Основные понятия и определения

Источники энергии подразделяются на возобновляемые (солнце, ветер, геотермальные источники, приливы и отливы, реки) и не­ возобновляемые (уголь, нефть, газ).

Различают месторождения следующ их размеров (нефть — в млн т, газ—в млрд м3): мелкие—до 10, средние— 10...30, крупные—30...300, ги­ ганты—300...1000, уникальные—свыше 1000.

Исчисление возраста горных пород производится в соответствии с геохронологической таблицей, согласно которой все время формирова­ ния земной коры делится на эры (кайнозойскую, мезозойскую, палеозой­ скую, протерозойскую, археозойскую), эры —на периоды, периоды —на эпохи, эпохи—на века.

По происхождению горные породы делятся на три группы: магма­ тические (или изверженные), осадочные и метаморфические.

Магматические породы образовались в результате застывания магмы и имеют, в основном, кристаллическое строение. Осадочные породы сфор­ мировались в результате осаждения органических и неорганических ве­ ществ на дне водных бассейнов и поверхности материков; они могут быть обломочные, химического и органического происхождения. М етамор­ фические породы образовались из магматических и осадочных пород под воздействием высоких температур и давлений в толще земной коры.

Осадочные горные породы сложены, в основном, из почти парал­ лельных слоев (пластов), отличающихся составом, структурой, твердос­ тью и окраской. Поверхность, ограничивающая пласт снизу, называется подошвой, а сверху—кровлей.

Изгиб пласта, направленный выпуклостью вверх, называется анти­ клиналью, а выпуклостью вниз—синклиналью.

П о проницаемости горные породы делятся на проницаемые (кол­ лекторы) и непроницаемые (покрышки). Коллекторы—это любые гор­ ные породы, которые могут вмещать в себя и отдавать жидкости и газы; они бывают гранулярными и трещинными.

Способность пород вмещать воду, жидкие и газообразные углеводоро­ ды определяется их пористостью. Отношение суммарного объема пор к об­ щему объему образца породы называется коэффициентом пористости.

Способность горных пород пропускать через свои поры или трещи­ ны жидкость и газы называется проницаемостью.

Различают элементный, фракционный и групповой составы нефти. Элементный состав характеризуется процентным содержанием в нефти отдельных химических элементов (углерод—83...87%, водород— 11...14 %, сера—до 7%, азот—менее 1,7%, кислород—менее 3,6% и т. д.). Фракци­ онный состав нефти определяется при разделении входящих в нее сое­ динений по температуре кипения. Фракцией называется доля нефти, выкипающая в определенном интервале температур. Началом кипения фракции считают температуру падения первой капли сконденсировав­ шихся паров. Концом кипения фракции считают температуру, при кото­ рой испарение фракции прекращается. Под групповым составом нефти понимают количественное соотношение в ней отдельных групп углеводо­ родов (парафиновые, нафтеновые, ароматические) и соединений (кисло­ родные, азотистые и т.д.).

Природные газы делятся на три группы: 1) газы, добываемые из чис­ то газовых месторождений (содержание метана более 90%); 2) газы неф­ тяных месторождений (метана—30...70 %); 3) газы газоконденсатных мес­ торождений.

Для формирования крупных скоплений нефти и газа необходи­ мо выполнение следующих условий: наличие проницаемых горных по­ род (коллекторов), непроницаемых горных пород, отраничивающих пе­ ремещение нефти и газа по вертикали (покрышек), а также пласта особой формы, попав в который нефть и газ оказываются в ловушке.

Скопление нефти и газа, сосредоточенное в ловушке в количестве, достаточном для промышленной разработки, называется залежью. Под месторождением нефти или газа понимается совокупность залежей, при­ уроченных к общему участку земной поверхности.

