О нефти простым языком. Добыча нефти (Extraction of oil) - это Где можно добывать нефть

Россия располагает сегодня приблизительно 13% разведанных в мире нефтяных месторождений. Основным источником пополнения государственного бюджета нашей страны являются отчисления от результатов деятельности нефтегазодобывающей отрасли.

Нефтеносные слои находятся, как правило, глубоко в недрах земли. Скопление нефтяных масс в месторождениях происходит в горных породах пористой структуры, находящихся в окружении более плотных слоёв. Образцом природного резервуара служит пласт песчаника куполообразной формы, со всех сторон заблокированного слоями плотной глины.

Далеко не каждое разведанное месторождение становится объектом промышленной разработки и добычи. Решения по каждому принимаются только по итогам тщательного экономического обоснования.

Главный показатель месторождения – коэффициент нефтеотдачи, отношение объёма нефти под землей, к объёму, который можно получить для переработки. Пригодным для разработки является месторождение с прогнозируемым коэффициент нефтеотдачи от 30% и выше. По мере совершенствования технологий добычи в месторождении данный показатель доводится до 45% и выше .

В подземном хранилище всегда одновременно присутствуют сырая нефть, природный газ и вода под огромным давлением пластов земной коры. Параметр давления оказывает решающее влияние на выбор способа и технологии добычи.

Методы добычи нефти

Метод добычи нефти зависит от величины давления в пласте и способе его поддержания. Можно выделить три метода:

1. Первичный – нефть фонтанирует из скважины за счет высокого давления в нефтеносном пласте и не требует создания дополнительного искусственного нагнетания давления, коэффициент извлечение нефти 5-15%;
2. Вторичный – когда естественное давление в скважине падает и подъем нефти не возможен без дополнительного нагнетания давления за счет ввода в пласт воды или природного/попутного газа, коэффициент извлечение нефти 35-45%;
3. Третичный – увеличение извлечения нефти из пласта после снижения ее добычи вторичными методами, коэффициент извлечение нефти 40 – 60%.

Синтез-газ

Классификация способов добычи

По принципу физического воздействия на жидкое нефтяное тело сегодня есть только два основных способа добычи: фонтанный и механизированный.

В свою очередь к механизированному можно отнести газлифтный и насосный методы подъёма .
Если нефть из недр выдавливается на землю только под воздействием природной энергии нефтеносного пласта, то способ добычи называют фонтанным.

Но всегда наступает момент, когда запасы энергии пласта истощаются, а скважина перестаёт фонтанировать. Тогда подъем осуществляют с применением дополнительного энергетического оборудования. Такой способ добычи и является механизированным.

Механизированный способ бывает газлифтным и насосным . В свою очередь газлифт можно осуществлять компрессорным и бескомпрессорным методом.

Насосный способ реализуется посредством использования мощных глубинных насосов: штанговых, электроцентробежных погружных.
Рассмотрим более подробно каждый способ в отдельности.

Фонтанный способ добычи нефти: самый дешевый и простой

Освоение новых месторождений всегда осуществляется с использованием фонтанного способа добычи. Это самый простой, эффективный и дешевый метод. Он не требует дополнительных затрат энергоресурсов и сложного оборудования, так как процесс подъёма продукта на поверхность происходит за счет избыточного давления в самой нефтяной залежи.

Основные преимущества

Главные преимущества фонтанного способа:

• Простейшее оборудование скважины;
• Минимум затрат электроэнергии;
• Гибкость в управлении процессами откачки, вплоть до возможности полной
  остановки;
• Возможность дистанционного управления процессами;
• Продолжительный межтехнологический интервал работы оборудования;

Для эксплуатации новой скважины нужно установить над ней полный контроль. Укрощение фонтана производится с помощью монтажа специальной запорной арматуры, позволяющей впоследствии управлять потоком, контролировать режимы работы, производить полную герметизацию, а если нужно, то и консервацию.
Скважины оборудуют подъёмными трубами разного диаметра, в зависимости от предполагаемого дебита добычи и внутрипластового давления.

При больших объёмах добычи и хорошем давлении используют трубы большого диаметра. Малодебитные скважины для длительного сохранения процесса фонтанирования и уменьшения себестоимости добычи оборудуют подъёмными трубами малого диаметра.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Особенности переработки тяжелой нефти

По завершению процесса фонтанирования , на скважине начинают применять механизированные методы добычи.

Газлифтный способ добычи нефти

Газлифт является одним из механизированных способов добычи нефти и логическим продолжением фонтанного способа. Когда энергии пласта становится недостаточно для выталкивания нефти, подъем начинают осуществлять с помощью подкачки в пласт сжатого газа . Это может быть простой воздух или сопутствующий газ с ближайшего месторождения.

Для сжатия газа используют компрессоры высокого давления . Этот способ называют компрессорным. Бескомпрессорный способ газлифта осуществляют методом подачи в пласт газа, уже находящегося под высоким давлением. Такой газ подводят с ближайшего месторождения.

Оборудование газлифтной скважины осуществляется методом доработки фонтанной с установкой специальных клапанов подвода сжатого газа на различной глубине с установленным проектом интервалом.

Основные преимущества

Газлифт имеет свои преимущества по сравнению с другими методами механизированной добычи:

• забор значительных объемов с разных глубин на любых этапах разработки месторождения с приемлемым показателем себестоимости;
• возможность ведения добычи даже при значительных искривлениях
  скважины;
• работа с сильно загазованными и перегретыми пластами;
• полный контроль над всеми параметрами процесса;
• автоматизированное управление;
• высокая надежность оборудования;
• эксплуатация нескольких пластов одновременно;
• контролируемость процессов отложения парафина и солей;
• простая технология проведения технического обслуживания и ремонта.

Главным недостатком газлифта является высокая стоимость металлоёмкого оборудования.
Низкий КПД и высокая стоимость оборудования вынуждают применять газлифт в основном только для подъёма легкой нефти с высоким показателем газовой составляющей.

Механизированный способ добычи нефти – насосный

Насосная эксплуатация обеспечивает подъем нефти по скважине соответствующим насосным оборудованием. Насосы бывают штанговые и бесштанговые. Бесштанговые – погружного типа электроцентробежные.

