shammazov_ONGD

А. А. Коршак, А. М. Шаммазов

Основы

нефтегазового

дела

Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений по направлению «Нефтегазовое дело»

Издание третье, исправленное и дополненное

ДизайнПолиграфСервис Уфа 2005

A. A. Korshak, A. M. Shammazov

Fundamentals of oil and gas recovery

Fundamental points to be known by everyone who is going to become an oil engineer have been considered. The history of oil and gas application, the development and modern state of oil and gas industry in Russia, different views on origin of oil have been described. The book informs about oil and gas reserves in the world and the lagest world deposits. Introduction is given to oil and gas fields search and exploration, wells drilling, fields development, oil and gas refining. Such aspects as transportation, storage and distribution of oil, oil products and gas, as well as pipelines and storages design and construction are covered.

DesignPolygraphService

Ufa 2005

ния нефти, нефтепродуктов и газа.

Уфимский государственный нефтяной технический университет: 450064, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1. Ufa State Petroleum Technological University: 450064, Russia, Ufa, Cosmonavtov str., 1.

Предисловие

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) является одной из основ экономики России. Сотни тысяч его специалистов трудятся во всех уголках нашей Родины, обеспечивая ее нефтью и газом. Кроме того, тысячи молодых специалистов, закончив вузы, ежегодно вливаются в ТЭК. Свой путь к будущей специальности они начинали с изучения основ нефтегазового дела.

Ознакомившись с содержанием данной книги, читатель узнает много интересного, получит целостное представление о нефтяной и газовой промышленности, будет готов к изучению общетехнических дисциплин и, наконец, получит начальное представление об избранной им профессии.

В книге описаны история применения нефти и газа, развитие и современное состояние нефтяной и газовой промышленности России, взгляды на происхождение нефти и газа. Читатель узнает, надолго ли хватит их запасов, какие месторождения являются самыми крупными в мире, как бурят скважины, что значит добывать нефть и газ, как и во что перерабатывают углеводороды.

Между добычей и переработкой нефти и газа находится важное звено ТЭК—магистральные трубопроводы. Подобно кровеносной системе, они пронизывают страны и континенты. Только циркулирует в них не кровь, а энергоносители. В книге рассказывается о том, как появились нефте- и газопроводы, какие объекты и сооружения входят в их состав, как они работают.

Трубопроводы используются и для других целей—по ним транспортируются твердые и сыпучие материалы. В ряде случаев это выгоднее, чем использовать традиционные виды транспорта. Поэтому в книге рассматриваются основы гидро-, пневмо- и капсульного (контейнерного) транспорта таких материалов.

Наконец, продукты нефтепереработки и природный газ необходимо доставить до потребителей. Для этого служит система их распределения, в которую входят газохранилища, нефтебазы, нефтепродуктопроводы, газораспределительные сети, автозаправочные, газонаполнительные и газораспределительные станции. Общие сведения об их устройстве, применяемом оборудовании, принципах работы дополняют общую картину ТЭК, представленную в данной книге.

Авторы выражают благодарность преподавателям Уфимского государственного нефтяного технического университета Абызгильдину Ю. М., АгзамовуФ. А.,ДушинуВ. А.,ЗейгмануЮ. В.,ЗоринуВ. В.,МатюшинуП. Н., Шамаеву Г. А. за ценные замечания по улучшению ее содержания.

Предисловие

1.Роль нефти и газа в жизни человека

1.1.Современное состояние и перспективы развития энергетики

Если первобытному человеку было достаточно 300 г условного топлива (210 ккал или 8,8 МДж) в день, получаемых вместе с пищей, то сегодня в развитых странах на одного человека в год тратится до 13 т условного топлива. Вследствие научно-технической революции расход энергии во всех ее видах растет, удваиваясь каждые 10 лет.

На рис. 1.1 показана зависимость ВВП—внутреннего валового продукта (в долларах США в системе постоянных цен 1993 г.), приходящегося на 1 человека, от потребления энергии (в тоннах условного топлива) на душу населения в различных странах мира в 1968 г. Видно, что эти параметры тесно взаимосвязаны.

Хотя в конце ХХ века в приведенном графике произошли изменения, тем не менее очевиден вывод: «Если люди будут лишаться энергетических ресурсов, их материальное благосостояние будет падать» (П. Л. Капица).

Вэтой связи представляет интерес оценка современного состояния

иперспектив развития энергетики.

Различают возобновляемые и невозобновляемые источники энергии. К возобновляемым относятся Солнце, ветер, геотермальные источники, приливы и отливы, реки. Невозобновляемыми источниками энергии являются уголь, нефть и газ.

Солнечная энергия В минуту Солнце посылает на Землю столько энергии, сколько за полтора года вырабатывают все электростанции нашей страны. Поэтому проблема освоения этой энер-

гии давно волнует ученых.

ВВП, долл./чел.

Потребление энергоресурсов в пересчете на условное топливо, т/чел.

Рис. 1.1. Связь валового внутреннего продукта с потреблением энергетических ресурсов по странам мира в 1966 г. (по Д. Мидовс с изменениями)

Пионером использования солнечной энергии считается Архимед, сумевший, по преданию, с помощью зеркал сжечь вражеский флот.

Внастоящее время в мире построено большое количество установок

ицелых гелиостанций, питающих различных энергопотребителей: отопительные системы зданий, системы связи, водообеспечения и т. д.

Однако солнечная энергия относится к рассеянным видам энергии: на 1 м2 земной поверхности выпадает в среднем всего около 160 Вт солнечной радиации. Для использования в практических целях ее надо собирать с большой поверхности. Пока низок и КПД фотоэлектрических преобразователей (не более 25 %). Кроме того, смена дня и ночи, а также нередко встречающаяся облачность резко снижают эффективность солнечных установок, делая получаемую энергию значительно более дорогой, чем при использовании традиционных методов.

