Технология бурения нефтяной скважины Чаяндинского месторождения

Существует и космическая  гипотеза неорганического происхождения  нефти. Согласно данной гипотезе, Земля  при остывании и формировании ее как планеты захватила водород  из первичной газовой материи. Этот водород, перемещаясь по глубинным  разломам на поверхность, вступает в  реакцию с углеродом жидкой магмы  и образует нефтяные углеводороды.

Неорганическая концепция, так же как и органическая, опирается  на наблюдения. Так, известно около 30 залежей  нефти, приуроченных к изверженным  и метаморфическим породам. Подсчитано, что ежегодно вулканы выбрасывают  около 3,3´10⁵ т углеводородов.

Для доказательства карбидной  теории на чугун действовали соляной  и серной кислотами, и был получен  водород и смесь углеводородов, имеющих запах нефти.

* * *

В настоящее время господствующей является органическая концепция. Она  отличается большей стройностью, зрелостью  и завершенностью суждений. В рамках неорганической концепции существует несколько гипотез, подчас взаимоисключающих  друг друга.

                            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                          ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ

Нефть, получаемая непосредственно  из скважин, называется сырой. В различных  отраслях народного хозяйства применяются  как сырая нефть, так и различные  продукты, получаемые из нее в результате переработки.

В настоящее время из нефти  путем сложной многоступенчатой переработки извлекается много  составных частей.

В процессе первичной переработки  из нефти удаляют пластовую воду и неорганические вещества. Перед  перегонкой в ректификационной колонне  нефть нагревают до 350°С, перед этим отогнав из нефти летучие углеводороды. Первыми переходят в парообразное состояние и отгоняются углеводороды с небольшим количеством атомов углерода. С повышением температуры смеси перегоняются углеводороды с более высокой температурой кипения. При такой перегонке получают следующие фракции (смесь жидкостей с близкими температурами кипения, полученная в результате первичной перегонки).  

1. Газолиновая фракция, собираемая от 40 до 200°С, содержит углеводороды от   до ; при дальнейшей перегонке получают газолин, бензин и т.д.
2. Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 150 до 250°С, содержит углеводороды от  до  ; лигроин применяется как горючее для тракторов.
3. Керосиновая фракция, собираемая от 180 до 300°С, содержит углеводороды от   до ; керосин после очистки используется как горючее для тракторов, реактивных самолетов и ракет.
4. Газойлевая фракция, собираемая свыше 275°С; газойль – дизельное топливо – используется в дизельных двигателях.
5. Остаток после перегонки нефти – мазут. Мазут – это масло, состоящее из углеводородов, содержащих до сорока атомов углерода. Температура кипения мазута – свыше 350°С. При его повторной перегонке получают смазочные масла, парафиновый воск и асфальт (битум). Смазочные масла – смесь нелетучих жидкостей, полученных при перегонке мазута в вакууме. Парафиновый воск – мягкое твердое вещество, которое отделяют от смазочного масла после перегонки мазута в вакууме. Битум – жидкость, которая остается после перегонки мазута в вакууме. Это деготь, черное, полутвердое при температуре 20°С вещество.

Главный недостаток перегонки  нефти – малый выход бензина (не более 20%). Его выход можно увеличить  с помощью крекинга и риформинга. Крекинг – это реакция, при которой разрываются длинные цепи алканов и образуются более легкие алканы и алкены. Риформингом называется процесс облагораживания бензина, в котором бензин получается из легких фракций путем разрыва прямой цепи молекул алканов и преобразования их в молекулы с разветвленными цепями. Крекинг проводится при высокой температуре (термический крекинг) или в присутствии катализатора (каталитический крекинг). Бензин, полученный с помощью каталитического крекинга, обладает большей детонационной стойкостью, потому что в нем содержится большое количество разветвленных углеводородов. Такой бензин более устойчив при хранении. Качество бензина определяется по его октановому числу. Оно изменяется от 0 до 100 и увеличивается при использовании антидетонаторов, например, тетраэтилсвинец  .

При температуре 700°С и выше происходит пиролиз нефти – разложение органических веществ без доступа воздуха. Главными продуктами пиролиза являются непредельные газообразные (этилен, ацетилен) и ароматические (толуол, бензол и др.) углеводороды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Добыча нефти

Почти вся добываемая в  мире нефть, извлекается посредством  буровых скважин, закрепленных стальными  трубами высокого давления. Для подъема  нефти и сопутствующих ей газа и воды на поверхность скважина имеет  герметичную систему подъемных  труб, механизмов и арматуры, рассчитанную на работу с давлениями, соизмеримыми с пластовыми. Добыче нефти при помощи буровых скважин предшествовали примитивные способы: сбор ее на поверхности водоемов, обработка песчаника или известняка, пропитанного нефтью, посредством колодцев.