Наиболее распространена схема откачки нефти штанговыми глубинными насосами . Это относительно простой, надёжный и не дорогой метод. Доступная для этого способа глубина – до 2500 м. Производительность одного насоса – до 500 м3 в сутки.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Коррозия оборудования

Главными элементами конструкции являются насосные трубы и подвешенные в них на жёстких штанговых толкателях плунжеры. Возвратно-поступательное движение плунжеров обеспечивается станком-качалкой , расположенным над скважиной. Сам станок получает крутящий момент от электродвигателя через систему многоступенчатых редукторов.

В связи с не высокой надёжностью и производительностью штанговых плунжерных насосов в наше время все больше применяются насосные установки погружного типа – электроцентробежные насосы (ЭЦН) .

Основные преимущества

Преимущества электроцентробежных насосов:

• простота технического обслуживания;
• очень хороший показатель производительности в 1500 м3 в сутки;
• солидный межремонтный период до полутора лет и более;
• возможность обработки наклонных скважин;
• производительность насоса регулируется количеством ступеней, общая длина
  сборки может варьироваться.

Центробежные насосы хорошо подходят для старых месторождений с большим содержанием воды.

Для подъёма тяжёлой нефти лучше всего подходят насосы винтового типа. Такие насосы обладают большими возможностями и повышенной надёжностью с высоким КПД . Один насос легко поднимает 800 кубических метров нефти в сутки с глубины до трех тысяч метров. Имеет низкий уровень сопротивляемости коррозии в агрессивной химической среде .

Заключение

Каждая из описанных выше технологий имеет право на существование и ни об одной из них нельзя сказать однозначно – хороша она или плоха. Всё зависит от комплекса параметров, характеризующих конкретное месторождение. Выбор способа может быть основан только на результатах тщательного экономического исследования.

ВАМ БУДЕТ ИНТЕРЕСНО:

Себестоимость добычи нефти Государства ОПЕК пришли к соглашению, касающегося добычи нефти в этом году Перевод баррелей нефти в тонны и обратно Объем переработки сырой нефти в 2018 г на российских НПЗ останется на уровне 280 млн т.

Отправить человека исследовать космическое пространство намного легче, чем добывать нефть из недр земли. Сильного давления в космосе нет, атмосфера нашей планеты почти однородная, и, в конце концов, сегодня даже через обычный каждый желающий может увидеть, что происходит в небе. А вот с нефтью, которая спрятана под землей дела обстоят намного сложнее.

Добыча нефти в прошлом представляла собой незамысловатый процесс. В некоторых местах «черное золото» прорывалось фонтанами прямо на земную поверхность, и его можно было тут же набирать в емкости. Далее в статье поговорим о том как добывают нефть , о таких основных процессах как подготовка к разработке, бурение скважин и управление добычей.

Рост сложности и технологий добычи нефти

В древнем Египте с помощью нефти бальзамировали труты, в древней Индии из нефти изготавливали битум и асфальт, в Византии, как свидетельствуют исторические источники, нефть использовалась уже в качестве топлива для примитивных огнеметов, установленных на кораблях – такой процесс назывался «греческий огонь».

Проходили годы, десятилетия, столетия. Запасы нефти, расположенные в удобных местах, истощились, а человечество с головой погрузилось в углеводородную фазу, поставив всю мировую экономику в зависимость от добычи столь необходимых газа и нефти.

Поэтому, если кто-то из вашего окружения с упоением рассказывает про , ноутбуки и айфоны, можно лишь зевнуть и скептически улыбнуться, ведь четко ясно, что современная цивилизация базируется не на гаджетах, а на углеводородах.

Не зря нефть называют «Черным золотом» — это соответствует действительности на все 100%. Нефть – основа топлива для кораблей, самолетов, машин, а мазутом и газом топят котельные.

Людей повсеместно окружают пластмассовые вещи, и даже в аптечке у каждого есть аспирин, который синтезируется именно из нефти. Полвека назад у человека не осталось другого выбора, как научиться вести добычу нефти из таких мест, которые до недавнего времени считались фактически недоступными для освоения в коммерческих целях. Существенный вклад в разработку необходимых для добычи нефти «космических технологий», что приятно сознавать, внесли ученые и инженеры нашей страны.

Где добывается нефть в России — лидирующее предприятие «Газпромнефть-Хантос»

В России есть действующее Южно-Приобское месторождение «Газпромнефть-Хантос» — непрерывно развивающееся нефтяное предприятие, одно из основных добывающих дочерних предприятий компании «Газпром нефть» в ХМАО-Югры, функционирующее с 2005 года.

На сегодняшний день предприятие занимает лидирующие позиции среди работающих на территории Югры компаний по темпам прироста нефтедобычи. При желании каждый из вас может увидеть это грандиозное инженерное чудо!

Сколько осталось нефти под землей

Сразу хочется сообщить хорошую новость – под землей нефти много. Если вы хоть раз в жизни пробовали вкусный слоеный пирог, то вам не сложно будет визуализировать то, как наша планета «выглядит внутри», и состоит она из многочисленных пластов разных пород.

И вот у этого подземного «пирога» есть нефтеносный слой под названием Баженовская свита, занимающая площадь в миллион квадратных километров, которая расположена под западной Сибирью.

В ней содержится существенный запас нефти, позволяющий обеспечить мировое потребление на период от 15 до 30 лет.

Технологии добычи нефти и их недостаточная экономическая эффективность

А вот теперь немного о грустном. Технологии человечества на сегодняшний день пока что недостаточно продвинуты для полномасштабного и эффективного с экономической точки зрения освоения Баженовской свиты. В 2017 году в Ханты-Мансийске «Газпром нефть» открыла технологический центр «Бажен», но сейчас способы коммерческой добычи нефти из группы этих пород находятся в стадии разработки.

Несмотря на то, что первые тестовые скважины начали функционировать, ученым «Газпром нефти» нужно еще пару-тройку лет, чтобы довести добычу до коммерческого прибыльного уровня, который составляет 2,5-4 миллиона тонн в год.

Если не строить далеко идущих планов, то в ближайшие десятилетия имеется обоснованная надежда вытянуть для полновесного и эффективного с экономической точки зрения освоения Баженовской свиты примерно 5% залегающих там углеводородов.

