Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы технологии нефтегазодобычи. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина Ю. А.
Л.А. Анисимов, А.К. Шардаков
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ
Учебное пособие
Для студентов направления 21.03.01
«Нефтегазовое дело»
Саратов 2022
УДК 553.982.2
ББК 33.36
А 67
Рецензенты:
Региональная общественная организация Волгоградского
научно-технического общества нефтяников и газовиков
имени академика И.М. Губкина
Заместитель руководителя филиала ООО «Лукойл-Инжиниринг»
«ПермНИПИнефть» в г. Перми
А.Б. Дерюшов
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного технического университета
имени Гагарина Ю.А.
Анисимов Л.А.
А 67 Основы технологии нефтегазодобычи: учеб. пособие /
Л.А. Анисимов, А.К. Шардаков. Саратов: Сарат. гос техн. ун-т
имени Гагарина Ю.А., 2022. 160 с.
ISBN 978-5-7433-3494-0
Рассмотрен тот минимум вопросов, которые должен знать каждый,
кто готовится стать инженером-нефтяником. Описаны история
применения нефти и газа, развитие и современное состояние нефтяной и
газовой промышленности России, взгляды на происхождение нефти.
Приводятся сведения о мировых запасах нефти и газа, крупнейших
месторождениях мира. Даны начальные сведения о поиске и разведке
нефтяных и газовых месторождений, бурении скважин, разработке
залежей и переработке нефти и газа. Освещаются вопросы транспорта,
хранения и распределения нефти, нефтепродуктов и газа, а также
проектирования и сооружения трубопроводов и хранилищ.
Для студентов направления 21.03.01 «Нефтегазовое дело».
УДК 553.982.2
ББК 33.36
© Саратовский государственный
технический университет
имени Гагарина Ю. А., 2022
© Анисимов Л.А.,
ISBN 978-5-7433-3494-0 Шардаков А.К., 2022
2
ВВЕДЕНИЕ
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 данного учебного пособия, 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 пособии 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 нефти и газа, 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.
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,
3
применяемом оборудовании, принципах работы дополняют общую
картину ТЭК, представленную в данном учебном пособии.
В то же время для ее освоения необходимы обширные сведения о
составе и условиях функционирования нефтегазового комплекса,
включающие знания о составе и свойствах нефти и газа, представления об
условиях залегания нефти и газа в земной коре, процессах, происходящих
при добыче нефти и газа в пласте, скважине и на поверхности, технологии
нефтегазодобычи, их современное состояние и тенденции развития. В
настоящее время, помимо нефти и газа, начато использование
«нетрадиционных» источников углеводородов, к которым относятся
битуминозные пески, сланцевые нефть и газ, а также газовые гидраты. Их
роль в развитии мировой энергетики представляется пока неоднозначной.
Все это предполагает освоение обширной информации о геологии
нефтяных и газовых месторождений, условиях их поисков, разведки и
разработки, свойствах нефтяных пластов и применяемых технологиях
нефтеизвлечения. Иными словами, специалист должен обладать
профессиональными знаниями нефтяника, работающего со
специфическими геологическими и техногенными объектами и
владеющего знаниями и методами химика-технолога.
Все компоненты связаны между собой в строгой последовательности
и функционирование системы в целом определяется как
функционированием каждого компонента, так и надежностью системных
связей. Компоненты имеют природную, техногенную и социальную
составляющие, что определяет междисциплинарную подготовку
специалистов для успешного управления системой.
4
Глава 1. НЕФТЬ И ГАЗ В МИРОВОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ
В 1971 г. Дж. Форрестьер в свое книге «Мировая динамика» провел
расчеты возможных вариантов развития цивилизации, согласно которым
прогнозировалось истощение природных ресурсов уже к 2030-2050 гг. с
очевидными последствиями для выживания человечества. В последующем
в докладах «Римского клуба» прогнозировались те же тенденции динамики
обеспеченности ресурсами населения Земли, причем предполагалось, что
кризис будет развиваться неравномерно в разных регионах и растянется на
несколько десятилетий.
В ряду проблем, связанных с истощением ресурсов, основное место
отводится энергетическим ресурсам, и энергетический кризис ставится на
первое место среди других причин, которые могут спровоцировать
политические и социальные катаклизмы второй половины XXI века.
В настоящее время нефть и газ прочно заняли ведущее положение в
мире среди других энергоносителей. Последняя треть XX века и, видимо,
первая треть XXI века являются уникальным периодом в жизни
человечества с той точки зрения, что оно в полной мере воспользовалось
невосполнимыми геологическими запасами нефти и газа – самого
технологического сырья, обеспечив себе комфортную жизнь и устойчивое
развитие на этот период. Использование угля и горючих сланцев в
объемах, которые могут удовлетворить современные мировые
энергетические потребности, связано с неизмеримыми затратами и с
резким усилением негативного воздействия на окружающую среду.