В продуктивном пласте поверхность, разделяющая нефть и воду или нефть и газ, называется соответственно водонефтяным или газонефтя­ ным контактом. Линия пересечения поверхности контактов с кровлей пласта называется соответственно внешним контуром нефтеносности (газоносности), а с подошвой пласта—внутренним контуром нефтенос­ ности (газоносности).

Давление, под воздействием которого находятся жидкости и газы в продуктивном пласте, называется пластовым.

Поисково-разведочные работы на нефть и газ осуществляются гео­ логическими, геофизическими, гидрогеохимическими методами, а также бурением скважин и их исследованием. Применяя геологические методы,

строят геологическую карту и геологические разрезы местности, т. е. из­ учают строение верхней части горных пород. С помощью геофизических методов (сейсморазведка, электроразведка, магниторазведка) изучают строение недр и выявляют места гравитационных, электрических и маг­ нитных аномалий, позволяющих предполагать наличие в них нефти и газа. Гидрогеохимическими методами (газовая, люминисцентно-битумноло- гическая, радиоактивная съемки, гидрохимический метод) устанавлива­ ют качественно наличие нефти и газа под землей. Бурением и исследова­ нием скважин (электрокаротаж, термометрический, радиометрический, акустический и другие методы) оконтуривают залежи, определяют глу­ бину залегания и мощность нефтегазоносных пластов, т. е. подтвержда­ ют промышленный характер залежей и определяют количество полезных ископаемых в них.

Бурение —это процесс сооружения скважины путем разрушения горных пород. Верхняя часть скважины называется устьем, д н о —забоем, боковая поверхность—стёнкой, а пространство, ограниченное стенкой — стволом скважины. Длина скважины — это расстояние от устья до забоя по оси ствола, а глубина—проекция длины на вертикальную ось.

Различают механические (ударное, вращательное) и немеханические (гидравлический, термический, электрофизический) способы бурения.

При вращательном бурении разрушение горной породы производит­ ся с помощью вращающегося долота, на которое действует осевая нагруз­ ка. Вращение долоту передается либо от ротора через колонку буриль­ ных труб (роторное бурение), либо от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового двигателя), устанавливаемого непосредственно над долотом.

Буровые долота бывают трех типов: 1) режуще-скалывающего дей­ ствия, разрушающие породу лопастями (лопастные долота); 2) дробящескалывающего действия, разрушающие породу зубьями шарошек (шаро­ шечные долота); 3) режуще-истирающего действия, разрушающие породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, которые располо­ жены в торцевой части долота (алмазные и твердосплавные долота).

Для бурения скважин используется комплекс наземного оборудо­ вания, называемый буровой установкой и включающий в общем слу­ чае буровую вышку; оборудование для механизации спускоподъем­ ных операций (талевая система, лебедка); силовой привод (дизельный, электрический, дизель-элсктричсский, дизсль-гидравлический); обору­ дование для приготовления, очистки и регенерации промывочной жид­ кости; привышечные сооружения.

К осложнениям, возникающим при бурении, относятся обвалы по­ род; поглощение промывочной жидкости; газо-, нефте- и водопроявлсния; прихваты бурильного инструмента; аварии; самопроизвольное ис­ кривление скважин.

П роцесс добычи нефти и газа включает три этапа: 1) разработку неф­ тяных и газовых месторождений; 2) эксплуатацию нефтяных и газовых скважин; 3) сбор продукции скважин и подготовку нефти и газа.

В зависимости от источника пластовой энергии, обуславливающего перемещение нефти и газа по пласту к скважинам, различают пять основ­ ных режимов работы залежей: жестководонапорный, упруговодонапор­ ный, газонапорный, растворенного газа и гравитационный.