Как добывают нефть на примере предприятия «Газпромнефть-Хантос»

Чтобы вы имели четкое представление, какие сложности есть, расскажем о том, как работает предприятие «Газпромнефть-Хантос», добывающее на сегодняшний день порядка 15 миллионов тонн нефтяного эквивалента ежегодно. Вам нужно представить кирпичи, которые пропитаны нефтью, спрятанные под землей на глубине 3 километра. Кирпичи спрессованы в тонкий пласт, высотой в 15-20 метров, и его сверху и снизу, подобно слоям пирога, обрамляют другие породы.

Для того чтобы получить доступ к этим кирпичам, нефтяники организуют буровую площадку. Нужную точку в окрестностях Ханты-Мансийска обозначают геологи, затем на этом месте из песка отсыпают огромную площадку, изолированную от воды. Чтобы вы наглядно представляли размеры – это примерно два футбольных поля.

Вокруг площадки сооружают вал из песка, и это делается на случай аварийных ситуаций, чтобы нефть никуда не утекла. На самой площадке собирают монструозную буровую установку, представляющую собой многоэтажное здание, которое передвигается от скважины к скважине по рельсам с оглушительным грохотом.

Начинается бурение, и по мере продвижения бура вглубь земли, ствол скважины укрепляется трубами. Это делается для того, чтобы скважина не схлопнулась, а сам бур, подобно шомполу в гладкоствольном ружье, свободно ходил по стволу. Между горной породой и трубами свободное пространство «тампонируется», проще говоря, заливается цементом. Безусловно, не каждый понимает, как выглядит сам бур.

Это в большинстве случаев внушительного вида болванка, изготовленная из очень прочного материала. В шахту бурильщики подают воду, которая приводит бур во вращение, а затем возвращается обратно по стенкам шахты. Вращающийся бур углубляет скважину именно в том направлении, которое ему указывают сверху.

Давайте представим, что вы играете в бильярд, но по металлическим шарам, пытаясь загнать их в лузы, ударяете не кием, а струей воды из водяного пистолета. Но вот при добыче нефти вы не только не видите шара, но и располагаетесь от него на большом расстоянии, достигающем несколько километров. Российские бурильщики сегодня решают примерно аналогичные задачи.

Чтобы пробурить одну скважину понадобится несколько недель. Как мы уже говорили выше, буровая установка стоит на рельсах. После того, как работа над очередной скважиной завершена, буровая установка сдвигается на несколько метров для бурения очередной скважины, затем еще одной и еще, и процесс идет до тех пор, пока не появится целый «куст» из 12-18 скважин.

Бурение скважин на первом километре осуществляется более-менее вертикально, но в дальнейшем они плавно сворачивают в разные стороны, и практически перетекают в горизонтальную плоскость, и в итоге получается самый реальный подземный куст.

Благодаря такой технологии бурения, каждый куст собирает нефть с расположенной под землей площадки радиусом до 4 километров.

Без соответствующего порядка, безусловно, высокие технологии не могут функционировать. За всеми объектами тщательно следят, поэтому они находятся в идеальной чистоте, все точно подписано и ошильдено.

Сколько получают бурильщики и какой у них график работы?

Все сотрудники ходят в защитных очках и касках, включая начальство. Заработная плата у рядовых бурильщиков соответствующая – порядка 200 тысяч рублей за месячную смену. После месяца работы, бурильщик месяц отдыхает.

Такой режим имеет как плюсы, так и минусы. Среди плюсов можно отметить следующие:

• Питание на высоком уровне. Качество, как в ресторане;
• Бурильщики снабжаются всем необходимым, поэтому расходов почти нет. В итоге домой можно привезти нетронутую зарплату;
• В период вахты соблюдается Трудовой Кодекс. За смену вахтовик трудится 12 часов, у него есть все социальные гарантии.

Минусы тоже есть:

• Погодные условия бывают довольно суровыми – здесь очень холодно;
• Если у человека есть семья, то подобный «рваный» график месяц через месяц не всем подходит.

Безусловно, для молодого сотрудника без семьи и детей такая работа подходит идеально. Высокая зарплата и месяц отдыха перед очередной вахтой позволяют хорошо провести время и съездить в путешествие.

Разработка месторождений нефти — подготовка и процесс бурения

Поговорим опять о то как добывают нефть на этапе бурения скважины. Многие ошибочно предполагают, что когда бур достигает пласта, можно подсоединять трубу и выкачивать нефть. Это не так! Чтобы пробурить одну вертикальную скважину, компании нужно раскошелиться на 35-45 миллиона рублей. Теоретически, столичный житель с хорошим бизнесом, может продать находящуюся в центре недвижимость и у себя на участке с загородным домом пробурить вниз мощную трубу, но даже если ему и посчастливится найти в недрах земли хоть немного нефти, он никак не сможет «вытащить» ее на поверхность.

Заострим еще раз внимание, что нефть содержится в довольно плотных слоях. И по внешнему виду они похожи на кирпич или песчаник, пропитанный нефтью. Именно поэтому нефть сама по себе не потечет к вам. Вот, к примеру, вы протыкаете шилом грушу – потечет ли из нее в стакан грушевый сок? Нет, конечно же. Так и с нефтью.

Геологам, чтобы достать нефть, приходится совершать поистине ювелирную операцию, которая называется гидроразрывом пласта. Как это происходит?

Под сильнейшим давлением в скважину закачивается вода, которая разрывает пласт, образовывая трещины. В них загоняется песок, который не дает возможности трещинам сомкнуться обратно. «Газпром нефть» обладает ведущими технологиями гидроразрыва. В 2016 году именно на месторождении «Газпромнефть-Хантоса» был проведен рекордный гидроразрыв пласта в 30 стадий! После него забой (нижний конец) скважины стал похож на ершик, которым мы моем посуду.

Но это еще не окончание работ! Для того чтобы нефть пошла наверх, ее нужно снизу подтолкнуть напором воды. И здесь перед геологами стоит задача: сделать тщательные расчеты, указывающие, в какие именно скважины нужно воду закачивать, а из каких уже можно забирать нефть, идущую к бурильщикам вверх. По мере того, как нефть откачивается, в пластах меняется давление, поэтому это непрекращающийся рабочий процесс: в одни скважины нагнетают воду, а на дно других опускают насосы, которые под адским давлением «выгоняют» нефть на поверхность.

Чудовищное давление, сопровождающее добычу нефти, — веская причина, чтобы поддерживать порядок на производстве и выплачивать сотрудникам высокую заработную плату.