В настоящее время основная часть мировой экономики
ориентирована на потребление нефти и газа, поэтому энергетический
кризис представляется неизбежным и его проявления во многом зависят от
следующих обстоятельств:
разведанные и потенциальные запасы нефти и газа;
5
возможность привлечения альтернативных источников энергии;
потребление энергии;
соотношение энергетических и социальных картин мира в
критический период.
Потребление нефти и газа – второй компонент энергетического
кризиса (после ресурсов) и, в общем, он контролируется рынком.
Последние публикации определенно доказывают тесную связь цен на
нефть с основными политическими событиями на Ближнем Востоке.
Первый, наиболее значительный «нефтяной шок» возник в 1973 году, а
затем в 1979 г., когда страны ОПЕК резко сокращали добычу нефти.
Основные потребители нефти (США, Западная Европа и Япония) не были
готовы к такому повороту событий и цены на нефть резко возросли.
Наиболее интересные проекты, которые, по замыслу, должны были
ослабить зависимость стран-потребителей от стран-производителей, были
связаны с созданием государственных стратегических нефтяных резервов.
Объем таких хранилищ в настоящее время достигает 200 млн м
3
из которых на США приходится порядка 100 млн м3.
Стратегические запасы нефти в США были образованы в 1975 г.,
после первого нефтяного кризиса, когда резко подскочили цены на нефть.
Они включают комплекс крупных подземных камер, расположенных
вдоль побережья Мексиканского залива в штатах Техас и Луизиана, а
также нефтяной терминал в штате Луизиана. Отбор нефти из
государственного резерва всегда был камнем преткновения в
политической жизни США. В январе 1991 г. Джордж Буш распорядился о
первом аварийном сокращении государственных резервов, чтобы снизить
рост цен на нефть, связанный с проведением военной кампании «Буря в
,
пустыне». Второй раз продажа сырой нефти была начата в 1996 г. при
администрации Клинтона для решения ряда бюджетных проблем и она
была прекращена в мае 1998 г. Результатом этой акции было резкое
6
снижение цен на нефть, что создало ряд проблем с финансированием
нефтяной промышленности. Все эти мероприятия оказывали
значительное влияние на нефтяной рынок, увеличив диапазон колебания
цен, а не их сглаживание, как предполагалось ранее. Такие колебания, как
правило, имеют негативные последствия для развития нефтяного сектора,
так как разоряют многие нефтедобывающие компании и требуют
дополнительныехинвестиций для восстановления отрасли.
Мировой энергетический рынок давно стал глобальным, и
согласованность производителей и потребителей позволит избежать
резких колебаний цен на нефть. В этих условиях более ясными станут
тенденции развития такого сложного механизма как рынок
энергетических ресурсов, и мировое сообщество сможет лучше
подготовиться к грядущему энергетическому кризису.
Разведанные запасы нефти составляют в настоящее время 140 млрд
тонн и разведанные запасы газа – 144 трлн м
соответственно, – 3,7 млрд тонн и 2,03 трлн м
одна тонна нефти равна 1000 м
3
газа, то ежегодно 1 житель Земли
3
. Ежегодная добыча в мире,
3
. Если принять условно что
потребляет около 1 тонны условного топлива. При сохранении
современного уровня потребления нефти и газа и современного населения
Земли разведанных запасов должно хватить на 50 лет. Для более точной
оценки обеспеченности населения в глобальном масштабе следует
определить динамику прироста запасов, правильно спрогнозировать
развитие демографической ситуации и потребление энергетических
ресурсов.
Анализ опыта разведки месторождений нефти и газа, а также
прогноз открытия новых месторождений – достаточно хорошо
проработанная тема. Основываясь на статистических моделях динамики
обеспеченности запасами углеводородов для отдельных регионов,
специалисты однозначно прогнозируют тенденции к снижению
7
приращиваемых запасов и снижению качества открываемых
месторождений по мере развития поисково-разведочного процесса. Как
правило, крупные месторождения, с которыми связаны основные запасы,
открываются в первую очередь и по мере развития поисково-разведочных
работ открываются в основном средние и мелкие месторождения. Такое
развитие событий хорошо согласуется с математической логикой, которая
заложена в теорию «очередей» или «систем массового обслуживания».