Повышение эффективности естественных режимов работы зале­ ж ей достигается применением различных искусственных методов воз­ действия на пласты и призабойную зону. Их можно разделить на три группы: 1) методы поддержания пластового давления (законтурное, приконтурное и внутриконтурное заводнение, закачка газа в газовую шапку пласта); 2) методы, повышающие проницаемость пласта и призабойной зоны (кислотные обработки, гидроразрыв пласта, гидропескоструйная перфорация, торпедирование скважин, обработка призабойной зоны пластов ПАВ, тепловые обработки и вибровоздействия); 3) методы по­ вышения нефте- и газоотдачи пластов (закачка в пласт воды с ПАВ, вы­ теснение нефти растворами полимеров, закачка в пласт углекислоты, на­ гнетание в пласт теплоносителя, внутрипластовое горение, вытеснение нефти из пласта растворителями).

Различают следующие способы эксплуатации нефтяных скважин: 1) фонтанный, когда нефть извлекается из скважин самоизливом; 2) с помощью энергии сжатого газа, вводимого в скважину извне (газ­ лифт, эрлифт, бсскомпрессорный лифт); 3) насосный—извлечение неф­ ти с помощью насосов различных типов (штанговых, погружных электроцентробежных, погружных винтовых и др.).

На промыслах применяются самотечная двухтрубная, высоконапор­ ная однотрубная и напорная системы промыслового сбора, различаю­ щиеся степенью централизации объектов и объемом подготовки нефти и газа, а также величиной давлений в трубопроводах.

Целью промысловой подготовки нефти является ее дегазация, обез­ воживание, обессоливание и стабилизация. Дегазация нефти осущест­ вляется с целью отделения от нее газа. Аппарат, в котором это происхо­ дит, называется сепаратором, а сам процесс разделения — сепарацией. Разруш ение водонефтяных эмульсий осуществляется одним из следую­

щих способов: гравитационное холодное разделение, внутритрубная деэмульсация, термическое воздействие, термохимическое воздействие, электрическое воздействие, фильтрация, разделение в поле центробеж­ ных сил. При обессоливании содержание солей в нефти, благодаря под­ мешиванию пресной воды, доводится до величины менее 0,1 %. П од про­ цессом стабилизации нефти понимается отделение от нее легких фракций с целью уменьшения их потерь при ее транспортировке.

Существующие системы промыслового сбора газа классифициру­ ются: 1) по степени централизации технологических объектов подготовки газа (индивидуальная, групповая, централизованная); 2) по конфигура­ ции трубопроводных коммуникаций (бесколлекторные и коллекторные, линейные, лучевые, кольцевые); 3) по рабочему давлению (вакуумные, низкого, среднего и высокого давления).

Целью промысловой подготовки газа являются его очистка от мехпримесей, конденсата, тяжелых углеводородов, паров воды, сероводорода и углекислого газа. Очистка газа от мехпримесей (песок, окалина) произ­ водится в масляных или циклонных пылеуловителях. Осушка газа про­ изводится методами охлаждения, абсорбции или адсорбции. Очистка газа от сероводорода осуществляется абсорбцией или адсорбцией, а от углекислого газа—абсорбцией.

При переработке нефти получают: 1). топлива (бензины, дизельные

иреактивные топлива); 2) нефтяные масла (моторные, индустриальные, цилиндровые, турбинные, компрессорные и др.); 3) парафины, церезины, вазелины; 4) нефтяные битумы; 5) осветительные керосины; 6) раство­ рители; 7) прочие нефтепродукты (нефтяной кокс, сажу, консистентные смазки и др.).

Смомента поступления на нефтеперерабатывающий завод нефть

иполучаемые из нее нефтепродукты проходят следующие основны е эта­ пы: 1) подготовка нефти к переработке (обезвоживание, обессоливание); 2) первичная переработка (перегонка) нефти; 3) вторичная переработ­ ка нефти (термические методы—коксование, пиролиз, термический кре­ кинг; каталитические методы—риформинг, каталитический крекинг, гидрогенизационные процессы); 4) очистка нефтепродуктов.

Продуктами переработки природных газов являются газовый бен­ зин, сжиженные и сухие газы, технические углеводороды (этан, пропан, бутаны, пентаны).

