту нефть относят к высокосернистым. Высокосернистая нефть содержит > 2 % серы, при этом бензиновая фракция - > 0,1 %, реактивно-топливная - > 0,25 %, а дизельная - > 1 %, если в одном или нескольких дистиллятных топливах содержание серы ниже, то эту нефть относят к сернистым. [5,17]
Основные физические свойства нефти:
Вязкость -важнейшее технологическое свойство нефти, определяющее ее подвижность в пластовых условиях для добычи или при транспортировке по магистральным нефтепроводам (МНП).
Динамическая вязкость η - это отношение действующего касательного напряжения к градиенту скорости при заданной температуре. Единица измерения динамической вязкости паскаль-секунда - Па*с, на практике используют обычно мПа*с.
Кинематическая вязкость ν - это отношение динамической вязкости жидкости к плотности при той же температуре: ν=η/ρ. Единица кинематической вязкости м2/с, на практике используют обычно мм2/с. Сущность метода определения кинематической вязкости заключается в замене постоянного давления (внешней силы) давлением столба жидкости, равным произведению высоты столба жидкости, плотности жидкости и ускорения силы тяжести.
Величина вязкости учитывается при оценке скорости фильтрации в пласте, при выборе типа вытесняющего агента, при расчете мощности насоса добычи нефти и др.
Разработка залежей нефти девона так же, как и залежей карбона, связана с двухстадийным внедрением системы поддержания пластового давления: на первом этапе - законтурного, на втором - разрезания залежей на блоки. Основными продуктивными пластами являются ДО и ДШ, залежи нефти пластов Д1, ДШ и Д1У рассматривались вначале как возвратные объекты разработки.
Условия залегания пластов и физические свойства нефти девона и карбона заметно отличаются друг от друга. Наиболее отличаются от средней нефти девона. Они имеют большие газосодержание, усадку, коэффициент растворимости газа и меньшие плотность и вязкость.
При отсутствии в песке остаточной воды для нефти девона и карбона капиллярное впитывание может иметь место только при добавлении к воде определенных ПАВ, в частности ОП-10. Поэтому применение ОП-10 как добавки к воде для увеличения коэффициента охвата пласта водой наиболее целесообразно.
При отсутствии остаточной воды в песке, насыщенном нефтью девонаили карбона, капиллярного впитывания дистиллированной воды и пластовых вод не происходит.
Попутные нефтяные газы. Они растворены под давлением в нефти. При ее извлечении на поверхность давление падает, и растворимость уменьшается, в результате чего газы выделяются из нефти. Попутные газы содержат метан и его гомологи, а также негорючие газы - азот, аргон и углекислый газ. Попутные газы перерабатывают на газоперерабатывающих заводах. Из них получают метан, этан, пропан, бутан и газовый бензин, содержащий углеводороды с числом атомов углерода 5 и больше. Этан и пропан подвергают дегидрированию и получают непредельные углеводороды - этилен и пропилен. Смесь пропана и бутана (сжиженный газ) применяют как бытовое топливо. Газовый бензин добавляют к обычному бензину для ускорения его воспламенения при запуске ДВС. [7]
Нефть и газ скапливаются в участках земной коры (“ловушках”), где физические и геологические условия благоприятствуют длительному сохранению. В нефтяной залежи газ, сопровождающий нефть, может находиться в растворенном виде (тяжелые углеводороды) или располагаться над нефтью, образуя газовую “шапку”. Состав свободных газов, находящихся непосредственно над нефтью или мигрировавших в выше расположенные коллекторы, может сильно отличаться от состава газов, растворенных в нефти.
Состав газов нефтяных попутных, выделяющихся из нефти в процессе ее добычи, значительно отличается от состава свободных газов, добываемых из газоносных пластов того же месторождения. Влиянием растворимости тяжелых углеводородов могут быть объяснены часто наблюдаемые расхождения в составе образцов газов, получаемых из одной и той же нефтяной скважины.
