- •Предисловие
- •1. Роль нефти и газа в жизни человека
- •1.1. Современное состояние и перспективы развития энергетики
- •2. Краткая история применения нефти и газа
- •3. Нефть и газ на карте мира
- •3.1. Динамика роста мировой нефтегазодобычи
- •3.3. Месторождения-гиганты
- •4. Нефтяная и газовая
- •промышленность России
- •5. Основы нефтегазопромысловой геологии
- •5.4. Состав нефти и газа
- •5.5. Происхождение нефти
- •5.6. Происхождение газа
- •6. Бурение нефтяных и газовых скважин
- •6.1. Краткая история развития бурения
- •6.4. Буровые установки, оборудование и инструмент
- •6.5. Цикл строительства скважины
- •б.б. Промывка скважин
- •6.7. Осложнения, возникающие при бурении
- •6.8. Наклонно направленные скважины
- •6.9. Сверхглубокие скважины
- •6.10. Бурение скважин на море
- •7. Добыча нефти и газа
- •7.1. Краткая история развития нефтегазодобычи
- •7.2. Физика продуктивного пласта
- •7.3. Этапы добычи нефти и газа
- •7.4. Разработка нефтяных и газовых месторождений
- •7.5. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин
- •7.8. Установка комплексной подготовки нефти
- •7.9. Системы промыслового сбора природного газа
- •7.10. Промысловая подготовка газа
- •7.11. Система подготовки и закачки воды в продуктивные пласты
- •7.12. Защита промысловых трубопроводов и оборудования от коррозии
- •7.14. Проектирование разработки месторождений
- •8.2. Продукты переработки нефти
- •8.3. Основные этапы нефтепереработки
- •8.4. Типы нефтеперерабатывающих заводов
- •8.5. Современное состояние нефтепереработки
- •9.1. Исходное сырье и продукты переработки газов
- •9.3. Отбензинивание газов
- •9.4. Газофракционирующие установки
- •Ю. Химическая переработка углеводородного сырья
- •10.1. Краткие сведения
- •10.2. Основные продукты нефтехимии
- •11. Способы транспортировки нефти, нефтепродуктов и газа
- •11.1. Краткая история развития способов транспорта энергоносителей
- •11.2. Современные способы транспортирования нефти, нефтепродуктов и газа
- •11.3. Область применения
- •различных видов транспорта
- •12.1. Развитие нефтепроводного транспорта в России
- •12.3. Классификация нефтепроводов
- •12.4. Основные объекты и сооружения магистрального нефтепровода
- •12.5. Трубы для магистральных нефтепроводов
- •12.8. Насосно-силовое оборудование
- •12.9. Резервуары и резервуарные парки
- •12.10. Оборудование резервуаров
- •12.11. Системы перекачки
- •12.12. Перекачка высоковязких
- •13.1. Развитие нефтепродуктопроводного транспорта в России
- •13.3. Краткая характеристика нефтепродуктопроводов
- •13.4. Особенности трубопроводного транспорта нефтепродуктов
- •14. Хранение и распределение нефтепродуктов
- •14.1. Краткая история развития нефтебаз
- •14.2. Классификация нефтебаз
- •14.3. Операции, проводимые на нефтебазах
- •14.4. Объекты нефтебаз и их размещение
- •14.5. Резервуары нефтебаз
- •14.6. Насосы и насосные станции нефтебаз
- •14.8. Нефтяные гавани, причалы и пирсы
- •14.9. Установки налива автомобильных цистерн
- •14.10. Подземное хранение нефтепродуктов
- •14.11. Автозаправочные станции
- •15. Трубопроводный транспорт газа
- •15.1. Развитие трубопроводного транспорта газа
- •15.2. Свойства газов, влияющие на технологию их транспорта
- •15.3. Классификация магистральных газопроводов
- •15.4. Основные объекты и сооружения магистрального газопровода
- •15.5. Газоперекачивающие агрегаты
- •15.6. Аппараты для охлаждения газа
- •15.7. Особенности трубопроводного транспорта сжиженных газов
- •16. Хранение и распределение
- •16.1. Неравномерность газопотребления и методы ее компенсации
- •16.2. Хранение газа в газгольдерах
- •16.3. Подземные газохранилища
- •16.4. Газораспределительные сети
- •16.5. Газорегуляторные пункты
- •16.6. Автомобильные газонаполнительные компрессорные станции
- •16.7. Использование сжиженных углеводородных газов в системе газоснабжения
- •16.8. Хранилища сжиженных углеводородных газов
- •17. Трубопроводный транспорт твердых и сыпучих материалов
- •17.1. Пневмотранспорт
- •17.2. Контейнерный транспорт
- •17.3. Гидротранспорт
- •18.1. Проектирование магистральных трубопроводов
- •18.2. Особенности проектирования нефтебаз
- •18.3. Использование ЭВМ при проектировании трубопроводов и хранилищ
- •19. Сооружение трубопроводов
- •19.2. Состав работ, выполняемых при строительстве линейной части трубопроводов
- •19.3. Сооружение линейной части трубопроводов
- •19.5. Строительство морских трубопроводов
- •20.1. Состав работ, выполняемых при сооружении насосных и компрессорных станций
- •20.2. Общестроительные работы на перекачивающих станциях
- •20.3. Специальные строительные работы при сооружении НС и КС
- •Основные понятия и определения
- •Список литературы
- •Предметно-алфавитный указатель
- •Указатель рисунков
- •Указатель таблиц
- •Приложение.
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.