Отбензиниванием газов называется отделение от них тяжелых угле­ водородов методами компримирования, абсорбции, адсорбции и глубо­ кого охлаждения.

Ректификация — это процесс разделения нестабильного газового бензина на отдельные компоненты.

Н ефтехимической промышленностью принято называть производ­ ство химических продуктов на основе нефти и газа. Продукцией нефте­ химии являются поверхностно-активные вещества, спирты, полимеры, синтетические волокна и др.

Первый в мире нефтепровод был построен в США в 1865 г. Он имел диаметр 50 мм и длину 6 км.

В России первый нефтепровод диаметром 76 мм и длиной 9 км был построен в 1878 г. по проекту и под руководством В. Г. Шухова. А в 1964 г. был пущен в эксплуатацию крупнейший в мире по протяжен­ ности (5500 км вместе с ответвлениями) трансевропейский нефтепровод «Дружба».

Магистральным нефтепроводом называется трубопровод протяжен­ ностью свыше 50 км и диаметром от 219 д о 1220 мм включительно, пред­ назначенный для транспортировки товарной нефти из районов добычи до мест потребления или перевалки на другой вид транспорта.

Магистральный нефтепровод состоит из подводящих трубопроводов, головной и промежуточных нефтеперекачивающих станций, конечно­ го пункта и линейных сооружений (собственно трубопровод, линейные задвижки, средства защиты* трубопровода от коррозии, переходы через естественные и искусственные препятствия, линии связи, линии элек­ тропередачи, дома обходчиков, вертолетные площадки, вдольтрассовыс грунтовые дороги).

Трубы для магистральных трубопроводов подразделяются на бесшов­ ные и сварные (с продольным или спиральным швом).

Трубопроводная арматура предназначена для управления потоками перекачиваемой жидкости или газа. По принципу действия она делится на три класса: запорная, регулирующая и предохранительная.

Для защиты трубопроводов от коррозии используются пассивные (изоляционные покрытия) и активные (катодная, протекторная и электродренажная защита) методы.

Н асосами называются гидравлические машины, которые служат для перекачки жидкостей. При трубопроводном транспорте нефти и нефте­ продуктов используются центробежные насосы.

Резервуарны е парки в системе магистральных нефтепроводов слу­ жат: 1) для компенсации неравномерности приема-отпуска нефти на гра­ ницах участков транспортной цепи; 2) для учета нефти; 3) для дости­

жения требуемого качества нефти (отстаивание от воды и мсхпримссей, смешение и др.).

На резервуарах устанавливаются: 1) оборудование, обеспечивающее надежную работу резервуаров и снижение потерь нефти (дыхательная ар­ матура, приемо-раздаточные патрубки с хлопушкой, средства защиты от внутренней коррозии; оборудование для подогрева нефти); 2) оборудо­ вание для обслуживания и ремонта резервуаров (люк-лаз, люк замерный, люк световой, лестница); 3) противопожарное оборудование (огневые предохранители, средства пожаротушения и охлаждения); 4) приборы контроля и сигнализации (местные и дистанционные измерители уровня, сигнализаторы максимального оперативного и аварийного уровней неф­ ти, дистанционные измерители средней температуры нефти в резервуаре, сниженный пробоотборник и др.).

В зависимости от того, как организовано прохождение нефти через нефтеперекачивающие станции, различают следующие системы пере­ качки: 1) постанционная; 2) через резервуар станции; 3) с подключенны­ ми резервуарами; 4) из насоса в насос.

Для транспортировки высоковязких и высокозастывающих нефтей применяют следующие способы: 1) перекачку с разбавителями; 2) гидро­ транспорт нефтей; 3) перекачку термообработанных нефтей; 4) перекачку нефтей с присадками; 5) перекачку предварительно подогретых нефтей.