Состав газов сильно зависит от условий отбора пробы, от давления, под которым находится газ в скважине, соотношения в пробе свободного газа из залежи и газа, выделившегося из нефти при ее подъеме в скважине. В связи с этим содержание и состав тяжелых углеводородов в газах, отобранных на одной и той же площади, показывают значительные колебания. Это относится и к таким хорошо растворимым газам, как сероводород и углекислый газ. [3,9]
Природный газ – полезное ископаемое, представляющее собой смесь газообразных углеводородов природного происхождения, состоящую главным образом из метана и примесей других алканов. Иногда в составе также присутствует некоторое количество углекислого газа, азота, сероводорода и гелия.
Вследствие своего состава природный газ представляет собой чрезвычайно ценное сырье, из которого выделяют отдельные компоненты или более простые смеси. [3]
Месторождения природного газа.
В природе газ может находиться в следующих формах:
Газовые залежи в пластах некоторых горных пород. Залежи газообразных углеводородов как правило сосредоточены на глубине от 1000 м. Вопреки распространенному мнению, газ в таких залежах находится не в объемных пустотах, а преимущественно в мелких трещинах, микроскопических порах и каналах горных пород, например, песчаника. В составе такого газа преобладают низшие алканы: метан и этан. Крупнейшие запасы природного газа сосредоточены в России (Уренгойское месторождение), большинстве стран Персидского залива, США и Канаде. [2]
Газовые шапки над нефтью и растворенный в нефти газ. Такие газообразные скопления называют Попутный нефтяной газ (ПНГ). В отличие «традиционного» природного газа, ПНГ в своем составе помимо метана и этана содержит значительное количество пропана, бутана и других более тяжелых углеводородов.
Газогидратные залежи. Газовые гидраты – это кристаллические соединения, которые образованы путем растворения газообразных углевоородов в пластовой воде при определенных термодинамических условиях – высоких давлениях и относительно низких температурах. 1 объем воды при переходе в гидратное состояние связывает до 220 объемов газа. Такая форма накопления природного газа была открыта во второй половине 20-го века. Газогидратные залежи находятся преимущественно в районах распространения многолетней мерзлоты, а также на относительно небольшой глубине под океанических дном. [3]
Доказано, что большое количество углеводородов находится в мантии Земли, но в настоящее время, ввиду технической недоступности, они не представляют практического интереса.
Помимо залежей газа в недрах планеты, необходимо упомянуть, что углеводороды встречаются и в космосе. В частности, метан является третьим по распространенности газом во Вселенной после водорода и гелия. В форме метанового льда он входит в структуру планет и других космических тел. Однако такие образования не относят к залежам природного газа и при настоящем уровне развития технологий не могут быть извлечены. [5]
Химический состав
природного газа. Основным компонентом
природного газа является метан (
)
– его содержание варьируется в диапазоне
70 - 98% рисунок 1.
Рисунок 1- Химический состав природного газа.
Кроме него в состав могут входить более тяжелые насыщенные углеводороды – гомологи метана:
этан
пропан
бутан
Помимо углеводородной составляющей, природный газ может содержать неорганические газообразные соединения:
водород
сероводород
углекислый
газ
азот
инертные газы (преимущественно гелий) [1]
Физические свойства природного газа. Вследствие своего состава природный газ горюч. Чистый газ горит голубым пламенем, поэтому его иногда называют «голубым топливом». Примеси же могут окрашивать пламя в различные цвета. Также пламя начинает желтить при недостатке кислорода, что приводит к неполному сгоранию газа и образованию копоти и угарного газа.
Смесь с воздухом в диапазоне концентраций от 4,4 до 17% взрывоопасна. Поэтому важно контролировать содержание газа в окружающей атмосфере, а также вовремя принимать соответствующие меры в случае его утечки.
Природный газ бесцветен и не имеет запаха, за исключением случаев повышенного содержания в его составе сероводорода. В связи с этим, для облегчения обнаружения утечек газа, к нему в небольших концентрациях добавляют специальные одоранты – вещества с резким неприятным запахом. В качестве одорантов преимущественно используются серосодержащие соединения, например, тиолы (меркаптаны). Стандартная концентрация таких добавок составляет 16 г на 1000 м3. Однако человек способен уловить присутствие одного из самых распространенных одорантов – этилмеркаптана, даже при его концентрации в воздухе 2*10-6 % по объему. [3]