Сбор нефти с поверхности  водоемов – это, очевидно, первый по времени появления способ добычи, который до нашей эры применялся в Мидии, Вавилонии и Сирии. Сбор нефти в России, с поверхности реки Ухты начат Ф.С. Прядуновым в 1745 г. В 1858 на полуострове Челекен нефть собирали в канавах, по которым вода стекала из озера. В канаве делали запруду из досок с проходом воды в нижней части: нефть накапливалась на поверхности.

Разработка песчаника  или известняка, пропитанного нефтью, и извлечение из него нефти, впервые  описаны итальянским ученым

Ф. Ариосто в 15 веке. Недалеко от Модены в Италии такие нефтесодержащие грунты измельчались и подогревались в котлах. Затем нефть выжимали в мешках при помощи пресса. В 1833 –1845 г.г. нефть добывали из песка на берегу Азовского моря. Песок помещали в ямы с покатым дном и поливали водой. Вымытую из песка нефть собирали с поверхности воды пучками травы.

Добыча нефти из колодцев производилась в Киссии, древней области между Ассирией и Мидией в 5 веке до нашей эры при помощи коромысла, к которому привязывалось кожаное ведро. Подробное описание колодезной добычи нефти в Баку дал немецкий натуралист Э. Кемпфер. Глубина колодцев достигала 27 м, их стенки обкладывались камнем или укреплялись деревом.

Добыча нефти посредством  скважин начала широко применяться  с 60-х г. 19 века. Вначале наряду с  открытыми фонтанами и сбором нефти в вырытые рядом со скважинами земляные амбары добыча нефти осуществлялась также с помощью цилиндрических ведер с клапаном в днище. Из механизированных способов эксплуатации впервые в  1865 в США была внедрена глубоконасосная эксплуатация, которую в 1874 г применили на нефтепромыслах в Грузии, в 1876 в Баку. В 1886 г В.Г. Шухов предложил компрессорную добычу нефти, которая была испытана в Баку в 1897г. Более совершенный способ подъема нефти из скважины – газлифт – предложил в 1914 г М.М. Тихвинский.

Процесс добычи нефти, начиная  от притока ее по пласту к забоям скважин и до внешней перекачки  товарной нефти с промысла, можно  разделить условно на 3 этапа.

ü Движение нефти по пласту к скважинам благодаря искусственно создаваемой разности давлений в пласте и на забоях скважин.

ü Движение нефти от забоев скважин до их устьев на поверхности – эксплуатация нефтяных скважин.

ü Сбор нефти и сопровождающих ее газа и воды на поверхности, их разделение, удаление минеральных солей из нефти, обработка пластовой воды, сбор попутного нефтяного газа.

Под разработкой нефтяного  месторождения понимается осуществление  процесса перемещения жидкостей  и газа в пластах к эксплуатационным скважинам. Управление процессом движения жидкостей и газа достигается  размещением на месторождении нефтяных, нагнетательных и контрольных скважин, количеством и порядком ввода  их в эксплуатацию, режимом работы скважин и балансом пластовой  энергии. Принятая для конкретной залежи система разработки предопределяет технико-экономические показатели. Перед забуриванием залежи проводят проектирование системы разработки. На основании данных разведки и пробной эксплуатации устанавливают условия, при которых будет протекать эксплуатация: ее геологическое строение, коллекторские свойства пород (пористость, проницаемость, степень неоднородности), физические свойства жидкостей в пласте (вязкость, плотность), насыщенность пород нефти водой и газом, пластовые давления. Базируясь на этих данных, производят экономическую оценку системы, и выбирают оптимальную.

При глубоком залегании пластов  для повышения нефтеотдачи в ряде случаев успешно применяется нагнетание в пласт газа с высоким давлением.

Извлечение нефти из скважин  производится либо за счет естественного  фонтанирования под действием пластовой  энергии, либо путем использования  одного из нескольких механизированных способов подъема жидкости. Обычно в начальной стадии разработки действует фонтанная добыча, а по мере ослабления фонтанирования скважину переводят на механизированный способ: газлифтный или эрлифтный, глубинонасосный (с помощью штанговых, гидропоршневых и винтовых насосов).