Нефтепродуктопроводом называется трубопровод для перекачки нефтепродуктов. В общем случае он состоит из подводящих трубопро­ водов, головной и промежуточной перекачивающих станций, наливных и конечных пунктов, магистральной части, распределительных трубопро­ водов и отводов.

М етод последовательной перекачки заключается в том, что различ­ ные по свойствам нефтепродукты отдельными партиями определенных объемов перекачиваются друг за другом по одному трубопроводу.

Циклом называется повторяющаяся очередность следования нефте­ продуктов в трубопроводе.

Н еф тебаза — это предприятие, состоящее из комплекса сооруж е­ ний и установок, предназначенных для приема, хранения и отпуска неф ­ тепродуктов потребителям. Нефтебазы классифицируются: 1) по общей вместимости резервуарного парка; 2) по принципу оперативной деятель­ ности; 3) по транспортным связям; 4) по номенклатуре хранимых нефте­ продуктов.

Применяются следующие способы налива железнодорожных цис­ терн: 1) налив открытой струей; 2) налив закрытой струей; 3) герметич­ ный налив.

Слив железнодорожных цистерн производится одним из следующих способов: 1) открытый самотечный слив; 2) закрытый самотечный слив; 3) сифонный слив самотеком; 4) принудительный нижний слив; 5) при­ нудительный верхний слив; 6) межрельсовый слив.

Эстакадой называется совокупность расположенных вдоль железно­ дорожного полотна с шагом 4...6 м сливо-наливных устройств, соединен­ ных общими коллекторами и площадкой для перемещения персонала.

Н еф тегавань—это водная территория (акватория), укрытая от силь­ ных течений, ледохода и ветров, имеющая достаточные для причалива­ ния и маневрирования судов площадь и глубину.

Причалами называют сооружения, расположенные параллельно бе­ регу, тогда как пирсы расположены перпендикулярно к нему или под не­ которым углом.

П одзем ное хранение нефтепродуктов осуществляют в следующих типах хранилищ: 1) хранилища в отложениях каменной соли, сооружае­ мые методом выщелачивания (размыва); 2) хранилища в пластичных по­ родах, сооружаемые методом глубинных взрывов; 3) шахтные хранили­ ща; 4) льдогрунтовые хранилища.

Автозаправочные станции предназначаются для обслуживания и за­ правки автомобилей и других машин горючими и смазочными материалами.

Первый в мире металлический газопровод для подачи газа потреби­ телям был построен в 1825 г. в США.

Магистральным газопроводом называется трубопровод, предна­ значенный для транспортировки газа, прошедшего подготовку, из райо­ на добычи в места его потребления. В состав магистрального газопровода входят головные сооружения, компрессорные станции, газораспредели­ тельные станции, подземные хранилища газа, линейные сооружения.

Газораспределительной сетью называют систему трубопроводов и оборудования, служащую для транспорта и распределения газа в насе­ ленных пунктах.

Для трубопроводного транспорта твердых и сыпучих материалов используют пневмотранспорт, контейнерный пневмотранспорт, гидро­ транспорт и контейнерный гидротранспорт.

В ходе подготовительного периода при строительстве линейной части трубопроводов осуществляют разбивку трассы, отвод земель, под­ готовку строительной полосы, устройство временных и постоянных до­ рог, а в ходе основного этапа — погрузочно-разгрузочные, транспорт­ ные, земляные, сварочно-монтажные и изоляционно-укладочные работы, а также очистку внутренней полости и испытание трубопроводов.

При сооружении насосных и компрессорны х станций выделя­ ют подготовительный и основной этапы. В ходе подготовительного эта­ па осуществляют устройство строительной площадки и подъездных пу­ тей, подведение и разводку линий электро- и водоснабжения, сооружение временных помещений для проживания рабочих и размещения оборудо­ вания, а также доставку на строительную площадку топлива, оборудова­ ния и материалов. В ходе основного этапа выполняют общестроительные (разбивочные, земляные, бетонные, монтажно-строительные) и монтаж­ ные работы.