В общем, среди геологов-нефтяников существует единое мнение,
что новые крупные месторождения будут открыты в труднодоступных
районах – Арктическом шельфе, при больших глубинах моря или же в
сложных геологических условиях. Их освоение связано с привлечением
крупных сил и средств, которыми обладают только богатые страны, а
себестоимость нефти будет несоизмеримо выше, чем при разработке
месторождений в старых районах.
То же самое следует сказать о таких источниках углеводородов, как
газогидраты, газы угленосных формаций, залежи тяжелых нефтей и
битумов. Хотя запасы этих ископаемых примерно на порядок выше
запасов «обычных» углеводородов, стоимость их добычи также на
порядок выше, чем добыча нефти и газа.
С точки зрения ресурсов энергетическая картина мира
складывается, прежде всего, на основе распределения разведанных
запасов нефти и газа по регионам мира. Такое распределение можно
свести к существованию двух центров: Ближневосточного, где
сосредоточено 65 % запасов нефти и почти 30 % запасов газа, и ЗападноСибирского, где также сосредоточено порядка 30 % запасов газа. К
сожалению, запасы нефти в России скромнее, они составляют только 5 %
от мировых запасов. В перспективе Россия может значительно
прирастить запасы газа за счет разведки и освоения арктических
бассейнов. Таких хороших перспектив не имеют другие страны. Главное
8
состоит в том, сможет ли Россия воспользоваться своими ресурсами
углеводородов должным образом, учитывая свои геополитические
возможности и опыт развития нефтегазовой отрасли.
Развитие событий последних лет в нефтегазовом комплексе для
многих в России оказалось неожиданным. На рынок выброшен
значительный объем нефти и газа, которые относились к разряду
«сланцевых», а значит трудноизвлекаемых, ждущих своего часа в далеком
будущем. Результатом «сланцевой революции» оказались
многомиллиардные убытки для российского экспорта. Вопрос заключается
в том, насколько такая ситуация окажется долговременной: или «сланцевый
пузырь» лопнет, или же нас ожидает долгая трудная работа за место под
солнцем в условиях жесткой конкуренции с альтернативными
трудноизвлекаемыми источниками углеводородов. «Сланцевая революция»
была неизбежной, но она пришла раньше, чем ожидали.
Разработка традиционного месторождения нефти состоит из
нескольких этапов. На первом этапе нефть добывается на естественном
режиме, она течет к забою скважины за счет энергии самого пласта. Так
можно добыть 15-20 %, в лучшем случае – 30 % нефти. Следующим
этапом является заводнение пластов или закачка газа, которые
поддерживают пластовое давление. Так можно добыть еще 15-20 %
нефти.
Следующим этапом является использование «третичных методов»:
гидроразрывы пластов, химическое и тепловое воздействие. Так можно
добыть еще 15-20 % нефти. Переход на каждую новую ступень
увеличивает расходы на добычу нефти и развитие «третичных методов»
возможно при относительно дешевой технологии, чтобы добываемая
нефть была ниже ее рыночной стоимости. США, которые первыми начали
добывать нефть в больших объемах из своих многочисленных
месторождений, давно перешли на 2 и 3 стадии разработки. В других
9
странах положение лучше, многие месторождения пока разрабатываются
на естественном режиме. В этих условиях США должны были
рассмотреть, как использовать свои политические, экономические и
технологические возможности для обеспечения энергетической
независимости.
Вопрос об энергетической независимости активно рассматривался в
2006 году, когда после долгого перерыва возобновились конференции по
горючим сланцам в штате Колорадо. Остроту вызова подчеркивало
тиражирование фотографии Путина и Чавеса, а ее комментарии
напоминали типичный американский триллер: Соединенные Штаты стоят
перед беспрецедентным вызовом ее зависимости от иностранных нефти и
газа, в особенности от импорта топлива из политически нестабильных и
недружественных стран. «Венесуэла повышает экспорт нефти в Китай,
вступает в договоры с Россией о строительстве нефтеперерабатывающих
заводов и использовании атомной энергии».
Такая пропагандистская поддержка привела к мобилизации
экономических и технологических возможностей страны для решения ее
энергетических проблем.
Стоимость сланцевой нефти и сланцевого газа существенно выше
традиционных. По оценкам экспертов, в среднем себестоимость добычи
сланцевой нефти в США составляет около $48 за баррель. При нынешней
стоимости нефти на мировом рынке ее добыча вполне себя оправдывает.
А что касается сланцевого газа, то себестоимость его добычи примерно
равна $200 за 1000 кубических метров, что ниже стоимости, которую
предлагают монополисты в Европе.
Успех сланцевой революции может явиться не только
экономической победой или экономическим поражением США, вопрос
стоит о репутации мирового политического лидера и способности страны
решать самые сложные технологические проблемы. В противном случае,
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]