Специалисты видят выход в создании космических солнечных электростанций (КЭС). Дело в том, что в космосе нет восходов и зака-

тов Солнца, нет облаков, препятствующих прохождению лучей. Поэтому на единицу поверхности космической площадки поступает в 10 раз больше энергии, чем на такую же площадь земной поверхности. Уже сегодня разработаны проекты КЭС массой до 60 000 т с площадью солнечных

батарей до 50 км2. Такая станция, поднятая над поверхностью Земли на 36 000 км, будет иметь мощность 5 млн кВт, т. е. на 1 млн кВт больше, чем самая крупная в Европе Ленинградская АЭС. Станция, выведенная на стационарную орбиту, «повиснет» над одной точкой земной поверхности. Передавать полученную энергию на Землю предполагается с помощью лазеров или сверхвысокочастотного излучения.

Реализация данного проекта сдерживается тем, что добытая в космосе энергия окупит сгоревшее при запусках ракет (с элементами для монтажа КЭС) топливо только через 30 лет безаварийной работы станции.

Энергия ветра Ветер—движение воздуха относительно поверхности Земли—имеет солнечное происхождение.

Как известно, в зависимости от цвета тела поглощают большую или меньшую часть солнечного излучения. Чем больше степень черноты, тем больше тело нагревается. Поскольку различные участки поверхности Земли имеют разную степень черноты, то под действием солнечных лучей они нагреваются до различной температуры. Соответственно, разную температуру имеют и нижние слои атмосферы. Вследствие этого давление воздуха на одной и той же высоте неодинаково, что и приводит к горизонтальному перемещению больших масс воздуха.

Использование энергии ветра имеет давнюю историю. Многие столетия воды морей и океанов бороздили парусники, а ветряные мельницы были привычным элементом пейзажа в сельскохозяйственных районах Европы.

Первые ветряные электрогенераторы появились в 90-х годах XIX века в Дании. В 2000 г. при помощи ветра производилось 10 % необходимого этой стране электричества, а к 2030 г. «ветряной» сегмент датской электроэнергетики планируется увеличить до 50 %. В США первая относительно крупная ветряная электростанция была построена в 1980 г. в Нью-Гэмпшире. Ресурсы же ветряной энергии в этой стране таковы, что способны обеспечить 25 % прогнозируемой на конец века потребности США в электричестве. Уже сегодня при помощи ветра в стране производят количество электроэнергии, позволяющее покрыть 15 % потребности одного из крупнейших городов США—Сан-Франциско.

Ветроэнергетика—наиболее динамично развивающееся направление использования альтернативных источников энергии. Работы по строительству ветряных электростанций ведутся во многих странах, в том числе в Австралии, Великобритании, Канаде, Китае, Нидерландах, Швеции и других.

За последние 10 лет мощность энергетических турбин возросла с 75 до 600 кВт, а их коэффициент полезного действия приближается к 50 %

Основы нефтегазового дела

(при теоретически возможном—59 %). Себестоимость получаемой на вет­ ровых установках энергии в 1990-е годы снизилась в среднем на 40 %.

Долгое время ведущее место в мире по использованию энергии ветра занимали Соединенные Штаты Америки. Однако в середине 1990 х годов по объему установленных ветроэнергетических мощностей Европа (2420 МВт) обошла США (1700 МВт). В рамках Европейского экономического сообщества поставлена задача—к 2005 году увеличить долю ветряной энергии в среднем до 2 %.

Россия также располагает огромными ресурсами энергии ветра— около 6,2 трлн кВт·ч, что почти в 10 раз больше, чем РАО «ЕС России» произвело электроэнергии в 2000 году. Они сосредоточены вдоль побережья Северного Ледовитого океана, а также в районах, прилегающих к Черному, Каспийскому и Балтийскому морям. Разработана программа развития нетрадиционной энергетики России, согласно которой

вначале ХХI века планируется построить Калмыцкую, Магаданскую, Приморскую и Тывинскую ветровые электростанции.

Освоение энергии ветра связано с определенными трудностями. Вопервых, ветроустановки работоспособны лишь в некотором интервале скоростей воздушного потока: они не вырабатывают электроэнергии

в«штиль» и могут быть повреждены при скоростях более 20 м/с. Во-вто- рых, количество вырабатываемой установками энергии зависит от скорости ветра. В связи с этим возникают проблемы утилизации излишков энергии, вырабатываемой при высоких скоростях воздушных масс и, наоборот, компенсации нехватки энергии, возникающей при низких скоростях ветра.

Имеется ряд предложений по обеспечению бесперебойности энергоснабжения. Например, при сильном ветре можно накапливать энергию, вырабатывая на избыточной мощности водород путем электролиза воды. А в периоды штиля вырабатывать электроэнергию, используя генератор, работающий на водородном топливе.

Перспективным может стать совмещение ветровых и небольших по мощности гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). В этом случае часть энергии, полученной при сильном ветре, используют для того, чтобы закачать воду в верхний бассейн ГАЭС. Возврат накопленной энергии во время штиля осуществляется благодаря вращению специальной турбины при перепуске воды из верхнего бассейна ГАЭС в нижний.

Внастоящее время на ветряных электростанциях вырабатывается около 0,5 % от общего объема мирового производства электроэнергии. Ожидается, что к 2040 г. эта цифра возрастет до 20 %.

Самый быстрый рост ветроэнергетических мощностей ожидается

вЕвропе, Северной Америке и Китае.