Чтобы вы четко понимали, скромных по нефтяным параметрам 200 атмосфер хватает, чтобы даже тоненькая струйка работала, подобно острейшему скальпелю. Она способна разрезать на части и дорогостоящее оборудование и, не дай Бог, оплошавшего сотрудника.

Заостряем внимание, что на месторождении большая часть оборудования отечественного производства с непривычными для компьютерщика надписями на кириллице и характерными черными шильдиками.

Приятно осознавать, что наша страна на сегодняшний день является лидером по разработке нефтяных технологий.

Итак, соберем воедино все проведенные работы:

• Были пробурены скважины;
• проведен комплекс гидроразрывов;
• создана сложнейшая система сообщающихся под высоким давлением сосудов;
• произведена очистка стволов шахт от постороннего мусора и песка.

Управление добычей нефти

Вот теперь на поверхность пошла нефть, а дальше в работу подключились операторы. Еще несколько лет назад им приходилось обходить все скважины по кругу и собирать пробы пластовой жидкости в бутылки. Эти образцы представляют собой некий взбитый коктейль из темного шоколада, а по запаху напоминают бензин с любой заправочной станции. Повернув вентиль, оператор нацеживал в бутылку пенную водно-нефтяную смесь, а затем посылал в скважину звуковую волну посредством специального устройства. Это делалось для определения текущей глубины скважины. До сих пор, кстати, существует интересная традиция для начинающих операторов. После того, как они прошли испытательный срок, начальство обмазывает их пластовой жидкость – это обряд посвящения в нефтяники.

Сегодня песчаную площадку, которая летом напоминает выжженную пустыню в арабских странах, часто посещать не нужно, так как скважины оснащены датчиками. Они снимают все показания в режиме реального времени, а затем передают их в управленческий центр.

До настоящего времени автоматизация этим бы и ограничилась – все же управлять всеми вентилями и приборами удобней из центра управления, чем бегать по кустовой площадке, переговариваясь с операторами по рации. Но современные реалии стимулируют нефтяные компании находиться в постоянном развитии, ведь добыча нефти год за годом дорожает, а вот платежеспособный спрос на «черное золото» растет не так стремительно, как хочется.

Чтобы эксплуатировать месторождение, нужно иметь рентабельность в 15%, но, несмотря на скромные с виду цифры, выйти на них с каждым годом становится все трудней.

Сейчас нефтяники делают цифровые двойники для месторождений. Вся информация стекается в Центр управления добычей (ЦУД), который имеет сходство по обустройству с Центром управления полетами космических кораблей. Современные мощные компьютеры симулируют при помощи нейросетей происходящие под землей процессы и дают прогноз, какое количество и какой нефти должен выдавать на поверхность каждый насос на каждой скважине, и что надо предпринять для получения максимального результата.

Безусловно, каждый из нас может лишь приблизительно представить, какие процессы происходят под землей при добыче нефти, как двигаются жидкости, работают насосы. В свою очередь цифровой двойник моделирует все предельно точно, каждую минуту корректируя трехмерную картину со свежими показаниями датчиков. Применение данной системы дает возможность извлекать из действующего месторождения по максимуму. И если бы, к примеру, люди без техники добыли бы 6 миллионов тон в год, то компьютерное оснащение помогает увеличить данный показатель почти вдвое – это 10 миллионов тонн!

Каротаж скважины — очистка от парафина

Имеется немаловажный нюанс – находящаяся в недрах земли нефть имеет температуру 100-120 градусов, и этого хватает, чтобы она оставалась жидкой. Но по мере того, как ее поднимают на поверхность, она застывает, и когда ее температура достигает 60 градусов, парафин, входящий в ее состав, начинает оседать на стенках шахты. Для того чтобы данный процесс не мешал добычи нефти, в шахту периодически запускают специальный круглый нож, который скользит вверх-вниз и срезает со стенок парафин.

Вдобавок, в шахте находится огромное количество прочих приборов, выполняющих определенную задачу или передающих нефтяникам какие-то важные сведения. Например, регулярно осуществляется «каротаж» (слово произошло от фр. Carotte – морковка). Во время данного процесса геофизики опускают в ствол зонд, по внешнему виду напоминающий морковку, задача которого – передать на поверхность детальные сведения о породах, которые облегают скважину.

Пластовая жидкость и ее разделение

Пластовая жидкость, представляющая собой, как мы уже говорили выше, смесь воды, нефти и , выйдя на поверхность, идет по трубам в небольшой вагончик, напоминающий паука. В нем жидкость с разных сторон измеряется и направляется дальше, на установку предварительного сброса пластовой воды.

Пусть слово «предварительный» не водит вас в заблуждение, так как на нефтяном месторождении, помимо скважин функционирует самый настоящий нефтехимический завод. Его главная задача – подготовка нефти для путешествия по трубам. И чтобы вы понимали масштаб данного завода, приведем пример. Для работы Южно-Приобского месторождения требуется 96МВт электричества – такого объема хватит для того, чтобы запитать небольшой город.

На заводе пластовая жидкость помещается в огромный сепаратор, в котором она разделяется на три больших слоя – попутный газ, воду и нефть.

Попутный газ разделяется на две составляющие – природный газ и ШФЛУ (широкая фракция углеводородов). Природный газ, который представлен смесью этана и метана используется для отопления и других хозяйственных нужд, в том числе, и на выработку собственной электроэнергии, что позволяет экономить серьезные суммы. ШФЛУ закачивается в трубу и движется на завод в Тобольск – там из него изготавливают и пропилен. Если раньше попутный газ просто сжигали, то недавно государство внесло изменение в налоговое законодательство и теперь газ выгодней перерабатывать.

Вода возвращается обратно к скважинам и закачивается под землю для поднятия давления в системе.

Оставшуюся нефть подвергают еще большему обезвоживанию, из нее удаляют соли и очищают от механических примесей, из-за которых может произойти засорение трубы.

Лаборатория нефти

Местная лаборатория каждый день делает заборы сотен проб, чтобы проверить качество продукта, как на входе, так и на выходе. Лаборатория оснащена не только отечественным оборудованием, которого, примерно, половина. Но самый главный прибор – угрожающего вида тренога, помещенная в стальной брутальный чемодан, — выпущен отечественным производителем.