Газлифтный способ вносит существенные дополнения в обычную  технологическую схему промысла, так как при нем необходима газлифтная компрессорная станция  с газораспределителем и газосборными трубопроводами.

Нефтяным промыслом называется технологический комплекс, состоящий  из скважин, трубопроводов, и установок  различного назначения, с помощью  которых на месторождении осуществляют извлечение нефти из недр Земли.

На месторождениях, разрабатываемых  с помощью искусственного заводнения, сооружают систему водоснабжения с насосными станциями. Воду берут из естественных водоемов с помощью водозаборных сооружений.

В процессе добычи нефти  важное место занимает внутрипромысловый транспорт продукции скважин, осуществляемый по трубопроводам. Применяются 2 системы внутрипромыслового транспорта: напорные и самотечные. При напорных системах достаточно собственного давления на устье скважин. При самотечных  движение происходит за счет превышения отметки устья скважины над пометкой группового сборного пункта.

При разработке нефтяных месторождений, приуроченных к континентальным  шельфам, создаются морские нефтепромыслы.  

 

                               

 

 

 

 

                        Очистка нефти

Первый завод по очистке  нефти был построен в России в 1745 г., в период правления Елизаветы  Петровны, на Ухтинском нефтяном промысле. В Петербурге и в Москве тогда пользовались свечами, а в малых городах – лучинами. Но уже тогда во многих церквях горели неугасаемые лампады. В них наливалось гарное масло, которое было не чем иным, как смесью очищенной нефти с растительным маслом. Купец Набатов был единственным поставщиком очищенной нефти для соборов и монастырей.

В конце XVIII столетия была изобретена лампа. С появлением ламп возрос спрос на керосин.

Очистка нефти – удаление из нефтепродуктов нежелательных компонентов, отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства топлив и масел. 

Химическая очистка производится путем воздействия различных реагентов на удаляемые компоненты очищаемых продуктов. Наиболее простым способом является очистка 92-92% серной кислотой и олеумом, применяемая для удаления непредельных и ароматических углеводородов.

Физико-химическая очистка производится с помощью растворителей, избирательно удаляющих нежелательные компоненты из очищаемого продукта. Неполярные растворители (пропан и бутан) используются для удаления из остатков  переработки нефти (гудронов), ароматических углеводородов (процесс деасфальтации). Полярные растворители (фенол и др.) применяются для удаления полициклических ароматических углеродов с короткими боковыми цепями, сернистых и азотистых соединений из масляных дистиллятов.

При адсорбционной очистке  из нефтепродуктов удаляются непредельные углеводороды, смолы, кислоты и др. адсорбционную очистку осуществляют при контактировании нагретого воздуха с адсорбентами или фильтрацией продукта через зерна адсорбента.

Каталитическая очистка – гидрогенизация в мягких условиях, применяемая для удаления сернистых и азотистых соединений.

                                 

 

                           Перегонка нефти

Братья Дубинины впервые  создали устройство для перегонки  нефти. С 1823 г. Дубинины стали вывозить фотоген (керосин) многими тысячами пудов из Моздока внутрь России. Завод Дубининых был очень  прост: котел в печке, из котла  идет труба через бочку с водой  в пустую бочку. Бочка с водой  – холодильник, пустая – приемник для керосина.

В Америке впервые опыты  по перегонке нефти осуществил в 1833 г. Силлиман.

На современном заводе вместо котла устраивается ложная трубчатая  печь. Вместо трубки для конденсации  и разделения паров сооружаются  огромные ректификационные колонны. А  для приёма продуктов перегонки  выстраиваются целые городки  резервуаров.

Нефть состоит из смеси  различных веществ (главным образом  углеводородов) и потому не имеет  определённой точки кипения. На трубчатках нефть подогревают до 300-325о. При  такой температуре более летучие  вещества нефти превращаются в пар.

Печи на нефтеперегонных  заводах особые. С виду они похожи на дома без окон. Выкладываются  печи из лучшего огнеупорного кирпича. Внутри, вдоль и поперёк, тянутся  трубы. Длина труб в печах достигает  километра. 

Когда завод работает, по  этим трубам с большой скоростью – до двух метров в секунду – движется нефть. В это время из мощной форсунки в печь устремляется пламя. Длина языков пламени достигает нескольких метров. 

При температуре 300-325о нефть  перегоняется не полностью. Если температуру  перегонки увеличить, углеводороды начинают разлагаться. 

Нефтяники нашли способ перегонки  нефти без разложения углеводородов.