 |
В повседневной жизни человек пользуется огромным количеством продуктов нефтепереработки. Даже не беря в расчет такие очевидные примеры, как бензин и другие топлива, мы повседневно имеем дело с предметами из пластмассы, сырьем для изготовления которой является все то же «черное золото».
Однако, перед тем как превратится в ценные товары потребления, нефть проходит долгий путь, начинающийся глубоко в недрах нашей планеты и заканчивающийся на прилавках магазинов и заправочных станциях. Этот путь можно разбить на несколько отдельных, но по своему значимых этапов:
- Разведка
- Добыча
- Транспортировка
- Хранение
- Переработка
- Сбыт
Разведка
Самым первым шагом, предшествующему началу добычи, является разведка определенного участка местности на предмет залегания нефтеностных пластов. Этот этап включает следующие последовательные мероприятия:
- Визуальное исследование потенциального района, в том числе с помощью аэрофотосъемки и съемки из космоса.
- Исследование недр с помощью геофизических методов. Наиболее распространенным способом является создание искусственных возмущений в толще пород путем взрывов специальных зарядов. Механические колебания от этих взрывов отражаются и преломляются подземными структурами. Улавливая сигналы с помощью специальных сейсмографов, можно определять и оценивать форму поземных залежей.
- Опорное бурение исследовательских скважин, в результате которого получают так называемые керны – образцы породы, чаще всего имеющие цилиндрическую форму. Керны изучаются по слоям с помощью разнообразных физико-химических методов, позволяющих оценить перспективность добычи нефти на данном участке.
Добыча
Следующим этапом является непосредственно разработка нефтяного месторождения с целью добычи углеводородов. Этот процесс включает бурение разных видов скважин: эксплуатационных, контрольных, нагнетательных, которых в сумме может быть от нескольких десятков до нескольких тысяч, и последующее извлечение сырой нефти на поверхность.
Основными видами бурения при разработке месторождений являютcя ударное бурение и вращательное бурение.
Ударное бурение заключается в раздроблении пород с помощью тяжелых ударов специального бурового инструмента, оснащенного лезвиями клиновидного вида. Раздробленные обломки породы выносятся из скважины на поверхность с помощью специальных водных растворов. Существует несколько разновидностей данного метода, такие как ударно-вращательное бурение, ударно-поворотное и др., суть, однако, остается прежней.
При вращательном бурении порода постепенно срезается так называемым долотом, на которое сверху давит буровая колонна. Срезанные обломки также извлекаются на поверхность с помощью специальных буровых растворов, которые кроме этого играют роль смазки и охлаждающей жидкости.
 |
Буровое долото |
|
После того, как бур достиг нефтеносных пластов (вскрытие скважины), следует стадия непосредственного извлечения сырой нефти на поверхность. В пластах флюиды находятся под давлением, и, как правило, на начальной стадии извлечения нефть фонтанирует естественным образом. Однако, по мере истечения, давление уменьшается и появляется необходимость применения механизированных способов добычи. Основными методами являются использование разных видов насосов, а также нагнетание в скважину сжатого газа (газолифтный способ) или воды, которые выталкивают нефть на поверхность. Для этого процесса как раз используются специальные нагнетательные скважины.
Около 70% всех добывающих скважин в мире оснащены штанговыми, или плунжерными насосами, в качестве привода которых используются так называемые станки-качалки.
 |
Добыча нефти с помощью станка-качалки |
|
Добыча нефти на морском шельфе
Шельф – прибрежная, относительно мелководная зона океана, с глубиной, как правило, 100 – 200 м. В зависимости от глубины, добычу нефти осуществляют различными способами.
Так, на мелководье обычно сооружают искусственные острова, с которых осуществляют бурение, аналогичное бурению на суше. Основной недостаток такого метода – риск разрушения плавучими массивами льда.
Другой способ – построение специальных дамб. Из получившегося «колодца» откачивают воду и производят бурение непосредственно на обмелевшем дне. В настоящее время эта технология потеряла актуальность.
В случае нахождения месторождения недалеко от суши, наиболее рационально бурить наклонную скважину с берега. Сегодня технологии развились на столько, что данный вид бурения позволяет попасть в нужную точку с расстояния в несколько километров.
 |
Буровая платформа "Орлан" на месторождении Чайво в Охотском море (проект "Сахалин-1") |
|
По мере удаления от берега, и, соответственно, увеличения глубины, усложняются и технологии добычи.
На глубинах до 40 метров монтирую стационарные буровые платформы, которые удерживаются на дне благодаря своей массе. Опоры такой конструкции как правило полые – в них можно хранить добытую нефть или оборудование. На участках с глубиной не более 200 метров используют полупогружные платформы, которые удерживаются с помощью якорей и системы динамической стабилизации, включающей в себя специальные двигатели, подруливающие устройства, энергоблок и систему управления. Бурение скважин на глубине более 200 метров осуществляют уже только с помощью специальных буровых судов.
Измерение эффективности нефтедобычи оценивается с помощью КИН – коэффициента извлечения нефти, который представляет собой отношение добытой нефти к общему объему запасов месторождения. Для его увеличения применяются так называемые методы увеличения нефтеотдачи (МУН).
Важным моментом, в первую очередь для окружающей среды является консервация или ликвидация скважин после завершения разработки месторождения.
Выходящая из скважины смесь сырой нефти, попутного газа, воды и механических примесей подвергается специальной обработке для последующей транспортировки на перерабатывающие заводы или с целью сбыта.