Многие из вас удивились бы, узнав, что стоимость этого переносного прибора составляет 2,5 миллиона рублей. Но если бы он бы куплен за границей, то цена могла бы быть в десять раз больше.

Экология добычи нефти

Давайте возвратимся к разговору о добыче нефти. Когда мы говорили о гидроразрыве, вы наверняка представили постапокалиптический пейзаж, напоминающий кадры из американских фильмов: погибшие деревья, изможденные животные с двумя головами, растрескавшаяся безжизненная земля. Но на самом деле все иначе. Возможно, в нашей стране гидроразрыв осуществляется на большей глубине, или применяются более экологичные химикаты, что позволяет оставить земную поверхность в районе добычи нетронутой. Рядом со скважинами располагаются пруды, в которых плавают лебеди. Если вы приедете на экскурсию, то при прохождении инструктажа по технике безопасности, вам в деталях расскажут, куда бежать, если прозвучит сигнал «медведь пришел». На месторождении вы не почувствуете характерного химического запаха.

Лидирующие позиции России в технологии добычи нефти

Испытываешь гордость, что в плане культуры производства, мы, безусловно, за последние двадцать лет продвинулись далеко вперед. И если раньше нам казался недостижимым уровень немецкой и японской промышленности, то сегодня наши крупные производственные предприятия могут смело похвастаться тем, что ответственность и аккуратность – их визитная карточка. Причем такой уровень достигнут не только на столь высокотехнологичных производствах, как нефтехимия и нефтедобыча. Сегодня Россия имеет полное право называться цивилизованной индустриальной страной и может многие другие страны с запасами углеводородов поучить как добывают нефть в условиях ее залегания в глубоких пластах.

Многие люди, как будто и сегодня находятся в дремучем прошлом, думая, что добывать нефть проще простого. Нашел месторождение, опустил «насос» и качай! На самом деле дела обстоят иначе, и добыча нефти представляет собой очень высокотехнологичный процесс, который, возможно, можно сравнить с производством современных микропроцессоров. Фактически, лишь немногие государства имеют возможность самостоятельно заниматься разработкой сложных месторождений. Россия – именно такое государство, и мы можем по праву гордиться этим.

Запустить человека в космос гораздо проще, чем выкачать нефть из-под земли. В космосе нет чудовищного давления, атмосфера нашей планеты практически однородна, наконец, мы при помощи довольно примитивных инструментов можем наблюдать, что же происходит там, наверху.

В прошлом добыча нефти была делом нехитрым: кое-где нефть выходила прямо на поверхность, и её можно было прямо черпать вёдрами. В древней Индии из нефти делали асфальт и битум, в древнем Египте нефть использовали для бальзамирования трупов, в Византии нефть, как мы знаем из отечественной истории, использовали в качестве топлива для примитивных корабельных огнемётов, так называемого «греческого огня».

В конце XIX века за нефтью пришлось уже спускаться под землю. Инженеры в России и в других странах бурили скважины, выкачивая через них драгоценную жидкость. Глубина тех скважин была по современным меркам совсем небольшой - достаточно было «проколоть» в нужном месте слой в 15-20 метров, и находящийся под землёй нефтяной пузырь начинал немедленно фонтанировать нефтью.

Шли годы и десятилетия. Расположенная в удобных местах нефть закончилась, а наша цивилизация тем временем вступила в углеводородную фазу, поставив всю экономику в зависимость от добычи нефти и газа. Когда вам будут с придыханием рассказывать про айфоны и солнечные батареи, подпирайте голову кулаком и скептически улыбайтесь: современный мир держится не на айфонах, а на углеводородах. Из нефти делают топливо для автомобилей, самолётов и кораблей, при помощи газа и мазута топят котельные. Всё вокруг нас буквально кишит предметами из пластика, а если мы откроем аптечку, мы найдём там, к примеру, синтезируемый из нефти аспирин.

Пятьдесят лет назад у человечества не осталось иного выбора, кроме как научиться добывать нефть из таких мест, которые ещё относительно недавно казались абсолютно недоступными для коммерческого освоения. Приятно сознавать, что огромный вклад в разработку нужных для этого «космических технологий» внесла и Россия.

На днях мы с solomatin и aquatek_filips навестили действующее Южно-Приобское месторождение «Газпромнефть-Хантоса», дочернего общества «Газпром нефти» в ХМАО-Югре, чтобы лично прикоснуться к этому инженерному чуду современности.

Начну с приятного известия: нефти под землёй много. Если вам приходилось когда-либо наслаждаться хорошим слоёным пирогом, вы без труда представите и внутренности нашей планеты: они тоже состоят из многочисленных пластов разных пород. Один из нефтеносных слоёв этого подземного «пирога», Баженовская свита, расположен под западной Сибирью. Баженовская свита занимает площадь в миллион квадратных километров и содержит достаточно нефти, чтобы обеспечить мировое потребление на протяжении 15-30 лет.

Теперь известие не такое приятное. Технологии человечества пока что ещё недостаточно продвинуты для полноценного, экономически эффективного освоения Баженовской свиты. В прошлом году «Газпром нефть» открыла в Ханты-Мансийске технологический центр «Бажен», однако способы коммерческой добычи нефти из группы этих пород пока что только разрабатываются. Хоть первые тестовые скважины уже и работают, но учёным «Газпром нефти» потребуется ещё несколько лет, чтобы довести добычу до коммерчески прибыльного уровня в 2,5-4 млн тонн в год. Если не заглядывать слишком далеко в будущее, в ближайшие десятилетия есть обоснованная надежда вытащить из Баженовской свиты около 5% содержащихся там углеводородов.

Чтобы было понятно, в чём конкретно заключаются сложности, расскажу о работе «Газпромнефть-Хантоса», которое добывает сейчас около 15 млн тонн нефтяного эквивалента в год. Представьте пропитанные нефтью кирпичи, спрятанные на глубине в 3 километра под землёй. Эти кирпичи спрессованы в тонкий, высотой в 15-20 метров слой: под ними и над ними, как в слоёном пироге, находятся другие породы.

Чтобы добраться до этих «кирпичей», нефтяники организуют буровую площадку. Геологи указывают нужную точку в окрестностях Ханты-Мансийска, на этой точке отсыпают из песка большую, изолированную от воды площадку размером с пару футбольных полей. Вокруг площадки возводят песчаный вал, чтобы в случае аварии нефть не могла никуда утечь, а на самой площадке собирают монструозную буровую установку: громыхающее многоэтажное здание, ездящее на рельсах от скважины к скважине.

Начинается бурение. По мере продвижения вниз, ствол скважины укрепляется трубами, чтобы скважина не схлопнулась, и чтобы бур ходил по стволу подобно шомполу в гладкоствольном ружье. Пространство между трубами и горной породой «тампонируется», то есть заливается цементом.

Сам бур представляет собой обычно внушительного вида болванку из особо прочного материала. Бурильщики подают в шахту воду, вода крутит бур и уходит по стенкам шахты обратно. Крутящийся бур углубляет скважину в том направлении, которое указывают ему сверху.

Представьте, что вы играете в бильярд, стреляя по металлическим шарам из водяного пистолета, и пытаясь тем самым загнать их в лузы. Теперь представьте, что вы не только не видите шара, но и находитесь от него на расстоянии в несколько километров. Вот примерно такие задачи решают сейчас отечественные бурильщики.

Бурение одной скважины занимает несколько недель. Помните, несколько абзацев назад, я упоминал, что буровая установка стоит на рельсах? Так вот, после окончания работы над очередной скважиной, буровая установка сдвигается на несколько метров и начинает бурить следующую, потом ещё одну, и так, покуда не образуется целый «куст» из 12-18 скважин.

Первый километр эти скважины идут более-менее вертикально, однако потом они плавно сворачивают в разные стороны, переходя практически в горизонтальную плоскость, и образуя тем самым настоящий подземный куст. Благодаря такой компоновке каждый куст собирает нефть с подземной площади радиусом до 4 км.

Высокие технологии требуют, разумеется, соответствующего порядка. Объекты содержатся в идеальной чистоте, всё аккуратно подписано и ошильдено, все, включая начальство, ходят в касках и в защитных очках. Зарплаты у рядовых бурильщиков соответствующие - примерно двести тысяч рублей за месячную смену, которая перемежается месячным отдыхом.

В таком режиме работы есть плюсы: на объекте кормят с ресторанным качеством и, вообще, снабжают всем необходимым, так что вахтовик может привезти домой почти всю зарплату, чтобы с радостью спустить её за месяц отдыха перед следующей вахтой. Во время вахты, опять-таки, соблюдается Трудовой Кодекс: вахтовики работают по 12 часов за смену. С другой стороны, на вахте бывает довольно холодно, а рваный вахтовый график не самым благоприятным образом сказывается на отношениях в семье. Пожалуй, это всё же работа для молодых.

Вернёмся в скважину. Если вы думаете, что добурившись до пласта, можно уже подсоединять трубу и выкачивать нефть, я вас разочарую. Бурение одной вертикальной скважины обходится компании в среднем в 35-45 млн рублей. Обеспеченный москвич может теоретически продать квартиру в центре столицы и проделать у себя на даче мощную дыру вниз, однако даже если он каким-то чудом и найдёт в глубине немного нефти, поднять её на поверхность у него не получится. Нефть, повторюсь, содержится в довольно плотных слоях, более всего напоминающих пропитанный нефтью песчаник или кирпич. Сама по себе она, конечно же, никуда не потечёт, как не потечёт яблочный сок из проткнутого шилом яблока.

Чтобы всё же поднять нефть на поверхность, геологи проводят ювелирную операцию - гидроразрыв. В скважину под адским давлением закачивается вода. После того, как вода разрывает пласт, в образовавшиеся трещины загоняется песок, не позволяющий трещинам сомкнуться обратно. «Газпром нефть» обладает передовыми технологиями гидроразрыва: именно на месторождении «Газпромнефть-Хантоса» был в 2016 году проведён рекордный 30-стадийный гидроразрыв пласта, после которого забой (нижний конец) скважины превратился в некое подобие ёршика для мытья посуды.

На этом работы не заканчиваются. Чтобы нефть захотела пойти наверх, нужно сначала подтолкнуть её водой снизу. Геологи делают тщательные расчёты, после чего указывают, в какие скважины закачивать воду, а из каких забирать идущую на поверхность нефть. По мере откачки давление в пластах меняется, так что это непрерывная работа: в одни скважины нагнетают технологическую воду, на дно других погружают насосы, чтобы те под чудовищным давлением гнали нефть на поверхность.

Давление - ещё одна причина платить высокие зарплаты и поддерживать порядок на производстве. Даже скромных по нефтяным меркам 200 атмосфер вполне достаточно, чтобы любая тоненькая струйка действовала, как острейший скальпель, разрезая на части и ценное оборудование, и зазевавшихся сотрудников. Кстати, оборудование на месторождении работает по большей части отечественное - с характерными чёрными шильдиками и непривычными для компьютерщика надписями на кириллице. К моему большому удовлетворению, Россия находится сейчас в числе лидеров по разработке нефтяных технологий.

Итак, мы пробурили скважины, провели ряд гидроразрывов, создали сложную систему сообщающихся под давлением сосудов, очистили стволы шахт от песка и прочего мусора. На поверхность пошла долгожданная нефть. Дальше в действие вступают операторы.

Ещё несколько лет назад они по кругу обходили скважины, собирая в бутылки пробы пластовой жидкости, которые выглядят как хорошо взбитый коктейль из тёмного шоколада, а пахнут как обычный бензин с обычной городской бензоколонки. Оператор поворачивал вентиль, цедил в бутылку пенную смесь нефти с водой, а потом при помощи специального устройства посылал в скважину звуковую волну, чтобы определить её текущую глубину. Начинающих операторов, кстати, начальство после прохождения испытательного срока до сих пор обмазывает пластовой жидкостью, посвящая их таким образом в нефтяники.

Теперь эти романтичные прогулки по песчаной площадке, напоминающей летом арабскую пустыню, стали куда как более редкими: скважины увешаны датчиками, которые снимают все показания в режиме реального времени и передают их в центр управления.

Раньше этим бы автоматизация и ограничилась: в конце концов, управлять всеми приборами и вентилями из одного места куда как удобнее, чем переговариваться по рации с операторами на кустовой площадке. Жизнь однако заставляет нефтяные компании участвовать в вечной гонке - добыча нефти постоянно дорожает, но платежеспособный спрос на неё растёт отнюдь не так быстро, как хотелось бы. Месторождение можно эксплуатировать при рентабельности в 15%, и выйти на этот весьма скромный показатель с каждым годом становится всё сложнее.