Транспортировка
Транспортировка сырой нефти осуществляется тремя основными способами:
- по нефтепроводу
- водным транспортом
- железнодорожным транспортом
Самым дешевым и экологически безопасным способом является транспортировка нефти по нефтепроводу, которые прокладывают как над, так и под землей, и даже под водой, в зависимости от ландшафта местности и погодных условий в течение года. Трубы для нефтепровода изготавливаются как из высоко-пластичных сталей, выдерживающих механические, температурные и химические воздействия, так и из армированного пластика, имеющего практически неограниченный срок эксплуатации.
 |
Нефтепровод |
|
Внутренний диаметр труб обычно варьируется от 100 до 1400 мм. Каждые 70 – 150 км на нефтепроводе устанавливаются насосные станции, обеспечивающие перепад давления, и соответственно, движение нефти (скоростью потока может достигать 3 м/с). А каждые 10-30 км размещаются специальные задвижки, на случай аварийного перекрытия и устранения неисправностей.
По своему назначению нефтепроводы делятся на следующие виды:
- Промысловые – соединяющие скважины и различные объекты в пределах промысла
- Межпромысловые – связывают между собой отдельные месторождения, а также месторождения и магистральный нефтепровод
- Магистральные – нефтепроводы, служащие для доставки сырья от месторождения до пунктов перевалки, терминалов, нефтехранилищ и нефтеперерабатывающих заводов
Вторым по значимости средством доставки сырой нефти и нефтепродуктов являются танкеры. Основной объем международных перевозок осуществляется именно с их помощью. Вместимость танкеров варьируется от нескольких тысяч тонн (речные танкеры) до десятков тысяч тонн. Стоимость перевозки нефти обратно пропорциональна их дедвейту, однако в последнее время гигантские супертанкеры потеряли свою популярность, так как имею трудности при прохождении некоторых каналов и остановки в портах. Кроме этого, ужесточились требования к безопасности нефтеналивных судов, что сделало некоторые танкеры недееспособными.
 |
Супертанкер Batillus |
|
Второстепенным способом транспортировки является перевозка по железной дороге. Преимущества данного вида транспорта в универсальности – можно довольно быстро доставить потребителю большие объемы как нефти, так и нефтепродуктов. Недостаток же заключается в том, что после доставки, цистерны возвращаются пустыми, а это в свою очередь приводит к издержкам.
Автомобильный транспорт используется для перевозки в пределах небольшого региона, например, для доставки нефтепродуктов на автозаправочные станции, промышленные предприятия и т.п. Авиатранспорт вообще крайне редкий случай и подходит только для труднопроходимых уголков нашей планеты, например, для Крайнего Севера.
Хранение
Естественно, что не вся нефть подвергается незамедлительной переработке. Существенная часть сырой нефти помещается в так называемые нефтехранилища, которые представляют собой либо искусственно созданные резервуары (надземные и полуподземные), либо природные подземные коллекторы.
 |
Надземное нефтехранилище |
|
В подавляющем большинстве случаев нефть хранят в стальных надземных или железобетонных полуподземных резервуарах. Кроме этого, обретают популярность мягкие нефтехранилища, выполненные из специальных высокопрочных полимерных материалов. Иногда в роли хранилища нефти выступают отслужившие свое гигантские танкеры, пришвартованные недалеко от берега.
Хранение нефтепродуктов также осуществляется в специальных резервуарах, отвечающим определенным техническим требованиям, что, впрочем, относится и к нефтехранилищам.
Переработка
Процесс переработки нефти делится на два цикла: первичную и вторичную переработку. Однако этим процессам предшествует стадия ее подготовки, которая заключается в удалении механических примесей и растворенных газов, обезвоживании и обессоливании на специальных электрообессоливающих установках (ЭЛОУ).
Далее следует не менее важная стадия – лабораторный анализ полученной нефти, который необходим для оценки состава и моделирования условий дальнейшего крупномасштабного процесса переработки. В лаборатории выполняется перегонка небольших объемов нефти на специальных установках и анализ полученных фракций.
После того, как нефть подготовлена и изучена ее отправляют на первичную переработку, которая представляет собой процесс дистилляции на ректификационных колоннах. В них нефть разделяется на фракции с заданными температурными интервалами выкипания.
 |
Нефтеперерабатывающий завод |
|
Для получения товарных продуктов, таких как топлива или масла, фракции, выходящие с риктификационных колонн фракции собирают и подвергают дальнейшей вторичной переработке.
Процессы вторичной переработки зависят от конкретной фракции. Так бензиновая и лигроиновая фракции и подвергаются каталитическому риформингу с целью повышения октанового числа. Каталитический крекинг используют для получения из темных остаточных нефтепродуктов более светлые, тем самым повышая глубину переработки и увеличивая выход светлых. Гидроочистка необходима для удаления нежелательных элементов, таких как сера, азот, микроэлементы, в том числе металлы, и др., находящихся в связанном с углеводородами виде.
В результате переработки получается широкий спектр товарных нефтепродуктов, включающий:
- Топлива (бензин, дизельное и авиационное топливо, мазут и котельное топливо, и др.)
- Битумы и гудроны
- Горюче-смазочные материалы и смазочно-охлаждающие жидкости
- Нефтехимия (растворители, специальные жидкости и др.)
- Сырье для нефтехимической промышленности (в основном, непредельные углеводороды, простейшие алканы, циклогексан, бензол и др.)