Нефтяники делают сейчас для месторождений цифровые двойники. Все данные стекаются в ЦУД - Центр управления добычей, который внешне напоминает Центр управления полётами космических кораблей. Мощные компьютеры симулируют при помощи нейросетей идущие под землёй процессы и дают прогноз - сколько и какой нефти должен выдавать наверх каждый насос на каждой скважине, и что именно нужно сделать, чтобы добиться максимальной отдачи.

Человек может представить себе движение жидкостей в глубине и работу насосов весьма примерно, а цифровой двойник моделирует всё точно, ежеминутно корректируя трёхмерную картину по свежим показаниям датчиков. Это знание позволяет системе извлекать из месторождения максимум возможного. Там, где люди смогли бы добыть 6 млн тонн за год, компьютеры помогают добыть все 10 млн.

Ещё один нюанс. Нефть под землёй имеет температуру примерно в 100-120 градусов, этого достаточно, чтобы она оставалась жидкой. По мере подъёма на поверхность нефть застывает, и по достижении примерно 60 градусов содержащийся в нефти парафин начинает оседать на стенках. Чтобы шахта не опарафинилась, прервав тем самым процесс добычи, в неё периодически запускают специальный круглый нож, ездящий вверх-вниз и срезающий парафин со стенок. Также в шахте живёт большое количество других приборов, каждый из которых или что-то делает, или выдаёт нефтяникам какую-нибудь важную информацию. Так, например, постоянно проводится «каротаж», от французского carotte, «морковка». Во время каротажа геофизики погружают в ствол специальный, похожий на морковку зонд, который передаёт наверх детальные данные об облегающих скважину породах.

Выйдя на поверхность, пластовая жидкость, - смесь нефти, газа и воды, - идёт по трубам в небольшой паукообразный вагончик. Там жидкость с разных сторон измеряется и направляется дальше, на установку предварительного сброса пластовой воды.

Пусть слово «предварительный» вас не обманывает: кроме скважин на нефтяном месторождении обычно работает ещё и самый настоящий нефтехимический завод, единственной задачей которого является подготовка нефти для путешествия по трубам. Для понимания масштабов: Южно-Приобское месторождение потребляет 96MВт электричества - этого хватило бы, чтобы запитать небольшой город.

На заводе в большом сепараторе пластовая жидкость разделяется на три больших слоя - нефть, воду и попутный газ. Вода идёт обратно к скважинам и закачивается под землю, чтобы поднять давление в системе. Попутный газ делится на две части - природный газ, состоящий из смеси метана с этаном, идёт на отопление и прочие хозяйственные нужды (в том числе на генерацию собственной электроэнергии, что даёт очень серьезную экономию), а ШФЛУ (широкая фракция легких углеводородов), вторая часть газа, закачивается в трубу и движется на завод в Тобольск, где из него делают пропилен и полиэтилен. Раньше попутный газ просто сжигали, однако не так давно власти изменили налоговую систему таким образом, что стало выгодно газ всё же перерабатывать.

Оставшуюся нефть обезвоживают ещё сильнее, очищают от механических примесей, которые могут забить трубу, и обессоливают. Местная лаборатория ежедневно берёт сотни проб, чтобы убедиться, что и на входе, и на выходе получается качественный продукт. Оборудование в лаборатории, увы, российским является далеко не полностью: навскидку, наших приборов там около половины. Тем не менее главный прибор, зловещего вида тренога в стальном брутальном чемодане, всё же российский. Мои товарищи блогеры удивились, как может переносной прибор стоить 2,5 млн рублей, однако опыт показывает, что если бы прибор был импортным, он бы легко мог стоить и ещё в 10 раз дороже.

Кстати, жители зарубежья, пожалуйста, подтвердите или опровергните. Я слышал, что на загнивающем Западе устраивать блог-туры не принято, западные компании предпочитают тщательно охранять свои грязные секреты от широкой публики, а широкая публика там предпочитает читать не про нефть, но про королевские свадьбы и про роскошные прелести сестёр Кардашьян.

Вернёмся к добыче нефти. Когда я впервые услышал про гидроразрыв, я предположил, что пейзаж вокруг месторождения будет напоминать американские ужасы - мёртвые деревья, безжизненную потрескавшуюся почву, скелетированных койотов с двумя головами... к счастью, мои предположения не оправдались. То ли в России гидроразрыв проводится при помощи более экологичных химикатов, то ли он происходит на большей глубине, однако природа на поверхности остаётся нетронутой. В некоторых прудах рядом со скважинами плавают лебеди, а во время инструктажа по безопасности нам подробно объяснили, в каком направлении спасаться в случае сигнала «медведь пришёл».

Характерного химического запаха на месторождении тоже нет. В плане культуры производства мы, конечно, сделали за последние 20 лет огромный шаг вперёд - если раньше японская и немецкая промышленность воспринимались как что-то недостижимое, теперь ровно те же самые аккуратность и ответственность живут и на наших крупных производствах, причём отнюдь не только на столь высокотехнологичных, как нефтедобыча и нефтехимия. Россия может теперь с полным правом называться цивилизованной индустриальной страной.

В завершение поста отмечу две вещи .

Во-первых, пожалуйста, задавайте вопросы в комментариях. Чуть позже я выпущу пост про Омский нефтеперерабатывающий завод, а потом сделаю специальный пост с ответами на ваши вопросы по нефти.

Во-вторых, давайте потихоньку переходить уже из дремучего прошлого в XXI век. Некоторые до сих думают, будто добыча нефти не особо отличается по сложности от добычи сала, когда геологи находят свинью и начинают прямо на месте добывать белое золото. На самом деле, добыча нефти в наши дни стала очень высокотехнологичным процессом, сравнимым, пожалуй, разве что с производством современных микропроцессоров. Очень немногие государства на планете способны разрабатывать сложные месторождения самостоятельно. Россия - одно из таких государств.

Если коротко, то внутри происходят два основных процесса:
отделение газа от жидкости - попадание газа в насос может нарушить его работу. Для этого используются газосепараторы (или газосепаратор-диспергатор, или просто диспергатор, или сдвоенный газосепаратор, или даже сдвоенный газосепаратор-диспергатор). Кроме того, для нормальной работы насоса необходимо отфильтровывать песок и твердые примеси, которые содержатся в жидкости.
подъем жидкости на поверхность - насос состоит из множества крыльчаток или рабочих колес, которые, вращаясь, придают ускорение жидкости.

Как я уже писал, электроцентробежные погружные насосы могут применяться в глубоких и наклонных нефтяных скважинах (и даже в горизонтальных), в сильно обводненных скважинах, в скважинах с йодо-бромистыми водами, с высокой минерализацией пластовых вод, для подъема соляных и кислотных растворов. Кроме того, разработаны и выпускаются электроцентробежные насосы для одновременно-раздельной эксплуатации нескольких горизонтов в одной скважине. Иногда электроцентробежные насосы применяются также для закачки минерализованной пластовой воды в нефтяной пласт с целью поддержания пластового давления.

В сборе УЭЦН выглядит вот так:

После того, как жидкость поднята на поверхность, ее необходимо подготовить для передачи в трубопровод. Поступающая из нефтяных и газовых скважин продукция не представляет собой соответственно чистые нефть и газ. Из скважин вместе с нефтью поступают пластовая вода, попутный (нефтяной) газ, твердые частицы механических примесей (горных пород, затвердевшего цемента).
Пластовая вода – это сильно минерализованная среда с содержанием солей до 300 г/л. Содержание пластовой воды в нефти может достигать 80 %. Минеральная вода вызывает повышенное коррозионное разрушение труб, резервуаров; твердые частицы, поступающие с потоком нефти из скважины, вызывают износ трубопроводов и оборудования. Попутный (нефтяной) газ используется как сырье и топливо. Технически и экономически целесообразно нефть перед подачей в магистральный нефтепровод подвергать специальной подготовке с целью ее обессоливания, обезвоживания, дегазации, удаления твердых частиц.

Вначале нефть попадает на автоматизированные групповые замерные установки (АГЗУ). От каждой скважины по индивидуальному трубопроводу на АГЗУ поступает нефть вместе с газом и пластовой водой. На АГЗУ производят учет точного количества поступающей от каждой скважины нефти, а также первичную сепарацию для частичного отделения пластовой воды, нефтяного газа и механических примесей с направлением отделенного газа по газопроводу на ГПЗ (газоперерабатывающий завод).

Все данные по добыче - суточный дебит, давления и прочее фиксируются операторами в культбудке. Потом эти данные анализируются и учитываются при выборе режима добычи.
Кстати, читатели, кто-нибудь знает почему культбудка так называется?

Далее частично отделенная от воды и примесей нефть отправляется на установку комплексной подготовки нефти (УКПН) для окончательного очищения и поставки в магистральный трубопровод. Однако, в нашем случае, нефть вначале проходит на дожимную насосную станцию (ДНС).

Как правило, ДНС применяются на отдаленных месторождениях. Необходимость применения дожимных насосных станций обусловлена тем, что зачастую на таких месторождениях энергии нефтегазоносного пласта для транспортировки нефтегазовой смеси до УКПН недостаточно.
Дожимные насосные станции выполняют также функции сепарации нефти от газа, очистки газа от капельной жидкости и последующей раздельной транспортировки углеводородов. Нефть при этом перекачивается центробежным насосом, а газ - под давлением сепарации. ДНС различаются по типам в зависимости от способности пропускать сквозь себя различные жидкости. Дожимная насосная станция полного цикла состоит при этом из буферной ёмкости, узла сбора и откачки утечек нефти, собственно насосного блока, а также группы свечей для аварийного сброса газа.

На нефтепромыслах нефть после прохождения групповых замерных установок принимается в буферные ёмкости и после сепарации поступает в буферную ёмкость с целью обеспечить равномерное поступление нефти к перекачивающему насосу.

УКПН представляет собой небольшой завод, где нефть претерпевает окончательную подготовку:

• Дегазацию (окончательное отделение газа от нефти)
• Обезвоживание (разрушение водонефтяной эмульсии, образующейся при подъеме продукции из скважины и транспорте ее до УКПН)
• Обессоливание (удаление солей за счет добавления пресной воды и повторного обезвоживания)
• Стабилизацию (удаление легких фракций с целью уменьшения потерь нефти при ее дальнейшей транспортировке)

Для более эффективной подготовки нередко применяют химические, термохимические методы, а также электрообезвоживание и обессоливание.
Подготовленная (товарная) нефть направляется в товарный парк, включающий резервуары различной вместимости: от 1000 м³ до 50000 м³. Далее нефть через головную насосную станцию подается в магистральный нефтепровод и отправляется на переработку. Но об этом мы поговорим в следующем посте:)

В предыдущих выпусках:
Как пробурить свою скважину? Основы бурения на нефть и газ за один пост -

Нефть называют «чёрным золотом», потому что это углеводород, без которого немыслимо развитие современного промышленного производства. Нефть и газ - основа топливно энергетического комплекса, который производит горючее, смазочные материалы, нефтяные компоненты используются в строительных материалах, косметике, продуктах питания, моющих средствах. Это сырьё продаётся за валюту и приносит благосостояние странам и народам, обладающим огромными его запасами.

Как находят месторождения нефти?

Добыча полезных ископаемых начинается с разведки месторождений. Геологи определяют возможное залегание нефтяных горизонтов в недрах сначала по внешним признакам - географии рельефа, выходам нефтяных пятен на поверхность, наличию следов нефти в грунтовых водах. Специалисты знают, в каких осадочных бассейнах можно предположить наличие нефтяных пластов, у профессионалов есть на вооружении различные методы разведочно-поисковых исследований, в том числе поверхностное изучение выходов горных пород и геофизическая визуализация разрезов.

Предположительный район залегания месторождения определяется по совокупности признаков. Но даже если они присутствуют все, это не означает, что детальная разведка обнаружит нефтяной бассейн с большими запасами, необходимыми для того, чтобы начать промышленную добычу. Часто бывает так, что разведочное бурение не подтверждает коммерческую ценность месторождения. Эти риски всегда присутствуют в нефтеразведке, но без них невозможно определить структуры (ловушки), в которых скапливается нефть в необходимом для разработки количестве.